Карбид бора
Карби́д бо́ра — бинарное соединение бора с углеродом, имеющее формулу B4C (B12C3). При нормальных условиях — чёрные кристаллы. Впервые получен в 1893 г. А.Муассаном путём восстановления оксида бора B2O3 углеродом при 2000 °C.
| Карбид бора | |
|---|---|
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Бора карбид |
| Хим. формула | B4C |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 55,255 г/моль |
| Плотность | 2,52 г/см³ |
| Твёрдость | 49,1 ГПа |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 2350 °C |
| • кипения | 3500 °C |
| • разложения | >2450 °C |
| Мол. теплоёмк. | 53,09 Дж/(моль·К) |
| Теплопроводность |
300 K: 121,4 Вт/(м·К) 970 К: 62,8 Вт/(м·K) |
| Энтальпия | |
| • образования | −62 кДж/моль |
| • плавления | 105 кДж/моль |
| Коэфф. тепл. расширения | 9,5·10−6 К−1 при T = 300...1100 К |
| Давление пара |
0,091 Па при T = 300 К; 8,2 Па при T = 2522 К атм |
| Химические свойства | |
| Константа диссоциации кислоты | 6—7 (20 °C) |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 12069-32-8 |
| PubChem | 123279 |
| Рег. номер EINECS | 235-111-5 |
| SMILES | |
| InChI | |
| ChemSpider | 109889 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Получение
- Восстановление оксида бора углеродом (сажей):
- Взаимодействие простых веществ (бора и углерода) по перитектической реакции:
В промышленных масштабах карбид бора получают из борной кислоты (источник бора) и нефтяного кокса (источник углерода)[1].
Физико-химические свойства
Температура разложения >2450 °C;[2] энтальпия образования −62 кДж/моль. Теплопроводность 121 Вт/(м·К) при 300 К и 62,8 Вт/(м·К) при 970 К. Теплоёмкость при постоянном давлении (0 °C): C0
p = 53,09 Дж/(моль·К). Стандартная молярная энтропия S0
298 = 27,11 Дж/(моль·К).
Плотность 2,52 г/см³. Микротвёрдость 49,1 ГПа; модуль упругости 450 ГПа.
Полупроводник p-типа; ширина запрещённой зоны 1,64 эВ (выше 1870 К). Удельное электрическое сопротивление при ~20 °C: 0,001…0,1 Ом·м.
Карбид бора является одним из самых химически стойких веществ. На воздухе не окисляется до 600 °C. Не растворяется в воде, концентрированных кислотах, но разрушается кипящими растворами щелочей. До 1250 °C не взаимодействует с азотом, фосфором и серой. Реагирует с хлором при 1000 °C с образованием трёххлористого бора и углерода.
Образует кристаллы тригональной сингонии, пространственная группа R3m, параметры ячейки a = 0,5598 нм, b = 1,2120 нм, Z = 3.
При температуре ниже 1,28 К становится сверхпроводником.
Образует гомогенные смеси при формульном составе от B4C до B6.5C.
Применение
Карбид бора применяется для изготовления шлифовальных и абразивных материалов, химической посуды, защитных пластин для бронежилетов, в электронике и ядерной промышленности (карбид бора, обогащённый изотопом 10B, как поглотитель нейтронов). Также широкое применение нашло при изготовлении сопел пескоструйных машин[3]. Изделия из карбида бора получают методом горячего прессования при температуре 2000…2450 °C и давлении 20…35 МПа.
Другие карбиды бора
К карбидам бора относится также соединение B13C2. Это чёрные кристаллы с ромбоэдрической решёткой. Тпл = 2460 °С, плотность 2,46 г/см3. Является полупроводником n-типа.
Примечания
- Карбид бора применение // Статья на сайте «Справочник химика 21. Химия и химическая технология».
- PubChem. Boric anhydride (англ.). pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Дата обращения: 5 августа 2021.
- Карбид бора и сфера его применения // Статья на сайте «Статистика в аналитической химии».
Литература
- Пилянкевич А. Н. Бора карбиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А—Дарзана. — С. 300. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.