Nitrid
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 X 3 N, X 3 N 2 alebo 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:
| Nehnuteľnosť | Nitrid |
|---|---|
| Vzorec | N 3- |
| Nabite | -3 |
| Valencia | -3 |
| Atómová hmotnosť | Približne 14 |
| Iónový polomer | Okolo 140 hod |
| Konfigurácia elektrónov | 1 s 2 2s 2 2p 3 |
| Počet elektrónov vo vonkajšom obale | 5 |
| Iónová povaha | Iónové, kovalentné a intersticiálne |
| Bežné typy | Prechodný kov, kovalentný a iónový |
| Spôsoby prípravy | Priama reakcia s amoniakom. Tepelný rozklad amidu kovu. Zníženie obsahu halogenidov alebo oxidov kovov |
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 X 3 N, X 3 N 2 alebo XN.
Nitrid Valencia
Dusík má valenciu -3. Dusík má atómové číslo 7 a elektrónovú konfiguráciu 1s 2 2s 2 2p 3 . 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 s 2 2s 2 2p 3 výsledkom 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 Mg 3 N 2 .
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 (Ca 3 N 2 ) 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 M 3 N 2 . Tieto iónové nitridy, ako napríklad Be 3 N 2 a Mg 3 N 2 , 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.
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 (Mg 3 N 2 ), 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 (N 2 ). 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 (Si 3 N 4 ), 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 (NH 3 ) molekuly s organickými skupinami. Nitrily so všeobecnou štruktúrou R-C≡N sú častým príkladom organického nitridu. R označuje organickú skupinu.
Acetonitril (CH 3 CN) je príkladom organického nitridu. Acetonitril obsahuje trojitú väzbu (≡N) medzi atómom dusíka a metylovou skupinou (CH 3 ). Ďalšími príkladmi organických nitridov sú benzonitril (C 6 H 5 CN) a propionitril (CH 3 CH 2 CN). 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:
| Informácie | Nitrid | Dusitan | Dusičnan |
|---|---|---|---|
| Prípona | -ide | -ite | -jedol |
| Vzorec | N3- | NO2- | NO3- |
| Valencia | 3 | 1 | 1 |
| Príklad | Mg 3 N 2 | Výtok 2 ) 2 | NaNO 3 |
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 Mg 3 N 2 je nitrid kovu
Čo je Valencia nitridu?
Valencia nitridu je 3
