Nitridy jsou třídou chemických sloučenin, které vznikají, když se dusík spojí s méně elektronegativními složkami, jako je křemík nebo bor. V přírodě se objevuje v různých podobách. Existují tři různé druhy nitridů: přechodný kov, kovalentní a iontový. Jsou užitečné v různých aplikacích a mají odlišné vlastnosti. Tyto nitridové sloučeniny, když se rozdělí na dva ionty, tvoří kation a anion. Vytvořený anion se nazývá nitridový ion.

V tomto článku se podrobně seznámíme s tím, co jsou nitridy, nitridové ionty, jejich vzorec, mocenství, vlastnosti, typy a použití.

Obsah

• Co jsou nitridy?
• Příklady nitridů
• Vlastnosti nitridů
• Příprava nitridů
• Druhy nitridů
• Nitridy, dusitany a dusičnany

Co jsou nitridy?

Nitridy jsou chemické sloučeniny, ve kterých je anion iontem dusíku. Nitridy se tvoří, když méně elektronegativní prvek kombinuje dusík. Mají obecný vzorec X₃N, X₃N₂nebo XN. Některé z příkladů nitridů jsou nitrid hliníku, nitrid galia, nitrid bóru atd. Anionty přítomné v těchto sloučeninách se nazývají nitridové ionty.

Nitridový iont

Nitridové ionty jsou anionty přítomné v nitridových sloučeninách. Nitridový ion je reprezentován jako N^3-.

Základní vlastnosti nitridů

Zde je tabulka shrnující základní vlastnosti nitridů:

Nitridový vzorec

Nitridové ionty mají vzorec (N^3-). Oxidační stav -3 způsobí, že se dusík změní na nitridový iont. To umožňuje nitridovému iontu tvořit nitridovou třídu sloučenin s možným molekulárním vzorcem X₃N, X₃N₂nebo XN.

Nitridová valence

Dusík má mocenství -3. Dusík má atomové číslo 7 a elektronovou konfiguraci 1s²2s²2p³. Dusík obsahuje ve svém nejvzdálenějším obalu 5 elektronů a k vytvoření stabilního oktetu potřebuje 3 další elektrony. Dusík získává tři elektrony, což vede k produkci nitridového iontu (N^3-). Tento elektronový zisk může být reprezentován následující chemickou rovnicí

N + 3 to je ⁻ → N ³⁻

Nitridový náboj

Nitridový iont má náboj -3. Elektronová konfigurace dusíku je 1s²2s²2p³což má za následek 5 elektronů v jeho nejvzdálenějším obalu. Získává tři elektrony, aby vytvořil stabilní oktet. Získání tří dalších elektronů vede k produkci nitridového iontu (N^3-), přičemž atom dusíku nese náboj -3. Chemická rovnice pro vytvoření nitridového iontu je následující:

N + 3 to je ⁻ → N ³⁻

Příklady nitridů

Podívejme se nyní na několik konkrétních příkladů, jak důležitý je nitrid pro různé podniky:

Nitrid hliníku (AlN): Díky vynikající tepelné vodivosti je užitečný pro aplikace tepelného managementu a výrobu vysoce výkonných elektrických zařízení.

Nitrid křemíku (Ano ₃ N ₄ ): Pro svou velkou pevnost, tvrdost a odolnost proti korozi se často používá v keramických materiálech, řezných nástrojích a součástech motoru.

Nitrid boru (BN): Existuje v několika formách, jako je kubický nitrid boru (c-BN) a hexagonální nitrid boru (h-BN). Zatímco c-BN je supertvrdá látka používaná v brusivech a řezných nástrojích, h-BN se používá jako lubrikant a v kosmetice.

Nitrid titanu (TiN): Tvrdé povlaky, které poskytují odolnost proti opotřebení a mají vzhled podobný zlatu, se používají na zařízeních pro řezání kovů a v leteckém a lékařském sektoru.

Nitrid vanadu (VN): Při výrobě čpavku a povrchové úpravě oceli pro zvýšení její tvrdosti a odolnosti proti korozi se používá jako katalyzátor.

Nitrid tantalu (TaN): Pro své elektrické vlastnosti a odolnost proti opotřebení se používá jako tenký film v polovodičových součástkách.

Gallium nitrid (GaN): Gallium nitrid je polovodič s velkým bandgap, který získal velký zájem v elektronice a optoelektronice. Používá se při výrobě světelných diod (LED), radiofrekvenčních (RF) zařízení a výkonové elektroniky.

Nitrid hořečnatý (Mg ₃ N ₂ ): To je binární chemická látka složená z hořčíku (Mg) a dusíku (N). Díky vysokému bodu tání je užitečný v různých průmyslových aplikacích. Nitrid hořečnatý má chemický vzorec Mg₃N₂.

Vlastnosti nitridů

Nitridy mají mnoho chemických a fyzikálních vlastností, mezi které patří:

Fyzikální vlastnosti

Iontový poloměr: Nitridové sloučeniny mají iontový poloměr kolem 140 pm, což ovlivňuje jejich interakce s jinými prvky a sloučeninami.

Reakce s vodou: Když se nitridy dostanou do kontaktu s vodou, podstoupí reakci, při které vzniká amoniak, což zdůrazňuje jejich reaktivitu a možné využití při syntéze amoniaku.

Izolační příroda: Nitrid je dobře známý pro své izolační vlastnosti, díky kterým je užitečný v různých aplikacích vyžadujících kontrolu elektrické vodivosti.

Oxidační stav: Nitrid má stabilní oxidační číslo -3, což vysvětluje jeho chování při sdílení elektronů v chemických procesech.

Různé formy: Nitrid existuje v různých formách, včetně nitridu vápenatého, nitridu sodného a nitridu boru, což demonstruje jeho flexibilitu ve formách sloučenin.

Chemická reakce nitridů

Chemické vlastnosti nitridů jsou uvedeny níže:

Reaktivita nitridu sodného: Sodík interaguje s nitridem za vzniku nitridu sodného, ​​který je obzvláště nestabilní. Reakční rovnice ukazuje náchylnost k rozkladu:

2 Již ₃  N →6 Již + N ₂

Tvorba nitridu vápenatého: Vápník se kombinuje s dusíkem za vzniku nitridu a oxidu vápenatého, což prokazuje schopnost sloučeniny zapojit se do přímých reakcí.

3 Že + N ₂ → Že ₃  N ₂

Interakce s vodou: Nitridy, jako je nitrid vápenatý, interagují s vodou nebo vlhkostí ve vzduchu za vzniku hydroxidu vápenatého a amoniaku prostřednictvím chemické reakce:

Že ₃ N ₂ + 6 H ₂ Ó →3 Že ( ACH ) ₂ + 2 NH ₃

Absorpce vodíku: Nitrid vápenatý má schopnost absorbovat vodík při vysokých teplotách, což vede k chemické reakci, která produkuje amid a hydrid vápenatý:

Že ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 Polévka + CaH ₂

Příprava nitridů

Nitridy se tvoří přímou reakcí kovu se zdrojem dusíku, jako je plynný amoniak, nebo reakcí kovu se sloučeninou dusíku, jako je kyselina dusičná. Během těchto reakcí kov reaguje s dusíkem za vzniku nitridů. Tepelný rozklad amidů kovů a redukce halogenidů nebo oxidů kovů v přítomnosti plynného dusíku jsou další cesty k výrobě všestranných nitridových sloučenin se širokým spektrem použití. Některé z příkladů přípravy nitridu jsou uvedeny níže:

Přímá reakce prvků

Přímá reakce prvků je jednoduchá technika. Použití nitridu vápenatého (Ca₃N₂) pro ilustraci:

3 Ca + N ₂ → Ca ₃ N ₂

Tepelný rozklad amidu kovu

Druhou technikou je zahřívání amidu kovu, aby se uvolnil amoniak, jako je amid barnatý:

3Ba(NH ₂ ) ₂ →Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Tento postup ukazuje alternativní cestu k vytvoření nitridu uvolňováním amoniaku.

Redukce halogenidu nebo oxidu kovu

Další metodou je redukce oxidu kovu nebo halogenidu v přítomnosti plynného dusíku. Syntéza nitridu hliníku (AlN) probíhá takto:

K ₂ The ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

java převést celé číslo na řetězec

Druhy nitridů

Nitridy lze klasifikovat do různých kategorií v závislosti na povaze vazby, kterou mají, nebo na zdrojích použití materiálu k výrobě nitridu. Níže jsou uvedeny různé typy nitridů:

Iontový nitrid

Iontový nitrid jsou nitridy, ve kterých je kationtem kov a aniontem je nitridový iont. Lithium je jediný alkalický kov, který tvoří nitrid, zatímco všechny kovy alkalických zemin produkují nitridy se vzorcem M₃N₂. Tyto iontové nitridy, jako je Be₃N₂a Mg₃N₂, mají různou stabilitu. Tato odlišná reaktivita a diverzifikovaná stabilita činí iontové nitridy významnými v průmyslových i chemických aplikacích.

Kovalentní nitrid

Kovalentní nitridy, jako je nitrid boru (BN), jsou sloučeniny generované sdílením elektronů mezi nekovy. V případě BN tvoří atomy boru a dusíku kovalentní vazby, které tvoří strukturu krystalové mřížky.

Dva moly boru reagují se třemi moly plynného dusíku za vzniku dvou molů nitridu boru, což demonstruje kovalentní povahu vazby bor-dusík v této molekule.

Binární nitrid kovu

Binární nitridy kovů, jak název napovídá, mají v nitridové sloučenině dva prvky. Jeden, který je evidentně dusík. Příklad binárního nitridu kovu, jako je nitrid hořečnatý (Mg₃N₂), jsou tvořeny kombinací kovu, jako je hořčík, s dusíkem.

Transition Metal Nitride

Nitrid přechodného kovu se skládá z kationtu přechodného kovu a nitridového aniontu. Příklad nitridu přechodného kovu, jako je nitrid titanu (TiN), vzniká chemickou reakcí mezi titanem (Ti) a plynným dusíkem (N₂). Chemická rovnice pro syntézu je

Ty + N ₂ → TiN

Anorganické nitridy

Anorganické nitridy jsou sloučeniny generované kombinací dusíku a dalších prvků, kromě uhlíku. Tyto sloučeniny obvykle zahrnují vazbu dusíku s kovy nebo nekovy, což vede k širokému spektru materiálů s různými vlastnostmi a použitím.

Nitrid hliníku je anorganický nitrid. Dalšími příklady anorganických nitridů jsou nitrid křemíku (Si₃N₄), nitrid titanu (TiN) a nitrid boru. Díky svým charakteristickým vlastnostem a přizpůsobivosti se tyto sloučeniny používají v elektronice, keramice, řezných nástrojích a řadě dalších průmyslových aplikací.

Organické nitridy

Organické nitridy jsou chemikálie, které obsahují nitridovou funkční skupinu (−N≡). Obecně se vytvářejí substitucí atomů vodíku v amoniaku (NH₃) molekuly s organickými skupinami. Nitrily s obecnou strukturou R-C≡N jsou častým příkladem organického nitridu. R označuje organickou skupinu.

Acetonitril (CH₃CN) je příklad organického nitridu. Acetonitril obsahuje trojnou vazbu (≡N) mezi atomem dusíku a methylovou skupinou (CH₃). Další příklady organických nitridů jsou benzonitril (C₆H₅CN) a propionitril (CH₃CH₂CN). Organické nitridy jsou významné při výrobě léků, agrochemikálií a v řadě dalších průmyslových použití.

Použití nitridu

Existuje několik použití nitridu:

• LED světla vyzařují modré světlo kvůli vysokému pásmu v nitridu galia, což dokazuje jeho význam v technologii, která tato energeticky účinná světla pohání.
• Nitridy se používají k výrobě vysokorychlostních řezných nástrojů s vysokou teplotou, což pomáhá urychlit obráběcí operace.
• Nitridy jsou důležité v leteckém průmyslu pro nátěry součástí, protože jsou odolné vůči vysokým teplotám, což zlepšuje jejich výkon a odolnost.
• Nitridy také přispívají ke katalýze tím, že usnadňují chemické reakce a procesy, které jsou kritické v různých průmyslových aplikacích.
• Nitridy, stejně jako nitrid boru, se používají jako izolanty k regulaci toku elektřiny.

Nitridy, dusitany a dusičnany

Nitrid, dusitan a dusitan jsou tři možné typy aniontů v chemických sloučeninách tvořených dusíkovým iontem. Základní pochopení těchto tří typů lze získat z následující tabulky:

Také zkontrolujte

• Složení nitridu barnatého
• Složení nitridu sodného
• Trojmocné ionty

Často kladené otázky

Co jsou nitridy?

Nitridy jsou chemické sloučeniny, ve kterých je aniontem dusíkový iont.

Jak jsou zastoupeny nitridové ionty?

Nitridové ionty jsou reprezentovány jako N^-3

Co je oxidační stav nitridu?

Oxidační stav nitridového iontu je -3

Co je nitridový vzorec?

Vzorec nitridu je uveden jako N^-3

Co jsou nitridy kovů?

Nitridy kovů jsou takové nitridové sloučeniny, ve kterých je kationtem kov. Například nitrid hořečnatý Mg₃N₂je nitrid kovu

Co je Valency of Nitride?

Valence nitridu je 3