Nitruro - Nitride

En química , un nitruro es un compuesto de nitrógeno donde el nitrógeno tiene un estado de oxidación formal de −3. Los nitruros son una gran clase de compuestos con una amplia gama de propiedades y aplicaciones.

El ion nitruro, N 3− , nunca se encuentra en una solución prótica porque es tan básico que se protona inmediatamente. Se estima que su radio iónico es de 140 pm.

Usos de nitruros

Como los carburos , los nitruros son a menudo materiales refractarios debido a su alta energía reticular que refleja la fuerte atracción del "N 3 - " por el catión metálico. Por tanto, el nitruro de boro cúbico , el nitruro de titanio y el nitruro de silicio se utilizan como materiales de corte y revestimientos duros. El nitruro de boro hexagonal , que adopta una estructura en capas, es un lubricante útil para altas temperaturas similar al disulfuro de molibdeno . Los compuestos de nitruro a menudo tienen grandes espacios de banda , por lo que los nitruros suelen ser aislantes o semiconductores de banda ancha ; los ejemplos incluyen nitruro de boro y nitruro de silicio. El nitruro de galio, material de banda ancha, es apreciado por emitir luz azul en los LED , cuyo desarrollo le valió a los investigadores el Premio Nobel de Física en 2014. Al igual que algunos óxidos, los nitruros pueden absorber hidrógeno y se han discutido en el contexto del almacenamiento de hidrógeno . por ejemplo, nitruro de litio .

Ejemplos de

La clasificación de un grupo tan variado de compuestos es algo arbitraria. Los compuestos a los que no se les asigna el estado de oxidación −3 del nitrógeno no se incluyen, como el tricloruro de nitrógeno, donde el estado de oxidación es +3; tampoco lo son el amoniaco y sus muchos derivados orgánicos.

Nitruros de los elementos del bloque s

Solo un nitruro de metal alcalino es estable, el nitruro de litio de color púrpura rojizo (Li 3 N), que se forma cuando el litio se quema en una atmósfera de N 2 . Se ha generado nitruro de sodio , pero sigue siendo una curiosidad de laboratorio. Sin embargo, son numerosos los nitruros de los metales alcalinotérreos que tienen la fórmula M 3 N 2 . Los ejemplos incluyen Be 3 N 2 , Mg 3 N 2 , Ca 3 N 2 y Sr 3 N 2 . Los nitruros de metales electropositivos (incluidos Li, Zn y los metales alcalinotérreos) se hidrolizan fácilmente al entrar en contacto con el agua, incluida la humedad del aire:

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

Nitruros de los elementos del bloque p

El nitruro de boro existe en varias formas ( polimorfos ). También se conocen nitruros de silicio y fósforo, pero solo el primero es comercialmente importante. Los nitruros de aluminio , galio e indio adoptan una estructura de wurtzita similar a un diamante en la que cada átomo ocupa sitios tetraédricos. Por ejemplo, en el nitruro de aluminio, cada átomo de aluminio tiene cuatro átomos de nitrógeno vecinos en las esquinas de un tetraedro y, de manera similar, cada átomo de nitrógeno tiene cuatro átomos de aluminio vecinos en las esquinas de un tetraedro. Esta estructura es como un diamante hexagonal ( lonsdaleita ) donde cada átomo de carbono ocupa un sitio tetraédrico (sin embargo, la wurtzita difiere de la esfalerita y el diamante en la orientación relativa de los tetraedros). Se conoce el nitruro de talio (I) , Tl 3 N, pero no el nitruro de talio (III), TlN.

Nitruros de metales de transición

Para los metales del grupo 3 , se conocen tanto ScN como YN . Los metales de transición de los grupos 4 , 5 y 6 (los grupos titanio, vanadio y cromo) forman todos nitruros. Son refractarios , de alto punto de fusión y químicamente estables. Representativo es el nitruro de titanio . A veces, estos materiales se denominan " nitruros intersticiales ".

Los nitruros de los metales de transición de los grupos 7 y 8 se descomponen fácilmente. Por ejemplo, el nitruro de hierro , Fe 2 N, se descompone a 200 ° C. El nitruro de platino y el nitruro de osmio pueden contener unidades de N 2 y, como tales, no deben llamarse nitruros.

Los nitruros de los miembros más pesados ​​del grupo 11 y 12 son menos estables que el nitruro de cobre, Cu 3 N y Zn 3 N 2 : el nitruro de plata seco (Ag 3 N) es un explosivo de contacto que puede detonar con el menor contacto, incluso una gota de agua que cae .

Nitruros de los lantánidos y actínidos

Las especies de lantánidos y actínidos que contienen nitruros son de interés científico ya que pueden proporcionar un manejo útil para determinar la covalencia de la unión. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) junto con el análisis químico cuántico se ha utilizado a menudo para determinar el grado en que los enlaces de nitruro metálico son de carácter iónico o covalente. Un ejemplo, un nitruro de uranio, tiene el desplazamiento químico de nitrógeno 15 más alto conocido.

Nitruros moleculares

S 4 N 4 es un nitruro molecular binario prototípico.

Muchos metales forman complejos de nitrido moleculares, como se comenta en el artículo especializado. Los elementos del grupo principal también forman algunos nitruros moleculares. El cianógeno ((CN) 2 ) y el tetranitruro de tetrasulfuro (S 4 N 4 ) son ejemplos raros de nitruros binarios moleculares (que contienen un elemento aparte del nitrógeno). Se disuelven en disolventes no polares. Ambos experimentan polimerización. S 4 N 4 también es inestable con respecto a los elementos, pero menos que el isoestructural Se 4 N 4 . El calentamiento de S 4 N 4 da un polímero, y también se conocen una variedad de aniones y cationes de nitruro de azufre molecular.

Relacionado con el nitruro, pero distinto, es el pernitruro , N2−
2
.

Referencias