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Este artículo trata sobre B 4 C. Para otros carburos de boro, consulte Carburos de boro .
Carburo de boro
Carburo de boro
Nombres
Nombre IUPAC
Carburo de boro
Otros nombres
Tetrabor
Identificadores
  • 12069-32-8 chequeY
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.031.907 Edita esto en Wikidata
UNII
  • EnChI = 1S / CB4 / c2-1-3 (2) 5 (1) 4 (1) 2 chequeY
    Clave: INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • EnChI = 1 / CB4 / c2-1-3 (2) 5 (1) 4 (1) 2
    Clave: INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYAS
  • B12B3B4B1C234
Propiedades
B 4 C
Masa molar55,255 g / mol
Aparienciapolvo gris oscuro o negro, inodoro
Densidad2,52 g / cm 3 , sólido.
Punto de fusion 2,763 ° C (5,005 ° F; 3,036 K)
Punto de ebullición 3500 ° C (6330 ° F; 3770 K)
insoluble
Estructura
Romboédrico
Peligros
Ficha de datos de seguridadMSDS externa
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
Nitruro de boro
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El carburo de boro (fórmula química aproximadamente B 4 C) es un material cerámico y covalente de boro - carbono extremadamente duro que se utiliza en blindajes de tanques , chalecos antibalas , polvos de sabotaje de motores , [1] así como en numerosas aplicaciones industriales. Con una dureza Vickers de> 30 GPa, es uno de los materiales más duros conocidos, detrás del nitruro de boro cúbico y el diamante . [2]

Historia [ editar ]

El carburo de boro se descubrió en el siglo XIX como un subproducto de reacciones que involucraban boruros metálicos, pero se desconocía su fórmula química . No fue hasta la década de 1930 que la composición química se estimó como B 4 C. [3] Se mantuvo la controversia sobre si el material tenía o no esta estequiometría exacta de 4: 1 , ya que, en la práctica, el material siempre es ligeramente deficiente en carbono con respecto a esta fórmula, y la cristalografía de rayos X muestra que su estructura es muy compleja, con una mezcla de cadenas CBC e icosaedros B 12 .

Estas características argumentaron en contra de una fórmula empírica B 4 C exacta muy simple . [4] Debido a la unidad estructural B 12 , la fórmula química del carburo de boro "ideal" a menudo no se escribe como B 4 C, sino como B 12 C 3 , y la deficiencia de carbono del carburo de boro se describe en términos de una combinación de las unidades B 12 C 3 y B 12 CBC.

Aplicaciones [ editar ]

La capacidad del carburo de boro para absorber neutrones sin formar radionucleidos de larga duración lo hace atractivo como absorbente de la radiación de neutrones que surge en las centrales nucleares [5] y de las bombas de neutrones antipersonal . Las aplicaciones nucleares del carburo de boro incluyen blindaje, barras de control y pastillas de apagado. Dentro de las barras de control, el carburo de boro a menudo se pulveriza para aumentar su área de superficie. [6]

Estructura cristalina [ editar ]

Celda unitaria de B 4 C. La esfera verde y el icosaedro constan de átomos de boro y las esferas negras son átomos de carbono. [7]
Fragmento de la estructura cristalina B 4 C.

El carburo de boro tiene una estructura cristalina compleja típica de los boruros a base de icosaedro . Allí, los icosaedros B 12 forman una unidad de celosía romboédrica (grupo espacial: R 3 m (No. 166), constantes de celosía: a = 0.56 nm yc = 1.212 nm) rodeando una cadena CBC que reside en el centro de la celda unitaria , y ambos átomos de carbono forman un puente sobre los tres icosaedros vecinos. Esta estructura tiene capas: el icosaedro B 12 y los carbonos puente forman un plano de red que se extiende paralelo al plano c y se apila a lo largo del c-eje. La celosía tiene dos unidades de estructura básica: el icosaedro B 12 y el octaedro B 6 . Debido al pequeño tamaño de los octaedros B 6 , no pueden interconectarse. En cambio, se unen al icosaedro B 12 en la capa vecina, y esto disminuye la fuerza de unión en el plano c . [7]

Debido a la unidad estructural B 12 , la fórmula química del carburo de boro "ideal" a menudo no se escribe como B 4 C, sino como B 12 C 3 , y la deficiencia de carbono del carburo de boro se describe en términos de una combinación de B 12 Unidades C 3 y B 12 C 2 . [4] [8] Algunos estudios indican la posibilidad de incorporación de uno o más átomos de carbono en el icosaedro de boro, dando lugar a fórmulas como (B 11 C) CBC = B 4 C en el extremo de la estequiometría de carbono pesado, pero fórmulas como B 12 (CBB) = B 14C en el extremo rico en boro. El "carburo de boro" no es, por tanto, un solo compuesto, sino una familia de compuestos de diferentes composiciones. Un intermedio común, que se aproxima a una proporción común de elementos, es B 12 (CBC) = B 6.5 C. [9] Los cálculos mecánicos cuánticos han demostrado que el desorden configuracional entre los átomos de boro y carbono en las diferentes posiciones en el cristal determina varios de las propiedades de los materiales, en particular, la simetría cristalina de la composición B 4 C [10] y el carácter eléctrico no metálico de la composición B 13 C 2 . [11]

Propiedades [ editar ]

El carburo de boro se conoce como un material robusto que tiene una dureza extremadamente alta (aproximadamente 9,5 hasta 9,75 en la escala de dureza de Mohs ), una sección transversal alta para la absorción de neutrones (es decir, buenas propiedades de protección contra los neutrones), estabilidad a la radiación ionizante y la mayoría de los productos químicos. [6] Su dureza Vickers (38 GPa), módulo de elasticidad (460 GPa) [12] y tenacidad a la fractura (3,5 MPa · m 1/2 ) se acercan a los valores correspondientes para el diamante (1150 GPa y 5,3 MPa · m 1/2 ) . [13]

A partir de 2015 , el carburo de boro es la tercera sustancia más dura conocida, después del diamante y el nitruro de boro cúbico , lo que le valió el sobrenombre de "diamante negro". [14] [15]

Propiedades de semiconductores [ editar ]

El carburo de boro es un semiconductor , con propiedades electrónicas dominadas por el transporte de tipo salto. [9] La banda prohibida de energía depende de la composición y del grado de orden. La banda prohibida se estima en 2,09 eV, con múltiples estados de banda prohibida que complican el espectro de fotoluminiscencia. [9] El material es típicamente de tipo p.

Preparación [ editar ]

El carburo de boro fue sintetizado por primera vez por Henri Moissan en 1899, [8] por reducción de trióxido de boro con carbono o magnesio en presencia de carbono en un horno de arco eléctrico . En el caso del carbono, la reacción se produce a temperaturas superiores al punto de fusión de B 4 C y va acompañada de la liberación de una gran cantidad de monóxido de carbono : [16]

2 B 2 O 3 + 7 C → B 4 C + 6 CO

Si se usa magnesio, la reacción se puede llevar a cabo en un crisol de grafito y los subproductos de magnesio se eliminan mediante tratamiento con ácido. [17]

Usos [ editar ]

El carburo de boro se utiliza para las placas interiores de los chalecos balísticos.
  • Candados
  • Revestimiento de blindaje antibalístico personal y de vehículos
  • Boquillas de granallado
  • Boquillas de corte por chorro de agua a alta presión
  • Recubrimientos resistentes al rayado y al desgaste
  • Herramientas de corte y matrices
  • Abrasivos
  • Absorbedor de neutrones en reactores nucleares
  • Compuestos de matriz metálica
  • Combustible de alta energía para estatorreactores de combustible sólido
  • En forros de freno de vehículos

Ver también [ editar ]

  • Lista de compuestos con número de carbono 1

Referencias [ editar ]

  1. ↑ Gray, Theodore (3 de abril de 2012). Los elementos: una exploración visual de todos los átomos conocidos del universo . Editores Black Dog & Leventhal. ISBN 9781579128951. Consultado el 6 de mayo de 2014 .
  2. ^ "Rutgers trabajando en chalecos antibalas" . Prensa de Asbury Park . Asbury Park, Nueva Jersey, 11 de agosto de 2012 . Consultado el 12 de agosto de 2012 . ... el carburo de boro es el tercer material más duro del mundo.
  3. ^ Ridgway, Ramond R "Carburo de boro" , Patente europea CA339873 (A), fecha de publicación: 06/03/1934
  4. ↑ a b Balakrishnarajan, Musiri M .; Pancharatna, Pattath D .; Hoffmann, Roald (2007). "Estructura y unión en carburo de boro: la invencibilidad de las imperfecciones" . New J. Chem . 31 (4): 473. doi : 10.1039 / b618493f .
  5. ^ Fabricación y evaluación de elementos combustibles de uranio-alúmina y elementos venenosos combustibles de carburo de boro , Wisnyi, LG y Taylor, KM, en "Publicación técnica especial de ASTM No. 276: Materiales en aplicaciones nucleares", Personal del Comité E-10, Sociedad estadounidense para Materiales de prueba , 1959
  6. ↑ a b Weimer, pág. 330
  7. ↑ a b Zhang FX, Xu FF, Mori T, Liu QL, Sato A, Tanaka T (2001). "Estructura cristalina de nuevos sólidos ricos en boro de tierras raras: REB28.5C4". J. Alloys Compd . 329 (1-2): 168-172. doi : 10.1016 / S0925-8388 (01) 01581-X .
  8. ↑ a b Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . pag. 149. ISBN 978-0-08-037941-8.
  9. ↑ a b c Domnich, Vladislav; Reynaud, Sara; Haber, Richard A .; Chhowalla, Manish (2011). "Carburo de boro: estructura, propiedades y estabilidad bajo estrés" (PDF) . Mermelada. Ceram. Soc . 94 (11): 3605–3628. doi : 10.1111 / j.1551-2916.2011.04865.x . Archivado desde el original (PDF) el 27 de diciembre de 2014 . Consultado el 23 de julio de 2015 .
  10. ^ Ektarawong, A .; Simak, SI; Hultman, L .; Birch, J .; Alling, B. (2014). "Estudio de los primeros principios del trastorno configuracional en B 4 C utilizando un método de estructura cuasialeatoria especial superatom". Phys. Rev. B . 90 (2): 024204. arXiv : 1508.07786 . Código Bibliográfico : 2014PhRvB..90b4204E . doi : 10.1103 / PhysRevB.90.024204 . S2CID 39400050 . 
  11. ^ Ektarawong, A .; Simak, SI; Hultman, L .; Birch, J .; Alling, B. (2015). "Transición de metal-no metal inducida por desorden de orden configuracional en B 13 C 2 estudiado con método de estructura cuasialeatoria superatom-especial de primeros principios". Phys. Rev. B . 92 (1): 014202. arXiv : 1508.07848 . Código Bibliográfico : 2015PhRvB..92a4202E . doi : 10.1103 / PhysRevB.92.014202 . S2CID 11805838 . 
  12. ↑ Sairam, K .; Sonber, JK; Murthy, TSRCh .; Subramanian, C .; Hubli, RC; Suri, AK (2012). "Desarrollo de composites B4C-HfB2 por reacción prensado en caliente". Int.J. Árbitro. Reunió. Mater dura . 35 : 32–40. doi : 10.1016 / j.ijrmhm.2012.03.004 .
  13. ^ Solozhenko, VL; Kurakevych, Oleksandr O .; Le Godec, Yann; Mezouar, Mohamed; Mezouar, Mohamed (2009). "Última solubilidad metaestable de boro en diamante: síntesis de BC5 superduro tipo diamante" (PDF) . Phys. Rev. Lett . 102 (1): 015506. Código Bibliográfico : 2009PhRvL.102a5506S . doi : 10.1103 / PhysRevLett.102.015506 . PMID 19257210 .  
  14. ^ "Carburo de boro" . Cerámica de precisión. Archivado desde el original el 20 de junio de 2015 . Consultado el 20 de junio de 2015 .
  15. ^ A. Sokhansanj; AM Hadian (2012). "Purificación de polvo de carburo de boro de tamaño nano molido por desgaste". II Congreso Internacional de Materiales Nanoestructurados y Granos Ultrafinos (UFGNSM) . Revista Internacional de Física Moderna: Serie de conferencias. 5 : 94-101. Código bibliográfico : 2012IJMPS ... 5 ... 94S . doi : 10.1142 / S2010194512001894 .
  16. ^ Weimer, pág. 131
  17. ^ Patnaik, Pradyot (2002). Manual de productos químicos inorgánicos . McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8 

Bibliografía [ editar ]

  • Alan W. Weimer (1997). Síntesis y procesamiento de materiales de carburo, nitruro y boruro . Chapman & Hall (Londres, Nueva York). ISBN 0-412-54060-6.

Enlaces externos [ editar ]

  • Inventario Nacional de Contaminantes - Boro y compuestos
  • Entrada de la base de datos química del NIST para el carburo de boro