Nitrurs són una classe de compostos químics formats quan el nitrogen es combina amb components de menys electronegativitat com el silici o el bor. Apareix a la natura en diverses formes. Hi ha tres tipus diferents de nitrurs: metalls de transició, covalents i iònics. Són útils en una varietat d'aplicacions i tenen característiques diferents. Aquests compostos de nitrur quan es divideixen en dos ions formen un catió i un anió. L'anió format s'anomena ió nitrur.

En aquest article, aprendrem amb detall què són els nitrurs, els ions nitrur, la seva fórmula, valència, propietats, tipus i usos.

Taula de contingut

• Què són els nitrurs?
• Exemples de nitrurs
• Propietats dels nitrurs
• Preparació de nitrurs
• Tipus de nitrur
• Nitrur, nitrit i nitrat

Què són els nitrurs?

Els nitrurs són compostos químics en els quals l'anió és un ió nitrogen. Els nitrurs es formen quan un element menys electronegatiu combina nitrogen. Tenen una fórmula general de X₃N, X₃N₂o XN. Alguns dels exemples de nitrurs són nitrur d'alumini, nitrur de gal, nitrur de bor, etc. Els anions presents en aquests compostos s'anomenen ions nitrur.

Ió nitrur

Els ions nitrur són anions presents en els compostos de nitrur. L'ió nitrur es representa com N^3-.

Propietats bàsiques dels nitrurs

Aquí hi ha una taula que resumeix les característiques bàsiques dels nitrurs:

Fórmula de nitrur

Els ions nitrur tenen la fórmula (N^3-). Un estat d'oxidació de -3 fa que el nitrogen es converteixi en un ió nitrur. Això permet que l'ió nitrur formi compostos de classe de nitrur amb possibles fórmules moleculars de X₃N, X₃N₂o XN.

València de nitrur

El nitrogen té una valència de -3. El nitrogen té un nombre atòmic de 7 i una configuració electrònica d'1s²2s²2p³. El nitrogen conté 5 electrons a la seva capa més externa i necessita 3 electrons addicionals per formar un octet estable. El nitrogen guanya tres electrons, donant lloc a la producció d'un ió nitrur (N^3-). Aquest guany d'electrons es pot representar amb la següent equació química

N + 3 És ⁻ → N ³⁻

Càrrega de nitrur

L'ió nitrur té una càrrega de -3. La configuració electrònica del nitrogen és 1s²2s²2p³resultant en 5 electrons a la seva capa més externa. Adquireix tres electrons per formar un octet estable. L'adquisició de tres electrons addicionals dóna lloc a la producció de l'ió nitrur (N^3-), amb l'àtom de nitrogen portant una càrrega -3. L'equació química per formar l'ió nitrur és la següent:

N + 3 És ⁻ → N ³⁻

Exemples de nitrurs

Examinem ara com d'important és el nitrur per a diverses empreses mirant alguns exemples particulars:

Nitrur d'alumini (AlN): L'excel·lent conductivitat tèrmica el fa útil per a aplicacions de gestió tèrmica i per a la fabricació de dispositius elèctrics d'alt rendiment.

data d'utilitat java

Silicon Nitride (Si ₃ N ₄ ): A causa de la seva gran força, duresa i resistència a la corrosió, s'utilitza amb freqüència en materials ceràmics, eines de tall i components del motor.

Nitrur de bor (BN): Existeix en diverses formes, com ara nitrur de bor cúbic (c-BN) i nitrur de bor hexagonal (h-BN). Mentre que c-BN és una substància superdura que s'utilitza en abrasius i instruments de tall, h-BN s'utilitza com a lubricant i en cosmètics.

Nitrur de titani (TiN): Els recobriments durs que proporcionen resistència al desgast i un aspecte semblant a l'or s'utilitzen en equips de tall de metalls i en els sectors aeroespacial i mèdic.

Nitrur de vanadi (VN): Quan es produeix amoníac i l'acer es tracta a la superfície per augmentar la seva duresa i resistència a la corrosió, s'utilitza com a catalitzador.

Nitrur de tantal (TaN): A causa de les seves característiques elèctriques i resistència al desgast, s'utilitza com a pel·lícula fina en dispositius semiconductors.

Nitrur de gal·li (GaN): El nitrur de gal·li és un semiconductor amb una gran bretxa de banda que ha rebut molt interès en electrònica i optoelectrònica. S'utilitza en la fabricació de díodes emissors de llum (LED), dispositius de radiofreqüència (RF) i electrònica de potència.

Nitrur de magnesi (Mg ₃ N ₂ ): Això és una substància química binària formada per magnesi (Mg) i nitrogen (N). El seu alt punt de fusió el fa útil en una varietat d'aplicacions industrials. El nitrur de magnesi té la fórmula química Mg₃N₂​.

Propietats dels nitrurs

Els nitrurs tenen moltes característiques químiques i físiques, que inclouen:

Propietats físiques

Radi iònic: Els compostos de nitrur tenen un radi iònic d'uns 140 pm, que afecta les seves interaccions amb altres elements i compostos.

Reacció amb l'aigua: Quan els nitrurs entren en contacte amb l'aigua, experimenten una reacció que produeix amoníac, destacant la seva reactivitat i possible ús en la síntesi d'amoníac.

Naturalesa aïllant: El nitrur és conegut per les seves propietats aïllants, que el fan útil en una varietat d'aplicacions que requereixen control de conductivitat elèctrica.

Estat d'oxidació: El nitrur té un nombre d'oxidació estable de -3, cosa que explica el seu comportament de compartir electrons en processos químics.

Formes diverses: El nitrur existeix en una varietat de formes, incloent nitrur de calci, nitrur de sodi i nitrur de bor, demostrant la seva flexibilitat en formacions compostes.

Reacció química dels nitrurs

Les propietats químiques dels nitrurs s'esmenten a continuació:

Reactivitat del nitrur de sodi: El sodi interacciona amb el nitrur per produir nitrur de sodi, que és especialment inestable. L'equació de reacció mostra la susceptibilitat a la descomposició:

2 Ja ₃ ​ N →6 Ja + N _2​

Formació de nitrur de calci: El calci es combina amb nitrogen per formar nitrur i òxid de calci, demostrant la capacitat del compost per participar en reaccions directes.

3 Això + N ₂ ​→ Això ₃ ​ N _2​

Interacció amb l'aigua: Els nitrurs, com el nitrur de calci, interaccionen amb l'aigua o la humitat de l'aire per produir hidròxid de calci i amoníac mitjançant una reacció química:

Això _3​ N ₂ ​ + 6 H _2​ O →3 Això ( OH ) ₂ ​+ 2 NH _3​

Absorció d'hidrogen: El nitrur de calci té la capacitat d'absorbir hidrogen a altes temperatures, donant lloc a una reacció química que produeix amida i hidrur de calci:

cadena java cmp

Això _3​ N ₂ ​ + 2 H ₂ ​→2 Sopa + CaH _2​

Preparació de nitrurs

Els nitrurs es formen fent reaccionar directament un metall amb una font de nitrogen, com el gas amoníac, o fent reaccionar un metall amb un compost de nitrogen, com l'àcid nítric. Durant aquestes reaccions, el metall reacciona amb nitrogen, formant nitrurs. La descomposició tèrmica d'amides metàl·liques i la reducció d'halogenurs o òxids metàl·lics en presència de gas nitrogen són altres vies per a la producció de compostos de nitrurs versàtils amb una àmplia gamma d'usos. Alguns dels exemples de preparació de nitrur s'esmenten a continuació:

Reacció directa dels elements

Reaccionar els elements directament és una tècnica senzilla. Utilitzant nitrur de calci (Ca₃N₂) com a il·lustració:

3Ca + N ₂ ​→Ca ₃ N _2​

Descomposició tèrmica de l'amida metàl·lica

La segona tècnica és escalfar una amida metàl·lica per alliberar amoníac, com l'amida de bari:

3Ba (NH ₂ ​) ₂ ​ →Ba ₃ N ₂ + 4NH _3​

Aquest procediment mostra una ruta alternativa a la creació de nitrurs alliberant amoníac.

Reducció d'halogenurs o òxids metàl·lics

Reduir un òxid o halogenur metàl·lic en presència de gas nitrogen és un mètode addicional. La síntesi de nitrur d'alumini (AlN) és així:

Al ₂ El ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Tipus de nitrur

Els nitrurs es poden classificar en diverses categories depenent de la naturalesa de l'enllaç que tenen o de les fonts d'ús del material per fer nitrur. Els diferents tipus de nitrurs s'esmenten a continuació:

Nitrur iònic

Els nitrurs iònics són els nitrurs en què el catió és metall i l'anió és l'ió nitrur. El liti és l'únic metall alcalí que forma un nitrur, mentre que tots els metalls alcalinoterrres produeixen nitrurs amb la fórmula M.₃N₂. Aquests nitrurs iònics, com Be₃N₂i Mg₃N₂, tenen una estabilitat variable. Aquesta reactivitat diferent i l'estabilitat diversificada fan que els nitrurs iònics siguin significatius tant en aplicacions industrials com químiques.

Nitrur covalent

Els nitrurs covalents, com el nitrur de bor (BN), són compostos generats per la compartició d'electrons entre no metalls. En el cas del BN, els àtoms de bor i nitrogen formen enllaços covalents, formant una estructura de xarxa cristal·lina.

Dos mols de bor reaccionen amb tres mols de nitrogen gasós per produir dos mols de nitrur de bor, demostrant la naturalesa covalent de l'enllaç bor-nitrogen en aquesta molècula.

Nitrur metàl·lic binari

Els nitrurs de metall binaris, com el seu nom indica, tenen dos elements en el compost de nitrur. Un que és evidentment nitrogen. Exemple de nitrur metàl·lic binari com el nitrur de magnesi (Mg₃N₂), es formen per la combinació d'un metall, com el magnesi, amb nitrogen.

Nitrur metàl·lic de transició

Un nitrur de metall de transició, format per catió de metall de transició i anió nitrur. Exemple de nitrur de metall de transició com el nitrur de titani (TiN), es genera per una reacció química entre el titani (Ti) i el gas nitrogenat (N).₂). L'equació química per a la síntesi és

Tu + N ₂ → TiN

Nitrurs inorgànics

Els nitrurs inorgànics són compostos generats per la combinació de nitrogen i altres elements, excepte el carboni. Aquests compostos solen implicar la unió del nitrogen amb metalls o no metalls, donant lloc a un ampli espectre de materials amb característiques i usos diversos.

El nitrur d'alumini és un nitrur inorgànic. Altres exemples de nitrurs inorgànics són el nitrur de silici (Si₃N₄), nitrur de titani (TiN) i nitrur de bor. A causa de les seves característiques distintives i adaptabilitat, aquests compostos s'utilitzen en electrònica, ceràmica, eines de tall i una varietat d'altres aplicacions industrials.

Nitrurs orgànics

Els nitrurs orgànics són substàncies químiques que contenen el grup funcional nitrur (−N≡). Generalment es generen substituint àtoms d'hidrogen per amoníac (NH₃) molècules amb grups orgànics. Els nitrils, amb l'estructura general R-C≡N, són un exemple freqüent de nitrur orgànic. R indica un grup orgànic.

Acetonitril (CH₃CN) és un exemple de nitrur orgànic. L'acetonitril conté un triple enllaç (≡N) entre l'àtom de nitrogen i el grup metil (CH).₃). Altres exemples de nitrurs orgànics són el benzonitril (C₆H₅CN) i propionitril (CH₃CH₂CN). Els nitrurs orgànics són importants en la fabricació de medicaments, productes agroquímics i una varietat d'altres usos industrials.

Usos del nitrur

Hi ha diversos usos del nitrur:

• Les llums LED emeten llum blava a causa de l'elevat interval de banda en nitrur de gal·li, demostrant la seva importància en la tecnologia que alimenta aquestes llums d'eficiència energètica.
• Els nitrurs s'utilitzen per fabricar eines de tall d'alta velocitat i alta temperatura, que ajuden a accelerar les operacions de mecanitzat.
• Els nitrurs són importants en el sector aeroespacial per al revestiment de components perquè són resistents a temperatures severes, la qual cosa millora el seu rendiment i resistència.
• Els nitrurs també contribueixen a la catàlisi facilitant reaccions i processos químics que són crítics en una varietat d'aplicacions industrials.
• Els nitrurs, com el nitrur de bor, s'utilitzen com a aïllants per regular el flux d'electricitat.

Nitrur, nitrit i nitrat

El nitrur, el nitrit i el nitrit són tres possibles tipus d'anions en compostos químics formats amb ions nitrogen. A la taula següent es pot obtenir una comprensió bàsica d'aquests tres tipus:

També, comproveu

• Fórmula de nitrur de bari
• Fórmula de nitrur de sodi
• Ions trivalents

Preguntes freqüents

Què són els nitrurs?

Els nitrurs són compostos químics en els quals l'anió és l'ió nitrogen.

Com es representen els ions nitrur?

Els ions nitrur es representen com N^-3

Què és l'estat d'oxidació del nitrur?

L'estat d'oxidació de l'ió nitrur és -3

Què és la fórmula del nitrur?

La fórmula del nitrur es dóna com a N^-3

Què són els nitrurs metàl·lics?

Els nitrurs metàl·lics són aquells compostos de nitrur en què el catió és metall. Per exemple, nitrur de magnesi Mg₃N₂és un nitrur metàl·lic

Què és la valència del nitrur?

La valència del nitrur és 3