Nitride sind eine Klasse chemischer Verbindungen, die entstehen, wenn sich Stickstoff mit Komponenten mit geringerer Elektronegativität wie Silizium oder Bor verbindet. Es kommt in der Natur in vielfältiger Form vor. Es gibt drei verschiedene Arten von Nitriden: Übergangsmetallnitride, kovalente Nitride und ionische Nitride. Sie sind in einer Vielzahl von Anwendungen nützlich und verfügen über unterschiedliche Funktionen. Wenn diese Nitridverbindungen in zwei Ionen zerlegt werden, bilden sie ein Kation und ein Anion. Das gebildete Anion wird Nitridion genannt.

In diesem Artikel erfahren wir im Detail, was Nitride, Nitridionen, ihre Formel, Wertigkeit, Eigenschaften, Typen und Verwendungsmöglichkeiten sind.

Inhaltsverzeichnis

• Was sind Nitride?
• Beispiele für Nitride
• Eigenschaften von Nitriden
• Herstellung von Nitriden
• Arten von Nitrid
• Nitrid, Nitrit und Nitrat

Was sind Nitride?

Nitride sind chemische Verbindungen, in denen das Anion ein Stickstoffion ist. Nitride entstehen, wenn ein weniger elektronegatives Element Stickstoff verbindet. Sie haben eine allgemeine Formel von X₃N, X₃N₂oder XN. Beispiele für Nitride sind Aluminiumnitrid, Galliumnitrid, Bornitrid usw. Die in diesen Verbindungen vorhandenen Anionen werden Nitridionen genannt.

Nitrid-Ion

Nitridionen sind Anionen, die in den Nitridverbindungen vorhanden sind. Nitridion wird als N dargestellt^3-.

Grundlegende Eigenschaften von Nitriden

Hier ist eine Tabelle, die die grundlegenden Eigenschaften von Nitriden zusammenfasst:

Nitridformel

Nitridionen haben die Formel (N^3-). Bei einer Oxidationsstufe von -3 wandelt sich Stickstoff in ein Nitridion um. Dadurch können Nitridionen die Verbindungsklasse Nitrid mit der möglichen Summenformel X bilden₃N, X₃N₂oder XN.

Nitrid-Valenz

Stickstoff hat eine Wertigkeit von -3. Stickstoff hat die Ordnungszahl 7 und die Elektronenkonfiguration 1s²2s²14 Uhr³. Stickstoff enthält 5 Elektronen in seiner äußersten Schale und benötigt 3 zusätzliche Elektronen, um ein stabiles Oktett zu bilden. Stickstoff gewinnt drei Elektronen, was zur Bildung eines Nitridions (N) führt^3-). Dieser Elektronengewinn kann durch die folgende chemische Gleichung dargestellt werden

N + 3 Es ist ⁻ → N ³⁻

Nitridladung

Das Nitridion hat eine Ladung von -3. Die Elektronenkonfiguration von Stickstoff beträgt 1s²2s²14 Uhr³was zu 5 Elektronen in seiner äußersten Schale führt. Es nimmt drei Elektronen auf und bildet so ein stabiles Oktett. Die Aufnahme von drei zusätzlichen Elektronen führt zur Bildung des Nitridions (N^3-), wobei das Stickstoffatom eine Ladung von -3 trägt. Die chemische Gleichung zur Bildung des Nitridions lautet wie folgt:

N + 3 Es ist ⁻ → N ³⁻

Beispiele für Nitride

Lassen Sie uns nun anhand einiger konkreter Beispiele untersuchen, wie wichtig Nitrid für verschiedene Unternehmen ist:

Aluminiumnitrid (AlN): Aufgrund der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit eignet es sich für Wärmemanagementanwendungen und die Herstellung leistungsstarker Elektrogeräte.

Siliziumnitrid (Ja ₃ N ₄ ): Aufgrund seiner großen Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit wird es häufig in Keramikmaterialien, Schneidwerkzeugen und Motorkomponenten verwendet.

Bornitrid (BN): Gibt es in verschiedenen Formen, beispielsweise als kubisches Bornitrid (c-BN) und hexagonales Bornitrid (h-BN). Während c-BN eine superharte Substanz ist, die in Schleifmitteln und Schneidinstrumenten verwendet wird, wird h-BN als Schmiermittel und in Kosmetika verwendet.

Titannitrid (TiN): Hartbeschichtungen, die für Verschleißfestigkeit und ein goldähnliches Aussehen sorgen, werden auf Zerspanungsmaschinen sowie in der Luft- und Raumfahrt sowie im medizinischen Bereich eingesetzt.

Vanadiumnitrid (VN): Bei der Herstellung von Ammoniak und der Oberflächenbehandlung von Stahl zur Erhöhung seiner Härte und Korrosionsbeständigkeit wird es als Katalysator eingesetzt.

Tantalnitrid (TaN): Aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften und Verschleißfestigkeit wird es als dünner Film in Halbleiterbauelementen verwendet.

Galliumnitrid (GaN): Galliumnitrid ist ein Halbleiter mit einer großen Bandlücke, der in der Elektronik und Optoelektronik großes Interesse gefunden hat. Es wird bei der Herstellung von Leuchtdioden (LEDs), Hochfrequenzgeräten (RF) und Leistungselektronik eingesetzt.

Magnesiumnitrid (Mg ₃ ​N ₂ ): Es ist eine binäre Chemikalie bestehend aus Magnesium (Mg) und Stickstoff (N). Aufgrund seines hohen Schmelzpunkts eignet es sich für eine Vielzahl industrieller Anwendungen. Magnesiumnitrid hat die chemische Formel Mg₃​N₂​.

Eigenschaften von Nitriden

Nitride haben viele chemische und physikalische Eigenschaften, darunter:

Physikalische Eigenschaften

Ionenradius: Nitridverbindungen haben einen Ionenradius von etwa 140 pm, was ihre Wechselwirkungen mit anderen Elementen und Verbindungen beeinflusst.

Reaktion mit Wasser: Wenn Nitride mit Wasser in Kontakt kommen, reagieren sie unter Bildung von Ammoniak, was ihre Reaktivität und mögliche Verwendung bei der Ammoniaksynthese unterstreicht.

Isolierende Natur: Nitrid ist bekannt für seine isolierenden Eigenschaften, die es für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen, bei denen die Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit erforderlich ist.

Oxidationszustand: Nitrid hat eine stabile Oxidationszahl von -3, was sein elektronenverteilendes Verhalten in chemischen Prozessen erklärt.

Verschiedene Formen: Nitrid liegt in einer Vielzahl von Formen vor, darunter Calciumnitrid, Natriumnitrid und Bornitrid, was seine Flexibilität bei der Bildung von Verbindungen unter Beweis stellt.

Chemische Reaktion von Nitriden

Die chemischen Eigenschaften von Nitriden sind nachstehend aufgeführt:

Natriumnitrid-Reaktivität: Natrium interagiert mit Nitrid unter Bildung von Natriumnitrid, das besonders instabil ist. Die Reaktionsgleichung zeigt die Zersetzungsanfälligkeit:

2 Bereits ₃ ​ N →6 Bereits + N _2​

Bildung von Calciumnitrid: Calcium verbindet sich mit Stickstoff zu Calciumnitrid und -oxid und demonstriert damit die Fähigkeit der Verbindung, direkte Reaktionen einzugehen.

3 Das + N ₂ ​→ Das ₃ ​ N _2​

Wechselwirkung mit Wasser: Nitride wie Calciumnitrid interagieren mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit und erzeugen über eine chemische Reaktion Calciumhydroxid und Ammoniak:

Das _3​ N ₂ + 6 H _2​ Ö →3 Das ( OH ) ₂ + 2 NH _3​

Wasserstoffaufnahme: Calciumnitrid hat die Fähigkeit, bei hohen Temperaturen Wasserstoff zu absorbieren, was zu einer chemischen Reaktion führt, bei der Calciumamid und Hydrid entstehen:

Das _3​ N ₂ + 2 H ₂ ​→2 Suppe + CaH _2​

Herstellung von Nitriden

Nitride entstehen durch direkte Reaktion eines Metalls mit einer Stickstoffquelle, beispielsweise Ammoniakgas, oder durch Reaktion eines Metalls mit einer Stickstoffverbindung, beispielsweise Salpetersäure. Bei diesen Reaktionen reagiert das Metall mit Stickstoff und bildet Nitride. Die thermische Zersetzung von Metallamiden und die Reduktion von Metallhalogeniden oder -oxiden in Gegenwart von Stickstoffgas sind weitere Wege zur Herstellung vielseitiger Nitridverbindungen mit einem breiten Anwendungsspektrum. Nachfolgend sind einige Beispiele für die Herstellung von Nitrid aufgeführt:

Direkte Reaktion von Elementen

Die direkte Reaktion von Elementen ist eine einfache Technik. Mit Calciumnitrid (ca₃N₂) als Illustration:

3Ca + N ₂ ​→Ca ₃ ​N _2​

Hitzezersetzung von Metallamid

Die zweite Technik besteht darin, ein Metallamid zu erhitzen, um Ammoniak freizusetzen, beispielsweise Bariumamid:

3Ba(NH ₂ ​) ₂ ​ →Ba ₃ ​N ₂ ​ + 4NH _3​

Dieses Verfahren zeigt einen alternativen Weg zur Nitridbildung durch Freisetzung von Ammoniak.

Reduktion von Metallhalogeniden oder -oxiden

Eine weitere Methode ist die Reduktion eines Metalloxids oder -halogenids in Gegenwart von Stickstoffgas. Die Synthese von Aluminiumnitrid (AlN) läuft folgendermaßen ab:

Zum ₂ Der ₃ + 3C + N ₂ ​→2AlN + 3CO

Arten von Nitrid

Nitride können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden, abhängig von der Art ihrer Bindung oder den Quellen der Materialverwendung zur Herstellung von Nitrid. Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Nitriden aufgeführt:

Ionisches Nitrid

Ionische Nitride sind Nitride, bei denen das Kation ein Metall und das Anion ein Nitridion ist. Lithium ist das einzige Alkalimetall, das ein Nitrid bildet, während alle Erdalkalimetalle Nitride mit der Formel M bilden₃N₂. Diese ionischen Nitride, wie z. B. Be₃N₂und Mg₃N₂, haben unterschiedliche Stabilität. Diese unterschiedliche Reaktivität und unterschiedliche Stabilität machen ionische Nitride sowohl für industrielle als auch chemische Anwendungen von Bedeutung.

Kovalentes Nitrid

Kovalente Nitride wie Bornitrid (BN) sind Verbindungen, die durch die gemeinsame Nutzung von Elektronen zwischen Nichtmetallen entstehen. Im Fall von BN bilden Bor- und Stickstoffatome kovalente Bindungen und bilden so eine Kristallgitterstruktur.

Zwei Mol Bor reagieren mit drei Mol Stickstoffgas und erzeugen zwei Mol Bornitrid. Dies zeigt die kovalente Natur der Bor-Stickstoff-Bindung in diesem Molekül.

Binäres Metallnitrid

Binäre Metallnitride bestehen, wie der Name schon sagt, aus zwei Elementen in der Nitridverbindung. Einer davon ist offensichtlich Stickstoff. Beispiel für binäres Metallnitrid wie Magnesiumnitrid (Mg₃N₂) entstehen durch die Verbindung eines Metalls wie Magnesium mit Stickstoff.

Übergangsmetallnitrid

Ein Übergangsmetallnitrid, bestehend aus einem Übergangsmetallkation und einem Nitridanion. Beispiel für Übergangsmetallnitrid wie Titannitrid (TiN), entsteht durch eine chemische Reaktion zwischen Titan (Ti) und Stickstoffgas (N).₂). Die chemische Gleichung für die Synthese lautet

Du + N ₂ → TiN

Anorganische Nitride

Anorganische Nitride sind Verbindungen, die durch die Kombination von Stickstoff und anderen Elementen außer Kohlenstoff entstehen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich in der Regel um die Bindung von Stickstoff mit Metallen oder Nichtmetallen, wodurch ein breites Spektrum an Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten entsteht.

Aluminiumnitrid ist ein anorganisches Nitrid. Weitere Beispiele für anorganische Nitride sind Siliziumnitrid (Si₃N₄), Titannitrid (TiN) und Bornitrid. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften und Anpassungsfähigkeit werden diese Verbindungen in der Elektronik, Keramik, Schneidwerkzeuge und einer Vielzahl anderer industrieller Anwendungen eingesetzt.

Organische Nitride

Organische Nitride sind Chemikalien, die die funktionelle Nitridgruppe (−N≡) enthalten. Sie werden im Allgemeinen durch den Ersatz von Wasserstoffatomen in Ammoniak (NH) erzeugt₃) Moleküle mit organischen Gruppen. Nitrile mit der allgemeinen Struktur R-C≡N sind ein häufiges Beispiel für organische Nitride. R bezeichnet eine organische Gruppe.

Acetonitril (CH₃CN) ist ein Beispiel für ein organisches Nitrid. Acetonitril enthält eine Dreifachbindung (≡N) zwischen dem Stickstoffatom und der Methylgruppe (CH).₃). Weitere Beispiele für organische Nitride sind Benzonitril (C₆H₅CN) und Propionitril (CH₃CH₂CN). Organische Nitride sind bei der Herstellung von Medikamenten, Agrochemikalien und einer Vielzahl anderer industrieller Anwendungen von Bedeutung.

Verwendung von Nitrid

Es gibt verschiedene Verwendungsmöglichkeiten von Nitrid:

• LED-Leuchten emittieren aufgrund der großen Bandlücke in Galliumnitrid blaues Licht, was seine Bedeutung für die Technologie verdeutlicht, die diese energieeffizienten Leuchten antreibt.
• Nitride werden zur Herstellung von Hochgeschwindigkeits- und Hochtemperatur-Schneidwerkzeugen verwendet, was zur Beschleunigung der Bearbeitungsvorgänge beiträgt.
• Nitride sind im Luft- und Raumfahrtsektor für die Beschichtung von Bauteilen wichtig, da sie hohen Temperaturen standhalten und dadurch ihre Leistung und Haltbarkeit verbessern.
• Nitride tragen auch zur Katalyse bei, indem sie chemische Reaktionen und Prozesse ermöglichen, die in einer Vielzahl industrieller Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.
• Nitride werden wie Bornitrid als Isolatoren zur Regulierung des Stromflusses verwendet.

Nitrid, Nitrit und Nitrat

Nitrid, Nitrit und Nitrit sind drei mögliche Arten von Anionen in chemischen Verbindungen, die mit Stickstoffionen gebildet werden. Ein grundlegendes Verständnis dieser drei Typen kann der folgenden Tabelle entnommen werden:

Überprüfen Sie auch

• Bariumnitrid-Formel
• Natriumnitrid-Formel
• Dreiwertige Ionen

Häufig gestellte Fragen

Was sind Nitride?

Nitride sind chemische Verbindungen, in denen das Anion ein Stickstoffion ist.

Wie werden Nitridionen dargestellt?

Nitridionen werden als N dargestellt^-3

Was ist der Oxidationszustand von Nitrid?

Der Oxidationszustand des Nitridions beträgt -3

Was ist die Nitridformel?

Die Nitridformel wird als N angegeben^-3

Was sind Metallnitride?

Metallnitride sind solche Nitridverbindungen, in denen das Kation ein Metall ist. Zum Beispiel Magnesiumnitrid Mg₃N₂ist ein Metallnitrid

Was ist die Wertigkeit von Nitrid?

Die Wertigkeit von Nitrid beträgt 3