Azotki to klasa związków chemicznych powstających, gdy azot łączy się ze składnikami o mniejszej elektroujemności, takimi jak krzem lub bor. Występuje w przyrodzie pod różnymi postaciami. Istnieją trzy różne rodzaje azotków: metale przejściowe, kowalencyjne i jonowe. Są przydatne w różnych zastosowaniach i mają różne funkcje. Te związki azotkowe po rozbiciu na dwa jony tworzą kation i anion. Powstały anion nazywany jest jonem azotkowym.

W tym artykule dowiemy się szczegółowo, czym są azotki, jony azotkowe, ich wzór, wartościowość, właściwości, rodzaje i zastosowania.

Spis treści

• Co to są azotki?
• Przykłady azotków
• Właściwości azotków
• Przygotowanie azotków
• Rodzaje azotków
• Azotki, azotyny i azotany

Co to są azotki?

Azotki to związki chemiczne, w których anionem jest jon azotu. Azotki powstają, gdy mniej elektroujemny pierwiastek łączy azot. Mają ogólny wzór X₃N, X₃N₂lub XN. Niektóre przykłady azotków to azotek glinu, azotek galu, azotek boru itp. Aniony obecne w tych związkach nazywane są jonami azotkowymi.

Jon azotkowy

Jony azotkowe to aniony obecne w związkach azotkowych. Jon azotkowy jest reprezentowany jako N^3-.

Podstawowe właściwości azotków

Oto tabela podsumowująca podstawowe cechy azotków:

Formuła azotkowa

Jony azotkowe mają wzór (N^3-). Stopień utlenienia -3 powoduje zmianę azotu w jon azotkowy. Umożliwia to jonowi azotkowemu tworzenie związków azotkowych o możliwych wzorach cząsteczkowych X₃N, X₃N₂lub XN.

Wartościowość azotku

Azot ma wartościowość -3. Azot ma liczbę atomową 7 i konfigurację elektronową 1s²2s²14:00³. Azot zawiera 5 elektronów na swojej najbardziej zewnętrznej powłoce i potrzebuje 3 dodatkowych elektronów, aby utworzyć stabilny oktet. Azot zyskuje trzy elektrony, w wyniku czego powstaje jon azotkowy (N^3-). To wzmocnienie elektronów można przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego

N + 3 To jest ⁻ → N ^3-

Ładunek azotku

Jon azotkowy ma ładunek -3. Konfiguracja elektronowa azotu wynosi 1s²2s²14:00³w wyniku czego na jego najbardziej zewnętrznej powłoce znajduje się 5 elektronów. Pobiera trzy elektrony, tworząc stabilny oktet. Nabycie trzech dodatkowych elektronów powoduje wytworzenie jonu azotkowego (N^3-), przy czym atom azotu ma ładunek -3. Równanie chemiczne tworzenia jonu azotkowego jest następujące:

N + 3 To jest ⁻ → N ^3-

Przykłady azotków

Przyjrzyjmy się teraz, jak ważny jest azotek dla różnych firm, patrząc na kilka konkretnych przykładów:

Azotek glinu (AlN): Doskonała przewodność cieplna sprawia, że ​​jest on przydatny w zastosowaniach związanych z zarządzaniem ciepłem i produkcją wysokowydajnych urządzeń elektrycznych.

Azotek krzemu (tak ₃ N ₄ ): Ze względu na dużą wytrzymałość, twardość i odporność na korozję jest często stosowany w materiałach ceramicznych, narzędziach skrawających i elementach silników.

Azotek Boru (BN): Występuje w kilku postaciach, takich jak sześcienny azotek boru (c-BN) i sześciokątny azotek boru (h-BN). Podczas gdy c-BN jest supertwardą substancją stosowaną w materiałach ściernych i narzędziach skrawających, h-BN jest stosowany jako środek smarny i w kosmetykach.

Azotek tytanu (TiN): Twarde powłoki, które zapewniają odporność na zużycie i złoty wygląd, są stosowane w sprzęcie do cięcia metalu oraz w sektorze lotniczym i medycznym.

Azotek Wanadu (VN): Kiedy wytwarza się amoniak, a stal poddaje się obróbce powierzchniowej w celu zwiększenia jej twardości i odporności na korozję, wykorzystuje się go jako katalizator.

Azotek tantalu (TaN): Ze względu na swoje właściwości elektryczne i odporność na zużycie jest stosowany jako cienka warstwa w urządzeniach półprzewodnikowych.

Azotek galu (GaN): Azotek galu jest półprzewodnikiem o dużej przerwie energetycznej, który cieszy się dużym zainteresowaniem w elektronice i optoelektronice. Jest wykorzystywany do produkcji diod elektroluminescencyjnych (LED), urządzeń o częstotliwości radiowej (RF) i elektroniki mocy.

Azotek magnezu (Mg ₃ N ₂ ): To jest dwuskładnikową substancją chemiczną składającą się z magnezu (Mg) i azotu (N). Wysoka temperatura topnienia sprawia, że ​​jest przydatny w różnych zastosowaniach przemysłowych. Azotek magnezu ma wzór chemiczny Mg₃N₂.

Właściwości azotków

Azotki mają wiele właściwości chemicznych i fizycznych, które obejmują:

Właściwości fizyczne

Promień jonowy: Związki azotkowe mają promień jonowy około 140 µm, co wpływa na ich interakcje z innymi pierwiastkami i związkami.

Reakcja z wodą: Kiedy azotki wchodzą w kontakt z wodą, ulegają reakcji, w wyniku której powstaje amoniak, co podkreśla ich reaktywność i możliwość wykorzystania w syntezie amoniaku.

Charakter izolacyjny: Azotek jest dobrze znany ze swoich właściwości izolacyjnych, dzięki czemu jest przydatny w różnych zastosowaniach wymagających kontroli przewodności elektrycznej.

Stan utlenienia: Azotek ma stabilny stopień utlenienia -3, co wyjaśnia jego zachowanie polegające na współdzieleniu elektronów w procesach chemicznych.

Różnorodne formy: Azotek występuje w różnych postaciach, w tym azotku wapnia, azotku sodu i azotku boru, co świadczy o jego elastyczności w tworzeniu związków.

Reakcja chemiczna azotków

Właściwości chemiczne azotków wymieniono poniżej:

Reaktywność azotku sodu: Sód oddziałuje z azotkiem, tworząc azotek sodu, który jest szczególnie niestabilny. Równanie reakcji pokazuje podatność na rozkład:

2 Już ₃ ​ N →6 Już + N ₂

Tworzenie azotku wapnia: Wapń łączy się z azotem, tworząc azotek i tlenek wapnia, co pokazuje zdolność związku do angażowania się w reakcje bezpośrednie.

3 To + N ₂ → To ₃ ​ N ₂

Interakcja z wodą: Azotki, takie jak azotek wapnia, wchodzą w interakcję z wodą lub wilgocią zawartą w powietrzu, tworząc wodorotlenek wapnia i amoniak w drodze reakcji chemicznej:

protokół internetowy smtp

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

Absorpcja wodoru: Azotek wapnia ma zdolność pochłaniania wodoru w wysokich temperaturach, co powoduje reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje amid i wodorek wapnia:

To ₃ N ₂ + 2 H ₂ →2 zupa + CaH ₂

Przygotowanie azotków

Azotki powstają w wyniku bezpośredniej reakcji metalu ze źródłem azotu, takim jak gazowy amoniak, lub w wyniku reakcji metalu ze związkiem azotu, takim jak kwas azotowy. Podczas tych reakcji metal reaguje z azotem, tworząc azotki. Termiczny rozkład amidków metali i redukcja halogenków lub tlenków metali w obecności gazowego azotu to inne drogi prowadzące do produkcji wszechstronnych związków azotkowych o szerokim zakresie zastosowań. Niektóre przykłady wytwarzania azotku wymieniono poniżej:

Bezpośrednia reakcja pierwiastków

Bezpośrednie reagowanie na elementy to jedna prosta technika. Stosując azotek wapnia (ok₃N₂) jako ilustracja:

3Ca + N ₂ → Ok ₃ N ₂

Rozkład cieplny amidu metalu

Drugą techniką jest ogrzewanie amidu metalu w celu uwolnienia amoniaku, takiego jak amidek baru:

3Ba(NH ₂ ​) ₂ → Ba ₃ N ₂ + 4NH ₃

Procedura ta przedstawia alternatywną drogę tworzenia azotków poprzez uwalnianie amoniaku.

Redukcja halogenków lub tlenków metali

Dodatkową metodą jest redukcja tlenku lub halogenku metalu w obecności gazowego azotu. Synteza azotku glinu (AlN) przebiega następująco:

Do ₂ The ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

Rodzaje azotków

Azotki można podzielić na różne kategorie w zależności od rodzaju wiązania, jakie posiadają lub źródeł materiału użytego do wytworzenia azotków. Poniżej wymieniono różne typy azotków:

Azotek jonowy

Azotek jonowy to azotki, w których kationem jest metal, a anionem jest jon azotkowy. Lit jest jedynym metalem alkalicznym, który tworzy azotek, podczas gdy wszystkie metale ziem alkalicznych wytwarzają azotki o wzorze M₃N₂. Te azotki jonowe, takie jak Be₃N₂i Mg₃N₂, mają różną stabilność. Ta różna reaktywność i zróżnicowana stabilność sprawiają, że azotki jonowe są istotne zarówno w zastosowaniach przemysłowych, jak i chemicznych.

Azotek kowalencyjny

Azotki kowalencyjne, takie jak azotek boru (BN), to związki powstające w wyniku podziału elektronów między niemetalami. W przypadku BN atomy boru i azotu tworzą wiązania kowalencyjne, tworząc strukturę sieci krystalicznej.

Dwa mole boru reagują z trzema molami gazowego azotu, tworząc dwa mole azotku boru, co pokazuje kowalencyjny charakter wiązania bor-azot w tej cząsteczce.

ustawione w Javie

Binarny azotek metalu

Binarne azotki metali, jak sama nazwa wskazuje, zawierają dwa pierwiastki w związku azotkowym. Jeden z nich to oczywiście azot. Przykład binarnego azotku metalu, takiego jak azotek magnezu (Mg₃N₂), powstają w wyniku połączenia metalu, takiego jak magnez, z azotem.

Azotek metalu przejściowego

Azotek metalu przejściowego składający się z kationu metalu przejściowego i anionu azotkowego. Przykład azotku metalu przejściowego, takiego jak azotek tytanu (TiN), powstaje w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy tytanem (Ti) i gazowym azotem (N₂). Równanie chemiczne syntezy to

Ty + N ₂ → TiN

Nieorganiczne azotki

Azotki nieorganiczne to związki powstające w wyniku połączenia azotu i innych pierwiastków, z wyjątkiem węgla. Związki te zwykle obejmują wiązanie azotu z metalami lub niemetalami, co skutkuje szerokim spektrum materiałów o różnych właściwościach i zastosowaniach.

Azotek glinu jest azotkiem nieorganicznym. Innymi przykładami azotków nieorganicznych są azotek krzemu (Si₃N₄), azotek tytanu (TiN) i azotek boru. Ze względu na swoje charakterystyczne cechy i możliwości adaptacji związki te są stosowane w elektronice, ceramice, narzędziach skrawających i wielu innych zastosowaniach przemysłowych.

Azotki organiczne

Azotki organiczne to substancje chemiczne zawierające azotkową grupę funkcyjną (-N≡). Na ogół powstają one przez podstawienie atomów wodoru w amoniaku (NH₃) cząsteczki z grupami organicznymi. Nitryle o ogólnej strukturze R-C≡N są częstym przykładem azotku organicznego. R oznacza grupę organiczną.

Acetonitryl (CH₃CN) jest przykładem azotku organicznego. Acetonitryl zawiera potrójne wiązanie (≡N) pomiędzy atomem azotu i grupą metylową (CH₃). Innymi przykładami azotków organicznych są benzonitryl (C₆H₅CN) i propionitryl (CH₃CH₂CN). Azotki organiczne odgrywają znaczącą rolę w produkcji leków, środków agrochemicznych i wielu innych zastosowaniach przemysłowych.

Zastosowania azotku

Istnieje kilka zastosowań azotku:

• Diody LED emitują niebieskie światło ze względu na duże pasmo wzbronione azotku galu, co pokazuje jego znaczenie w technologii zasilającej te energooszczędne światła.
• Azotki służą do wytwarzania narzędzi skrawających o dużej prędkości i wysokiej temperaturze, co pomaga przyspieszyć operacje obróbki.
• Azotki są ważne w sektorze lotniczym do powlekania elementów, ponieważ są odporne na wysokie temperatury, co poprawia ich wydajność i trwałość.
• Azotki przyczyniają się również do katalizy, ułatwiając reakcje i procesy chemiczne, które mają kluczowe znaczenie w różnych zastosowaniach przemysłowych.
• Azotki, podobnie jak azotek boru, służą jako izolatory do regulowania przepływu energii elektrycznej.

Azotki, azotyny i azotany

Azotek, azotyn i azotyn to trzy możliwe typy anionów w związkach chemicznych utworzonych z jonów azotu. Podstawową wiedzę na temat tych trzech typów można uzyskać z poniższej tabeli:

Sprawdź także

• Formuła azotku baru
• Formuła azotku sodu
• Jony trójwartościowe

Często Zadawane Pytania

Co to są azotki?

Azotki to związki chemiczne, w których anionem jest jon azotu.

Jak reprezentowane są jony azotkowe?

Jony azotkowe są reprezentowane jako N^-3

Co to jest stan utlenienia azotku?

Stan utlenienia jonu azotkowego wynosi -3

Co to jest formuła azotkowa?

Wzór azotku podano jako N^-3

Co to są azotki metali?

Azotki metali to związki azotkowe, w których kationem jest metal. Na przykład azotek magnezu Mg₃N₂jest azotkiem metalu

Jaka jest wartościowość azotku?

Wartościowość azotku wynosi 3