Бориди

Бори́ди — сполуки бору з металами.

Зміст

1 Номенклатура та структура
2 Шляхи отримання
3 Фізичні властивості
4 Хімічні властивості
5 Використання
6 Література
7 Автор ВУЕ

Номенклатура та структура

Бориди умовно поділяють на дві групи: сполуки, збагачені Бором, і сполуки, збагачені металом. Якщо співвідношення атомів Бору до атомів металу становить 4:1 або більше, такі сполуки відносять до вищих боридів (MB₂, MB₄, MB₆, MB₁₂ тощо). Для них характерна наявність тривимірних каркасів, утворених атомами Бору, які можуть включати поліедричні кластери (наприклад, B₆ або B₁₂).

У випадку, коли зазначене співвідношення є меншим, сполуки класифікують як нижчі бориди (M₃B, M₂B, M₃B₂, MB, M₅B₃ тощо). У їхній структурі атоми Бору можуть існувати у вигляді ізольованих атомів, димерів B₂, а також формувати ланцюги або шари. Така класифікація відображає різноманітність кристалічних структур боридів і пояснює відмінності їхніх фізико-хімічних властивостей: вищі бориди, як правило, характеризуються надзвичайно високою твердістю та термостійкістю, тоді як нижчі бориди зберігають більш виражені металоподібні властивості, зокрема високу електропровідність.

Найменування сполук за номенклатурою ІЮПАК (англ. IUPAC — Міжнародна спілка теоретичної та прикладної хімії) утворюють шляхом додавання до назв елементів, що входять до складу боридів, числових префіксів (моно-, ди-, три-, тетра-, пента- тощо), які вказують на кількість атомів Бору та металу у формулі. Наприклад, сполука W₂B₅ має назву пентаборид дивольфраму.

Шляхи отримання

Методи одержання боридів: сплавлення оксидів металів з карбідом або оксидом бору при температурі 1500–2000 ⁰C у вакуумі; взаємодія металу з бором під час нагрівання; електроліз розплавів боратів і оксидів металів.

Монокристали боридів (до 5 мм) отримують способом кристалізації із розчинів бора і металів у розплавах алюмінію (Al) та цинку (Zn); більші монокристали (до 20 мм і довжиною до 100 мм) — методами зонного плавлення або Вернейля [О. Вернейль (1856–1913; Франція)].

Боридні покриття отримують методом осадження з газової фази, що ґрунтується на взаємодії галогенідів металів із бором. Крім того, застосовують різноманітні технології формування покриттів, зокрема плазмове напилення порошкових матеріалів тощо.

Фізичні властивості

Для більшості боридів характерні надзвичайно висока твердість і висока температура плавлення; вони належать до тугоплавких сполук. Зокрема, температура плавлення дибориду цирконію (ZrB₂) і дибориду гафнію (HfB₂) становить відповідно 2990 ⁰C і 3060 ⁰C. Бориди є нелеткими та відзначаються значною хімічною інертністю.

Бориди металів, як правило, виявляють більш інтенсивні фізико-хімічні властивості порівняно з їхніми окремими складовими елементами. Так, теплопровідність дибориду титану (TiB₂) приблизно вдесятеро перевищує теплопровідність титану, а температура плавлення TiB₂ є майже вдвічі вищою.

Хімічні властивості

Бориди стійкі до дії води (окрім нижчих боридів берилію і магнію), кислот карбонових, хлоридної (НСl) і флуоридної (НF). Під час нагрівання легко розкладаються окисними кислотами нітратною (HNO₃) і сульфатною (H₂SO₄). Взаємодіють із розплавами лугів, карбонатів і сульфатів лужних металів.

За умов окислення на повітрі утворюють оксиди металу та бору, причому на поверхні боридів виникають захисні плівки пироборатів.

Бориди титану та цинку стійкі до дії розплавів металів.

Використання

Завдяки поєднанню високої твердості, корозійної стійкості, термостійкості та хімічної інертності бориди є стратегічно важливими матеріалами для сучасних технологій. Найбільше використовують у машинобудуванні як абразиви та покриття для деталей, які працюють в умовах високих навантажень і температур (у бурильному обладнанні, інструментах для обробки металів і каменю).

Застосовують у радіоелектроніці для виготовлення резисторів, конденсаторів та елементів схем; у приладобудуванні — для деталей, стійких до агресивних середовищ; реакторів і контейнерів у хімічній промисловості; у виробництві матеріалів надтвердих — для інструментів і броні тощо.

Література

Lundstrom T. Structure, defects and properties of some refractory borides // Pure and Applied Chemistry. 1985. Vol. 57. № 10. P. 1383–1390.
Haynes W. M. Handbook of Chemistry and Physics. 91st ed. Boca Raton, Florida, USA : CRC Press, 2010. 2610 p.
House J. E., House K. A. Descriptive inorganic chemistry. 3rd ed. Waltham, MA : Academic Press, 2015. 450 p.
Chen H., Zou X. Intermetallic borides : structures, synthesis and applications in electrocatalysis // Inorganic Chemistry Frontiers. 2020. Vol. 7. № 11. P. 2248–2264.
Shwetha G., Gadipelly T. Огляд потрійних сполук перехідних металів з високим вмістом бору як матеріалів для підвищення твердості // Надтверді матеріали. 2025. № 5. С. 53–61. URL : http://jnas.nbuv.gov.ua/article/UJRN-0001595667