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 X₃N, X₃n₂ali 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:

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 X₃N, X₃n₂ali XN.

Valenca nitrida

Dušik ima valenco -3. Dušik ima atomsko število 7 in elektronsko konfiguracijo 1s²2s²2p³. 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 1s²2s²2p³kar 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 Mg₃N₂.

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 (Ca₃n₂) 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 M₃n₂. Ti ionski nitridi, kot je Be₃n₂in Mg₃n₂, 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.

dobiti povezavo

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 (Mg₃n₂), 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 (N₂). 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 (Si₃n₄), 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 (NH₃) molekule z organskimi skupinami. Nitrili s splošno strukturo R-C≡N so pogost primer organskega nitrida. R označuje organsko skupino.

Acetonitril (CH₃CN) je primer organskega nitrida. Acetonitril vsebuje trojno vez (≡N) med atomom dušika in metilno skupino (CH₃). Drugi primeri organskih nitridov so benzonitril (C₆H₅CN) in propionitril (CH₃CH₂CN). 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:

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 Mg₃n₂je kovinski nitrid

Kaj je valenca nitrida?

Valenca nitrida je 3