Nitruro, uno qualsiasi di una classe di composti chimici in cui l'azoto è combinato con un elemento di elettronegatività simile o inferiore, come boro, silicio e la maggior parte dei metalli. I nitruri contengono lo ione nitruro (N 3−) e, simili ai carburi, i nitruri possono essere classificati in tre categorie generali: ionico, interstiziale e covalente.
lavorazione dell'uranio: carburanti nitruro
L'uranio forma un mononitruro (UN) e due fasi nitriche superiori (alfa e beta-sesquinitruri; α = U2N3 e
Alcuni nitruri metallici sono instabili e la maggior parte reagisce con l'acqua per formare ammoniaca e ossido o idrossido del metallo; ma i nitruri di boro, vanadio, silicio, titanio e tantalio sono molto refrattari, resistenti agli attacchi chimici e duri, e quindi sono utili come abrasivi e nella fabbricazione di crogioli.
Preparazione di nitruri
Esistono due metodi principali per preparare i nitruri. Uno è per reazione diretta degli elementi (di solito a temperatura elevata), mostrato qui per la sintesi di nitruro di calcio, Ca 3 N 2. 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 Un secondo metodo consiste nella perdita di ammoniaca mediante decomposizione termica di un'ammide di metallo, mostrata qui con ammide di bario.3Ba (NH 2) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3 Si formano anche nitruri durante l'indurimento superficiale di oggetti in acciaio quando l'ammoniaca viene riscaldata a temperature generalmente comprese tra 500–550 ° C (950–1,050 ° F) per 5 a 100 ore, a seconda della profondità della custodia indurita desiderata.
Un altro metodo utilizzato per formare nitruri è la riduzione di un alogenuro metallico o ossido in presenza di azoto gassoso, come, ad esempio, nella preparazione di nitruro di alluminio, AlN. Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO
Nitruri ionici
Il litio (Li) sembra essere l'unico metallo alcalino in grado di formare un nitruro, sebbene tutti i metalli alcalino-terrosi formino nitruri con la formula M 3 N 2. Questi composti, che possono essere considerati costituiti da cationi metallici e N- 3 anioni, sono sottoposti a idrolisi (reazione con acqua) per produrre ammoniaca e idrossido di metallo. La stabilità dei nitruri ionici presenta una vasta gamma; Mg 3 N 2 si decompone a temperature superiori a 270 ° C (520 ° F), mentre Be 3 N 2 si scioglie a 2.200 ° C (4.000 ° F) senza decomposizione.
Nitruri interstiziali
Il più grande gruppo di nitruri sono i nitruri interstiziali che si formano con i metalli di transizione. Sono simili ai carburi interstiziali, con atomi di azoto che occupano gli interstizi, o buchi, nel reticolo di atomi di metallo ravvicinati. Le formule generali di questi nitruri sono MN, M 2 N e M 4 N, sebbene le loro stechiometrie possano variare. Questi composti hanno alti punti di fusione, sono estremamente duri e di solito sono materiali opachi con lucentezza metallica e alta conduttività. In genere vengono preparati riscaldando il metallo in ammoniaca a circa 1.200 ° C (2.200 ° F). I nitruri interstiziali sono chimicamente inerti e sono note poche reazioni che li coinvolgono. La reazione più caratteristica è l'idrolisi, che di solito è molto lenta (e può richiedere acido, come il vanadio, V, nella reazione mostrata sotto), per produrre ammoniaca o azoto. 2VN + 3H 2 SO 4 → V 2 (SO 4) 3 + N 2 + 3H 2
A causa della loro inerzia chimica e della capacità di resistere alle alte temperature, i nitruri interstiziali sono utili in diverse applicazioni ad alta temperatura, incluso il loro uso come crogioli e recipienti di reazione ad alta temperatura.
Nitruri covalenti
I nitruri binari covalenti possiedono una vasta gamma di proprietà a seconda dell'elemento a cui è legato l'azoto. Alcuni esempi di nitruri covalenti sono nitruro di boro, BN, cianogeno, (CN) 2, nitruro di fosforo, P 3 N 5, tetrasulfur tetranitride, S 4 N 4 e disulfur dinitride, S 2 N 2. I nitruri covalenti di boro, carbonio e zolfo sono discussi qui.
Nitruro di boro
Poiché boro e azoto insieme contengono lo stesso numero di elettroni di valenza (otto) di due atomi di carbonio legati, si dice che il nitruro di boro sia isoelettronico con carbonio elementare. Il nitruro di boro esiste in due forme strutturali, analoghe a due forme di carbonio: grafite e diamante. La forma esagonale, simile alla grafite, ha una struttura a strati con anelli planari a sei membri di atomi alternati di boro e azoto impilati in modo tale che un atomo di boro in uno strato si trova direttamente sopra un atomo di azoto nello strato adiacente. Al contrario, i successivi strati esagonali di grafite sono sfalsati in modo tale che ciascun atomo di carbonio sia direttamente sopra un interstizio (foro) in uno strato adiacente e direttamente sopra un atomo di carbonio di strati alternati. Il nitruro di boro esagonale può essere preparato riscaldando il tricloruro di boro, BCl 3, in eccesso di ammoniaca a 750 ° C (1.400 ° F). Le proprietà del nitruro di boro esagonale sono generalmente diverse da quelle della grafite. Mentre entrambi sono solidi scivolosi, il nitruro di boro è incolore ed è un buon isolante (mentre la grafite è nera ed è un conduttore elettrico) e il nitruro di boro è più stabile chimicamente della grafite. Il BN esagonale reagisce con solo fluoro elementare, F 2 (formando i prodotti BF 3 e N 2) e acido fluoridrico, HF (producendo NH 4 BF 4). La forma di diamante (cubica) di BN può essere preparata riscaldando BN esagonale a 1.800 ° C (3.300 ° F) ad altissima pressione (85.000 atmosfere; la pressione al livello del mare è di una atmosfera) in presenza di un metallo alcalino o alcalino catalizzatore metallico. Come l'analoga forma di diamante del carbonio, il nitruro di boro cubico è estremamente duro.
Cianogeno
Il cianogeno (CN) 2 è un gas tossico incolore che bolle a -21 ° C (-6 ° F). Può essere preparato mediante ossidazione dell'idrogeno cianuro (HCN). È possibile utilizzare una varietà di agenti ossidanti, inclusi ossigeno gassoso, O 2, cloro gassoso, Cl 2 e biossido di azoto, NO 2. Quando si utilizza NO 2, il prodotto NO può essere riciclato e riutilizzato per produrre il reagente NO 2. 2HCN + NO 2 → (CN) 2 + NO + H 2 Le impurità OTrace in (CN) 2 sembrano facilitare la polimerizzazione ad alte temperature (300–500 ° C [600–900 ° F]) in paracanogeno, un solido scuro che ha una struttura policiclica di anelli a sei membri di alternanza di atomi di carbonio e azoto. La molecola di cianogeno, N≡C ― C≡N, è lineare e infiammabile. Brucia in ossigeno per produrre una fiamma estremamente calda (circa 4.775 ° C [8.627 ° F]).
![On the Waterfront film di Kazan [1954]](https://images.thetopknowledge.com/img/entertainment-pop-culture/2/waterfront-film-kazan-1954.jpg "On the Waterfront film di Kazan [1954]")