Nitridy jsou binární sloučeniny kovů s dusíkem, kde dusík má oxidační číslo −3, tedy chemický zápis pro nitridy je N³⁻. Iontu nitridů byl přisouzen poloměr 146 pm. Nitridový ion je vynikajícím ligandem zvláště vůči přechodným kovům druhé a třetí řady. Je považován za nejsilnější pí-donor elektronů (druhým nejsilnějším je izoelektronový ion O²⁻).

Klasifikace

Nitridy se často dělí na čtyři skupiny: iontové, kovalentní, diamantového typu a kovové (intersticiální).

Iontové nitridy

Příkladem iontových nitridů jsou sloučeniny Li₃N (teplota tání 538 °C za rozkladu) a M₃N₂, kde M je Be, Mg, Ca, Sr, Ba. Vzorce těchto sloučenin lze dobře zapsat pomocí částice N³⁻, ačkoliv je nepravděpodobné, zvláště u sloučenin 11. a 12. skupiny periodické tabulky, že by separace náboje byla úplná. Stálost nitridů je značně rozdílná: např. Be₃N₂ taje při 2 200 °C, zatímco Mg₃N₂ se rozkládá ohřevem nad 271 °C. Existence Na₃N je pochybná a těžší alkalické kovy, snad ze sférických důvodů, netvoří analogické sloučeniny.

Kovalentní nitridy

Příkladem jsou BN, (CN)₂, P₃N₅, S₄N₄. Zvláštní skupinou jsou nitridy prvků 13. skupiny o složení MN, kde M je B, Al, Ga, In a Tl, protože jsou izoelektronové s grafitem, diamantem, SiC. atd., ke kterým mají i strukturní vztah. Jejich fyzikální vlastnosti svědčí o tom, že s rostoucím atomovým číslem dochází k postupnému přechodu vazby kovalentní přes částečně iontovou až k čistě kovové. Vlastnosti kovalentních nitridů se značně mění, podle toho s jakým kovem se dusík sloučil.

Kovové nitridy

Nejrozsáhlejší skupinou nitridů jsou kovové nitridy obecného vzorce MN, M₂N a M₄N, ve kterých atomy N obsazují některé nebo všechny intersticiální polohy v kubické nebo těsně hexagonálně uspořádané kovové mřížce. Tyto sloučeniny jsou často neprůsvitné, velmi tvrdé, chemicky inertní, žáruvzdorné materiály s kovovým leskem a vodivostí. Pozoruhodná je jejich podobnost s boridy a karbidy. Typické teploty tání nitridů jsou kolem 2000 °C. Tvrdost podle Mohsovy stupnice je často vyšší než 8 a někdy se blíží 10 (diamant).

Příprava

K přípravě nitridů slouží dvě hlavní metody: přímá reakce kovů s dusíkem N₂ nebo amoniakem NH₃ (často při vysokých teplotách)

3 Ca + N₂ → Ca₃N₂

3 Mg + 2 NH₃ → Mg₃N₂ + 3 H₂ (při teplotě 900 °C)

a termický rozklad kovových amidů

3 Zn(NH₂)₂ → Zn₃N₂ + 4 NH₃.

Obvyklou obměnou těchto reakcí je redukce oxidu nebo halogenidu kovu v přítomnosti dusíku N₂ a tvorba kovového amidu jako meziproduktu v reakcích s kapalným amoniakem NH₃:

Al₂O₃ + 3 C + N₂ → 2 AlN + 3 CO

2 ZrCl4 + N₂ + 4 H₂ → 2 ZrN + 8 HCl

3 Ca + 6 NH₃ → {3 Ca(NH₂)₂} → Ca₃N₂ + 4 NH₃

Kovové nitridy byly také připraveny srážením přídavkem KNH₂ k roztokům vhodné kovové soli v kapalném amoniaku: např. Cu₃N, Hg₃N₂, AlN, Tl₃N a BiN.

Reaktivita

Chemických reakcí nitridů bylo studováno jen málo; nejcharakterističtější (často extrémně pomalá, jindy však rychlá) je jejich hydrolýza, kterou se uvolňuje amoniak nebo dusík:

2 AlN + (n+3) H₂O → Al₂O₃·nH₂O + 2 NH₃

2 VN + 3 H₂SO₄ → V₂(SO₄)₃ + N₂ + 3H₂

Využití

Vysoká tvrdost nitridů je předurčuje pro použití v podobě kelímků, vysokoreakčních nádob, pouzder termoelektrických článků apod. Několik kovových nitridů bylo také použito také jako heterogenní katalyzátory. Jedná se zejména o nitridy železa sloužící při Fisherově-Tropschově hydrogenaci karbonylů.

Literatura

Greenwood, N.N., Earnshaw, A., Chemie prvků I, 1993.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu nitridy na Wikimedia Commons