Nitruro di boro: differenze tra le versioni

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|nome_IUPAC = Nitruro di boro

|titolo_caratteristiche_generali = ---

|massa_molecolare = 24.818,8 g/mol

|aspetto = solido bianco

|titolo_proprietà_chimico-fisiche = ---

|densità_condensato = 2.,18 g/cm³

|temperatura_di_fusione = 2967 °C

|temperatura_di_ebollizione = 3273 °C

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|entalpia_di_fusione = −250,91 kJ/mol

|entalpia_di_ebollizione =

|entalpia_standard_di_formazione_temperatura = 476.,98 [[joule|entalpia_standard_di_formazione = kJ]]/[[mole]]

|energia_libera_standard_di_formazione =

|entropia_standard_di_formazione = 212.,36 J/mol·K

|capacità_termica =

|titolo_indicazioni_sicurezza = ---

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}}

Il '''nitruro di boro''', (formula chimica '''BN''') è un [[composto chimico binario]], che è formato da [[boro]] ede [[azoto]] nelle stesse proporzioni. La [[formula empirica]] è dunque BN. Il nitruro di boro è [[isoelettronico]] rispetto alle forme elementari del [[carbonio]] e ci sono [[Isomorfismo|isomorfismi]] tra le due specie. Il nitruro di boro possiede tre forme polimorfiche<ref>{{Cita web|lingua=en|url=https://www.samaterials.it/content/hbn-cbn-wbn-boron-nitride-polymorphs-comparison.html|titolo=HBN, CBN e WBN: Un'analisi comparativa dei polimorfi del nitruro di boro|sito=www.samaterials.it|accesso=2025-07-11}}</ref>; una analoga al [[diamante]], una analoga alla [[grafite]] e vari tipi analoghi ai [[Fullerene|fullereni]]. La forma [[allotropia (chimica)|allotropica]] di nitruro di boro, simile al diamante, nota come [[borazone]], è uno dei materiali più duri che si conoscano, con una durezza 9.,5-10 sulla [[scala di Mohs]].

== Polimorfismi ==

Il nitruro di boro può essere usato per formare cristalli estremamente duri, secondi solo al [[diamante]], e la somiglianza della sua struttura con il diamante lo rende utile ad altri scopi. Come il diamante, il nitruro di boro si comporta come un [[isolamento elettrico|isolante elettrico]], tuttavia è un ottimo conduttore di calore.

Come il carbone, il nitruro di boro [[polimorfismo (chimica)|polimorfo]] ha struttura e [[lucentezza]] simili alla [[grafite]]. Questa forma di nitruro di boro è composta da strati di fogli esagonali fusi, come la grafite. Questi fogli, a differenza della grafite, sono '''in registro''': gli strati sono cioè direttamente uno sopra l'altro e un osservatore che guardasse dall'alto in basso vedrebbe solo quello superiore. I legami polari B-N interferiscono con lo spostamento di elettroni quindi questa forma di nitruro di boro non è un conduttore elettrico (a differenza della grafite che è un [[semimetallo]] che conduce elettricità in una rete di pi bonds nel piano dei suoi fogli esagonali).

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=== Nitruro di boro cubico ===

Il [[diamante]] – come l'allotrope del nitruro di boro, conosciuto come '''nitruro di boro cubico''', '''c-BN''', '''β-BN''', o '''z-BN''' (dopo le strutture cristalline [[zincSistema blendecubico#Struttura tipo solfuro di zinco|blenda di zinco]]) – è molto usato come [[abrasivo]] nell'industria. La sua utilità è dovuta all'insolubilità in [[ferro]], [[nichel]] e relative [[lega (metallurgia)|leghe]] ad alte temperature (a differenza del diamante). Come il diamante, ha buona conduttività termica, a causa del [[fonone]]; questa è una differenza rispetto ai metalli, in cui i mediatori sono [[elettroni]]. A contatto con l'[[ossigeno]] ad alte temperature, il BN forma uno strato di passività di [[ossido di boro]].

Sono conosciuti molti prodotti commerciali, come il [[Borazon]] (dalla General Electric Corporation), e l''''Elbor''' o '''Cubonite''' (da fornitori russi).

Una modifica del cristallo del nitruro di boro è il '''w-BN''', che supera la fase esagonale della struttura [[wurzitewurtzite]]. Si forma ad alte temperature.

Il c-BN policristallino ('''PcBN''') è impiegato in vesti protettive. È superiore al [[diamante]] in applicazioni che richiedono alte temperature in ambiente ossidante e contatto con [[ferro]] o [[Lega (metallurgia)|leghe]]. Gli abrasivi c-BN sono anche usati per lavorare l'[[acciaio]], mentre il diamante è preferito per [[leghe di alluminio]], ceramiche e pietra.

Il nitruro di boro si abbina bene con i metalli, a causa della formazione di interstrati metallici nei [[borati]] o [[nitruri]]. Materiali con cristalli di boro nitruro cubico sono spesso usati nelle punte degli [[strumenti da taglio]]. Possono essere usati anche leganti ceramici.

Per applicazioni abrasive e per applicazioni leggere sono usati materiali meno resistenti, per esempio resine, ceramiche porose e n resistenti.

Il nitruro di boro cubico sintetico può essere usato come isolante come accumulatore di calore ([[heatsink]]radiatore).

Il nitruro di boro cubico si ottiene trattando il nitruro esagonale ad alta pressione e temperatura, come per il [[diamante sintetico]] dalla [[grafite]]. La conversione diretta di nitruro cubico a esagonale avviene a 18 GPa a temperature tra i 1730 e i 3230&nbsp;°C, l'aggiunta di piccole quantità di ossido di boro può abbassare la pressione necessaria a 4-7 GPa e la temperatura a 1500&nbsp;°C. Nell'industria, la conversione è ottenuta usando cristalli; i materiali catalizzatori cambiano a seconda del processo industriale, es. [[litio]], [[potassio]], o [[magnesio]], i loro [[nitruri]], i loro [[fluoruri]], [[acqua]] con strutture di [[ammoniaca|ammonio]], o [[idrazina]]. Altri metodi industriali usano cristalli che vengono fatti crescere in gradienti di temperatura, oppure in gradienti esplosivi ([[onda di pressione]] o shock wave). Il metodo "shock wave" è usato per produrre materiali chiamati [[Eterodiamante|eterodiamanti]], un composto superduro di [[boro]], [[carbone]] e [[azoto]].

Il deposito a basse pressioni di piccoli strati di nitruro di boro cubico è possibile, ma è un'eccezione. Per etching selettivo del depositato della fase esagonale durante illa [[depositodeposizione chimicochimica dida vaporivapore]] (CVD), si usa il [[trifluoruro di boro]] (confronta l''cf.'' uso di dell'[[idrogeno atomico]] atomico per [[etching]] selettivo di [[grafite]] durante il deposito di strati di [[diamante]]). Sono usati anche [[Ionla beamdeposizione deposition]]per fascio ionico (IBD), la [[Plasmadeposizione chimica Enhancedda CVDvapore potenziata dal plasma]], [[depositoDeposizione medianteablativa laser]], deposizione da [[reactivepolverizzazione sputteringcatodica]], o altro metodo di [[depositodeposizione fisicofisica dida vaporivapore]].

Il [[band gap]] del BN cubico è 6.,2 [[Elettronvolt|eV]], simile a quello del [[diamante]]. Come il diamante, il nitruro di boro cubico può essere sintetizzato proprietà di materiale [[semiconduttori|semiconduttore]]. Il [[berillio]] può essere usato come [[Semiconduttore#Drogaggio tipo p|semiconduttore di tipo-p]] dopante, [[zolfo]] o [[silicio]] producono un [[semiconduttore di tipo-p]]. I diodi risultanti possono essere utilizzati fino a 600&nbsp;°C e il [[led]] di nitruro di boro può operare nella zona dell'[[ultravioletto]].

=== Boro nitruro esagonale ===

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L'h-BN (nitruro di boro esagonale) può essere usato in ceramiche, leghe, resine, plastiche, gomme ed altri materiali, fornendo le sue caratteristiche lubrificanti. Tali materiali sono utilizzabili per scopi quali i [[cuscinetti]] a sfera, a cilindri o altri tipi di meccanismi che agevolano lo scorrimento. Plastiche addizionate di BN servono per diminuire l'espansione termica, aumentare la conduttività termica, aumentare l'isolamento elettrico, e negli organi meccanici in movimento a contatto permettono una usura ridotta delle superfici a contatto.

Il boro nitruro esagonale è stabile fino a 1000&nbsp;°C in aria, 1400&nbsp;°C nel vuoto e 2800&nbsp;°C in [[gas]] inerte|gas[[Inerte (chimica)|inerti]]. È uno dei migliori conduttori termici fra gli isolanti elettrici. È chimicamente inerte e non viene [[bagnabilità|bagnato]] da materiali fusi (es. [[alluminio]], [[rame]], [[zinco]], [[ferro]] e [[acciaio]], [[germanio]], [[silicio]], [[boro]], [[criolite]], [[vetro]] e sali di alogeni).

Pezzi costruiti in h-BN possono essere ottenuti con [[pressione a caldo]] mediante [[macinazione successiva]]; a causa della durezza meccanica simile alla [[grafite]], il costo di lavorazione rimane basso. Le parti sono ottenute da polvere di nitruro di boro, usando ossido di boro come agente [[sintetizzatore]].

L'aggiunta di nitruro di boro alle ceramiche di [[nitruro di silicio]] assicura la resistenza a [[shock termico]] del materiale risultante. Allo stesso scopo, il BN viene aggiunto anche al [[nitruro di silicio]]-alluminio e al [[nitruro di titanio]]-allumina. Altri materiali che vengono rinforzati con BN sono alluminio e [[zirconio]], [[vetri invetro borosilicato]], [[ceramiche vetrosevetroceramica]], [[smalto]] e ceramiche composite a base di [[boruro di titanio]]-nitruro di boro e boruro di titanio-[[nitruro di alluminio]]-nitruro di boro e [[carburo di silicio]]-nitruro di boro.

Grazie alle sue eccellenti proprietà dielettriche e isolanti, il BN è usato in elettronica, ad esempio come substrato dei [[semiconduttori]], nelle finestre trasparenti alle microonde, nel materiale strutturale per le guarnizioni, negli elettrodi e come catalizzatore nelle [[pila a combustibile|pile a combustibile]] e nelle batterie.

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Grani fini di h-BN sono usati in [[cosmetica]], nella produzione di [[vernici]], cementi per protesi dentarie, punte di [[matita]], ecc.

Il nitruro di boro esagonale è prodotto mediante [[nitridazione]] o [[ammonolisi]] del [[triossido di boro|triossido didiboro]]. Sottili pellicole di nitruro di boro possono essere ottenute anche mediante [[chemical vapor deposition]] dal [[tricloruro di boro]] e da precursori dell'[[azoto]]. La produzione industriale è basata su due reazioni: [[acido borico]] sciolto in [[ammoniaca]], e acido borico o borati alcalini con [[urea]], [[guanidina]], [[melamina]], o con altri appropriati composti organici dell'azoto nell'azoto atmosferico. La combustione di polvere di boro nel [[Plasma (fisica)|plasma]] di azoto a 5500&nbsp;°C è sfruttata per la produzione di nitruro di boro ultrafine usato nei lubrificanti e nei [[toner]].

==== Fibre di Nitruro di boro ====

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Il BN esagonale può essere preparato anche in forma di fibre, strutturalmente simili alle [[fibre di carbonio]], chiamate a volte '''white carbon fibers'''. I due metodi principali di preparazione sono la sintesi per decomposizione termica di fibre estruse di [[borazina]] con aggiunta di ossido di boro in [[azoto]] a 1800&nbsp;°C, e decomposizione termica di fibre di [[cellulosa]] impregnate con [[acido borico]] o [[tetraborato di ammonio]] in una mistura di ammoniaca e azoto sopra i 1000&nbsp;°C.

Le fibre di nitrato di boro (?) sono usate come rinforzo nei [[materiali compositi]], con la matrice dei materiali che varia da resine organiche a ceramica e metalli{{senza (vedi [[metal-matrix composite]])fonte}}.

=== Nitruro di boro amorfo ===

Strati di nitruro di boro amorfo('''a-BN''') sono usati in alcuni [[Dispositivo a semiconduttore|dispositivi semiconduttori]], es.come il [[MISFETMOSFET]]. Possono essere preparati per decomposizione chimica di [[tricloroborazina]] con [[Cesio (elemento chimico)|cesio]], o con metodi termici [[come la deposizione conchimica da vapore chimico]](CVD). La CVD può anche essere usata per deporre strati di h-BN layers, o ad alte temperature, c-BN.

=== Nitruro di boro romboedrico ===

Il Nitruronitruro di boro romboedrico è simile a quello esagonale. Si forma durante la transizione conformazionale che avviene nel passaggio da BN cubico alla forma esagonale.

=== Altri allotropi ===

Gli allotropi simili al [[fullerene]] del boro nitruro possono essere sintetizzati e assomigliano a quelli del [[carbonio]]. La recente scoperta dei [[nanotubi di nitruro di boro|nanotubi di boro]] sono un'importante evoluzione dovuta al loro comportamento elettronico omogeneo. Vale a dire che tubi di differente [[chiralità (chimica)|chiralità]] sono tutti [[materiali semiconduttori]] con approssimativamente la stessa [[band gap]].

== Note ==

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* [[Fosfuro di boro]]

* [[Nitruro di alluminio]]

* [[Semiconduttore a banda larga]]

* [[Wide bandgap semiconductors]]

* [[Materiali superduri]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|commons=Category:Boron nitride}}

== Collegamenti esterni ==

* {{cita web|1=http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/15.html|2=National Pollutant Inventory - Boron and Compounds|lingua=en|accesso=18 dicembre 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20060209040519/http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/15.html|dataarchivio=9 febbraio 2006|urlmorto=sì}}

* {{de}} {{collegamento interrotto|1=[http://www.fiz-chemie.de/infotherm/html/molpages/00%5C35%5C/mol3597.html Fiz Chemie Berlin] |datedata=gennaio 2018 |bot=InternetArchiveBot }} thermophysical database

* {{en}} {{Collegamento interrotto|1=[http://ptcl.chem.ox.ac.uk/MSDS/BO/boron_nitride.html Materials Safety Data Sheet] {{Webarchive|dateurl=novembre 2018https://web.archive.org/web/20061014174243/http://ptcl.chem.ox.ac.uk/MSDS/BO/boron_nitride.html |botdata=InternetArchiveBot14 ottobre 2006 }} at University of Oxford

{{Composti dell'azoto}}

{{Composti del boro}}

{{Nitruri}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|chimica|materiali}}