Nitridy sú triedou chemických zlúčenín, ktoré vznikajú, keď sa dusík spája s menej elektronegatívnymi zložkami, ako je kremík alebo bór. V prírode sa objavuje v rôznych podobách. Existujú tri rôzne druhy nitridov: prechodný kov, kovalentný a iónový. Sú užitočné v rôznych aplikáciách a majú odlišné vlastnosti. Tieto nitridové zlúčeniny, keď sa rozdelia na dva ióny, tvoria katión a anión. Vzniknutý anión sa nazýva nitridový ión.

V tomto článku sa podrobne dozvieme o tom, čo sú nitridy, nitridové ióny, ich vzorec, mocnosť, vlastnosti, typy a použitie.

Obsah

• Čo sú nitridy?
• Príklady nitridov
• Vlastnosti nitridov
• Príprava nitridov
• Druhy nitridov
• Nitridy, dusitany a dusičnany

Čo sú nitridy?

Nitridy sú chemické zlúčeniny, v ktorých je anión ión dusíka. Nitridy sa tvoria, keď menej elektronegatívny prvok kombinuje dusík. Majú všeobecný vzorec X₃N, X₃N₂alebo XN. Niektoré z príkladov nitridov sú nitrid hliníka, nitrid gália, nitrid bóru atď. Anióny prítomné v týchto zlúčeninách sa nazývajú nitridové ióny.

Nitridový ión

Nitridové ióny sú anióny prítomné v nitridových zlúčeninách. Nitridový ión je reprezentovaný ako N^3-.

Základné vlastnosti nitridov

Tu je tabuľka, v ktorej sú zhrnuté základné vlastnosti nitridov:

Nitridový vzorec

Nitridové ióny majú vzorec (N^3-). Oxidačný stav -3 spôsobí, že sa dusík zmení na nitridový ión. To umožňuje nitridovému iónu tvoriť nitridovú triedu zlúčenín s možnými molekulovými vzorcami X₃N, X₃N₂alebo XN.

Nitrid Valencia

Dusík má valenciu -3. Dusík má atómové číslo 7 a elektrónovú konfiguráciu 1s²2s²2p³. Dusík obsahuje vo svojom vonkajšom obale 5 elektrónov a na vytvorenie stabilného oktetu potrebuje 3 ďalšie elektróny. Dusík získava tri elektróny, čo vedie k produkcii nitridového iónu (N^3-). Tento elektrónový zisk môže byť reprezentovaný nasledujúcou chemickou rovnicou

N + 3 to je ⁻ → N ^3-

Nitridový náboj

Nitridový ión má náboj -3. Konfigurácia elektrónov dusíka je 1 s²2s²2p³výsledkom je 5 elektrónov v jeho najvzdialenejšom obale. Získa tri elektróny na vytvorenie stabilného oktetu. Získanie troch ďalších elektrónov vedie k produkcii nitridového iónu (N^3-), pričom atóm dusíka nesie náboj -3. Chemická rovnica na vytvorenie nitridového iónu je nasledovná:

N + 3 to je ⁻ → N ^3-

Príklady nitridov

Pozrime sa teraz na niekoľko konkrétnych príkladov, ako dôležitý je nitrid pre rôzne podniky:

Nitrid hliníka (AlN): Vynikajúca tepelná vodivosť ho robí užitočným pre aplikácie tepelného manažmentu a výrobu vysokovýkonných elektrických zariadení.

Nitrid kremíka (Áno ₃ N ₄ ): Pre svoju veľkú pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti korózii sa často používa v keramických materiáloch, rezných nástrojoch a komponentoch motora.

Nitrid bóru (BN): Existuje v niekoľkých formách, ako je kubický nitrid bóru (c-BN) a hexagonálny nitrid bóru (h-BN). Zatiaľ čo c-BN je supertvrdá látka používaná v brúsnych a rezných nástrojoch, h-BN sa používa ako mazivo a v kozmetike.

Nitrid titánu (TiN): Tvrdé povlaky, ktoré poskytujú odolnosť proti opotrebeniu a majú vzhľad podobný zlatu, sa používajú na zariadeniach na rezanie kovov a v leteckom a kozmickom priemysle a v medicínskom sektore.

Nitrid vanádu (VN): Pri výrobe amoniaku a povrchovej úprave ocele na zvýšenie jej tvrdosti a odolnosti voči korózii sa používa ako katalyzátor.

Nitrid tantalu (TaN): Vďaka svojim elektrickým charakteristikám a odolnosti proti opotrebeniu sa používa ako tenký film v polovodičových zariadeniach.

Nitrid gália (GaN): Nitrid gália je polovodič s veľkým pásmovým odstupom, o ktorý je veľký záujem v elektronike a optoelektronike. Používa sa pri výrobe svetelných diód (LED), rádiofrekvenčných (RF) zariadení a výkonovej elektroniky.

Nitrid horečnatý (Mg ₃ N ₂ ): to je binárna chemikália zložená z horčíka (Mg) a dusíka (N). Jeho vysoký bod topenia ho robí užitočným v rôznych priemyselných aplikáciách. Nitrid horečnatý má chemický vzorec Mg₃N₂.

Vlastnosti nitridov

Nitridy majú mnoho chemických a fyzikálnych vlastností, medzi ktoré patria:

Fyzikálne vlastnosti

Iónový polomer: Nitridové zlúčeniny majú iónový polomer okolo 140 pm, čo ovplyvňuje ich interakcie s inými prvkami a zlúčeninami.

Reakcia s vodou: Keď sa nitridy dostanú do kontaktu s vodou, prechádzajú reakciou, pri ktorej vzniká amoniak, čím sa zdôrazňuje ich reaktivita a možné využitie pri syntéze amoniaku.

Izolačná povaha: Nitrid je dobre známy pre svoje izolačné vlastnosti, vďaka ktorým je užitočný v rôznych aplikáciách vyžadujúcich kontrolu elektrickej vodivosti.

Oxidačný stav: Nitrid má stabilné oxidačné číslo -3, čo vysvetľuje jeho správanie pri zdieľaní elektrónov v chemických procesoch.

Rôzne formy: Nitrid existuje v rôznych formách, vrátane nitridu vápenatého, nitridu sodného a nitridu bóru, čo demonštruje jeho flexibilitu pri tvorbe zlúčenín.

Chemická reakcia nitridov

Chemické vlastnosti nitridov sú uvedené nižšie:

Reaktivita nitridu sodného: Sodík interaguje s nitridom za vzniku nitridu sodného, ​​ktorý je obzvlášť nestabilný. Reakčná rovnica ukazuje náchylnosť na rozklad:

2 Už ₃ ​ N →6 Už + N ₂

Tvorba nitridu vápenatého: Vápnik sa spája s dusíkom za vzniku nitridu a oxidu vápenatého, čo demonštruje schopnosť zlúčeniny zapojiť sa do priamych reakcií.

3 To + N ₂ → To ₃ ​ N ₂

Interakcia s vodou: Nitridy, ako je nitrid vápenatý, interagujú s vodou alebo vlhkosťou vo vzduchu za vzniku hydroxidu vápenatého a amoniaku prostredníctvom chemickej reakcie:

To ₃ N ₂ + 6 H ₂ O →3 To ( OH ) ₂ + 2 NH ₃

Absorpcia vodíka: Nitrid vápenatý má schopnosť absorbovať vodík pri vysokých teplotách, čo vedie k chemickej reakcii, pri ktorej vzniká amid a hydrid vápenatý:

To ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 polievka + CaH ₂

Príprava nitridov

Nitridy sa tvoria priamou reakciou kovu so zdrojom dusíka, ako je plynný amoniak, alebo reakciou kovu so zlúčeninou dusíka, ako je kyselina dusičná. Počas týchto reakcií kov reaguje s dusíkom za vzniku nitridov. Tepelný rozklad amidov kovov a redukcia halogenidov alebo oxidov kovov v prítomnosti plynného dusíka sú ďalšie cesty k výrobe všestranných nitridových zlúčenín so širokým rozsahom použitia. Niektoré z príkladov prípravy nitridu sú uvedené nižšie:

Priama reakcia prvkov

Priama reakcia prvkov je jednoduchá technika. Použitie nitridu vápenatého (Ca₃N₂) na ilustráciu:

3Ca + N ₂ → Ca ₃ N ₂

Tepelný rozklad amidu kovu

Druhou technikou je zahrievanie amidu kovu, aby sa uvoľnil amoniak, ako je amid bárnatý:

3Ba(NH ₂ ) ₂ →Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Tento postup ukazuje alternatívnu cestu k tvorbe nitridov uvoľňovaním amoniaku.

Zníženie obsahu halogenidov alebo oxidov kovov

Ďalšou metódou je redukcia oxidu kovu alebo halogenidu v prítomnosti plynného dusíka. Syntéza nitridu hliníka (AlN) prebieha takto:

K ₂ The ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Druhy nitridov

Nitridy možno klasifikovať do rôznych kategórií v závislosti od povahy väzby, ktorú majú, alebo od zdrojov použitia materiálu na výrobu nitridu. Rôzne typy nitridov sú uvedené nižšie:

Iónový nitrid

Iónové nitridy sú nitridy, v ktorých je katiónom kov a aniónom je nitridový ión. Lítium je jediný alkalický kov, ktorý tvorí nitrid, zatiaľ čo všetky kovy alkalických zemín produkujú nitridy so vzorcom M₃N₂. Tieto iónové nitridy, ako napríklad Be₃N₂a Mg₃N₂, majú rôznu stabilitu. Táto odlišná reaktivita a diverzifikovaná stabilita robia iónové nitridy významnými v priemyselných aj chemických aplikáciách.

Kovalentný nitrid

Kovalentné nitridy, ako je nitrid bóru (BN), sú zlúčeniny generované zdieľaním elektrónov medzi nekovmi. V prípade BN tvoria atómy bóru a dusíka kovalentné väzby a vytvárajú tak štruktúru kryštálovej mriežky.

Dva móly bóru reagujú s tromi mólmi plynného dusíka za vzniku dvoch mólov nitridu bóru, čo demonštruje kovalentnú povahu väzby bór-dusík v tejto molekule.

koľko je 10 zo 100

Binárny nitrid kovu

Binárne nitridy kovov, ako už názov napovedá, majú v nitridovej zlúčenine dva prvky. Jeden, ktorý je očividne dusík. Príklad binárneho nitridu kovu, ako je nitrid horečnatý (Mg₃N₂), vznikajú kombináciou kovu, ako je horčík, s dusíkom.

Prechodný nitrid kovu

Nitrid prechodného kovu, ktorý pozostáva z katiónu prechodného kovu a nitridového aniónu. Príklad nitridu prechodného kovu, ako je nitrid titánu (TiN), vzniká chemickou reakciou medzi titánom (Ti) a plynným dusíkom (N₂). Chemická rovnica pre syntézu je

Ty + N ₂ → TiN

Anorganické nitridy

Anorganické nitridy sú zlúčeniny vznikajúce kombináciou dusíka a iných prvkov okrem uhlíka. Tieto zlúčeniny zvyčajne zahŕňajú väzbu dusíka s kovmi alebo nekovmi, čo vedie k širokému spektru materiálov s rôznymi vlastnosťami a použitím.

Nitrid hliníka je anorganický nitrid. Ďalšími príkladmi anorganických nitridov sú nitrid kremíka (Si₃N₄), nitrid titánu (TiN) a nitrid bóru. Vzhľadom na ich charakteristické vlastnosti a prispôsobivosť sa tieto zlúčeniny používajú v elektronike, keramike, rezných nástrojoch a rôznych iných priemyselných aplikáciách.

Organické nitridy

Organické nitridy sú chemikálie, ktoré obsahujú nitridovú funkčnú skupinu (−N≡). Vo všeobecnosti sa vytvárajú substitúciou atómov vodíka v amoniaku (NH₃) molekuly s organickými skupinami. Nitrily so všeobecnou štruktúrou R-C≡N sú častým príkladom organického nitridu. R označuje organickú skupinu.

Acetonitril (CH₃CN) je príkladom organického nitridu. Acetonitril obsahuje trojitú väzbu (≡N) medzi atómom dusíka a metylovou skupinou (CH₃). Ďalšími príkladmi organických nitridov sú benzonitril (C₆H₅CN) a propionitril (CH₃CH₂CN). Organické nitridy sú významné pri výrobe liekov, agrochemikálií a rôznych iných priemyselných použití.

Použitie nitridu

Existuje niekoľko použití nitridu:

• LED svetlá vyžarujú modré svetlo, pretože majú vysoký frekvenčný odstup v nitride gália, čo dokazuje jeho význam v technológii, ktorá poháňa tieto energeticky účinné svetlá.
• Nitridy sa používajú na výrobu vysokorýchlostných rezných nástrojov s vysokou teplotou, čo pomáha urýchliť obrábacie operácie.
• Nitridy sú dôležité v leteckom a kozmickom sektore pre nátery komponentov, pretože sú odolné voči vysokým teplotám, čo zlepšuje ich výkon a odolnosť.
• Nitridy tiež prispievajú ku katalýze tým, že uľahčujú chemické reakcie a procesy, ktoré sú kritické v rôznych priemyselných aplikáciách.
• Nitridy, podobne ako nitrid bóru, sa používajú ako izolátory na reguláciu toku elektriny.

Nitridy, dusitany a dusičnany

Nitrid, dusitan a dusitan sú tri možné typy aniónov v chemických zlúčeninách vytvorených s iónom dusíka. Základné pochopenie týchto troch typov možno získať z tabuľky nižšie:

Tiež skontrolujte

• Vzorec nitridu bárnatého
• Vzorec nitridu sodného
• Trojmocné ióny

často kladené otázky

Čo sú nitridy?

Nitridy sú chemické zlúčeniny, v ktorých je aniónom dusíkový ión.

Ako sú zastúpené nitridové ióny?

Nitridové ióny sú reprezentované ako N^-3

Čo je to oxidačný stav nitridu?

Oxidačný stav nitridového iónu je -3

Čo je nitridový vzorec?

Vzorec nitridu je uvedený ako N^-3

Čo sú nitridy kovov?

Nitridy kovov sú tie nitridové zlúčeniny, v ktorých je katión kov. Napríklad nitrid horečnatý Mg₃N₂je nitrid kovu

Čo je Valencia nitridu?

Valencia nitridu je 3