Azotek
Azotki to klasa związków chemicznych powstających, gdy azot łączy się ze składnikami o mniejszej elektroujemności, takimi jak krzem lub bor. Występuje w przyrodzie pod różnymi postaciami. Istnieją trzy różne rodzaje azotków: metale przejściowe, kowalencyjne i jonowe. Są przydatne w różnych zastosowaniach i mają różne funkcje. Te związki azotkowe po rozbiciu na dwa jony tworzą kation i anion. Powstały anion nazywany jest jonem azotkowym.
W tym artykule dowiemy się szczegółowo, czym są azotki, jony azotkowe, ich wzór, wartościowość, właściwości, rodzaje i zastosowania.
Spis treści
- Co to są azotki?
- Przykłady azotków
- Właściwości azotków
- Przygotowanie azotków
- Rodzaje azotków
- Azotki, azotyny i azotany
Co to są azotki?
Azotki to związki chemiczne, w których anionem jest jon azotu. Azotki powstają, gdy mniej elektroujemny pierwiastek łączy azot. Mają ogólny wzór X 3 N, X 3 N 2 lub XN. Niektóre przykłady azotków to azotek glinu, azotek galu, azotek boru itp. Aniony obecne w tych związkach nazywane są jonami azotkowymi.
Jon azotkowy
Jony azotkowe to aniony obecne w związkach azotkowych. Jon azotkowy jest reprezentowany jako N 3- .
Podstawowe właściwości azotków
Oto tabela podsumowująca podstawowe cechy azotków:
| Nieruchomość | Azotek |
|---|---|
| Formuła | N 3- |
| Opłata | -3 |
| Wartościowość | -3 |
| Masa atomowa | Około 14 |
| Promień jonowy | Około godziny 140 |
| Konfiguracja elektronów | 1s 2 2s 2 14:00 3 |
| Liczba elektronów w powłoce zewnętrznej | 5 |
| Natura jonowa | Jonowe, kowalencyjne i śródmiąższowe |
| Powszeche typy | Metal przejściowy, kowalencyjny i jonowy |
| Metody przygotowania | Bezpośrednia reakcja z amoniakiem. Rozkład cieplny amidu metalu. Redukcja halogenków lub tlenków metali |
Formuła azotkowa
Jony azotkowe mają wzór (N 3- ). Stopień utlenienia -3 powoduje zmianę azotu w jon azotkowy. Umożliwia to jonowi azotkowemu tworzenie związków azotkowych o możliwych wzorach cząsteczkowych X 3 N, X 3 N 2 lub XN.
Wartościowość azotku
Azot ma wartościowość -3. Azot ma liczbę atomową 7 i konfigurację elektronową 1s 2 2s 2 14:00 3 . Azot zawiera 5 elektronów na swojej najbardziej zewnętrznej powłoce i potrzebuje 3 dodatkowych elektronów, aby utworzyć stabilny oktet. Azot zyskuje trzy elektrony, w wyniku czego powstaje jon azotkowy (N 3- ). To wzmocnienie elektronów można przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego
N + 3 To jest − → N 3-
Ładunek azotku
Jon azotkowy ma ładunek -3. Konfiguracja elektronowa azotu wynosi 1s 2 2s 2 14:00 3 w wyniku czego na jego najbardziej zewnętrznej powłoce znajduje się 5 elektronów. Pobiera trzy elektrony, tworząc stabilny oktet. Nabycie trzech dodatkowych elektronów powoduje wytworzenie jonu azotkowego (N 3- ), przy czym atom azotu ma ładunek -3. Równanie chemiczne tworzenia jonu azotkowego jest następujące:
N + 3 To jest − → N 3-
Przykłady azotków
Przyjrzyjmy się teraz, jak ważny jest azotek dla różnych firm, patrząc na kilka konkretnych przykładów:
Azotek glinu (AlN): Doskonała przewodność cieplna sprawia, że jest on przydatny w zastosowaniach związanych z zarządzaniem ciepłem i produkcją wysokowydajnych urządzeń elektrycznych.
Azotek krzemu (tak 3 N 4 ): Ze względu na dużą wytrzymałość, twardość i odporność na korozję jest często stosowany w materiałach ceramicznych, narzędziach skrawających i elementach silników.
Azotek Boru (BN): Występuje w kilku postaciach, takich jak sześcienny azotek boru (c-BN) i sześciokątny azotek boru (h-BN). Podczas gdy c-BN jest supertwardą substancją stosowaną w materiałach ściernych i narzędziach skrawających, h-BN jest stosowany jako środek smarny i w kosmetykach.
Azotek tytanu (TiN): Twarde powłoki, które zapewniają odporność na zużycie i złoty wygląd, są stosowane w sprzęcie do cięcia metalu oraz w sektorze lotniczym i medycznym.
Azotek Wanadu (VN): Kiedy wytwarza się amoniak, a stal poddaje się obróbce powierzchniowej w celu zwiększenia jej twardości i odporności na korozję, wykorzystuje się go jako katalizator.
Azotek tantalu (TaN): Ze względu na swoje właściwości elektryczne i odporność na zużycie jest stosowany jako cienka warstwa w urządzeniach półprzewodnikowych.
Azotek galu (GaN): Azotek galu jest półprzewodnikiem o dużej przerwie energetycznej, który cieszy się dużym zainteresowaniem w elektronice i optoelektronice. Jest wykorzystywany do produkcji diod elektroluminescencyjnych (LED), urządzeń o częstotliwości radiowej (RF) i elektroniki mocy.
Azotek magnezu (Mg 3 N 2 ): To jest dwuskładnikową substancją chemiczną składającą się z magnezu (Mg) i azotu (N). Wysoka temperatura topnienia sprawia, że jest przydatny w różnych zastosowaniach przemysłowych. Azotek magnezu ma wzór chemiczny Mg 3 N 2 .
Właściwości azotków
Azotki mają wiele właściwości chemicznych i fizycznych, które obejmują:
Właściwości fizyczne
Promień jonowy: Związki azotkowe mają promień jonowy około 140 µm, co wpływa na ich interakcje z innymi pierwiastkami i związkami.
Reakcja z wodą: Kiedy azotki wchodzą w kontakt z wodą, ulegają reakcji, w wyniku której powstaje amoniak, co podkreśla ich reaktywność i możliwość wykorzystania w syntezie amoniaku.
Charakter izolacyjny: Azotek jest dobrze znany ze swoich właściwości izolacyjnych, dzięki czemu jest przydatny w różnych zastosowaniach wymagających kontroli przewodności elektrycznej.
Stan utlenienia: Azotek ma stabilny stopień utlenienia -3, co wyjaśnia jego zachowanie polegające na współdzieleniu elektronów w procesach chemicznych.
Różnorodne formy: Azotek występuje w różnych postaciach, w tym azotku wapnia, azotku sodu i azotku boru, co świadczy o jego elastyczności w tworzeniu związków.
Reakcja chemiczna azotków
Właściwości chemiczne azotków wymieniono poniżej:
Reaktywność azotku sodu: Sód oddziałuje z azotkiem, tworząc azotek sodu, który jest szczególnie niestabilny. Równanie reakcji pokazuje podatność na rozkład:
2 Już 3 N →6 Już + N 2
Tworzenie azotku wapnia: Wapń łączy się z azotem, tworząc azotek i tlenek wapnia, co pokazuje zdolność związku do angażowania się w reakcje bezpośrednie.
3 To + N 2 → To 3 N 2
Interakcja z wodą: Azotki, takie jak azotek wapnia, wchodzą w interakcję z wodą lub wilgocią zawartą w powietrzu, tworząc wodorotlenek wapnia i amoniak w drodze reakcji chemicznej:
To 3 N 2 + 6 H 2 O →3 To ( OH ) 2 + 2 NH 3
Absorpcja wodoru: Azotek wapnia ma zdolność pochłaniania wodoru w wysokich temperaturach, co powoduje reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje amid i wodorek wapnia:
To 3 N 2 + 2 H 2 →2 zupa + CaH 2
Przygotowanie azotków
Azotki powstają w wyniku bezpośredniej reakcji metalu ze źródłem azotu, takim jak gazowy amoniak, lub w wyniku reakcji metalu ze związkiem azotu, takim jak kwas azotowy. Podczas tych reakcji metal reaguje z azotem, tworząc azotki. Termiczny rozkład amidków metali i redukcja halogenków lub tlenków metali w obecności gazowego azotu to inne drogi prowadzące do produkcji wszechstronnych związków azotkowych o szerokim zakresie zastosowań. Niektóre przykłady wytwarzania azotku wymieniono poniżej:
Bezpośrednia reakcja pierwiastków
Bezpośrednie reagowanie na elementy to jedna prosta technika. Stosując azotek wapnia (ok 3 N 2 ) jako ilustracja:
3Ca + N 2 → Ok 3 N 2
Rozkład cieplny amidu metalu
Drugą techniką jest ogrzewanie amidu metalu w celu uwolnienia amoniaku, takiego jak amidek baru:
3Ba(NH 2 ) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3
Procedura ta przedstawia alternatywną drogę tworzenia azotków poprzez uwalnianie amoniaku.
Redukcja halogenków lub tlenków metali
Dodatkową metodą jest redukcja tlenku lub halogenku metalu w obecności gazowego azotu. Synteza azotku glinu (AlN) przebiega następująco:
Do 2 The 3 + 3C + N 2 →2AlN + 3CO
Rodzaje azotków
Azotki można podzielić na różne kategorie w zależności od rodzaju wiązania, jakie posiadają lub źródeł materiału użytego do wytworzenia azotków. Poniżej wymieniono różne typy azotków:
Azotek jonowy
Azotek jonowy to azotki, w których kationem jest metal, a anionem jest jon azotkowy. Lit jest jedynym metalem alkalicznym, który tworzy azotek, podczas gdy wszystkie metale ziem alkalicznych wytwarzają azotki o wzorze M 3 N 2 . Te azotki jonowe, takie jak Be 3 N 2 i Mg 3 N 2 , mają różną stabilność. Ta różna reaktywność i zróżnicowana stabilność sprawiają, że azotki jonowe są istotne zarówno w zastosowaniach przemysłowych, jak i chemicznych.
Azotek kowalencyjny
Azotki kowalencyjne, takie jak azotek boru (BN), to związki powstające w wyniku podziału elektronów między niemetalami. W przypadku BN atomy boru i azotu tworzą wiązania kowalencyjne, tworząc strukturę sieci krystalicznej.
Dwa mole boru reagują z trzema molami gazowego azotu, tworząc dwa mole azotku boru, co pokazuje kowalencyjny charakter wiązania bor-azot w tej cząsteczce.
Binarny azotek metalu
Binarne azotki metali, jak sama nazwa wskazuje, zawierają dwa pierwiastki w związku azotkowym. Jeden z nich to oczywiście azot. Przykład binarnego azotku metalu, takiego jak azotek magnezu (Mg 3 N 2 ), powstają w wyniku połączenia metalu, takiego jak magnez, z azotem.
Azotek metalu przejściowego
Azotek metalu przejściowego składający się z kationu metalu przejściowego i anionu azotkowego. Przykład azotku metalu przejściowego, takiego jak azotek tytanu (TiN), powstaje w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy tytanem (Ti) i gazowym azotem (N 2 ). Równanie chemiczne syntezy to
Ty + N 2 → TiN
Nieorganiczne azotki
Azotki nieorganiczne to związki powstające w wyniku połączenia azotu i innych pierwiastków, z wyjątkiem węgla. Związki te zwykle obejmują wiązanie azotu z metalami lub niemetalami, co skutkuje szerokim spektrum materiałów o różnych właściwościach i zastosowaniach.
Azotek glinu jest azotkiem nieorganicznym. Innymi przykładami azotków nieorganicznych są azotek krzemu (Si 3 N 4 ), azotek tytanu (TiN) i azotek boru. Ze względu na swoje charakterystyczne cechy i możliwości adaptacji związki te są stosowane w elektronice, ceramice, narzędziach skrawających i wielu innych zastosowaniach przemysłowych.
Azotki organiczne
Azotki organiczne to substancje chemiczne zawierające azotkową grupę funkcyjną (-N≡). Na ogół powstają one przez podstawienie atomów wodoru w amoniaku (NH 3 ) cząsteczki z grupami organicznymi. Nitryle o ogólnej strukturze R-C≡N są częstym przykładem azotku organicznego. R oznacza grupę organiczną.
Acetonitryl (CH 3 CN) jest przykładem azotku organicznego. Acetonitryl zawiera potrójne wiązanie (≡N) pomiędzy atomem azotu i grupą metylową (CH 3 ). Innymi przykładami azotków organicznych są benzonitryl (C 6 H 5 CN) i propionitryl (CH 3 CH 2 CN). Azotki organiczne odgrywają znaczącą rolę w produkcji leków, środków agrochemicznych i wielu innych zastosowaniach przemysłowych.
Zastosowania azotku
Istnieje kilka zastosowań azotku:
- Diody LED emitują niebieskie światło ze względu na duże pasmo wzbronione azotku galu, co pokazuje jego znaczenie w technologii zasilającej te energooszczędne światła.
- Azotki służą do wytwarzania narzędzi skrawających o dużej prędkości i wysokiej temperaturze, co pomaga przyspieszyć operacje obróbki.
- Azotki są ważne w sektorze lotniczym do powlekania elementów, ponieważ są odporne na wysokie temperatury, co poprawia ich wydajność i trwałość.
- Azotki przyczyniają się również do katalizy, ułatwiając reakcje i procesy chemiczne, które mają kluczowe znaczenie w różnych zastosowaniach przemysłowych.
- Azotki, podobnie jak azotek boru, służą jako izolatory do regulowania przepływu energii elektrycznej.
Azotki, azotyny i azotany
Azotek, azotyn i azotyn to trzy możliwe typy anionów w związkach chemicznych utworzonych z jonów azotu. Podstawową wiedzę na temat tych trzech typów można uzyskać z poniższej tabeli:
| Informacja | Azotek | Azotyn | Azotan |
|---|---|---|---|
| Przyrostek | - on idzie | -it | -zjadł |
| Formuła | N3- | NO2- | NR 3- |
| Wartościowość | 3 | 1 | 1 |
| Przykład | Mg 3 N 2 | Rynna 2 ) 2 | NaNO 3 |
Sprawdź także
- Formuła azotku baru
- Formuła azotku sodu
- Jony trójwartościowe
Często Zadawane Pytania
Co to są azotki?
Azotki to związki chemiczne, w których anionem jest jon azotu.
Jak reprezentowane są jony azotkowe?
Jony azotkowe są reprezentowane jako N -3
Co to jest stan utlenienia azotku?
Stan utlenienia jonu azotkowego wynosi -3
Co to jest formuła azotkowa?
Wzór azotku podano jako N -3
Co to są azotki metali?
Azotki metali to związki azotkowe, w których kationem jest metal. Na przykład azotek magnezu Mg 3 N 2 jest azotkiem metalu
Jaka jest wartościowość azotku?
Wartościowość azotku wynosi 3
