Nitrid
Nitridi so razred kemičnih spojin, ki nastanejo, ko se dušik združi s komponentami z manj elektronegativnosti, kot sta silicij ali bor. V naravi se pojavlja v različnih oblikah. Obstajajo tri različne vrste nitridov: prehodne kovine, kovalentni in ionski. Uporabni so v različnih aplikacijah in imajo različne lastnosti. Te nitridne spojine, ko so razdeljene na dva iona, tvorijo kation in anion. Nastali anion se imenuje nitridni ion.
V tem članku bomo podrobno izvedeli, kaj so nitridi, nitridni ioni, njihova formula, valenca, lastnosti, vrste in uporaba.
Kazalo
- Kaj so nitridi?
- Primeri nitridov
- Lastnosti nitridov
- Priprava nitridov
- Vrste nitridov
- Nitrid, nitrit in nitrat
Kaj so nitridi?
Nitridi so kemične spojine, v katerih je anion dušikov ion. Nitridi nastanejo, ko manj elektronegativni element združi dušik. Imajo splošno formulo X 3 N, X 3 n 2 ali XN. Nekateri primeri nitridov so aluminijev nitrid, galijev nitrid, borov nitrid itd. Anioni, prisotni v teh spojinah, se imenujejo nitridni ioni.
Nitridni ion
Nitridni ioni so anioni, prisotni v nitridnih spojinah. Nitridni ion je predstavljen kot N 3- .
Osnovne lastnosti nitridov
Tukaj je tabela, ki povzema osnovne značilnosti nitridov:
| Lastnina | Nitrid |
|---|---|
| Formula | n 3- |
| Napolniti | -3 |
| Valenca | -3 |
| Atomska masa | Približno 14 |
| Ionski polmer | Okrog 140 ure zvečer |
| Elektronska konfiguracija | 1s 2 2s 2 2p 3 |
| Število elektronov v zunanji lupini | 5 |
| Ionska narava | Ionski, kovalentni in intersticijski |
| Pogosti tipi | Prehodna kovina, kovalentna in ionska |
| Metode priprave | Neposredna reakcija z amoniakom. Toplotna razgradnja kovinskega amida. Redukcija kovinskega halogenida ali oksida |
Nitridna formula
Nitridni ioni imajo formulo (N 3- ). Oksidacijsko stanje -3 povzroči, da se dušik spremeni v nitridni ion. To omogoča nitridnemu ionu, da tvori nitridni razred spojin z možnimi molekulskimi formulami X 3 N, X 3 n 2 ali XN.
Valenca nitrida
Dušik ima valenco -3. Dušik ima atomsko število 7 in elektronsko konfiguracijo 1s 2 2s 2 2p 3 . Dušik vsebuje 5 elektronov v svoji najbolj oddaljeni lupini in potrebuje 3 dodatne elektrone, da tvori stabilen oktet. Dušik pridobi tri elektrone, zaradi česar nastane nitridni ion (N 3- ). Ta dobiček elektronov je lahko predstavljen z naslednjo kemijsko enačbo
n + 3 je − → n 3−
Nitridni naboj
Nitridni ion ima naboj -3. Elektronska konfiguracija dušika je 1s 2 2s 2 2p 3 kar povzroči 5 elektronov v njegovi najbolj oddaljeni lupini. Pridobi tri elektrone, da tvori stabilen oktet. Pridobitev treh dodatnih elektronov povzroči nastanek nitridnega iona (N 3- ), pri čemer dušikov atom nosi naboj -3. Kemijska enačba za tvorbo nitridnega iona je naslednja:
n + 3 je − → n 3−
Primeri nitridov
Poglejmo zdaj, kako pomemben je nitrid za različna podjetja, tako da si ogledamo nekaj posebnih primerov:
Aluminijev nitrid (AlN): Zaradi odlične toplotne prevodnosti je uporaben za aplikacije upravljanja toplote in proizvodnjo visoko zmogljivih električnih naprav.
Silicijev nitrid (da 3 n 4 ): Zaradi velike trdnosti, trdote in odpornosti proti koroziji se pogosto uporablja v keramičnih materialih, rezalnih orodjih in komponentah motorja.
Borov nitrid (BN): Obstaja v več oblikah, kot sta kubični borov nitrid (c-BN) in heksagonalni borov nitrid (h-BN). Medtem ko je c-BN supertrda snov, ki se uporablja v abrazivih in rezalnih instrumentih, se h-BN uporablja kot mazivo in v kozmetiki.
Titanov nitrid (TiN): Trde prevleke, ki zagotavljajo odpornost proti obrabi in videz, podoben zlatu, se uporabljajo na opremi za rezanje kovin ter v vesoljskem in medicinskem sektorju.
Vanadijev nitrid (VN): Ko se proizvaja amoniak in je jeklo površinsko obdelano, da se poveča njegova trdota in odpornost proti koroziji, se uporablja kot katalizator.
Tantalov nitrid (TaN): Zaradi svojih električnih lastnosti in odpornosti proti obrabi se uporablja kot tanek film v polprevodniških napravah.
Galijev nitrid (GaN): Galijev nitrid je polprevodnik z velikim pasovnim razmakom, ki je bil deležen velikega zanimanja v elektroniki in optoelektroniki. Uporablja se pri proizvodnji svetlečih diod (LED), radiofrekvenčnih (RF) naprav in močnostne elektronike.
Magnezijev nitrid (Mg 3 N 2 ): To je binarna kemikalija, sestavljena iz magnezija (Mg) in dušika (N). Zaradi visokega tališča je uporaben v različnih industrijskih aplikacijah. Magnezijev nitrid ima kemijsko formulo Mg 3 N 2 .
Lastnosti nitridov
Nitridi imajo številne kemijske in fizikalne lastnosti, ki vključujejo:
Fizične lastnosti
Ionski polmer: Nitridne spojine imajo ionski polmer okoli 140 pm, kar vpliva na njihove interakcije z drugimi elementi in spojinami.
Reakcija z vodo: Ko nitridi pridejo v stik z vodo, se podvržejo reakciji, pri kateri nastane amoniak, kar poudari njihovo reaktivnost in možno uporabo pri sintezi amoniaka.
Izolacijska narava: Nitrid je znan po svojih izolacijskih lastnostih, zaradi česar je uporaben v različnih aplikacijah, ki zahtevajo nadzor električne prevodnosti.
Stanje oksidacije: Nitrid ima stabilno oksidacijsko število -3, kar pojasnjuje njegovo obnašanje pri delitvi elektronov v kemičnih procesih.
Različne oblike: Nitrid obstaja v različnih oblikah, vključno s kalcijevim nitridom, natrijevim nitridom in borovim nitridom, kar dokazuje njegovo prožnost pri tvorbi spojin.
Kemijska reakcija nitridov
Kemijske lastnosti nitridov so navedene spodaj:
Reaktivnost natrijevega nitrida: Natrij medsebojno deluje z nitridom, da nastane natrijev nitrid, ki je še posebej nestabilen. Reakcijska enačba prikazuje dovzetnost za razgradnjo:
2 Že 3 n →6 Že + n 2
Tvorba kalcijevega nitrida: Kalcij se združuje z dušikom, da tvorita kalcijev nitrid in oksid, kar dokazuje sposobnost spojine, da se vključi v neposredne reakcije.
3 to + n 2 → to 3 n 2
Interakcija z vodo: Nitridi, kot je kalcijev nitrid, medsebojno delujejo z vodo ali vlago v zraku, da s kemično reakcijo proizvedejo kalcijev hidroksid in amoniak:
to 3 n 2 + 6 H 2 O →3 to ( OH ) 2 + 2 NH 3
Absorpcija vodika: Kalcijev nitrid ima sposobnost absorbiranja vodika pri visokih temperaturah, kar ima za posledico kemično reakcijo, ki proizvaja kalcijev amid in hidrid:
to 3 n 2 + 2 H 2 →2 Juha + CaH 2
Priprava nitridov
Nitridi nastanejo z neposredno reakcijo kovine z virom dušika, kot je plin amoniak, ali z reakcijo kovine z dušikovo spojino, kot je dušikova kislina. Med temi reakcijami kovina reagira z dušikom in tvori nitride. Toplotna razgradnja kovinskih amidov in redukcija kovinskih halogenidov ali oksidov v prisotnosti dušikovega plina sta drugi poti za proizvodnjo vsestranskih nitridnih spojin s širokim spektrom uporabe. Nekaj primerov priprave nitrida je navedenih spodaj:
Neposredna reakcija elementov
Neposredno reagiranje elementov je ena preprosta tehnika. Z uporabo kalcijevega nitrida (Ca 3 n 2 ) kot ponazoritev:
3Ca + N 2 → Pribl 3 N 2
Toplotna razgradnja kovinskega amida
Druga tehnika je segrevanje kovinskega amida za sprostitev amoniaka, kot je barijev amid:
3Ba(NH 2 ) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3
Ta postopek prikazuje alternativno pot do ustvarjanja nitrida s sproščanjem amoniaka.
Redukcija kovinskega halogenida ali oksida
Redukcija kovinskega oksida ali halida v prisotnosti dušikovega plina je dodatna metoda. Sinteza aluminijevega nitrida (AlN) poteka takole:
Za 2 The 3 + 3C + N 2 →2AlN + 3CO
Vrste nitridov
Nitride lahko razvrstimo v različne kategorije glede na naravo vezi, ki jo imajo, ali vire uporabe materiala za izdelavo nitrida. Spodaj so navedene različne vrste nitridov:
Ionski nitrid
Ionski nitridi so nitridi, v katerih je kation kovina, anion pa nitridni ion. Litij je edina alkalna kovina, ki tvori nitrid, medtem ko vse zemeljskoalkalijske kovine proizvajajo nitride s formulo M 3 n 2 . Ti ionski nitridi, kot je Be 3 n 2 in Mg 3 n 2 , imajo različno stabilnost. Zaradi te različne reaktivnosti in raznolike stabilnosti so ionski nitridi pomembni tako v industriji kot v kemiji.
Kovalentni nitrid
Kovalentni nitridi, kot je borov nitrid (BN), so spojine, ki nastanejo z delitvijo elektronov med nekovinami. V primeru BN atomi bora in dušika tvorijo kovalentne vezi, ki tvorijo strukturo kristalne mreže.
Dva mola bora reagirata s tremi moli dušikovega plina, da nastaneta dva mola borovega nitrida, kar dokazuje kovalentno naravo vezi bor-dušik v tej molekuli.
Binarni kovinski nitrid
Binarni kovinski nitridi, kot že ime pove, imajo dva elementa v nitridni spojini. Eden, ki je očitno dušik. Primer binarnega kovinskega nitrida, kot je magnezijev nitrid (Mg 3 n 2 ), nastanejo s kombinacijo kovine, kot je magnezij, z dušikom.
Nitrid prehodne kovine
Nitrid prehodne kovine, sestavljen iz kationa prehodne kovine in nitridnega aniona. Primer nitrida prehodne kovine, kot je titanov nitrid (TiN), nastane s kemično reakcijo med titanom (Ti) in plinastim dušikom (N 2 ). Kemijska enačba za sintezo je
Ti + N 2 → TiN
Anorganski nitridi
Anorganski nitridi so spojine, ki nastanejo s kombinacijo dušika in drugih elementov, razen ogljika. Te spojine običajno vključujejo vezavo dušika s kovinami ali nekovinami, kar ima za posledico širok spekter materialov z različnimi lastnostmi in uporabami.
Aluminijev nitrid je anorganski nitrid. Drugi primeri anorganskih nitridov so silicijev nitrid (Si 3 n 4 ), titanov nitrid (TiN) in borov nitrid. Zaradi svojih značilnih lastnosti in prilagodljivosti se te spojine uporabljajo v elektroniki, keramiki, rezalnih orodjih in številnih drugih industrijskih aplikacijah.
Organski nitridi
Organski nitridi so kemikalije, ki vsebujejo nitridno funkcionalno skupino (−N≡). Običajno nastanejo z zamenjavo vodikovih atomov v amoniaku (NH 3 ) molekule z organskimi skupinami. Nitrili s splošno strukturo R-C≡N so pogost primer organskega nitrida. R označuje organsko skupino.
Acetonitril (CH 3 CN) je primer organskega nitrida. Acetonitril vsebuje trojno vez (≡N) med atomom dušika in metilno skupino (CH 3 ). Drugi primeri organskih nitridov so benzonitril (C 6 H 5 CN) in propionitril (CH 3 CH 2 CN). Organski nitridi so pomembni pri proizvodnji zdravil, agrokemikalij in številnih drugih industrijskih uporabah.
Uporaba nitrida
Obstaja več uporab nitrida:
- Luči LED oddajajo modro svetlobo zaradi velikega pasovnega razmika galijevega nitrida, kar dokazuje njegov pomen v tehnologiji, ki napaja te energetsko učinkovite luči.
- Nitridi se uporabljajo za izdelavo hitrih in visokotemperaturnih rezalnih orodij, kar pomaga pospešiti strojno obdelavo.
- Nitridi so pomembni v letalskem in vesoljskem sektorju za premaze komponent, ker so odporni na visoke temperature, kar izboljša njihovo delovanje in vzdržljivost.
- Nitridi prav tako prispevajo k katalizi z omogočanjem kemičnih reakcij in procesov, ki so kritični v različnih industrijskih aplikacijah.
- Nitridi se tako kot borov nitrid uporabljajo kot izolatorji za uravnavanje pretoka električne energije.
Nitrid, nitrit in nitrat
Nitrid, nitrit in nitrit so tri možne vrste anionov v kemičnih spojinah, ki nastanejo z dušikovim ionom. Osnovno razumevanje teh treh vrst je mogoče pridobiti iz spodnje tabele:
| Informacije | Nitrid | Nitrit | Nitrat |
|---|---|---|---|
| Pripona | - gre | -ite | -jedel |
| Formula | N3- | NO2- | NO3- |
| Valenca | 3 | 1 | 1 |
| Primer | Mg 3 n 2 | Izliv 2 ) 2 | NaNO 3 |
Prav tako preverite
- Formula barijevega nitrida
- Formula natrijevega nitrida
- Trivalentni ioni
Pogosto zastavljena vprašanja
Kaj so nitridi?
Nitridi so kemične spojine, v katerih je anion dušikov ion.
Kako so predstavljeni nitridni ioni?
Nitridni ioni so predstavljeni kot N -3
Kaj je oksidacijsko stanje nitrida?
Oksidacijsko stanje nitridnega iona je -3
Kaj je nitridna formula?
Formula nitrida je podana kot N -3
Kaj so kovinski nitridi?
Kovinski nitridi so tiste nitridne spojine, v katerih je kation kovina. Na primer, magnezijev nitrid Mg 3 n 2 je kovinski nitrid
Kaj je valenca nitrida?
Valenca nitrida je 3
