Carburo de boro - Boron carbide
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| Nombres | |
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Nombre IUPAC
Carburo de boro
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| Otros nombres
Tetrabor
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| ChemSpider | |
| Tarjeta de información ECHA |
100.031.907 
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PubChem CID
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| UNII | |
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Tablero CompTox ( EPA )
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| Propiedades | |
| B 4 C | |
| Masa molar | 55,255 g / mol |
| Apariencia | polvo gris oscuro o negro, inodoro |
| Densidad | 2,52 g / cm 3 , sólido. |
| Punto de fusion | 2,763 ° C (5,005 ° F; 3,036 K) |
| Punto de ebullición | 3.500 ° C (6.330 ° F; 3.770 K) |
| insoluble | |
| Estructura | |
| Romboédrico | |
| Riesgos | |
| Ficha de datos de seguridad | MSDS externa |
| Compuestos relacionados | |
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Compuestos relacionados
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Nitruro de boro |
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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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 verificar ( ¿qué es ?)
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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 , 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 .
Historia
El carburo de boro se descubrió en el siglo XIX como un subproducto de reacciones que implicaban 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.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 este fórmula, y 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 . 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 CBC C 3 y B 12 .
Estructura cristalina
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 en paralelo al plano c y se apila a lo largo del eje c . 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 .
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 . 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 carbono pesado de la estequiometría, pero fórmulas como B 12 (CBB) = B 14 C 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.Los cálculos mecánicos cuánticos han demostrado que el desorden configuracional entre los átomos de boro y carbono en las diferentes posiciones del cristal determina varias de las propiedades de los materiales. - en particular, la simetría cristalina de la composición B 4 C y el carácter eléctrico no metálico de la composición B 13 C 2 .
Propiedades
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. Su dureza Vickers (38 GPa), módulo de elasticidad (460 GPa) 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 ).
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".
Propiedades de semiconductores
El carburo de boro es un semiconductor , con propiedades electrónicas dominadas por el transporte de tipo salto. La banda prohibida de energía depende tanto de la composición como 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. El material es típicamente de tipo p.
Preparación
El carburo de boro fue sintetizado por primera vez por Henri Moissan en 1899, mediante la 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 :
- 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.
Aplicaciones
- 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 (ver más abajo)
- Compuestos de matriz metálica
- Combustible de alta energía para estatorreactores de combustible sólido
- En forros de freno de vehículos
Aplicaciones nucleares
La capacidad del carburo de boro para absorber neutrones sin formar radionúclidos de larga duración lo hace atractivo como absorbente de la radiación de neutrones que surge en las centrales nucleares 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.
Ver también
Referencias
Bibliografía
- Alan W. Weimer (1997). Síntesis y procesamiento de materiales de carburo, nitruro y boruro . Chapman & Hall (Londres, Nueva York). ISBN 0-412-54060-6.