stringtranslate.com

نیترید

در شیمی ، نیترید یک ترکیب شیمیایی از نیتروژن است . نیتریدها می توانند معدنی یا آلی ، یونی یا کووالانسی باشند . آنیون نیترید ، یون N 3- بسیار گریزان است، اما ترکیبات نیترید متعدد هستند، اگرچه به ندرت به طور طبیعی وجود دارند. برخی از نیتریدها کاربردهای یافت شده ای دارند [1] مانند پوشش های مقاوم در برابر سایش (مانند نیترید تیتانیوم ، قلع)، مواد سرامیکی سخت (مانند نیترید سیلیکون ، Si 3 N 4 )، و نیمه هادی ها (مانند نیترید گالیم ، GaN) . توسعه دیودهای ساطع نور مبتنی بر GaN توسط جایزه نوبل فیزیک 2014 به رسمیت شناخته شد . [2] کمپلکس‌های نیتریدو فلزی نیز رایج هستند.

سنتز نیتریدهای فلزات معدنی چالش برانگیز است زیرا گاز نیتروژن (N 2 ) در دماهای پایین بسیار واکنش پذیر نیست، اما در دماهای بالاتر واکنش پذیرتر می شود. بنابراین، باید تعادلی بین واکنش پذیری کم گاز نیتروژن در دماهای پایین و تشکیل N 2 ناشی از آنتروپی در دماهای بالا ایجاد شود. [3] با این حال، روش‌های مصنوعی برای نیتریدها در حال رشد پیچیده‌تر هستند و مواد دارای ارتباط تکنولوژیکی فزاینده‌ای هستند. [4]

موارد استفاده از نیتریدها

مانند کاربیدها ، نیتریدها اغلب مواد نسوز هستند به دلیل انرژی شبکه بالا که نشان دهنده پیوند قوی "N3- " با کاتیون(های فلزی) است. بنابراین، نیترید بور مکعبی ، نیترید تیتانیوم و نیترید سیلیکون به عنوان مواد برش و پوشش های سخت استفاده می شود. نیترید بور شش ضلعی ، که ساختار لایه ای دارد، روان کننده مفیدی با دمای بالا شبیه دی سولفید مولیبدن است . ترکیبات نیترید اغلب دارای شکاف باند بزرگی هستند ، بنابراین نیتریدها معمولاً عایق یا نیمه هادی های با شکاف وسیع هستند . نمونه ها شامل نیترید بور و نیترید سیلیکون است. گالیم نیترید گالیوم ماده با شکاف گسترده به دلیل انتشار نور آبی در LED ها ارزشمند است . [5] [6] مانند برخی از اکسیدها، نیتریدها می توانند هیدروژن را جذب کنند و در زمینه ذخیره سازی هیدروژن ، به عنوان مثال نیترید لیتیوم مورد بحث قرار گرفته است .

نمونه ها

طبقه بندی چنین گروه متنوعی از ترکیبات تا حدودی دلخواه است. ترکیباتی که در آنها نیتروژن حالت اکسیداسیون -3 اختصاص داده نمی شود، شامل تری کلرید نیتروژن که در آن حالت اکسیداسیون +3 است، لحاظ نمی شود. آمونیاک و بسیاری از مشتقات آلی آن نیز چنین نیستند .

نیتریدهای عناصر بلوک s

فقط یک نیترید فلز قلیایی پایدار است، نیترید لیتیوم ارغوانی مایل به قرمز ( Li 3 N ) که وقتی لیتیوم در اتمسفر N 2 می سوزد تشکیل می شود . [7] نیترید سدیم و نیترید پتاسیم تولید شده است، اما همچنان یک کنجکاوی آزمایشگاهی است. نیتریدهای فلزات قلیایی خاکی که دارای فرمول M 3 N 2 هستند ، با این حال متعدد هستند. به عنوان مثال می توان نیترید بریلیم ( Be 3 N 2 )، نیترید منیزیم ( Mg 3 N 2 )، نیترید کلسیم ( Ca 3 N 2 ) و نیترید استرانسیم ( Sr 3 N 2 ) را نام برد. نیتریدهای فلزات الکترومثبت (از جمله لی، روی و فلزات قلیایی خاکی) به آسانی در تماس با آب، از جمله رطوبت موجود در هوا، هیدرولیز می شوند:

Mg 3 N 2 + 6 H 2 O → 3 Mg(OH) 2 + 2 NH 3

نیتریدهای عناصر P-block

نیترید بور به چندین شکل ( چند شکلی ) وجود دارد. نیتریدهای سیلیکون و فسفر نیز شناخته شده هستند، اما تنها مورد اول از نظر تجاری مهم است. نیتریدهای آلومینیوم ، گالیم و ایندیم ساختار شش ضلعی ورتزیت را به خود می گیرند که در آن هر اتم مکان های چهار وجهی را اشغال می کند. به عنوان مثال، در نیترید آلومینیوم، هر اتم آلومینیوم دارای چهار اتم نیتروژن مجاور در گوشه های یک چهار وجهی است و به طور مشابه هر اتم نیتروژن دارای چهار اتم آلومینیوم همسایه در گوشه های یک چهار وجهی است. این ساختار مانند الماس شش ضلعی ( لونسدالیت ) است که در آن هر اتم کربن یک مکان چهار وجهی را اشغال می کند (اما وورتزیت در جهت گیری نسبی چهار وجهی با اسفالریت و الماس متفاوت است). نیترید تالیوم (I) ( Tl3N ) شناخته شده است، اما نیترید تالیم (III) (TlN) شناخته شده نیست.

نیتریدهای فلزات واسطه

بیشتر نیتریدهای فلزات واسطه ای غنی از فلز، ساختار کریستالی نزدیک به بسته بندی شده مکعبی یا شش ضلعی نسبتاً منظمی را با صورت مرکزی با هماهنگی هشت وجهی اتخاذ می کنند. [8] گاهی اوقات به این مواد "نیتریدهای بینابینی " می گویند . آنها برای متالورژی صنعتی ضروری هستند ، زیرا معمولاً بسیار سخت تر و انعطاف پذیرتر از فلز اصلی خود هستند و در برابر اکسیداسیون هوا مقاومت می کنند. [9] برای فلزات گروه 3 ، ScN و YN هر دو شناخته شده هستند. فلزات واسطه گروه 4 ، 5 و 6 (گروه های تیتانیوم، وانادیوم و کروم) همگی نیتریدهای نسوز و پایدار شیمیایی با نقطه ذوب بالا [10] را تشکیل می دهند. لایه های نازک نیترید تیتانیوم ، نیترید زیرکونیوم و نیترید تانتالیوم از بسیاری از سطوح صنعتی محافظت می کنند.

نیتریدهای فلزات واسطه گروه 7 و 8 تمایل به نیتروژن فقیر دارند و در دماهای بالا به راحتی تجزیه می شوند. به عنوان مثال، نیترید آهن ، Fe 2 N در 200 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. نیترید پلاتین و نیترید اسمیم ممکن است حاوی واحدهای N 2 باشند و به این ترتیب نباید نیترید نامیده شوند. [11] [12]

نیتریدهای اعضای سنگین تر از گروه 11 و 12 نسبت به نیترید مس ( C3N ) و نیترید روی ( Zn3N2 ) پایداری کمتری دارند : نیترید نقره خشک ( Ag3N ) یک ماده منفجره تماسی است که ممکن است با کوچکترین تماس منفجر شود. حتی یک قطره آب در حال سقوط [13]

نیتریدهای لانتانیدها و اکتینیدها

گونه های حاوی نیترید از لانتانیدها و اکتینیدها مورد توجه علمی هستند زیرا می توانند دسته مفیدی برای تعیین کووالانسی پیوند ارائه دهند. طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) همراه با آنالیز شیمیایی کوانتومی اغلب برای تعیین میزان یونی یا کووالانسی پیوندهای نیترید فلزی استفاده می‌شود. یک مثال، نیترید اورانیوم، دارای بالاترین تغییر شیمیایی نیتروژن 15 شناخته شده است. [14]

نیتریدهای مولکولی

S 4 N 4 یک نیترید مولکولی باینری نمونه اولیه است.

همانطور که در مقاله تخصصی مورد بحث قرار گرفت، بسیاری از فلزات کمپلکس های نیتریدو مولکولی را تشکیل می دهند. عناصر گروه اصلی نیز برخی از نیتریدهای مولکولی را تشکیل می دهند. سیانوژن ( (CN) 2 ) و تتراسولفور تترانیترید ( S4N4 ) نمونه های نادری از نیتریدهای باینری مولکولی (حاوی یک عنصر به غیر از نیتروژن) هستند . آنها در حلال های غیر قطبی حل می شوند. هر دو تحت پلیمریزاسیون قرار می گیرند. S 4 N 4 نیز نسبت به عناصر ناپایدار است، اما کمتر به طوری که هم ساختار Se 4 N 4 است . حرارت دادن S 4 N 4 یک پلیمر به دست می دهد و انواع آنیون ها و کاتیون های نیترید سولفور مولکولی نیز شناخته شده است.

آنیون دو اتمی پرنیترید با نیترید مرتبط اما متمایز است ( N2-2) و آنیون سه اتمی آزید (N 3 - ).

مراجع

  1. ^ گرین وود، نورمن ن . ارنشاو، آلن (1997). شیمی عناصر (ویرایش دوم). باترورث-هاینمن . شابک 978-0-08-037941-8.
  2. ↑ «جایزه نوبل فیزیک 2014». جایزه نوبل . اطلاع رسانی جایزه نوبل بازبینی شده در 13 ژانویه 2021 .
  3. ^ سان، ونهائو؛ بارتل، کریستوفر جی. آرکا، الیزابتتا؛ بائرز، سیج آر. متیوز، بتانی؛ اوروانانوس، برناردو؛ چن، بور-رونگ؛ تونی، مایکل اف. شلهاس، لورا تی. توماس، ویلیام؛ تیت، جانت ؛ زاکوتایف، آندری؛ لنی، استفان؛ هولدر، هارون م. سدر، گربراند (2019). "نقشه ای از نیتریدهای فلزی سه تایی معدنی". مواد طبیعی 18 (7): 732-739. arXiv : 1809.09202 . doi :10.1038/s41563-019-0396-2. ISSN  1476-4660. PMID  31209391. S2CID  119461695.
  4. ^ گرینوی، آن ال. ملامد، سلست ال. تلکامپ، ام. بروکس; وودز-رابینسون، ریچل؛ توبرر، اریک اس. نیلسون، جیمز آر. تامبولی، ادل سی. (26-07-2021). "مواد نیترید سه گانه: اصول و کاربردهای دستگاه های نوظهور". بررسی سالانه تحقیق مواد . 51 (1): 591-618. arXiv : 2010.08058 . doi :10.1146/annurev-matsci-080819-012444. ISSN  1531-7331. S2CID  223953608.
  5. ^ اویاما، ST، ویرایش. (1996). شیمی کاربیدها و نیتریدهای فلزات انتقالی . بلکی آکادمیک. شابک 0-7514-0365-2.
  6. ^ پیرسون، هو (1996). کتاب کاربیدها و نیتریدهای نسوز . ویلیام اندرو. شابک 0-8155-1392-5.
  7. ↑ گرگوری، دانکن اچ (2001). "شیمی نیترید عناصر بلوک s". هماهنگی شیمی. Rev . 215 : 301-345. doi :10.1016/S0010-8545(01)00320-4.
  8. ↑ توث، لوئیس (11-04-2014). کاربیدها و نیتریدهای فلزات انتقالی الزویر. شابک 978-0-323-15722-3.
  9. ^ لینوبر، آندریاس؛ نیوا، راینر؛ جیکوبز، هربرت؛ کوکلمان، وینفرید (2000). "نیتریدهای منگنز η-Mn3N2 و θ-Mn6N5 + x: ساختارهای هسته ای و مغناطیسی". مجله شیمی مواد . 10 (12): 2827-2834. doi : 10.1039/b006969h.
  10. ^ Mei, AB; هاو، بی.ام. ژانگ، سی. ساردلا، م. Eckstein, JN; هالتمن، ال. راکت، ا. پتروف، آی. گرین، جی (2013-10-18). "خواص فیزیکی لایه های ZrN/MgO(001) همپایه رشد یافته توسط کندوپاش مگنترون واکنشی". مجله علم و فناوری خلاء الف . 31 (6): 061516. Bibcode :2013JVSTA..31f1516M. doi :10.1116/1.4825349. ISSN  0734-2101.
  11. ^ سیلر، ال. پلتکیس، ن. کریشنامورتی، اس. چائو، ی. بول، اس جی. هانت، MRC (2005). فیلم طلا با نیترید طلا - هادی اما سخت تر از طلا (PDF) . Appl. فیزیک لت . 86 (22): 221912. Bibcode :2005ApPhL..86v1912S. doi :10.1063/1.1941471.
  12. ^ مونتویا، جی. هرناندز، AD; سانلوپ، سی. گرگوریانز، ای. اسکاندولو، اس (2007). "OsN2: ساختار کریستالی و خواص الکترونیکی". Appl. فیزیک لت . 90 (1): 011909. Bibcode :2007ApPhL..90a1909M. doi :10.1063/1.2430631.
  13. ↑ شانلی، ادوارد اس. انیس، جان ال. (1991). "شیمی و تشکیل انرژی آزاد نیترید نقره". مهندسی صنعتی شیمی. Res . 30 (11): 2503. doi :10.1021/ie00059a023.
  14. ^ دو، جینگژن؛ سید، جان ا. بریمن، ویکتوریا ای جی; کالتسویانیس، نیکولاس؛ آدامز، رالف دبلیو. لی، دانیل؛ لیدل، استیون تی (2021). "کووالانسی باند سه گانه اورانیوم (VI) - نیترید استثنایی از طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای 15N و تجزیه و تحلیل شیمیایی کوانتومی". نات اشتراک . 12 (1): 5649. Bibcode :2021NatCo..12.5649D. doi :10.1038/s41467-021-25863-2. PMC 8463702 . PMID  34561448.