Карбид бора

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 $pK_{a}$	6—7 (20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	12069-32-8
PubChem	123279
Рег. номер EINECS	235-111-5
SMILES	B12B3C14B2B43
InChI	InChI=1S/CB4/c2-1-3(2)5(1)4(1)2 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	109889
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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.

Получение

• Восстановление оксида бора углеродом (сажей):

${\mathsf {2B_{2}O_{3}+4C{\xrightarrow {1900...2150^{o}C}}B_{4}C+3CO_{2}}}$

• Взаимодействие простых веществ (бора и углерода) по перитектической реакции:

${\mathsf {4B+C{\xrightarrow {}}B_{4}C}}$

В промышленных масштабах карбид бора получают из борной кислоты (источник бора) и нефтяного кокса (источник углерода).

Физико-химические свойства

Температура разложения >2450 °C; 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 B_6.5C.

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. Изделия из карбида бора получают методом горячего прессования при температуре 2000…2450 °C и давлении 20…35 МПа.

Другие карбиды бора

Основная статья: Дикарбид 13-бора

К карбидам бора относится также соединение B₁₃C₂. Это чёрные кристаллы с ромбоэдрической решёткой. Т_пл = 2460 °С, плотность 2,46 г/см³. Является полупроводником n-типа.

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.