Nitruri sono una classe di composti chimici formati quando l'azoto si combina con componenti meno elettronegativi come il silicio o il boro. Appare in natura in diverse forme. Esistono tre diversi tipi di nitruri: metalli di transizione, covalenti e ionici. Sono utili in una varietà di applicazioni e hanno caratteristiche distinte. Questi composti di nitruro quando suddivisi in due ioni formano un catione e un anione. L'anione formatosi è chiamato ione nitruro.

In questo articolo impareremo in dettaglio cosa sono i nitruri, gli ioni nitruro, la loro formula, valenza, proprietà, tipi e usi.

Tabella dei contenuti

• Cosa sono i nitruri?
• Esempi di nitruri
• Proprietà dei nitruri
• Preparazione dei nitruri
• Tipi di nitruro
• Nitruro, nitrito e nitrato

Cosa sono i nitruri?

I nitruri sono composti chimici in cui l'anione è uno ione azoto. I nitruri si formano quando un elemento meno elettronegativo combina l'azoto. Hanno una formula generale X₃N, X₃N₂o XN. Alcuni esempi di nitruri sono il nitruro di alluminio, il nitruro di gallio, il nitruro di boro ecc. Gli anioni presenti in questi composti sono chiamati ioni nitruro.

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Ione nitruro

Gli ioni nitruro sono anioni presenti nei composti nitruro. Lo ione nitruro è rappresentato come N^3-.

Proprietà fondamentali dei nitruri

Ecco una tabella riepilogativa delle caratteristiche fondamentali dei nitruri:

Formula del nitruro

Gli ioni nitruro hanno la formula (N^3-). Uno stato di ossidazione pari a -3 fa sì che l'azoto si trasformi in uno ione nitruro. Ciò consente allo ione nitruro di formare la classe di composti Nitruro con possibili formule molecolari di X₃N, X₃N₂o XN.

Valenza del nitruro

L'azoto ha una valenza -3. L'azoto ha un numero atomico pari a 7 e una configurazione elettronica pari a 1 s²2s²2p³. L'azoto contiene 5 elettroni nel suo guscio più esterno e ha bisogno di 3 elettroni aggiuntivi per formare un ottetto stabile. L'azoto acquista tre elettroni, dando luogo alla produzione di uno ione nitruro (N^3-). Questo guadagno di elettroni può essere rappresentato dalla seguente equazione chimica

N +3 È ⁻ → N ³⁻

Carica di nitruro

Lo ione nitruro ha una carica pari a -3. La configurazione elettronica dell’azoto è 1s²2s²2p³risultando in 5 elettroni nel suo guscio più esterno. Acquisisce tre elettroni per formare un ottetto stabile. L'acquisizione di tre elettroni aggiuntivi provoca la produzione dello ione nitruro (N^3-), con l'atomo di azoto che trasporta una carica -3. L'equazione chimica per formare lo ione nitruro è la seguente:

N +3 È ⁻ → N ³⁻

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Esempi di nitruri

Esaminiamo ora quanto sia importante il nitruro per varie aziende esaminando alcuni esempi particolari:

Nitruro di alluminio (AlN): L'eccellente conduttività termica lo rende utile per applicazioni di gestione termica e per la produzione di dispositivi elettrici ad alte prestazioni.

Nitruro di silicio (Sì ₃ N ₄ ): A causa della sua grande forza, durezza e resistenza alla corrosione, viene spesso utilizzato in materiali ceramici, utensili da taglio e componenti di motori.

Nitruro di boro (BN): Esiste in diverse forme, come il nitruro di boro cubico (c-BN) e il nitruro di boro esagonale (h-BN). Mentre il c-BN è una sostanza superdura utilizzata negli abrasivi e negli strumenti da taglio, l'h-BN è utilizzato come lubrificante e nei cosmetici.

Nitruro di titanio (TiN): I rivestimenti duri che forniscono resistenza all'usura e un aspetto simile all'oro vengono utilizzati su apparecchiature per il taglio dei metalli e nei settori aerospaziale e medico.

Nitruro di vanadio (VN): Quando viene prodotta l'ammoniaca e l'acciaio viene trattato in superficie per aumentarne la durezza e la resistenza alla corrosione, viene utilizzato come catalizzatore.

Nitruro di tantalio (TaN): Per le sue caratteristiche elettriche e resistenza all'usura, viene utilizzato come film sottile nei dispositivi a semiconduttore.

Nitruro di gallio (GaN): Il nitruro di gallio è un semiconduttore con un ampio intervallo di banda che ha suscitato molto interesse nel campo dell'elettronica e dell'optoelettronica. Viene utilizzato nella produzione di diodi emettitori di luce (LED), dispositivi a radiofrequenza (RF) ed elettronica di potenza.

Nitruro di magnesio (Mg ₃ ​N ₂ ): Esso è una sostanza chimica binaria composta da magnesio (Mg) e azoto (N). Il suo alto punto di fusione lo rende utile in una varietà di applicazioni industriali. Il nitruro di magnesio ha la formula chimica Mg₃​N₂​.

Proprietà dei nitruri

I nitruri hanno molte caratteristiche chimiche e fisiche, che includono:

Proprietà fisiche

Raggio ionico: I composti del nitruro hanno un raggio ionico di circa 140 µm, che influenza le loro interazioni con altri elementi e composti.

Reazione con acqua: Quando i nitruri entrano in contatto con l'acqua subiscono una reazione che produce ammoniaca, evidenziandone la reattività e il possibile utilizzo nella sintesi dell'ammoniaca.

Natura isolante: Il nitruro è ben noto per le sue proprietà isolanti, che lo rendono utile in una varietà di applicazioni che richiedono il controllo della conduttività elettrica.

Stato di ossidazione: Il nitruro ha un numero di ossidazione stabile pari a -3, il che spiega il suo comportamento di condivisione degli elettroni nei processi chimici.

Forme diverse: Il nitruro esiste in una varietà di forme, tra cui nitruro di calcio, nitruro di sodio e nitruro di boro, dimostrando la sua flessibilità nella formazione di composti.

Reazione chimica dei nitruri

Le proprietà chimiche dei nitruri sono menzionate di seguito:

Reattività del nitruro di sodio: Il sodio interagisce con il nitruro per produrre nitruro di sodio, che è particolarmente instabile. L'equazione di reazione mostra la suscettibilità alla decomposizione:

2 Già ₃ ​ N →6 Già + N _2​

Formazione del nitruro di calcio: Il calcio si combina con l’azoto per formare nitruro e ossido di calcio, dimostrando la capacità del composto di impegnarsi in reazioni dirette.

3 Quello + N ₂ ​→ Quello ₃ ​ N _2​

Interazione con l'acqua: I nitruri, come il nitruro di calcio, interagiscono con l'acqua o l'umidità nell'aria per produrre idrossido di calcio e ammoniaca attraverso una reazione chimica:

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

Assorbimento di idrogeno: Il nitruro di calcio ha la capacità di assorbire idrogeno ad alte temperature, provocando una reazione chimica che produce ammide e idruro di calcio:

Quello _3​ N ₂ +2 H ₂ ​→2 Minestra + CaH _2​

Preparazione dei nitruri

I nitruri si formano facendo reagire direttamente un metallo con una fonte di azoto, come il gas di ammoniaca, o facendo reagire un metallo con un composto di azoto, come l'acido nitrico. Durante queste reazioni, il metallo reagisce con l'azoto formando nitruri. La decomposizione termica delle ammidi metalliche e la riduzione degli alogenuri o degli ossidi metallici in presenza di gas azoto sono altre vie per la produzione di composti nitrurati versatili con un'ampia gamma di usi. Alcuni degli esempi di preparazione del nitruro sono menzionati di seguito:

Reazione diretta degli elementi

Reagire direttamente agli elementi è una tecnica semplice. Utilizzando nitruro di calcio (Ca₃N₂) Come un'illustrazione:

3Ca+N ₂ ​→Ca ₃ ​N _2​

Decomposizione termica dell'ammide metallica

La seconda tecnica consiste nel riscaldare un'ammide metallica per rilasciare ammoniaca, come l'ammide di bario:

3Ba(NH ₂ ​) ₂ ​→Ba ₃ ​N ₂ ​+4NH _3​

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Questa procedura mostra un percorso alternativo alla creazione di nitruro rilasciando ammoniaca.

Riduzione di alogenuri o ossidi metallici

La riduzione di un ossido o alogenuro metallico in presenza di gas azoto è un metodo aggiuntivo. La sintesi del nitruro di alluminio (AlN) avviene in questo modo:

Al ₂ IL ₃ +3C+N ₂ ​→2AlN + 3CO

Tipi di nitruro

I nitruri possono essere classificati in varie categorie a seconda della natura del legame che hanno o delle fonti di utilizzo del materiale per produrre nitruro. I diversi tipi di nitruri sono menzionati di seguito:

Nitruro ionico

I nitruri ionici sono i nitruri in cui il catione è metallo e l'anione è ione nitruro. Il litio è l'unico metallo alcalino che forma un nitruro, mentre tutti i metalli alcalino terrosi producono nitruri con la formula M₃N₂. Questi nitruri ionici, come Be₃N₂e Mg₃N₂, hanno stabilità variabile. Questa diversa reattività e stabilità diversificata rendono i nitruri ionici significativi sia nelle applicazioni industriali che chimiche.

Nitruro covalente

I nitruri covalenti, come il nitruro di boro (BN), sono composti generati dalla condivisione di elettroni tra non metalli. Nel caso del BN, gli atomi di boro e di azoto formano legami covalenti, formando una struttura reticolare cristallina.

Due moli di boro reagiscono con tre moli di azoto gassoso per produrre due moli di nitruro di boro, dimostrando la natura covalente del legame boro-azoto in questa molecola.

Nitruro di metallo binario

I nitruri metallici binari, come suggerisce il nome, hanno due elementi nel composto del nitruro. Uno fuori che è ovviamente azoto. Esempio di nitruro di metallo binario come il nitruro di magnesio (Mg₃N₂), sono formati dalla combinazione di un metallo, come il magnesio, con l'azoto.

Nitruro di metallo di transizione

Un nitruro di metallo di transizione, costituito da catione di metallo di transizione e anione nitruro. Esempio di nitruro di metallo di transizione come il nitruro di titanio (TiN), viene generato da una reazione chimica tra titanio (Ti) e gas di azoto (N₂). L'equazione chimica per la sintesi è

Tu + N ₂ → TiN

Nitruri inorganici

I nitruri inorganici sono composti generati dalla combinazione di azoto e altri elementi, escluso il carbonio. Questi composti solitamente comportano il legame dell'azoto con metalli o non metalli, dando origine a un ampio spettro di materiali con varie caratteristiche e usi.

Il nitruro di alluminio è un nitruro inorganico. Altri esempi di nitruri inorganici sono il nitruro di silicio (Si₃N₄), nitruro di titanio (TiN) e nitruro di boro. Grazie alle loro caratteristiche distintive e alla loro adattabilità, questi composti vengono utilizzati nell'elettronica, nella ceramica, negli utensili da taglio e in una varietà di altre applicazioni industriali.

Nitruri organici

I nitruri organici sono sostanze chimiche che contengono il gruppo funzionale nitruro (−N≡). Sono generalmente generati sostituendo gli atomi di idrogeno nell'ammoniaca (NH₃) molecole con gruppi organici. I nitrili, con la struttura generale R-C≡N, sono un esempio frequente di nitruro organico. R indica un gruppo organico.

Acetonitrile (CH₃CN) è un esempio di nitruro organico. L'acetonitrile contiene un triplo legame (≡N) tra l'atomo di azoto e il gruppo metilico (CH₃). Altri esempi di nitruri organici sono il benzonitrile (C₆H₅CN) e propionitrile (CH₃CH₂CN). I nitruri organici sono importanti nella produzione di medicinali, prodotti agrochimici e in una varietà di altri usi industriali.

Usi del nitruro

Esistono diversi usi del nitruro:

• Le luci a LED emettono luce blu a causa dell'elevato bandgap del nitruro di gallio, dimostrando la sua importanza nella tecnologia che alimenta queste luci ad alta efficienza energetica.
• I nitruri vengono utilizzati per realizzare utensili da taglio ad alta velocità e ad alta temperatura, che aiutano ad accelerare le operazioni di lavorazione.
• I nitruri sono importanti nel settore aerospaziale per il rivestimento dei componenti perché sono resistenti alle temperature severe, il che ne migliora le prestazioni e la durata.
• I nitruri contribuiscono anche alla catalisi facilitando reazioni e processi chimici critici in una varietà di applicazioni industriali.
• I nitruri, come il nitruro di boro, sono usati come isolanti per regolare il flusso di elettricità.

Nitruro, nitrito e nitrato

Nitruro, nitrito e nitrito sono tre possibili tipi di anioni nei composti chimici formati con lo ione azoto. Una comprensione di base di questi tre tipi può essere ottenuta dalla tabella seguente:

Inoltre, controlla

• Formula del nitruro di bario
• Formula del nitruro di sodio
• Ioni trivalenti

Domande frequenti

Cosa sono i nitruri?

I nitruri sono composti chimici in cui l'anione è lo ione azoto.

Come sono rappresentati gli ioni nitruro?

Gli ioni nitruro sono rappresentati come N^-3

Cos'è lo stato di ossidazione del nitruro?

Lo stato di ossidazione dello ione nitruro è -3

Cos'è la formula del nitruro?

La formula del nitruro è data come N^-3

Cosa sono i nitruri metallici?

I nitruri metallici sono quei composti di nitruro in cui il catione è metallico. Ad esempio, il nitruro di magnesio Mg₃N₂è un nitruro metallico

Cos'è la valenza del nitruro?

La valenza del nitruro è 3