Nitrures sont une classe de composés chimiques formés lorsque l'azote se combine avec des composants moins électronégatifs tels que le silicium ou le bore. Il apparaît dans la nature sous diverses formes. Il existe trois types différents de nitrures : les métaux de transition, les covalents et les ioniques. Ils sont utiles dans diverses applications et possèdent des fonctionnalités distinctes. Ces composés nitrurés, lorsqu'ils sont divisés en deux ions, forment un cation et un anion. L’anion formé est appelé Nitride Ion.
Dans cet article, nous apprendrons en détail ce que sont les nitrures, les ions nitrures, leur formule, leur valence, leurs propriétés, leurs types et leurs utilisations.
Table des matières
- Que sont les nitrures ?
- Exemples de nitrures
- Propriétés des nitrures
- Préparation des nitrures
- Types de nitrure
- Nitrure, nitrite et nitrate
Que sont les nitrures ?
Les nitrures sont des composés chimiques dans lesquels l'anion est un ion azote. Les nitrures se forment lorsqu'un élément moins électronégatif combine l'azote. Ils ont une formule générale de X3N, X3N2ou XN. Certains exemples de nitrures sont le nitrure d'aluminium, le nitrure de gallium, le nitrure de bore, etc. Les anions présents dans ces composés sont appelés ions nitrure.
Ion nitrure
Les ions nitrure sont des anions présents dans les composés nitrurés. L'ion nitrure est représenté par N3-.
Propriétés de base des nitrures
Voici un tableau résumant les caractéristiques de base des nitrures :
| Propriété int analyseur | Nitrure |
|---|---|
| Formule | N3- |
| Charge | -3 |
| Valence | -3 |
| Masse atomique | Environ 14 |
| Rayon ionique | Vers 140h |
| Configuration électronique | 1s22s214h3 |
| Nombre d'électrons dans la coque externe | 5 |
| Nature ionique | Ionique, covalent et interstitiel |
| Types communs | Métal de transition, covalent et ionique |
| Méthodes de préparation | Réaction directe avec l'ammoniac. Dégradation thermique de l'amide métallique. Réduction des halogénures ou oxydes métalliques |
Formule de nitrure
Les ions nitrure ont la formule (N3-). Un état d’oxydation de -3 provoque la transformation de l’azote en ion nitrure. Cela permet à l'ion nitrure de former une classe de composés nitrures avec des formules moléculaires possibles de X.3N, X3N2ou XN.
Valence du nitrure
L'azote a une valence de -3. L'azote a un numéro atomique de 7 et une configuration électronique de 1s.22s214h3. L'azote contient 5 électrons dans sa couche la plus externe et il a besoin de 3 électrons supplémentaires pour former un octet stable. L'azote gagne trois électrons, ce qui entraîne la production d'un ion nitrure (N3-). Ce gain d'électrons peut être représenté par l'équation chimique suivante
N + 3 C'est − → N 3−
Charge de nitrure
L'ion nitrure a une charge de -3. La configuration électronique de l’azote est 1s22s214h3ce qui donne 5 électrons dans sa couche la plus externe. Il acquiert trois électrons pour former un octet stable. L'acquisition de trois électrons supplémentaires entraîne la production de l'ion nitrure (N3-), l’atome d’azote portant une charge -3. L’équation chimique pour former l’ion nitrure est la suivante :
N + 3 C'est − → N 3−
Exemples de nitrures
Examinons maintenant l’importance du nitrure pour diverses entreprises en examinant quelques exemples particuliers :
Nitrure d'aluminium (AlN) : Son excellente conductivité thermique le rend utile pour les applications de gestion thermique et la fabrication d'appareils électriques hautes performances.
Nitrure de silicium (Oui 3 N 4 ) : En raison de sa grande solidité, dureté et résistance à la corrosion, il est fréquemment utilisé dans les matériaux céramiques, les outils de coupe et les composants de moteurs.
Nitrure de bore (BN) : Existe sous plusieurs formes, comme le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Alors que le c-BN est une substance très dure utilisée dans les abrasifs et les instruments de coupe, le h-BN est utilisé comme lubrifiant et dans les cosmétiques.
Nitrure de titane (TiN) : Des revêtements durs offrant une résistance à l’usure et un aspect doré sont utilisés sur les équipements de coupe des métaux ainsi que dans les secteurs de l’aérospatiale et de la médecine.
Nitrure de vanadium (VN) : Lorsque l'ammoniac est produit et que l'acier est traité en surface pour augmenter sa dureté et sa résistance à la corrosion, il est utilisé comme catalyseur.
Nitrure de tantale (TaN) : En raison de ses caractéristiques électriques et de sa résistance à l’usure, il est utilisé comme couche mince dans les dispositifs semi-conducteurs.
Nitrure de gallium (GaN) : Le nitrure de gallium est un semi-conducteur doté d’une large bande interdite qui a suscité beaucoup d’intérêt en électronique et en optoélectronique. Il est utilisé dans la fabrication de diodes électroluminescentes (DEL), de dispositifs à radiofréquence (RF) et d'électronique de puissance.
Nitrure de magnésium (Mg 3 N 2 ) : Il est un produit chimique binaire composé de magnésium (Mg) et d'azote (N). Son point de fusion élevé le rend utile dans diverses applications industrielles. Le nitrure de magnésium a la formule chimique Mg3N2.
Propriétés des nitrures
Les nitrures ont de nombreuses caractéristiques chimiques et physiques, notamment :
Propriétés physiques
Rayon ionique : Les composés nitrurés ont un rayon ionique d'environ 140 pm, ce qui affecte leurs interactions avec d'autres éléments et composés.
Réaction avec l'eau : Lorsque les nitrures entrent en contact avec l'eau, ils subissent une réaction qui produit de l'ammoniac, mettant en évidence leur réactivité et leur utilisation possible dans la synthèse de l'ammoniac.
Nature isolante : Le nitrure est bien connu pour ses propriétés isolantes, qui le rendent utile dans diverses applications nécessitant un contrôle de la conductivité électrique.
État d'oxydation: Le nitrure a un nombre d'oxydation stable de -3, ce qui explique son comportement de partage d'électrons dans les processus chimiques.
Formes diverses : Le nitrure existe sous diverses formes, notamment le nitrure de calcium, le nitrure de sodium et le nitrure de bore, démontrant sa flexibilité dans la formation de composés.
Réaction chimique des nitrures
Les propriétés chimiques des nitrures sont mentionnées ci-dessous :
Réactivité du nitrure de sodium : Le sodium interagit avec le nitrure pour produire du nitrure de sodium, qui est particulièrement instable. L'équation de réaction montre la susceptibilité à la décomposition :
2 Déjà 3 N →6 Déjà + N 2
Formation de nitrure de calcium : Le calcium se combine avec l’azote pour former du nitrure et de l’oxyde de calcium, démontrant la capacité du composé à engager des réactions directes.
3 Que + N 2 → Que 3 N 2
Interaction avec l'eau : Les nitrures, tels que le nitrure de calcium, interagissent avec l'eau ou l'humidité de l'air pour produire de l'hydroxyde de calcium et de l'ammoniac via une réaction chimique :
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Que 3 N 2 + 6 H 2 Ô →3 Que ( OH ) 2 + 2 NH 3
Absorption d'hydrogène : Le nitrure de calcium a la capacité d'absorber l'hydrogène à haute température, entraînant une réaction chimique qui produit de l'amide et de l'hydrure de calcium :
Que 3 N 2 + 2 H 2 →2 Soupe + CaH 2
Préparation des nitrures
Les nitrures sont formés en faisant réagir directement un métal avec une source d'azote, telle que l'ammoniac gazeux, ou en faisant réagir un métal avec un composé azoté, tel que l'acide nitrique. Au cours de ces réactions, le métal réagit avec l’azote pour former des nitrures. La décomposition thermique des amides métalliques et la réduction des halogénures ou oxydes métalliques en présence d'azote gazeux sont d'autres voies vers la production de composés nitrurés polyvalents avec un large éventail d'utilisations. Quelques exemples de préparation de nitrure sont mentionnés ci-dessous :
Réaction directe des éléments
Faire réagir directement les éléments est une technique simple. En utilisant du nitrure de calcium (Ca3N2) pour illustrer:
3Ca + N 2 →Ca 3 N 2
Décomposition thermique de l'amide métallique
La deuxième technique consiste à chauffer un amide métallique pour libérer de l'ammoniac, tel que l'amide de baryum :
3Ba(NH 2 ) 2 →Ba 3 N 2 + 4NH 3
Cette procédure montre une voie alternative à la création de nitrure en libérant de l'ammoniac.
Réduction des halogénures ou oxydes métalliques
La réduction d'un oxyde ou d'un halogénure métallique en présence d'azote gazeux est une méthode supplémentaire. La synthèse du nitrure d'aluminium (AlN) se déroule ainsi :
Au 2 Le 3 + 3C + N 2 →2AlN + 3CO
Types de nitrure
Les nitrures peuvent être classés en différentes catégories en fonction de la nature de la liaison qu'ils possèdent ou des sources de matériaux utilisés pour fabriquer le nitrure. Les différents types de nitrures sont mentionnés ci-dessous :
Nitrure ionique
Les nitrures ioniques sont les nitrures dans lesquels le cation est un métal et l'anion est un ion nitrure. Le lithium est le seul métal alcalin qui forme un nitrure, alors que tous les métaux alcalino-terreux produisent des nitrures de formule M.3N2. Ces nitrures ioniques, tels que Be3N2et mg3N2, ont une stabilité variable. Cette réactivité différente et cette stabilité diversifiée rendent les nitrures ioniques importants dans les applications industrielles et chimiques.
Nitrure covalent
Les nitrures covalents, tels que le nitrure de bore (BN), sont des composés générés par le partage d'électrons entre non-métaux. Dans le cas du BN, les atomes de bore et d’azote forment des liaisons covalentes, formant ainsi une structure de réseau cristallin.
Deux moles de bore réagissent avec trois moles d'azote gazeux pour produire deux moles de nitrure de bore, démontrant la nature covalente de la liaison bore-azote dans cette molécule.
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Nitrure de métal binaire
Les nitrures de métaux binaires, comme leur nom l'indique, contiennent deux éléments dans le composé nitrure. Une sortie qui est évidemment de l'azote. Exemple de nitrure de métal binaire tel que le nitrure de magnésium (Mg3N2), sont formés par la combinaison d’un métal, tel que le magnésium, avec de l’azote.
Nitrure de métal de transition
Un nitrure de métal de transition, composé d'un cation de métal de transition et d'un anion nitrure. Un exemple de nitrure de métal de transition tel que le nitrure de titane (TiN), est généré par une réaction chimique entre le titane (Ti) et l'azote gazeux (N2). L'équation chimique de synthèse est
Vous + N 2 → Étain
Nitrures inorganiques
Les nitrures inorganiques sont des composés générés par la combinaison d'azote et d'autres éléments, à l'exception du carbone. Ces composés impliquent généralement la liaison de l’azote avec des métaux ou des non-métaux, ce qui donne lieu à un large spectre de matériaux présentant diverses caractéristiques et utilisations.
Le nitrure d'aluminium est un nitrure inorganique. D'autres exemples de nitrures inorganiques sont le nitrure de silicium (Si3N4), le nitrure de titane (TiN) et le nitrure de bore. En raison de leurs caractéristiques distinctives et de leur adaptabilité, ces composés sont utilisés dans l’électronique, la céramique, les outils de coupe et diverses autres applications industrielles.
Nitrures Organiques
Les nitrures organiques sont des produits chimiques qui contiennent le groupe fonctionnel nitrure (−N≡). Ils sont généralement générés en remplaçant des atomes d'hydrogène dans l'ammoniac (NH3) molécules avec des groupes organiques. Les nitriles, de structure générale R-C≡N, sont un exemple fréquent de nitrure organique. R indique un groupe organique.
Acétonitrile (CH3CN) est un exemple de nitrure organique. L'acétonitrile contient une triple liaison (≡N) entre l'atome d'azote et le groupe méthyle (CH3). D'autres exemples de nitrures organiques sont le benzonitrile (C6H5CN) et le propionitrile (CH3CH2CN). Les nitrures organiques jouent un rôle important dans la fabrication de médicaments, de produits agrochimiques et dans diverses autres utilisations industrielles.
Utilisations du nitrure
Il existe plusieurs utilisations du nitrure :
- Les lumières LED émettent de la lumière bleue en raison de la bande interdite élevée du nitrure de gallium, démontrant son importance dans la technologie qui alimente ces lumières économes en énergie.
- Les nitrures sont utilisés pour fabriquer des outils de coupe à grande vitesse et à haute température, ce qui contribue à accélérer les opérations d'usinage.
- Les nitrures sont importants dans le secteur aérospatial pour le revêtement des composants car ils résistent aux températures sévères, ce qui améliore leurs performances et leur endurance.
- Les nitrures contribuent également à la catalyse en facilitant les réactions chimiques et les processus essentiels dans diverses applications industrielles.
- Les nitrures, comme le nitrure de bore, sont utilisés comme isolants pour réguler le flux d'électricité.
Nitrure, nitrite et nitrate
Le nitrure, le nitrite et le nitrite sont trois types possibles d'anions dans les composés chimiques formés avec l'ion azote. Une compréhension de base de ces trois types peut être obtenue à partir du tableau ci-dessous :
| Information modèle TCP et IP | Nitrure | Nitrite | Nitrate |
|---|---|---|---|
| Suffixe | - il va | -ite | -a mangé |
| Formule | N3- | NO2- | N ° 3- |
| Valence | 3 | 1 | 1 |
| Exemple | Mg3N2 | Bec2)2 | NaNO3 |
Vérifiez également
- Formule de nitrure de baryum
- Formule de nitrure de sodium
- Ions trivalents
Questions fréquemment posées
Que sont les nitrures ?
Les nitrures sont des composés chimiques dans lesquels l'anion est un ion azote.
Comment les ions nitrure sont-ils représentés ?
Les ions nitrure sont représentés par N-3
Qu’est-ce que l’état d’oxydation du nitrure ?
L'état d'oxydation de l'ion nitrure est -3
Qu'est-ce que la formule nitrure ?
La formule du nitrure est donnée par N-3
Que sont les nitrures métalliques ?
Les nitrures métalliques sont les composés nitrurés dans lesquels le cation est métallique. Par exemple, le nitrure de magnésium Mg3N2est un nitrure métallique
Quelle est la valence du nitrure ?
La valence du nitrure est de 3