Nitriden zijn een klasse van chemische verbindingen die worden gevormd wanneer stikstof wordt gecombineerd met componenten met minder elektronegativiteit, zoals silicium of boor. Het komt in verschillende vormen voor in de natuur. Er zijn drie verschillende soorten nitriden: overgangsmetaal, covalent en ionisch. Ze zijn nuttig in een verscheidenheid aan toepassingen en hebben verschillende kenmerken. Wanneer deze nitrideverbindingen in twee ionen worden gebroken, vormen ze een kation en een anion. Het gevormde anion wordt Nitride Ion genoemd.

In dit artikel zullen we in detail leren over wat nitriden, nitride-ionen zijn, hun formule, valentie, eigenschappen, typen en toepassingen.

Inhoudsopgave

Java-vergelijkingsreeksen

• Wat zijn nitriden?
• Voorbeelden van nitriden
• Eigenschappen van nitriden
• Bereiding van nitriden
• Soorten nitride
• Nitride, Nitriet en Nitraat

Wat zijn nitriden?

Nitriden zijn chemische verbindingen waarin anion een stikstofion is. Nitriden worden gevormd wanneer een minder elektronegatief element stikstof combineert. Ze hebben een algemene formule van X₃N, X₃N₂of XN. Enkele voorbeelden van nitriden zijn aluminiumnitride, galliumnitride, boornitride enz. De anionen die in deze verbindingen aanwezig zijn, worden nitride-ionen genoemd.

Nitride-ion

Nitride-ionen zijn anionen die aanwezig zijn in de nitrideverbindingen. Nitride-ion wordt weergegeven als N^3-.

Basiseigenschappen van nitriden

Hier is een tabel met een samenvatting van de basiskenmerken van nitriden:

Nitride Formule

Nitride-ionen hebben de formule (N^3-). Een oxidatietoestand van -3 zorgt ervoor dat stikstof verandert in een nitride-ion. Hierdoor kan het nitride-ion een Nitride-klasse van verbindingen vormen met mogelijke molecuulformules van X₃N, X₃N₂of XN.

Nitride Valentie

Stikstof heeft een valentie van -3. Stikstof heeft een atoomnummer van 7 en een elektronenconfiguratie van 1s²2s²2p³. Stikstof bevat 5 elektronen in de buitenste schil en heeft 3 extra elektronen nodig om een ​​stabiel octet te vormen. Stikstof krijgt drie elektronen, wat resulteert in de productie van een nitride-ion (N^3-). Deze elektronenversterking kan worden weergegeven door de volgende chemische vergelijking

N + 3 Het is ⁻ → N ³⁻

Nitride lading

Nitride-ion heeft een lading van -3. De elektronenconfiguratie van stikstof is 1s²2s²2p³resulterend in 5 elektronen in de buitenste schil. Het verwerft drie elektronen om een ​​stabiel octet te vormen. De verwerving van drie extra elektronen resulteert in de productie van het nitride-ion (N^3-), waarbij het stikstofatoom een ​​-3 lading draagt. De chemische vergelijking voor het vormen van het nitride-ion is als volgt:

N + 3 Het is ⁻ → N ³⁻

Voorbeelden van nitriden

Laten we nu onderzoeken hoe belangrijk nitride is voor verschillende bedrijven door naar enkele specifieke voorbeelden te kijken:

Aluminiumnitride (AlN): Dankzij de uitstekende thermische geleidbaarheid is het bruikbaar voor toepassingen op het gebied van thermisch beheer en de productie van hoogwaardige elektrische apparaten.

Siliciumnitride (ja ₃ N ₄ ): Vanwege zijn grote sterkte, hardheid en corrosieweerstand wordt het vaak gebruikt in keramische materialen, snijgereedschappen en motoronderdelen.

Boornitride (BN): Bestaat in verschillende vormen, zoals kubisch boornitride (c-BN) en hexagonaal boornitride (h-BN). Terwijl c-BN een superharde stof is die wordt gebruikt in schuurmiddelen en snij-instrumenten, wordt h-BN gebruikt als smeermiddel en in cosmetica.

Titaannitride (TiN): Harde coatings die slijtvastheid en een goudachtig uiterlijk bieden, worden gebruikt op metaalsnijapparatuur en in de lucht- en ruimtevaart- en medische sector.

Vanadiumnitride (VN): Wanneer ammoniak wordt geproduceerd en staal een oppervlaktebehandeling krijgt om de hardheid en weerstand tegen corrosie te vergroten, wordt het gebruikt als katalysator.

Tantaalnitride (TaN): Vanwege zijn elektrische eigenschappen en slijtvastheid wordt het gebruikt als dunne film in halfgeleiderapparaten.

Galliumnitride (GaN): Galliumnitride is een halfgeleider met een grote bandafstand die veel belangstelling heeft gekregen in de elektronica en opto-elektronica. Het wordt gebruikt bij de productie van lichtemitterende diodes (LED's), radiofrequentie (RF) apparaten en vermogenselektronica.

Magnesiumnitride (Mg ₃ ​N ₂ ): Het is een binaire chemische stof bestaande uit magnesium (Mg) en stikstof (N). Het hoge smeltpunt maakt het bruikbaar in een verscheidenheid aan industriële toepassingen. Magnesiumnitride heeft de chemische formule Mg₃​N₂​.

Eigenschappen van nitriden

Nitriden hebben veel chemische en fysische kenmerken, waaronder:

Fysieke eigenschappen

Ionische straal: Nitrideverbindingen hebben een ionenstraal van ongeveer 140 pm, wat hun interacties met andere elementen en verbindingen beïnvloedt.

Reactie met water: Wanneer nitriden in contact komen met water, ondergaan ze een reactie waarbij ammoniak ontstaat, wat hun reactiviteit en mogelijke toepassing bij de ammoniaksynthese benadrukt.

Isolerende aard: Nitride staat bekend om zijn isolerende eigenschappen, waardoor het bruikbaar is in een verscheidenheid aan toepassingen waarbij controle van de elektrische geleidbaarheid vereist is.

Oxidatie toestand: Nitride heeft een stabiel oxidatiegetal van -3, wat het elektronendelingsgedrag in chemische processen verklaart.

Diverse vormen: Nitride bestaat in verschillende vormen, waaronder calciumnitride, natriumnitride en boornitride, wat de flexibiliteit ervan in samengestelde formaties aantoont.

Chemische reactie van nitriden

De chemische eigenschappen van nitriden worden hieronder vermeld:

Natriumnitridereactiviteit: Natrium interageert met nitride om natriumnitride te produceren, wat bijzonder onstabiel is. De reactievergelijking toont de gevoeligheid voor ontleding:

2 Al ₃ ​ N →6 Al + N _2​

Vorming van calciumnitride: Calcium combineert met stikstof om calciumnitride en oxide te vormen, wat het vermogen van de verbinding aantoont om directe reacties aan te gaan.

3 Dat + N ₂ → Dat ₃ ​ N _2​

Interactie met water: Nitriden, zoals calciumnitride, reageren met water of vocht in de lucht en produceren via een chemische reactie calciumhydroxide en ammoniak:

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

Waterstofabsorptie: Calciumnitride heeft het vermogen om waterstof te absorberen bij hoge temperaturen, wat resulteert in een chemische reactie die calciumamide en hydride produceert:

Dat _3​ N ₂ + 2 H ₂ →2 Soep + CaH _2​

Bereiding van nitriden

Nitriden worden gevormd door een metaal direct te laten reageren met een stikstofbron, zoals ammoniakgas, of door een metaal te laten reageren met een stikstofverbinding, zoals salpeterzuur. Tijdens deze reacties reageert het metaal met stikstof, waarbij nitriden worden gevormd. Thermische ontleding van metaalamiden en reductie van metaalhalogeniden of oxiden in aanwezigheid van stikstofgas zijn andere routes naar de productie van veelzijdige nitrideverbindingen met een breed scala aan toepassingen. Enkele voorbeelden van de bereiding van nitride worden hieronder vermeld:

Directe reactie van elementen

Het direct reageren van elementen is een eenvoudige techniek. Met behulp van calciumnitride (Ca₃N₂) als een illustratie:

3Ca + N ₂ → Ca ₃ ​N _2​

Warmte-ontleding van metaalamide

De tweede techniek is het verwarmen van een metaalamide waarbij ammoniak vrijkomt, zoals bariumamide:

3Ba(NH ₂ ​) ₂ ​ → Ba ₃ ​N ₂ + 4NH _3​

Deze procedure toont een alternatieve route voor de vorming van nitride door ammoniak vrij te geven.

Vermindering van metaalhalide of oxide

Het reduceren van een metaaloxide of halogenide in aanwezigheid van stikstofgas is een aanvullende methode. De synthese van aluminiumnitride (AlN) gaat als volgt:

Naar de ₂ De ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Soorten nitride

Nitriden kunnen in verschillende categorieën worden ingedeeld, afhankelijk van de aard van de binding die ze hebben of de bronnen van materiaalgebruik om nitride te maken. De verschillende soorten nitriden worden hieronder vermeld:

Ionisch Nitride

Ionisch nitride zijn de nitriden waarin het kation metaal is en het anion nitride-ion is. Lithium is het enige alkalimetaal dat een nitride vormt, terwijl alle aardalkalimetalen nitriden produceren met de formule M₃N₂. Deze ionische nitriden, zoals Be₃N₂en mg₃N₂, hebben een variërende stabiliteit. Deze verschillende reactiviteit en gediversifieerde stabiliteit maken ionische nitriden belangrijk in zowel industriële als chemische toepassingen.

Covalent Nitride

Covalente nitriden, zoals boornitride (BN), zijn verbindingen die worden gegenereerd door het delen van elektronen tussen niet-metalen. In het geval van BN vormen boor- en stikstofatomen covalente bindingen, waardoor een kristalroosterstructuur ontstaat.

Twee mol boor reageren met drie mol stikstofgas om twee mol boornitride te produceren, wat de covalente aard van de boor-stikstofbinding in dit molecuul aantoont.

Binair metaalnitride

Binaire metaalnitriden hebben, zoals de naam doet vermoeden, twee elementen in de nitrideverbinding. Eén daarvan is duidelijk stikstof. Voorbeeld van binair metaalnitride zoals magnesiumnitride (Mg₃N₂), worden gevormd door de combinatie van een metaal, zoals magnesium, met stikstof.

Overgangsmetaalnitride

Een overgangsmetaalnitride bestaat uit een overgangsmetaalkation en een nitride-anion. Voorbeeld van transitiemetaalnitride zoals titaniumnitride (TiN), wordt gegenereerd door een chemische reactie tussen titanium (Ti) en stikstofgas (N₂). De chemische vergelijking voor synthese is

Jij + N ₂ → TiN

Anorganische nitriden

Anorganische nitriden zijn verbindingen die worden gegenereerd door de combinatie van stikstof en andere elementen, behalve koolstof. Deze verbindingen omvatten meestal de binding van stikstof met metalen of niet-metalen, wat resulteert in een breed spectrum aan materialen met verschillende kenmerken en toepassingen.

Aluminiumnitride is een anorganisch nitride. Andere voorbeelden van anorganische nitriden zijn siliciumnitride (Si₃N₄), titaniumnitride (TiN) en boornitride. Vanwege hun onderscheidende kenmerken en aanpassingsvermogen worden deze verbindingen gebruikt in elektronica, keramiek, snijgereedschappen en een verscheidenheid aan andere industriële toepassingen.

Organische nitriden

Organische nitriden zijn chemicaliën die de functionele nitridegroep (−N≡) bevatten. Ze worden over het algemeen gegenereerd door waterstofatomen te vervangen door ammoniak (NH₃) moleculen met organische groepen. Nitrilen, met de algemene structuur R-C≡N, zijn een veel voorkomend voorbeeld van een organisch nitride. R geeft een organische groep aan.

Acetonitril (CH₃CN) is een voorbeeld van een organisch nitride. Acetonitril bevat een drievoudige binding (≡N) tussen het stikstofatoom en de methylgroep (CH₃). Andere voorbeelden van organische nitriden zijn benzonitril (C₆H₅CN) en propionitril (CH₃CH₂CN). Organische nitriden zijn belangrijk bij de vervaardiging van medicijnen, landbouwchemicaliën en een verscheidenheid aan andere industriële toepassingen.

Gebruik van nitride

Er zijn verschillende toepassingen van nitride:

• LED-lampen zenden blauw licht uit vanwege de hoge bandafstand in galliumnitride, wat het belang ervan aantoont in de technologie die deze energiezuinige lampen aandrijft.
• Nitriden worden gebruikt om snijgereedschappen met hoge snelheid en hoge temperaturen te maken, wat de bewerkingen helpt versnellen.
• Nitriden zijn belangrijk in de lucht- en ruimtevaartsector voor het coaten van componenten omdat ze bestand zijn tegen zware temperaturen, wat hun prestaties en uithoudingsvermogen verbetert.
• Nitriden dragen ook bij aan de katalyse door chemische reacties en processen te vergemakkelijken die van cruciaal belang zijn in een verscheidenheid aan industriële toepassingen.
• Nitriden worden, net als boornitride, gebruikt als isolatoren om de elektriciteitsstroom te reguleren.

Nitride, Nitriet en Nitraat

Nitride, Nitriet en Nitriet zijn drie mogelijke soorten anionen in chemische verbindingen gevormd met stikstofionen. Een basiskennis van deze drie typen kan worden verkregen uit de onderstaande tabel:

Controleer ook

• Bariumnitride-formule
• Natriumnitride-formule
• Driewaardige ionen

Veel Gestelde Vragen

Wat zijn nitriden?

Nitriden zijn chemische verbindingen waarin anion stikstofion is.

Hoe worden nitride-ionen weergegeven?

Nitride-ionen worden weergegeven als N^-3

Wat is de oxidatietoestand van nitride?

De oxidatietoestand van het nitride-ion is -3

Wat is de nitrideformule?

Nitrideformule wordt gegeven als N^-3

Wat zijn metaalnitriden?

Metaalnitriden zijn die nitrideverbindingen waarin kation metaal is. Magnesiumnitride Mg₃N₂is een metaalnitride

Wat is de valentie van nitride?

De valentie van nitride is 3