Nitrid
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 X 3 N, X 3 N 2 nebo 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:
| Vlastnictví | Nitrid |
|---|---|
| Vzorec | N 3- |
| Nabít | -3 |
| Mocenství | -3 |
| Atomová hmotnost | Přibližně 14 |
| Iontový poloměr | Kolem 140 hod |
| Konfigurace elektronů | 1s 2 2s 2 2p 3 |
| Počet elektronů ve vnějším obalu | 5 |
| Iontská příroda | Iontové, kovalentní a intersticiální |
| Běžné typy | Přechodný kov, kovalentní a iontový |
| Způsoby přípravy | Přímá reakce s amoniakem. Tepelný rozklad amidu kovu. Redukce halogenidu nebo oxidu kovu |
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 X 3 N, X 3 N 2 nebo XN.
Nitridová valence
Dusík má mocenství -3. Dusík má atomové číslo 7 a elektronovou konfiguraci 1s 2 2s 2 2p 3 . 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 1s 2 2s 2 2p 3 což 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 Mg 3 N 2 .
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 (Ca 3 N 2 ) 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
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 M 3 N 2 . Tyto iontové nitridy, jako je Be 3 N 2 a Mg 3 N 2 , 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 (Mg 3 N 2 ), 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 (N 2 ). 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 (Si 3 N 4 ), 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 (NH 3 ) molekuly s organickými skupinami. Nitrily s obecnou strukturou R-C≡N jsou častým příkladem organického nitridu. R označuje organickou skupinu.
Acetonitril (CH 3 CN) je příklad organického nitridu. Acetonitril obsahuje trojnou vazbu (≡N) mezi atomem dusíku a methylovou skupinou (CH 3 ). Další příklady organických nitridů jsou benzonitril (C 6 H 5 CN) a propionitril (CH 3 CH 2 CN). 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:
| Informace | Nitrid | Dusitan | Dusičnan |
|---|---|---|---|
| Přípona | -ide | -ite | -jedl |
| Vzorec | N3- | NO2- | NO3- |
| Mocenství | 3 | 1 | 1 |
| Příklad | Mg 3 N 2 | Výlevka 2 ) 2 | NaNO 3 |
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 Mg 3 N 2 je nitrid kovu
Co je Valency of Nitride?
Valence nitridu je 3
