Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с нитритом , нитратом или диоксидом азота .

В химии , A нитрид представляет собой соединение азота , где азот имеет формальную степень окисления -3. Нитриды - это большой класс соединений с широким спектром свойств и применений. [1]

Нитрид-ион, N 3- , никогда не встречается в протонном растворе, потому что он настолько щелочной , что сразу же протонируется . Его ионный радиус оценивается в 140 пм.

Использование нитридов [ править ]

Подобно карбидам , нитриды часто являются тугоплавкими материалами из-за их высокой энергии решетки, которая отражает сильное притяжение «N 3– » к катиону металла. Таким образом, из нитрида титана и нитрида кремния используются в качестве режущих материалов и твердых покрытий. Гексагональный нитрид бора , имеющий слоистую структуру, представляет собой полезную высокотемпературную смазку, подобную дисульфиду молибдена . Нитридные соединения часто имеют большие запрещенные зоны , поэтому нитриды обычно являются изоляторами или широкозонными полупроводниками ; примеры включают нитрид бораи нитрид кремния. Материал ширина запрещенной зоны нитрид галлия ценится за излучающие синий свет в светодиодах , [2] [3] развитие которых выиграли исследователь Нобелевской премии по физике в 2014 году [4] Как и некоторые оксиды, нитриды могут поглощать водород и были обсуждается в контексте хранения водорода , например нитрида лития .

Примеры [ править ]

Классификация столь разнообразной группы соединений несколько условна. Соединения, для которых азоту не присвоена степень окисления -3, не включаются, такие как трихлорид азота, где степень окисления +3; как и аммиак и многие его органические производные.

Нитриды элементов s-блока [ править ]

Стабильным является только один нитрид щелочного металла - пурпурно-красноватый нитрид лития (Li 3 N), который образуется при горении лития в атмосфере N 2 . [5] Нитрид натрия был получен, но остается лабораторным диковинным предметом. Нитриды щелочноземельных металлов имеют формулу M 3, N 2 , однако, многочисленны. Примеры включают Be 3 N 2 , Mg 3 N 2 , Ca 3 N 2 и Sr 3 N 2.. Нитриды электроположительных металлов (включая Li, Zn и щелочноземельные металлы) легко гидролизуются при контакте с водой, в том числе с влагой воздуха:

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

Нитриды элементов p-блока [ править ]

Нитрид бора существует в нескольких формах ( полиморфы ). Нитриды кремния и фосфора также известны, но только первые имеют коммерческое значение. Нитриды алюминия , галлия и индия имеют алмазоподобную структуру вюрцита, в которой каждый атом занимает тетраэдрические позиции. Например, в нитриде алюминия каждый атом алюминия имеет четыре соседних атома азота в углах тетраэдра, и аналогично каждый атом азота имеет четыре соседних атома алюминия в углах тетраэдра. Эта структура похожа на гексагональный алмаз ( лонсдейлит ), где каждый атом углерода занимает тетраэдрическую позицию (однако вюрцит отличается отсфалерит и алмаз при взаимной ориентации тетраэдров). Нитрид таллия (I) , Tl 3 N, известен, а нитрид таллия (III), TlN, - нет.

Нитриды переходных металлов [ править ]

Смотри также: нитрид циркония , нитрид вольфрама , нитрид ванадия , нитрид тантала и нитрида ниобия

Для металлов 3 группы известны как ScN, так и YN . Все переходные металлы групп 4 , 5 и 6 (группы титана, ванадия и хрома) образуют нитриды. [6] Они тугоплавкие , с высокой температурой плавления и химически стабильны. Представитель - нитрид титана . Иногда эти материалы называют « интерстициальными нитридами».

Нитриды переходных металлов 7 и 8 групп легко разлагаются. Например, нитрид железа Fe 2 N разлагается при 200 ° C. Нитрид платины и нитрид осмия могут содержать звенья N 2 , поэтому их не следует называть нитридами. [7] [8]

Смотрите также: нитрид серебра и нитрид ртути

Нитриды более тяжелых элементов из групп 11 и 12 менее стабильны, чем нитрид меди Cu 3 N и Zn 3 N 2 : сухой нитрид серебра (Ag 3 N) - это контактное взрывчатое вещество, которое может взорваться от малейшего прикосновения, даже при падении капли воды. . [9]

Молекулярные нитриды [ править ]

S 4 N 4 представляет собой прототип бинарного молекулярного нитрида.
Основная статья: Нитридо комплекс переходного металла

Многие металлы образуют молекулярные нитридокомплексы, о чем говорится в специальной статье. В основные элементы группы также образуют некоторые молекулярные нитриды. Цианоген ((CN) 2 ) и тетранитрид тетрасеры (S 4 N 4 ) являются редкими примерами молекулярных бинарных нитридов (содержащих один элемент помимо азота). Они растворяются в неполярных растворителях. Оба проходят полимеризацию. S 4 N 4 также нестабилен по отношению к элементам, но в меньшей степени, чем изоструктурный Se 4 N 4 . Отопление S 4 N 4 дает полимер, также известно множество анионов и катионов молекулярного нитрида серы.

Родственный, но отличный от нитрида, пернитрид , N2-
2.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ Ояма, ST, изд. (1996). Химия карбидов и нитридов переходных металлов . Блэки Академик. ISBN 0-7514-0365-2.
  3. Перейти ↑ Pierson, HO (1996). Справочник тугоплавких карбидов и нитридов . Уильям Эндрю. ISBN 0-8155-1392-5.
  4. ^ «Нобелевская премия по физике 2014» . Нобелевская премия . Информационная поддержка Нобелевской премии . Проверено 13 января 2021 года .
  5. ^ Грегори, Дункан Х. (2001). «Нитридная химия элементов s-блока». Coord. Chem. Ред . 215 : 301–345. DOI : 10.1016 / S0010-8545 (01) 00320-4 .
  6. ^ Мэй, AB; Хау, Б.М.; Zhang, C .; Sardela, M .; Экштейн, JN; Hultman, L .; Rockett, A .; Петров, И .; Грин, Дж. Э. (18 октября 2013 г.). «Физические свойства эпитаксиальных слоев ZrN / MgO (001), выращенных методом реактивного магнетронного распыления» . Журнал Vacuum Science & Technology A . 31 (6): 061516. DOI : 10,1116 / 1,4825349 . ISSN 0734-2101 . 
  7. ^ Силлер, Л .; Peltekis, N .; Кришнамурти, S .; Chao, Y .; Бык, SJ; Хант, MRC (2005). «Золотая пленка с нитридом золота - проводник, но тверже золота» (PDF) . Прил. Phys. Lett . 86 (22): 221912. Bibcode : 2005ApPhL..86v1912S . DOI : 10.1063 / 1.1941471 .
  8. ^ Монтойя, JA; Эрнандес, AD; Sanloup, C .; Gregoryanz, E .; Скандоло, S (2007). «OsN 2 : Кристаллическая структура и электронные свойства». Прил. Phys. Lett . 90 (1): 011909. Bibcode : 2007ApPhL..90a1909M . DOI : 10.1063 / 1.2430631 .
  9. ^ Shanley, Эдвард S .; Эннис, Джон Л. (1991). «Химия и образование свободной энергии нитрида серебра». Ind. Eng. Chem. Res . 30 (11): 2503. DOI : 10.1021 / ie00059a023 .