Azotki

Azotki–nieorganiczne związki chemiczne,będące formalniepochodnymi amoniaku,NH₃,w którym wszystkie wiązania N–H zostały zastąpione wiązaniami z innymi pierwiastkami^[1].W azotkachazotmastopień utlenienia−III i jest trójwiązalny, Wzór ogólny: MI3N (nie jest spełniony dla azotków międzywęzłowych). Azotki są dużą klasą związków o szerokim zakresie właściwości i zastosowań^[2].Jonazotkowy, N^3–,nigdy nie występuje w roztworach ponieważ ze względu na jego silnązasadowośćzostajeprotonowany.

Klasyfikacja

Azotki mogą być klasyfikowane w zależności od charakteru dominującegotypu wiązań.Azotki jonowe powstają, gdy drugim pierwiastkiem jest metal silnieelektrododatni,jak na przykładlit,tworząc jonowyazotek litu.Azotki metaliczne często tworzą się w połączeniach zmetalami przejściowymi,na przykład zżelazem,tworzącazotek żelaza.W przypadku połączeń azotu z metalami mniej elektrododatnimi lub zniemetalamipowstają związki posiadające przewagę wiązania kowalencyjnego, jak na przykład stałyazotek glinuczyamoniak.Azotków nie należy mylić zazydkami– pochodnymikwasu azotowodorowego,HN₃.

Otrzymywanie

Przykładowe metody otrzymywania^[2]:

bezpośrednio z pierwiastków w wysokiej temperaturze:

3Ca+ N
2→ Ca
3N
2

reakcja zamoniakiemw wysokiej temperaturze:

3Mg+ 2NH
3→ Mg
3N
2+ 3H
2↑

termiczny rozkładamidków:

3Zn(NH
2)
2→ Zn
3N
2+ 4NH
3↑

przy czym dany amidek może być otrzymywanyin situ,np.:

3Ca + 6NH
3→ 3[Ca(NH
2)
2] → Ca
3N
2+ 3H
2↑ + 4NH
3↑

redukcjatlenku metalu w obecności azotu:

Al
2O
3+ 3C + N
2→ 2AlN + 3CO↑

redukcjahalogenkumetalu w obecności azotu:

ZrCl
4+ 4H
2+ N
2→ 2ZrN + 3CO↑

Przykłady azotków

Klasyfikacja tak szerokiej grupy związków jest w pewnym stopniu arbitralna. Związki, gdzie azot nie występuje na −III stopniu utlenienia nie są zwykle określane mianem azotków, np.trójchlorek azotu,amoniak lubaminy.

Azotki metali blokus

Tylko jeden azotek metali alkalicznych jest stabilny – różowo-czerwonyazotek litu(Li₃N), który tworzy się podczas spalanialituw atmosferze azotu. Otrzymano również nietrwałyazotek sodu,który łatwo rozkłada się do wolnych pierwiastków. Powstaje on w reakcji sodu z azotem aktywowanym wyładowaniami elektrycznymi (gdy proces prowadzi się dłużej niż 5 min powstaje równieżazydek sodu,NaN
3). Istnieją doniesienia o analogicznej syntezie azotków wyższych metali alkalicznych, jednak są one bardzo nietrwałe i zostały bardzo słabo scharakteryzowane^[3].

Azotki metali ziem alkalicznych mają ogólny wzór M₃N₂,np.Be
3N
2lubMg
3N
2.Są trwalsze od azotków metali alkalicznych i są dobrze poznane. Występują w licznych odmianach strukturalnych^[3].Łatwohydrolizująw kontakcie z wilgocią zawartą wpowietrzuoraz w wyniku działania wody lub kwasów (podobnie zachowuje sięazotek cynku):

Li
3N + 3H
2O → 3LiOH + NH
3↑

Ca
3N
2+ 6H
2O → 3Ca(OH)
2+ 2NH
3↑

Zn
3N
2+ 6H
2O → 3Zn(OH)
2+ 2NH
3↑

Azotki metali blokup

Azotek boruwystępuje pod kilkoma postaciamipolimorfizm.Azotkikrzemuifosforusą również poznane, ale tylko ten drugi ma znaczenie przemysłowe. Azotkiglinu,galuiinduprzyjmują diamentopodobnąstrukturę wurcytu,w której atomy zajmują tetraedryczne położenia. Na przykład, w azotku glinu, każdy atom glinu posiada cztery otaczające go atomy azotu na narożach tetraedru i podobnie każdy atom azotu posiada cztery sąsiadujące z nim atomy glinu, znajdujące się w narożach tetraedru. Znany jest azotek talu(I) Tl₃N, natomiast nie jest znany azotek talu(III) TlN co jest następstwemefektu biernej pary elektronowej.

Azotki metali przejściowych

W3 grupie układu okresowegoznany jest tylko azotek skandu (ScN). Wgrupach 4,5i6metali przejściowych, w których znajduje siętytan,wanadichromwszystkie tworzą azotki. Charakteryzują się wysoką temperaturą topnienia i odpornością chemiczną, przedstawicielem tego typu azotków jestazotek tytanu.Czasami te substancje są nazywane "azotkamimiędzywęzłowymi".
Azotki grupy 7 i 8 łatwo ulegają rozkładowi. Na przykład, azotek żelaza, Fe₂N rozkłada się przy 200 °C. Azotkiplatynyiosmumogą zawierać cząsteczki N₂,stąd też nie powinny być nazywane azotkami^[4]^[5].
Do azotków metaligrupy 11należy m.in. Cu₃N, a do azotkówgrupy 12 Zn₃N₂.

Azotki cząsteczkowe

Wiele metali tworzy kompleksy azotkowe. Pierwiastki grupy głównej również tworzą pewne azotki cząsteczkowe.Cyjan((CN)₂) i tetraazotek tetrasiarki (S₄N₄) są rzadkimi przykładami podwójnych azotków cząsteczkowych. Rozpuszczają się one wrozpuszczalnikachapolarnych. Oba podlegająpolimeryzacji.S₄N₄jest bardziej trwały niż analogiczny Se₄N₄.Ogrzewanie S₄N₄dajepolimer.

Zastosowanie

Azotki ze względu na różnorodność swoich właściwości mają bardzo szerokie spektrum zastosowań. Azotki charakteryzujące się wysokątwardościąi ogniotrwałością, jak azotek tytanu czy azotek boru znajdują zastosowanie między innymi w produkcji ostrzy narzędzi tnących iskrawających,ogniotrwałych naczyń laboratoryjnych i pokryć ochronnych. Azotek galu znalazł zastosowanie w wytwarzaniu m.in.niebieskiego lasera.Tak jak niektóre tlenki, azotki mogą absorbowaćwodóri są rozważane pod kątem magazynowania wodoru, np.azotek litu.

Zobacz też

amidki(MINH2),imidki(MI2NH)
azydki(MI
N
3)
fosforki(MI3P)

Przypisy

↑Jerzy Chodkowski (red.):Mały słownik chemiczny.Wyd. V. Warszawa:Wiedza Powszechna,1976.
↑^a^bNitrides, azides and nitrido complexes,[w:]Norman N.N.N.GreenwoodNorman N.N.N.,AlanA.EarnshawAlanA.,Chemistry of the Elements,wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 417–420,ISBN0-7506-3365-4(ang.).
↑^a^bDuncan H.D.H.GregoryDuncan H.D.H.,Nitride chemistry of the s-block elements,„Coordination Chemistry Reviews”, 215 (1), 2001, s. 301-345,DOI:10.1016/S0010-8545(01)00320-4(ang.).
↑Javier A.J.A.MontoyaJavier A.J.A.i inni,OsN₂:Crystal structure and electronic properties,„Applied Physics Letters”, 90 (1), 2007, art. nr 011909,DOI:10.1063/1.2430631(ang.).
↑L.L.ŠillerL.L.i inni,Gold film with gold nitride—A conductor but harder than gold,„Applied Physics Letters”, 86 (22), 2005, art. nr 221912,DOI:10.1063/1.1941471(ang.).

[Słownik_chemiczny-1] Jerzy Chodkowski (red.):Mały słownik chemiczny.Wyd. V. Warszawa:Wiedza Powszechna,1976.

[GECotE-2] Nitrides, azides and nitrido complexes,[w:]Norman N.N.N.GreenwoodNorman N.N.N.,AlanA.EarnshawAlanA.,Chemistry of the Elements,wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 417–420,ISBN0-7506-3365-4(ang.).

[NitrideChem-3] Duncan H.D.H.GregoryDuncan H.D.H.,Nitride chemistry of the s-block elements,„Coordination Chemistry Reviews”, 215 (1), 2001, s. 301-345,DOI:10.1016/S0010-8545(01)00320-4(ang.).

[OsN2-4] Javier A.J.A.MontoyaJavier A.J.A.i inni,OsN₂:Crystal structure and electronic properties,„Applied Physics Letters”, 90 (1), 2007, art. nr 011909,DOI:10.1063/1.2430631(ang.).

[gold-5] L.L.ŠillerL.L.i inni,Gold film with gold nitride—A conductor but harder than gold,„Applied Physics Letters”, 86 (22), 2005, art. nr 221912,DOI:10.1063/1.1941471(ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]