Nitrid, kateri koli razred kemijskih spojin, v katerem se dušik kombinira z elementom podobne ali nižje elektronegativnosti, kot so bor, silicij in večina kovin. Nitridi vsebujejo nitridni ion (N 3−) in, podobno kot karbidi, se nitridi lahko razvrstijo v tri splošne kategorije: ionske, intersticijske in kovalentne.
predelava urana: nitridna goriva
Uran tvori mononitrid (UN) in dve višji fazi nitrida (alfa- in beta-seskvinitridi; α = U2N3 in
Določeni kovinski nitridi so nestabilni in večina reagira z vodo, da tvori amoniak in kovinski oksid ali hidroksid; vendar so nitridi bora, vanadija, silicija, titana in tantala zelo ognjevzdržni, odporni proti kemičnim napadom in trdi - zato so uporabni kot abrazivi in pri izdelavi lončkov.
Priprava nitridov
Obstajata dva glavna načina priprave nitridov. Ena je z neposredno reakcijo elementov (ponavadi pri povišani temperaturi), ki so prikazani tukaj za sintezo kalcijevega nitrida, Ca 3 N 2. 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 Druga metoda je skozi izgubo amoniaka s termičnim razpadom kovinskega amida, ki je tukaj prikazan z barijevim amidom.3Ba (NH 2) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3 tvorijo se tudi nitridi med površinskim utrjevanjem jeklenih predmetov, ko se amonijak segreva na temperature običajno med 500–550 ° C (950–150 ° F) od 5 do 100 ur, odvisno od želene globine strjenega ohišja.
Druga metoda, ki se uporablja za tvorbo nitridov, je redukcija kovinskega halida ali oksida v prisotnosti dušikovega plina, kot je na primer pri pripravi aluminijevega nitrida, AlN. Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO
Ionski nitridi
Zdi se, da je litij (Li) edina alkalna kovina, ki lahko tvori nitrid, čeprav vse zemeljsko-zemeljske kovine tvorijo nitride s formulo M 3 N 2. Te spojine, ki se lahko šteje, da je sestavljen iz kovinskih kationov in N 3- anionov, do hidrolize (reakcija z vodo), da dobimo amoniaka in kovinskega hidroksida. Stabilnost ionskih nitridov ima širok razpon; Mg 3 N 2 razpade pri temperaturah nad 270 ° C (520 ° F), medtem ko je 3 N 2 tali pri 2.200 ° C (4000 ° F) brez razkroja.
Intersticijski nitridi
Največja skupina nitridov so intersticijski nitridi, ki se tvorijo s prehodnimi kovinami. So podobni intersticijskim karbidom, saj dušikovi atomi zasedajo vmesne odprtine ali luknje v rešetki tesno kovinskih atomov. Splošne formule teh nitridov so MN, M 2 N in M 4 N, čeprav so njihove stehiometrije lahko različne. Te spojine imajo visoke tališča, so izjemno trde in so ponavadi neprozorni materiali, ki imajo kovinski sijaj in visoko prevodnost. Običajno jih pripravimo s segrevanjem kovine v amonijaku pri približno 1.200 ° C (2.200 ° F). Intersticijski nitridi so kemično inertni in znanih je malo reakcij, ki so vključene v njih. Najbolj značilna reakcija je hidroliza, ki je ponavadi zelo počasna (in lahko zahteva kislino, kot vanadij, V v spodnji reakciji), da nastane amoniak ali dušikov plin. 2VN + 3H 2 SO 4 → V 2 (SO 4) 3 + N 2 + 3H 2
Intersticijski nitridi so zaradi svoje kemične inertnosti in sposobnosti, da prenesejo visoke temperature, uporabni v več aplikacijah z visoko temperaturo, vključno z njihovo uporabo kot lončki in visokotemperaturne reakcijske posode.
Kovalentni nitridi
Kovalentni binarni nitridi imajo različne lastnosti glede na element, na katerega je vezan dušik. Primeri kovalentne nitridov so borov nitrid, BN, cianogen, (CN) 2, fosfor nitrid, P 3 A 5, tetrasulfur tetranitride, s 4 N 4 in disulfur dinitride, S 2 N 2. Tu so obravnavani kovalentni nitridi bora, ogljika in žvepla.
Borov nitrid
Ker bor in dušik skupaj vsebujeta enako število valenčnih elektronov (osem) kot dva vezana atoma ogljika, naj bi bil borov nitrid izoelektronski z elementarnim ogljikom. Borov nitrid obstaja v dveh strukturnih oblikah, ki sta analogni dvema oblikama ogljika - grafitom in diamantom. Šestkotna oblika, podobna grafitu, ima večplastno strukturo s planarnimi, šestčlanskimi obroči izmeničnih atomov bora in dušika, zloženi tako, da se borov atom v enem sloju nahaja neposredno nad atomom dušika v sosednji plasti. Nasprotno se zaporedne šesterokotne plasti grafita izravnajo tako, da je vsak ogljikov atom neposredno nad intersticijo (luknjo) v sosednji plasti in neposredno nad ogljikovim atomom nadomestnih plasti. Šestkotni borov nitrid lahko pripravimo s segrevanjem borovega triklorida BCl 3 v presežku amoniaka pri 750 ° C (1.400 ° F). Lastnosti šesterokotnega borovega nitrida so na splošno drugačne od lastnosti grafita. Medtem ko sta oba trdna trdna snov, je borov nitrid brezbarven in je dober izolator (grafit je črn in je električni prevodnik), borov nitrid pa je kemično bolj stabilen kot grafit. Šesterokotna BN reagira z le elementarnega fluora, F 2 (tvorbo izdelke BF 3 in N 2) in vodikov fluorid, HF (proizvaja NH 4 BF 4). Diamantno (kubično) obliko BN lahko pripravimo s segrevanjem šestkotne BN na 1800 ° C (3.300 ° F) pod zelo visokim tlakom (85.000 atmosfer; tlak na ravni morja je ena atmosfera) v prisotnosti alkalne kovine ali alkalne - kovinski katalizator. Tako kot analogna diamantna oblika ogljika je tudi kubični bor nitrid izjemno trd.
Cianogen
Cianogen (CN) 2 je strupen, brezbarven plin, ki vre pri −21 ° C (−6 ° F). Pripravimo ga lahko z oksidacijo vodikovega cianida (HCN). Različne oksidant lahko uporabimo, vključno plin kisik, O 2, klorovega plina, Cl 2 in dušikov dioksid, NO 2. Če uporabimo NO 2, lahko proizvod NO recikliramo in ga ponovno uporabimo za proizvodnjo reaktanta NO 2. 2HCN + NO 2 → (CN) 2 + NO + H 2 O- sledovi nečistoč v (CN) 2 olajšajo polimerizacijo pri visokih temperaturah (300–500 ° C [600–900 ° F]) do paracianogena, temne trdne snovi, ki ima policiklična zgradba šestčlanskih obročev izmeničnih atomov ogljika in dušika. Molekula cianogena, N≡C ― C≡N, je linearna in vnetljiva. Izgoreva v kisiku, da nastane izredno vroč plamen (približno 4.775 ° C [8.627 ° F]).
