Nitridit ovat luokka kemiallisia yhdisteitä, jotka muodostuvat, kun typpi yhdistyy vähemmän elektronegatiivisten komponenttien, kuten piin tai boorin, kanssa. Se esiintyy luonnossa monissa muodoissa. Nitridejä on kolmea eri tyyppiä: siirtymämetalli, kovalenttinen ja ioninen. Ne ovat hyödyllisiä monissa sovelluksissa ja niillä on erilaisia ​​ominaisuuksia. Nämä nitridiyhdisteet muodostavat kationin ja anionin jakautuessaan kahdeksi ioniksi. Muodostunutta anionia kutsutaan nitridi-ioniksi.

Tässä artikkelissa opimme yksityiskohtaisesti, mitä ovat nitridit, nitridi-ionit, niiden kaava, valenssi, ominaisuudet, tyypit ja käyttötarkoitukset.

Sisällysluettelo

• Mitä nitridit ovat?
• Esimerkkejä nitrideistä
• Nitridien ominaisuudet
• Nitridien valmistus
• Nitridityypit
• Nitridi, nitriitti ja nitraatti

Mitä nitridit ovat?

Nitridit ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa anioni on typpi-ioni. Nitridejä muodostuu, kun vähemmän elektronegatiivinen alkuaine yhdistää typpeä. Heillä on yleinen kaava X₃N, X₃N₂tai XN. Joitakin esimerkkejä nitrideistä ovat alumiininitridi, galliumnitridi, boorinitridi jne. Näissä yhdisteissä olevia anioneja kutsutaan nitridi-ioneiksi.

Nitridi-ioni

Nitridi-ionit ovat nitridiyhdisteissä läsnä olevia anioneja. Nitridi-ionia edustaa N^3-.

Nitridien perusominaisuudet

Tässä on taulukko, joka sisältää yhteenvedon nitridien perusominaisuuksista:

Nitridi kaava

Nitridi-ioneilla on kaava (N^3-). Hapetusaste -3 saa typen muuttumaan nitridi-ioniksi. Tämä mahdollistaa nitridi-ionien muodostamisen nitridiluokan yhdisteitä, joilla on mahdolliset molekyylikaavat X₃N, X₃N₂tai XN.

Nitridivalenssi

Typen valenssi on -3. Typen atomiluku on 7 ja elektronikonfiguraatio 1s²2s²2p³. Typpi sisältää 5 elektronia uloimmassa kuoressaan, ja se tarvitsee 3 lisäelektronia muodostaakseen vakaan oktetin. Typpi saa kolme elektronia, mikä johtaa nitridi-ionin muodostumiseen (N^3-). Tämä elektronivahvistus voidaan esittää seuraavalla kemiallisella yhtälöllä

N + 3 se on ⁻ → N ³⁻

avaa asetusvalikko

Nitridilataus

Nitridi-ionin varaus on -3. Typen elektronikonfiguraatio on 1s²2s²2p³jolloin sen uloimmassa kuoressa on 5 elektronia. Se hankkii kolme elektronia muodostaakseen vakaan oktetin. Kolmen lisäelektronin hankkiminen johtaa nitridi-ionin muodostumiseen (N^3-), jolloin typpiatomilla on -3 varaus. Kemiallinen yhtälö nitridi-ionin muodostamiseksi on seuraava:

N + 3 se on ⁻ → N ³⁻

Esimerkkejä nitrideistä

Tarkastellaan nyt, kuinka tärkeä nitridi on eri yrityksille tarkastelemalla muutamia erityisiä esimerkkejä:

Alumiininitridi (AlN): Erinomainen lämmönjohtavuus tekee siitä hyödyllisen lämmönhallintasovelluksissa ja korkean suorituskyvyn sähkölaitteiden valmistuksessa.

piinitridi (kyllä ₃ N ₄ ): Suuren lujuutensa, kovuutensa ja korroosionkestävyytensä vuoksi sitä käytetään usein keraamisissa materiaaleissa, leikkaustyökaluissa ja moottorin osissa.

Boorinitridi (BN): Esiintyy useissa muodoissa, kuten kuutioinen boorinitridi (c-BN) ja kuusikulmainen boorinitridi (h-BN). Vaikka c-BN on superkova aine, jota käytetään hioma-aineissa ja leikkausinstrumenteissa, h-BN:ää käytetään voiteluaineena ja kosmetiikassa.

Titaaninitridi (TiN): Kovia pinnoitteita, jotka antavat kulutuskestävyyden ja kullanomaisen ulkonäön, käytetään metallinleikkauslaitteissa sekä ilmailu- ja lääketeollisuudessa.

Vanadiininitridi (VN): Kun ammoniakkia valmistetaan ja terästä pintakäsitellään sen kovuuden ja korroosionkestävyyden lisäämiseksi, sitä käytetään katalyyttinä.

Tantaalinitridi (TaN): Sähköisten ominaisuuksiensa ja kulutuskestävyytensä vuoksi sitä käytetään ohuena kalvona puolijohdelaitteessa.

Galliumnitridi (GaN): Galliumnitridi on suuren kaistavälin puolijohde, joka on herättänyt paljon kiinnostusta elektroniikassa ja optoelektroniikassa. Sitä käytetään valoa emittoivien diodien (LED), radiotaajuuslaitteiden (RF) ja tehoelektroniikan valmistuksessa.

Magnesiumnitridi (Mg ₃ N ₂ ): Se on binäärinen kemikaali, joka koostuu magnesiumista (Mg) ja typestä (N). Sen korkea sulamispiste tekee siitä hyödyllisen useissa teollisissa sovelluksissa. Magnesiumnitridin kemiallinen kaava on Mg₃N₂.

Nitridien ominaisuudet

Nitrideillä on monia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, joihin kuuluvat:

Fyysiset ominaisuudet

Ionisäde: Nitridiyhdisteiden ionisäde on noin 140 pm, mikä vaikuttaa niiden vuorovaikutukseen muiden alkuaineiden ja yhdisteiden kanssa.

Reaktio veden kanssa: Kun nitridit joutuvat kosketuksiin veden kanssa, ne käyvät läpi reaktion, joka tuottaa ammoniakkia, mikä korostaa niiden reaktiivisuutta ja mahdollista käyttöä ammoniakkisynteesissä.

Eristävä luonne: Nitridi tunnetaan hyvin eristysominaisuuksistaan, mikä tekee siitä hyödyllisen erilaisissa sähkönjohtavuuden säätöä vaativissa sovelluksissa.

Hapetustila: Nitridin hapetusluku on vakaa -3, mikä selittää sen elektronienjakokäyttäytymisen kemiallisissa prosesseissa.

Monipuoliset muodot: Nitridiä on useissa muodoissa, mukaan lukien kalsiumnitridi, natriumnitridi ja boorinitridi, mikä osoittaa sen joustavuuden yhdistemuodostelmissa.

java-kytkinkotelo

Nitridien kemiallinen reaktio

Nitridien kemialliset ominaisuudet mainitaan alla:

Natriumnitridin reaktiivisuus: Natrium on vuorovaikutuksessa nitridin kanssa ja tuottaa natriumnitridiä, joka on erityisen epästabiili. Reaktioyhtälö osoittaa hajoamisalttiuden:

2 Jo ₃ ​ N →6 Jo + N ₂

Kalsiumnitridin muodostuminen: Kalsium yhdistyy typen kanssa muodostaen kalsiumnitridiä ja -oksidia, mikä osoittaa yhdisteen kyvyn osallistua suoriin reaktioihin.

3 Että + N ₂ → Että ₃ ​ N ₂

Vuorovaikutus veden kanssa: Nitridit, kuten kalsiumnitridi, ovat vuorovaikutuksessa veden tai ilman kosteuden kanssa tuottaen kalsiumhydroksidia ja ammoniakkia kemiallisen reaktion kautta:

Että ₃ N ₂ + 6 H ₂ O →3 Että ( VAI NIIN ) ₂ + 2 NH ₃

Vedyn imeytyminen: Kalsiumnitridillä on kyky absorboida vetyä korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa kemialliseen reaktioon, joka tuottaa kalsiumamidia ja hydridiä:

Että ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 Keitto + CaH ₂

Nitridien valmistus

Nitridejä muodostuu saattamalla metalli reagoimaan suoraan typen lähteen, kuten ammoniakkikaasun, kanssa tai saattamalla metalli reagoimaan typpiyhdisteen, kuten typpihapon, kanssa. Näiden reaktioiden aikana metalli reagoi typen kanssa muodostaen nitridejä. Metalliamidien terminen hajottaminen ja metallihalogenidien tai -oksidien pelkistys typpikaasun läsnä ollessa ovat muita reittejä monipuolisten nitridiyhdisteiden valmistukseen, joilla on laaja käyttöalue. Joitakin esimerkkejä nitridin valmistamisesta mainitaan alla:

Elementtien suora reaktio

Elementtien reagoiminen suoraan on yksinkertainen tekniikka. Käyttämällä kalsiumnitridiä (n₃N₂) kuvituksena:

3Ca + N ₂ → n ₃ N ₂

Metalliamidin lämpöhajoaminen

Toinen tekniikka on metalliamidin kuumentaminen ammoniakin, kuten bariumamidin, vapauttamiseksi:

3Ba(NH ₂ ) ₂ → Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Tämä menettely näyttää vaihtoehtoisen reitin nitridin luomiseen vapauttamalla ammoniakkia.

Metallihalogenidin tai -oksidin pelkistys

Metallioksidin tai -halogenidin pelkistys typpikaasun läsnä ollessa on lisämenetelmä. Alumiininitridin (AlN) synteesi menee seuraavasti:

Kohteeseen ₂ The ₃ + 3C + N ₂ ​→2AlN + 3CO

Nitridityypit

Nitridit voidaan luokitella eri luokkiin niiden sidoksen luonteen tai nitridin valmistusmateriaalin lähteiden mukaan. Eri nitridityypit on mainittu alla:

Ionitridi

Ioniset nitridit ovat nitridejä, joissa kationi on metallia ja anioni on nitridi-ionia. Litium on ainoa alkalimetalli, joka muodostaa nitridin, kun taas kaikki alkaliset maametallit tuottavat nitridejä, joiden kaava on M₃N₂. Nämä ioniset nitridit, kuten Be₃N₂ja Mg₃N₂, joilla on vaihteleva vakaus. Tämä erilainen reaktiivisuus ja monipuolinen stabiilisuus tekevät ionisista nitrideistä merkittäviä sekä teollisissa että kemiallisissa sovelluksissa.

Kovalenttinen nitridi

Kovalenttiset nitridit, kuten boorinitridi (BN), ovat yhdisteitä, jotka syntyvät jakamalla elektroneja epämetallien kesken. BN:n tapauksessa boori- ja typpiatomit muodostavat kovalenttisia sidoksia, jotka muodostavat kidehilarakenteen.

Kaksi moolia booria reagoi kolmen moolin kanssa typpikaasua tuottaen kaksi moolia boorinitridiä, mikä osoittaa boori-typpisidoksen kovalenttisen luonteen tässä molekyylissä.

Binäärinen metallinitridi

Binäärimetallinitrideillä, kuten nimestä voi päätellä, on kaksi alkuainetta nitridiyhdisteessä. Yksi, joka on selvästi typpeä. Esimerkki binäärimetallinitridistä, kuten magnesiumnitridistä (Mg₃N₂), muodostuvat metallin, kuten magnesiumin, yhdistelmästä typen kanssa.

Siirtymämetallinitridi

Siirtymämetallinitridi, joka koostuu siirtymämetallikationista ja nitridianionista. Esimerkki siirtymämetallinitridistä, kuten titaaninitridi (TiN), syntyy titaanin (Ti) ja typpikaasun (N) välisessä kemiallisessa reaktiossa₂). Synteesin kemiallinen yhtälö on

Sinä + N ₂ → TiN

Epäorgaaniset nitridit

Epäorgaaniset nitridit ovat yhdisteitä, joita syntyy typen ja muiden alkuaineiden, paitsi hiilen, yhdistelmästä. Näihin yhdisteisiin liittyy yleensä typen sitoutuminen metalleihin tai ei-metalleihin, mikä johtaa laajaan materiaalivalikoimaan, jolla on erilaisia ​​ominaisuuksia ja käyttötarkoituksia.

Alumiininitridi on epäorgaaninen nitridi. Muita esimerkkejä epäorgaanisista nitrideistä ovat piinitridi (Si₃N₄), titaaninitridi (TiN) ja boorinitridi. Erikoisominaisuuksiensa ja mukautumiskykynsä vuoksi näitä yhdisteitä käytetään elektroniikassa, keramiikassa, leikkaustyökaluissa ja monissa muissa teollisissa sovelluksissa.

Orgaaniset nitridit

Orgaaniset nitridit ovat kemikaaleja, jotka sisältävät funktionaalisen nitridiryhmän (-N≡). Ne syntyvät yleensä korvaamalla vetyatomeja ammoniakissa (NH₃) molekyylejä, joissa on orgaanisia ryhmiä. Nitriilit, joiden yleinen rakenne on R-C≡N, ovat yleinen esimerkki orgaanisesta nitridistä. R tarkoittaa orgaanista ryhmää.

Asetonitriili (CH₃CN) on esimerkki orgaanisesta nitridistä. Asetonitriili sisältää kolmoissidoksen (≡N) typpiatomin ja metyyliryhmän (CH) välillä₃). Muita esimerkkejä orgaanisista nitrideistä ovat bentsonitriili (C₆H₅CN) ja propionitriili (CH₃CH₂CN). Orgaaniset nitridit ovat merkittäviä lääkkeiden, maatalouskemikaalien valmistuksessa ja monissa muissa teollisissa käyttötarkoituksissa.

Nitridin käyttötarkoitukset

Nitridillä on useita käyttötarkoituksia:

• LED-valot säteilevät sinistä valoa galliumnitridin suuren kaistanvälin vuoksi, mikä osoittaa sen merkityksen energiatehokkaiden valojen teknologiassa.
• Nitridejä käytetään nopeiden, korkean lämpötilan leikkaustyökalujen valmistukseen, mikä auttaa nopeuttamaan työstöä.
• Nitridit ovat tärkeitä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa komponenttien päällystämiseen, koska ne kestävät korkeita lämpötiloja, mikä parantaa niiden suorituskykyä ja kestävyyttä.
• Nitridit edistävät myös katalyysiä helpottamalla kemiallisia reaktioita ja prosesseja, jotka ovat kriittisiä monissa teollisissa sovelluksissa.
• Nitridejä, kuten boorinitridia, käytetään eristeinä sähkövirran säätelyyn.

Nitridi, nitriitti ja nitraatti

Nitridi, nitriitti ja nitriitti ovat kolme mahdollista anionityyppiä typpi-ionin kanssa muodostuneissa kemiallisissa yhdisteissä. Perustiedot näistä kolmesta tyypistä voidaan saada alla olevasta taulukosta:

Myös Tarkista

• Bariumnitridikaava
• Natriumnitridi kaava
• Kolmiarvoiset ionit

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä nitridit ovat?

Nitridit ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa anioni on typpi-ioni.

Miten nitridi-ionit esitetään?

Nitridi-ioneja edustaa N^-3

Mikä on nitridin hapetustila?

Nitridi-ionin hapetusaste on -3

Mikä on Nitride Formula?

Nitridikaava annetaan muodossa N^-3

Mitä ovat metallinitridit?

Metallinitridit ovat nitridiyhdisteitä, joissa kationi on metallia. Esimerkiksi magnesiumnitridi Mg₃N₂on metallinitridi

Mikä on nitridin valenssi?

Nitridin valenssi on 3