Nitrider är en klass av kemiska föreningar som bildas när kväve kombineras med mindre elektronegativitetskomponenter som kisel eller bor. Det förekommer i naturen i en mängd olika former. Det finns tre olika typer av nitrider: övergångsmetall, kovalent och jonisk. De är användbara i en mängd olika applikationer och har distinkta funktioner. Dessa nitridföreningar bildar när de bryts i två joner en katjon och en anjon. Den bildade anjonen kallas nitridjon.

I den här artikeln kommer vi att lära oss i detalj om vad som är nitrider, nitridjoner, deras formel, valens, egenskaper, typer och användningsområden.

Innehållsförteckning

• Vad är nitrider?
• Exempel på nitrider
• Nitriders egenskaper
• Beredning av nitrider
• Typer av nitrid
• Nitrid, nitrit och nitrat

Vad är nitrider?

Nitrider är kemiska föreningar där anjon är en kvävejon. Nitrider bildas när ett mindre elektronegativt element kombinerar kväve. De har den allmänna formeln X₃N, X₃N₂eller XN. Några av exemplen på nitrider är aluminiumnitrid, galliumnitrid, bornitrid etc. Anjonerna som finns i dessa föreningar kallas nitridjoner.

Nitridjon

Nitridjoner är anjoner som finns i nitridföreningarna. Nitridjon representeras som N^3-.

Grundläggande egenskaper hos nitrider

Här är en tabell som sammanfattar grundläggande egenskaper hos nitrider:

Nitridformel

Nitridjoner har formeln (N^3-). Ett oxidationstillstånd på -3 gör att kväve ändras till en nitridjon. Detta gör det möjligt för nitridjon att bilda nitridklasser av föreningar med möjliga molekylformler för X₃N, X₃N₂eller XN.

Nitrid Valens

Kväve har en valens på -3. Kväve har ett atomnummer på 7 och en elektronkonfiguration på 1s²2s²2p³. Kväve innehåller 5 elektroner i sitt yttersta skal, och det behöver 3 extra elektroner för att bilda en stabil oktett. Kväve får tre elektroner, vilket resulterar i produktionen av en nitridjon (N^3-). Denna elektronförstärkning kan representeras av följande kemiska ekvation

N + 3 Det är ⁻ → N ³⁻

Nitridladdning

Nitridjon har en laddning på -3. Kvävets elektronkonfiguration är 1s²2s²2p³vilket resulterar i 5 elektroner i dess yttersta skal. Den får tre elektroner för att bilda en stabil oktett. Förvärvet av ytterligare tre elektroner resulterar i produktionen av nitridjonen (N^3-) med kväveatomen bärande en -3-laddning. Den kemiska ekvationen för att bilda nitridjonen är följande:

N + 3 Det är ⁻ → N ³⁻

Exempel på nitrider

Låt oss nu undersöka hur viktig nitrid är för olika företag genom att titta på några specifika exempel:

Aluminiumnitrid (AlN): Utmärkt värmeledningsförmåga gör den användbar för värmehanteringstillämpningar och tillverkning av högpresterande elektriska apparater.

Kiselnitrid (Ja ₃ N ₄ ): På grund av sin stora hållfasthet, hårdhet och korrosionsbeständighet används den ofta i keramiska material, skärverktyg och motorkomponenter.

Bornitrid (BN): Finns i flera former, såsom kubisk bornitrid (c-BN) och hexagonal bornitrid (h-BN). Medan c-BN är ett superhårt ämne som används i slipmedel och skärinstrument, används h-BN som smörjmedel och i kosmetika.

Titannitrid (TiN): Hårda beläggningar som ger slitstyrka och ett guldliknande utseende används på skärutrustning och inom flyg- och medicinsektorn.

Vanadinnitrid (VN): När ammoniak produceras och stål ytbehandlas för att öka dess hårdhet och motståndskraft mot korrosion, används den som katalysator.

Tantalnitrid (TaN): På grund av dess elektriska egenskaper och slitstyrka används den som en tunn film i halvledarenheter.

Galliumnitrid (GaN): Galliumnitrid är en halvledare med stort bandgap som har fått stort intresse för elektronik och optoelektronik. Det används vid tillverkning av lysdioder (LED), radiofrekvensenheter (RF) och kraftelektronik.

Magnesiumnitrid (Mg ₃ N ₂ ): Det är en binär kemikalie som består av magnesium (Mg) och kväve (N). Dess höga smältpunkt gör den användbar i en mängd olika industriella tillämpningar. Magnesiumnitrid har den kemiska formeln Mg₃N₂.

Nitriders egenskaper

Nitrider har många kemiska och fysikaliska egenskaper, som inkluderar:

Fysikaliska egenskaper

Jonisk radie: Nitridföreningar har en jonradie på cirka 140 pm, vilket påverkar deras interaktioner med andra grundämnen och föreningar.

Reaktion med vatten: När nitrider kommer i kontakt med vatten genomgår de en reaktion som producerar ammoniak, vilket framhäver deras reaktivitet och möjliga användning i ammoniaksyntes.

Isolerande natur: Nitrid är välkänt för sina isolerande egenskaper, vilket gör det användbart i en mängd olika applikationer som kräver kontroll av elektrisk ledningsförmåga.

Oxidationstillstånd: Nitrid har ett stabilt oxidationstal på -3, vilket förklarar dess elektrondelningsbeteende i kemiska processer.

Olika former: Nitrid finns i en mängd olika former, inklusive kalciumnitrid, natriumnitrid och bornitrid, vilket visar sin flexibilitet i sammansatta formationer.

Kemisk reaktion av nitrider

Nitriders kemiska egenskaper nämns nedan:

Natriumnitridreaktivitet: Natrium interagerar med nitrid för att producera natriumnitrid, som är särskilt instabil. Reaktionsekvationen visar känsligheten för sönderdelning:

2 Redan ₃ . N →6 Redan + N ₂

Kalciumnitridbildning: Kalcium kombineras med kväve för att bilda kalciumnitrid och oxid, vilket visar föreningens förmåga att delta i direkta reaktioner.

3 Den där + N ₂ → Den där ₃ . N ₂

Interaktion med vatten: Nitrider, såsom kalciumnitrid, interagerar med vatten eller fukt i luften för att producera kalciumhydroxid och ammoniak via en kemisk reaktion:

Den där ₃ N ₂ + 6 H ₂ O →3 Den där ( ÅH ) ₂ + 2 NH ₃

Väteabsorption: Kalciumnitrid har kapacitet att absorbera väte vid höga temperaturer, vilket resulterar i en kemisk reaktion som producerar kalciumamid och hydrid:

Den där ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 Soppa + CaH ₂

Beredning av nitrider

Nitrider bildas genom att direkt reagera en metall med en kvävekälla, såsom ammoniakgas, eller genom att reagera en metall med en kväveförening, såsom salpetersyra. Under dessa reaktioner reagerar metallen med kväve och bildar nitrider. Termisk nedbrytning av metallamider och reduktion av metallhalider eller oxider i närvaro av kvävgas är andra vägar till framställning av mångsidiga nitridföreningar med ett brett användningsområde. Några av exemplen på framställning av nitrid nämns nedan:

Direkt reaktion av element

Att reagera element direkt är en enkel teknik. Använder kalciumnitrid (Ca₃N₂) som en illustration:

3Ca + N ₂ → Ca ₃ N ₂

Värmenedbrytning av metallamid

Den andra tekniken är att värma en metallamid för att frigöra ammoniak, såsom bariumamid:

3Ba(NH ₂ ) ₂ → Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Denna procedur visar en alternativ väg till nitridbildning genom att frigöra ammoniak.

Reduktion av metallhalogenid eller oxid

Att reducera en metalloxid eller halogenid i närvaro av kvävgas är en ytterligare metod. Syntesen av aluminiumnitrid (AlN) går så här:

Till ₂ De ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Typer av nitrid

Nitrider kan klassificeras i olika kategorier beroende på vilken typ av bindning de har eller källorna till materialanvändning för att göra nitrid. De olika typerna av nitrider nämns nedan:

Jonisk nitrid

Jonnitrid är de nitrider där katjonen är metall och anjonen är nitridjon. Litium är den enda alkalimetallen som bildar en nitrid, medan alla alkaliska jordartsmetaller producerar nitrider med formeln M₃N₂. Dessa joniska nitrider, såsom Be₃N₂och Mg₃N₂, har varierande stabilitet. Denna olika reaktivitet och diversifierade stabilitet gör joniska nitrider betydelsefulla i både industriella och kemiska tillämpningar.

Kovalent nitrid

Kovalenta nitrider, såsom bornitrid (BN), är föreningar som genereras genom delning av elektroner mellan icke-metaller. När det gäller BN bildar bor- och kväveatomer kovalenta bindningar och bildar en kristallgitterstruktur.

Två mol bor reagerar med tre mol kvävgas för att producera två mol bornitrid, vilket visar den kovalenta naturen hos bor-kvävebindningen i denna molekyl.

Binär metallnitrid

Binära metallnitrider har som namnet antyder två element i nitridföreningen. En ut som uppenbarligen är kväve. Exempel på binär metallnitrid som magnesiumnitrid (Mg₃N₂), bildas genom kombinationen av en metall, såsom magnesium, med kväve.

Övergångsmetallnitrid

En övergångsmetallnitrid, består av övergångsmetallkatjon och nitridanjon. Exempel på övergångsmetallnitrid som titannitrid (TiN), genereras av en kemisk reaktion mellan titan (Ti) och kvävgas (N)₂). Den kemiska ekvationen för syntes är

Du + N ₂ → TiN

Oorganiska nitrider

Oorganiska nitrider är föreningar som genereras av kombinationen av kväve och andra grundämnen, förutom kol. Dessa föreningar involverar vanligtvis bindning av kväve med metaller eller icke-metaller, vilket resulterar i ett brett spektrum av material med olika egenskaper och användningsområden.

Aluminiumnitrid är en oorganisk nitrid. Andra exempel på oorganiska nitrider är kiselnitrid (Si₃N₄titannitrid (TiN) och bornitrid. På grund av deras utmärkande egenskaper och anpassningsförmåga används dessa föreningar i elektronik, keramik, skärverktyg och en mängd andra industriella tillämpningar.

Organiska nitrider

Organiska nitrider är kemikalier som innehåller den funktionella nitridgruppen (−N≡). De genereras vanligtvis genom att ersätta väteatomer i ammoniak (NH₃) molekyler med organiska grupper. Nitriler, med den allmänna strukturen R-C≡N, är ett vanligt exempel på en organisk nitrid. R indikerar en organisk grupp.

Acetonitril (CH₃CN) är ett exempel på en organisk nitrid. Acetonitril innehåller en trippelbindning (≡N) mellan kväveatomen och metylgruppen (CH₃). Andra exempel på organiska nitrider är bensonitril (C₆H₅CN) och propionitril (CH₃CH₂CN). Organiska nitrider är viktiga vid tillverkning av läkemedel, jordbrukskemikalier och en mängd andra industriella användningsområden.

Användning av nitrid

Det finns flera användningsområden för nitrid:

• LED-lampor avger blått ljus på grund av det höga bandgapet i galliumnitrid, vilket visar dess betydelse i tekniken som driver dessa energieffektiva lampor.
• Nitrider används för att göra skärverktyg med hög hastighet och hög temperatur, vilket hjälper till att påskynda bearbetningsoperationer.
• Nitrider är viktiga inom flygsektorn för beläggning av komponenter eftersom de är resistenta mot svåra temperaturer, vilket förbättrar deras prestanda och uthållighet.
• Nitrider bidrar också till katalys genom att underlätta kemiska reaktioner och processer som är kritiska i en mängd olika industriella tillämpningar.
• Nitrider, liksom bornitrid, används som isolatorer för att reglera flödet av el.

Nitrid, nitrit och nitrat

Nitrid, nitrit och nitrit är tre möjliga typer av anjon i kemiska föreningar bildade med kvävejon. En grundläggande förståelse för dessa tre typer kan erhållas från tabellen nedan:

Kolla också

• Bariumnitridformel
• Natriumnitridformel
• Trivalenta joner

Vanliga frågor

Vad är nitrider?

Nitrider är kemiska föreningar där anjon är kvävejon.

Hur representeras nitridjoner?

Nitridjoner representeras som N^-3

Vad är oxidationstillståndet för nitrid?

Nitridjonens oxidationstillstånd är -3

Vad är Nitride Formula?

Nitridformel ges som N^-3

Vad är metallnitrider?

Metallnitrider är de nitridföreningar där katjon är metall. Till exempel, Magnesium Nitride Mg₃N₂är en metallnitrid

Vad är Valency of Nitride?

Nitrids valens är 3