Nitrid, bármely olyan kémiai vegyület osztálya, amelyben a nitrogén hasonló vagy alacsonyabb elektronegativitású elemmel, például bórral, szilíciummal és a legtöbb fémekkel van kombinálva. A nitridek tartalmazzák a nitridiont (N 3−), és a karbidokhoz hasonlóan a nitrideket három általános kategóriába lehet sorolni: ionos, intersticiális és kovalens.
uránfeldolgozás: Nitrid üzemanyagok
Az urán mononitridet (UN) és két magasabb nitridfázist képez (alfa- és béta-szeszkvinitridek; α = U2N3 és
Egyes fémnitridek instabilok, és a legtöbb vízzel reagálva ammóniát és a fém oxidját vagy hidroxidját képezik; a bór, a vanádium, a szilícium, a titán és a tantál nitridjei nagyon tűzállóak, ellenállnak a kémiai hatásoknak és kemények, és ezért csiszolóanyagként és tégelyek előállításánál használhatók.
Nitridek előállítása
A nitridek előállításának két fő módszere van. Az egyik közvetlen reakció az elemek (általában emelt hőmérsékleten), itt látható a szintézis a kalcium-nitrid, Ca 3 N 2. 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 A második módszer az ammónia vesztesége egy fém-amid termikus bomlásával, amelyet itt bárium-amiddal mutatunk be.3Ba (NH 2) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3 Nitridek is képződnek acéltárgyak felületkeményedésekor, amikor az ammóniát általában 500–550 ° C (950–1 050 ° F) hőmérsékletre hevítik 5–100 órán keresztül, a kívánt edzett eset mélységétől függően.
Egy másik módszer a nitridok előállításához a fémhalogenid vagy -oxid redukciója nitrogén jelenlétében, például például az alumínium-nitrid előállításakor, AlN. Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO
Ionos nitridek
Úgy tűnik, hogy a lítium (Li) az egyetlen alkálifém, amely nitrideket képezhet, bár az összes alkáliföldfémek M 3 N 2 képletű nitrideket képeznek. Ezek a vegyületek, amely lehet tekinteni, hogy áll fémkationok és N 3- anionok, hidrolízise (reakciót víz), ammóniát, és a fém-hidroxid. Az ionos nitridek stabilitása széles skálát mutat; Mg 3 N 2 elbomlik feletti hőmérsékleten 270 ° C (520 ° F), míg a Be 3 N 2 -on olvad 2200 ° C (4000 ° F) bomlás nélkül.
Intersticiális nitridek
A nitridek legnagyobb csoportját az átmeneti fémekkel képződő intersticiális nitridek képezik. Hasonlóak az intersticiális karbidokhoz, nitrogénatomok elfoglalják a középcsomagolt fématomok rácsainak szakaszait vagy lyukait. Az általános képletek ilyen nitridek MN, M 2 N, és M 4 N, bár sztöchiometriák változhat. Ezeknek a vegyületeknek magas olvadáspontja van, rendkívül kemények és általában átlátszatlan anyagok, amelyek fémes csillogással és nagy vezetőképességgel rendelkeznek. Általában úgy készülnek, hogy a fém ammóniában körülbelül 1200 ° C (2,200 ° F) hőmérsékleten melegíthető. Az intersticiális nitridek kémiailag semlegesek, és kevés reakció ismert ezekkel kapcsolatban. A legjellemzőbb reakció a hidrolízis, amely rendszerint nagyon lassú (és savhoz, az ammónia vagy nitrogén gáz előállításához - amint az alábbiakban bemutatott reakcióban a V vanádiumhoz is szükség lehet). 2VN + 3H 2 SO 4 → V 2 (SO 4) 3 + N 2 + 3H 2
Kémiai tehetetlenségük és a magas hőmérsékleteknek ellenálló képességük miatt az intersticiális nitridek számos magas hőmérsékleti alkalmazásban alkalmazhatók, beleértve tégelyekként és magas hőmérsékletű reakcióedényekként való felhasználásukat.
Kovalens nitridek
A kovalens bináris nitridek széles tulajdonságokkal rendelkeznek, attól függően, hogy melyik elemhez kapcsolódnak a nitrogén. Néhány példa a kovalens nitridek bór-nitrid, BN, cián, (CN) 2, foszfor-nitrid, P 3 N 5, tetrakén-tetranitrid, S 4 N 4, és dikén-dinitrid, S 2 N 2. A bór, a szén és a kén kovalens nitrideit tárgyaljuk itt.
Bór-nitrid
Mivel a bór és a nitrogén együttesen ugyanolyan számú valencia elektronot (nyolc) tartalmaz, mint két kötött szénatom, a bór-nitridről azt állítják, hogy izoelektronikus az elemi szénatommal. A bór-nitrid két szerkezeti formában létezik, amelyek hasonlóak a szén két formájához - a grafithoz és a gyémánthoz. A hatszögletű forma, hasonlóan a grafithoz, réteges szerkezetű, sík, hat tagú, váltakozó bór- és nitrogénatomok gyűrűivel, oly módon rakva, hogy az egyik rétegben lévő bóratom közvetlenül a szomszédos réteg nitrogénatomján helyezkedik el. Ezzel szemben a grafit egymást követő hatszögletű rétegeit eltolják úgy, hogy mindegyik szénatom közvetlenül egy szomszédos rétegben egy szakaszt (lyuk) fekszik, és közvetlenül az alternatív rétegek szénatomján. Hatszögletű bór-nitrid előállítható a BCl 3 bór-triklorid melegítésével, ammónia feleslegében, 750 ° C-on (1400 ° F). A hatszögletű bór-nitrid tulajdonságai általában különböznek a grafit tulajdonságaitól. Míg mindkettő csúszós szilárd anyag, a bór-nitrid színtelen és jó szigetelő anyag (míg a grafit fekete és elektromos vezető), a bór-nitrid kémiailag stabilabb, mint a grafit. Hexagonális BN reagál csak elemi fluor, F 2 (képező termékek BF 3 és N 2), és a hidrogén-fluorid, hidrogén-fluorid (termelő NH 4 BF 4). A BN gyémánt (köbös) formáját úgy állíthatjuk elő, hogy a hatszögletű BN-t 1800 ° C-ra (3 300 ° F) melegítik nagyon magas nyomáson (85 000 atmoszféra; a tengerszint nyomása egy atmoszféra) alkálifém vagy alkáli jelenlétében -fém katalizátor. A szén hasonló gyémánt formájához hasonlóan a köbös bór-nitrid is rendkívül kemény.
Cyanogen
A cianogén (CN) 2 mérgező, színtelen gáz, amelynek forráspontja –21 ° C (–6 ° F). Előállítható hidrogén-cianid (HCN) oxidálásával. A különböző oxidálószerek is használhatók, beleértve az oxigént a gáz, O 2, klórgáz, Cl 2, és a nitrogén-dioxid-gázzal, NO 2. NO 2 felhasználása esetén a NO termék újrahasznosítható és újra felhasználható a reaktáns NO 2 előállítására. 2HCN + NO 2 → (CN) 2 + NO + H 2 OTrace szennyeződések (CN) 2 tűnik, hogy megkönnyítse polimerizációs magas hőmérsékleten (300-500 ° C [600-900 ° F]), hogy paracyanogen, egy sötét, szilárd anyag formájában, amely egy váltakozó szén- és nitrogénatommal rendelkező hattagú gyűrűk policiklusos szerkezete. A cianogén molekula, az N≡C ― C≡N, lineáris és tűzveszélyes. Ég az oxigénben, és rendkívül forró lángot eredményez (kb. 4775 ° C (8 627 ° F)).
