Nitruri sunt o clasă de compuși chimici formați atunci când azotul se combină cu componente cu electronegativitate mai mică, cum ar fi siliciul sau borul. Apare în natură sub o varietate de forme. Există trei tipuri diferite de nitruri: metal de tranziție, covalent și ionic. Sunt utile într-o varietate de aplicații și au caracteristici distincte. Acești compuși nitruri atunci când sunt divizați în doi ioni formează un cation și un anion. Anionul format se numește ion nitrură.

În acest articol, vom afla în detaliu ce sunt nitrururile, ionii de nitrură, formula, valența, proprietățile, tipurile și utilizările acestora.

Cuprins

• Ce sunt nitrururile?
• Exemple de nitruri
• Proprietățile nitrururilor
• Prepararea nitrurilor
• Tipuri de nitrură
• Nitruri, Nitriți și Nitrați

Ce sunt nitrururile?

Nitrururile sunt compuși chimici în care anionul este un ion de azot. Nitrururile se formează atunci când un element mai puțin electronegativ combină azotul. Au o formulă generală a lui X₃N, X₃N₂sau XN. Unele dintre exemplele de nitrură sunt nitrură de aluminiu, nitrură de galiu, nitrură de bor etc. Anionii prezenți în acești compuși sunt numiți ioni de nitrură.

Ion de nitrură

Ionii de nitrură sunt anioni prezenți în compușii de nitrură. Ionul de nitrură este reprezentat ca N^3-.

Proprietățile de bază ale nitrururilor

Iată un tabel care rezumă caracteristicile de bază ale nitrururilor:

rune în powershell

Formula de nitrură

Ionii de nitrură au formula (N^3-). O stare de oxidare de -3 face ca azotul să se transforme într-un ion de nitrură. Acest lucru permite ionului de nitrură să formeze clasa de nitruri de compuși cu posibile formule moleculare ale lui X₃N, X₃N₂sau XN.

Valenta de nitrură

Azotul are o valență de -3. Azotul are un număr atomic de 7 și o configurație electronică de 1s²2s²2p³. Azotul conține 5 electroni în învelișul său cel mai exterior și are nevoie de 3 electroni suplimentari pentru a forma un octet stabil. Azotul câștigă trei electroni, ducând la producerea unui ion de nitrură (N^3-). Acest câștig de electroni poate fi reprezentat de următoarea ecuație chimică

N + 3 Este ⁻ → N ³⁻

Sarcina de nitrură

Ionul de nitrură are o sarcină de -3. Configurația electronică a azotului este 1s²2s²2p³rezultând 5 electroni în învelișul său cel mai exterior. Acesta dobândește trei electroni pentru a forma un octet stabil. Achiziția a trei electroni suplimentari are ca rezultat producerea ionului de nitrură (N^3-), cu atomul de azot purtând o sarcină -3. Ecuația chimică pentru formarea ionului de nitrură este următoarea:

N + 3 Este ⁻ → N ³⁻

Exemple de nitruri

Să examinăm acum cât de importantă este nitrura pentru diverse companii, analizând câteva exemple particulare:

Nitrură de aluminiu (AlN): Conductivitatea termică excelentă îl face util pentru aplicațiile de management termic și pentru fabricarea dispozitivelor electrice de înaltă performanță.

Nitrură de siliciu (Da ₃ N ₄ ): Datorită rezistenței sale mari, durității și rezistenței la coroziune, este frecvent utilizat în materiale ceramice, scule de tăiere și componente ale motorului.

Nitrură de bor (BN): Există sub mai multe forme, cum ar fi nitrură de bor cubică (c-BN) și nitrură de bor hexagonală (h-BN). În timp ce c-BN este o substanță superdură folosită în abrazivi și instrumente de tăiere, h-BN este utilizat ca lubrifiant și în cosmetice.

Nitrură de titan (TiN): Acoperirile dure care oferă rezistență la uzură și un aspect asemănător aurii sunt utilizate pe echipamentele de tăiere a metalelor și în sectoarele aerospațiale și medicale.

Nitrură de vanadiu (VN): Când se produce amoniac și oțelul este tratat la suprafață pentru a-și crește duritatea și rezistența la coroziune, acesta este utilizat ca catalizator.

Nitrură de tantal (TaN): Datorită caracteristicilor sale electrice și rezistenței la uzură, este utilizat ca peliculă subțire în dispozitivele semiconductoare.

Nitrură de galiu (GaN): Nitrura de galiu este un semiconductor cu un bandgap mare care a primit mult interes în electronică și optoelectronică. Este utilizat în producția de diode emițătoare de lumină (LED-uri), dispozitive cu radiofrecvență (RF) și electronice de putere.

Nitrură de magneziu (Mg ₃ N ₂ ): Aceasta este o substanță chimică binară formată din magneziu (Mg) și azot (N). Punctul său de topire ridicat îl face util într-o varietate de aplicații industriale. Nitrura de magneziu are formula chimică Mg₃N₂.

Proprietățile nitrururilor

Nitrururile au multe caracteristici chimice și fizice, care includ:

Proprietăți fizice

Raza ionică: Compușii cu nitrură au o rază ionică de aproximativ 140 pm, ceea ce afectează interacțiunile lor cu alte elemente și compuși.

Reacția cu apa: Când nitrururile intră în contact cu apa, acestea suferă o reacție care produce amoniac, evidențiind reactivitatea și posibila utilizare a acestora în sinteza amoniacului.

Natura izolatoare: Nitrura este bine cunoscută pentru proprietățile sale izolante, care o fac utilă într-o varietate de aplicații care necesită controlul conductibilității electrice.

Stare de oxidare: Nitrura are un număr de oxidare stabil de -3, ceea ce explică comportamentul său de partajare a electronilor în procesele chimice.

Forme diverse: Nitrura există într-o varietate de forme, inclusiv nitrură de calciu, nitrură de sodiu și nitrură de bor, demonstrându-și flexibilitatea în formațiunile compuse.

Reacția chimică a nitrururilor

Proprietățile chimice ale nitrururilor sunt menționate mai jos:

Reactivitatea nitrurii de sodiu: Sodiul interacționează cu nitrura pentru a produce nitrură de sodiu, care este deosebit de instabilă. Ecuația reacției arată susceptibilitatea la descompunere:

2 Deja ₃ ​ N →6 Deja + N ₂

Formarea nitrurii de calciu: Calciul se combină cu azotul pentru a forma nitrură și oxid de calciu, demonstrând capacitatea compusului de a se angaja în reacții directe.

Descărcați videoclipuri de pe youtube cu vlc

3 Ca + N ₂ → Ca ₃ ​ N ₂

Interacțiunea cu apa: Nitrururile, cum ar fi nitrura de calciu, interacționează cu apa sau umiditatea din aer pentru a produce hidroxid de calciu și amoniac printr-o reacție chimică:

Ca ₃ N ₂ + 6 H ₂ O →3 Ca ( OH ) ₂ + 2 NH ₃

Absorbția hidrogenului: Nitrura de calciu are capacitatea de a absorbi hidrogen la temperaturi ridicate, rezultând o reacție chimică care produce amidă și hidrură de calciu:

Ca ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 Supă + CaH ₂

Prepararea nitrurilor

Nitrururile sunt formate prin reacția directă a unui metal cu o sursă de azot, cum ar fi amoniacul gazos, sau prin reacția unui metal cu un compus de azot, cum ar fi acidul azotic. În timpul acestor reacții, metalul reacţionează cu azotul, formând nitruri. Descompunerea termică a amidelor metalice și reducerea halogenurilor sau oxizilor metalici în prezența azotului gazos sunt alte căi de producere a compușilor nitruri versatili cu o gamă largă de utilizări. Câteva dintre exemplele de preparare a nitrurii sunt menționate mai jos:

Reacția directă a elementelor

Reacționarea directă a elementelor este o tehnică simplă. Folosind nitrură de calciu (Ca₃N₂) ca o ilustrare:

3Ca + N ₂ ​→Ca ₃ N ₂

Descompunerea termică a amidei metalice

A doua tehnică este încălzirea unei amide metalice pentru a elibera amoniac, cum ar fi amida de bariu:

3Ba(NH ₂ ) ₂ ​ →Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Această procedură arată o cale alternativă pentru crearea nitrururilor prin eliberarea de amoniac.

Reducerea halogenurilor sau oxidului metalic

Reducerea unui oxid sau halogenură de metal în prezența azotului gazos este o metodă suplimentară. Sinteza nitrurii de aluminiu (AlN) decurge astfel:

La ₂ The ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Tipuri de nitrură

Nitrururile pot fi clasificate în diferite categorii în funcție de natura legăturii pe care o au sau de sursele de utilizare a materialului pentru a produce nitrură. Diferitele tipuri de nitruri sunt menționate mai jos:

Nitrură ionică

Nitrururile ionice sunt nitrururile în care cationul este metal și anionul este ion nitrură. Litiul este singurul metal alcalin care formează o nitrură, în timp ce toate metalele alcalino-pământoase produc nitruri cu formula M.₃N₂. Aceste nitruri ionice, cum ar fi Be₃N₂şi Mg₃N₂, au stabilitate variabilă. Această reactivitate diferită și stabilitatea diversificată fac nitrururile ionice semnificative atât în ​​aplicații industriale, cât și în cele chimice.

Nitrură covalentă

Nitrururile covalente, cum ar fi nitrura de bor (BN), sunt compuși generați prin împărțirea electronilor între nemetale. În cazul BN, atomii de bor și azot formează legături covalente, formând o structură de rețea cristalină.

Doi moli de bor reacţionează cu trei moli de azot gazos pentru a produce doi moli de nitrură de bor, demonstrând natura covalentă a legăturii bor-azot din această moleculă.

starea git

Nitrură de metal binară

Nitrururile metalice binare, după cum sugerează și numele, au două elemente în compusul nitrur. Unul dintre care este evident azotul. Exemplu de nitrură metalică binară, cum ar fi nitrura de magneziu (Mg₃N₂), sunt formate prin combinarea unui metal, cum ar fi magneziul, cu azotul.

Nitrură de metal de tranziție

O nitrură de metal de tranziție, constă din cation de metal de tranziție și anion nitrură. Exemplu de nitrură de metal de tranziție, cum ar fi nitrura de titan (TiN), este generată de o reacție chimică între titan (Ti) și azot gazos (N).₂). Ecuația chimică pentru sinteză este

Tu + N ₂ → TiN

Nitruri anorganice

Nitrururile anorganice sunt compuși generați prin combinația de azot și alte elemente, cu excepția carbonului. Acești compuși implică de obicei legarea azotului cu metale sau nemetale, rezultând un spectru larg de materiale cu diferite caracteristici și utilizări.

Nitrura de aluminiu este o nitrură anorganică. Alte exemple de nitruri anorganice sunt nitrura de siliciu (Si₃N₄), nitrură de titan (TiN) și nitrură de bor. Datorită caracteristicilor lor distinctive și adaptabilității, acești compuși sunt utilizați în electronică, ceramică, unelte de tăiere și o varietate de alte aplicații industriale.

Nitruri organice

Nitrururile organice sunt substanțe chimice care conțin grupa funcțională nitrură (−N≡). Ele sunt în general generate prin înlocuirea atomilor de hidrogen în amoniac (NH₃) molecule cu grupe organice. Nitrilii, cu structura generală R-C≡N, sunt un exemplu frecvent de nitrură organică. R indică un grup organic.

Acetonitril (CH₃CN) este un exemplu de nitrură organică. Acetonitrilul conține o legătură triplă (≡N) între atomul de azot și gruparea metil (CH₃). Alte exemple de nitruri organice sunt benzonitrilul (C₆H₅CN) și propionitril (CH₃CH₂CN). Nitrururile organice sunt semnificative în fabricarea de medicamente, agrochimice și o varietate de alte utilizări industriale.

Utilizări ale nitrurii

Există mai multe utilizări ale nitrurii:

• Luminile cu LED-uri emit lumină albastră datorită benzii interzise ridicate în nitrură de galiu, demonstrând semnificația acesteia în tehnologia care alimentează aceste lumini eficiente din punct de vedere energetic.
• Nitrururile sunt folosite pentru a face scule de tăiere de mare viteză și temperatură ridicată, ceea ce ajută la accelerarea operațiunilor de prelucrare.
• Nitrururile sunt importante în sectorul aerospațial pentru acoperirea componentelor deoarece sunt rezistente la temperaturi severe, ceea ce le îmbunătățește performanța și rezistența.
• Nitrururile contribuie, de asemenea, la cataliză prin facilitarea reacțiilor și proceselor chimice care sunt critice într-o varietate de aplicații industriale.
• Nitrururile, precum nitrura de bor, sunt folosite ca izolatori pentru a regla fluxul de electricitate.

Nitruri, Nitriți și Nitrați

Nitrura, Nitritul și Nitritul sunt trei tipuri posibile de anioni în compușii chimici formați cu ionul de azot. O înțelegere de bază a acestor trei tipuri poate fi obținută din tabelul de mai jos:

De asemenea, verifica

• Formula cu nitrură de bariu
• Formula cu nitrură de sodiu
• Ioni trivalenți

întrebări frecvente

Ce sunt nitrururile?

Nitrururile sunt compuși chimici în care anionul este ion de azot.

Cum sunt reprezentați ionii de nitrură?

Ionii de nitrură sunt reprezentați ca N^-3

Ce este starea de oxidare a nitrurii?

Starea de oxidare a ionului de nitrură este -3

Ce este Formula cu nitruri?

Formula de nitrură este dată ca N^-3

Ce sunt nitrururile metalice?

Nitrururile metalice sunt acei compuși nitruri în care cationul este metal. De exemplu, nitrură de magneziu Mg₃N₂este o nitrură de metal

Ce este valența nitrurului?

Valența nitrurii este 3