窒化物 は、窒素がシリコンやホウ素などの電気陰性度の低い成分と結合したときに形成される化合物の一種です。自然界にはさまざまな形で現れます。窒化物には、遷移金属、共有結合、イオン性の 3 種類があります。これらはさまざまな用途に役立ち、独特の機能を備えています。これらの窒化物化合物は、2 つのイオンに分解されると、カチオンとアニオンを形成します。形成される陰イオンは窒化物イオンと呼​​ばれます。

この記事では、窒化物や窒化物イオンとは何か、その式、価数、性質、種類、用途などについて詳しく解説します。

目次

ベースバンドとブロードバンド

• 窒化物とは何ですか?
• 窒化物の例
• 窒化物の性質
• 窒化物の調製
• 窒化物の種類
• 窒化物、亜硝酸塩、硝酸塩

窒化物とは何ですか?

窒化物は、アニオンが窒素イオンである化合物です。窒化物は、電気陰性度の低い元素が窒素と結合すると形成されます。それらには X という一般式があります。₃N、X₃N₂またはXN。窒化物の例としては、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化ホウ素などが挙げられます。これらの化合物に存在するアニオンは窒化物イオンと呼​​ばれます。

窒化物イオン

窒化物イオンは、窒化物化合物中に存在するアニオンです。窒化物イオンはNで表されます^3-。

窒化物の基本特性

以下に窒化物の基本的な特徴をまとめた表を示します。

窒化物フォーミュラ

窒化物イオンの式は (N^3-）。酸化状態が -3 になると、窒素が窒化物イオンに変化します。これにより、窒化物イオンが X の可能な分子式を持つ窒化物クラスの化合物を形成できるようになります。₃N、X₃N₂またはXN。

窒化物価数

窒素の価数は-3です。窒素の原子番号は 7、電子配置は 1 です。²2秒²2P³。窒素の最外殻には 5 つの電子が含まれており、安定したオクテットを形成するにはさらに 3 つの電子が必要です。窒素は 3 つの電子を獲得し、その結果窒化物イオン (N^3-）。この電子獲得は次の化学方程式で表すことができます。

N +3 それは ⁻ → N ³⁻

10/60

窒化物電荷

窒化物イオンの電荷は -3 です。窒素の電子配置は1sです²2秒²2P³その結果、最外殻には5つの電子が生じます。 3 つの電子を獲得して安定したオクテットを形成します。さらに 3 つの電子を獲得すると、窒化物イオン (N^3-)、窒素原子は -3 の電荷を持っています。窒化物イオンを形成する化学式は次のとおりです。

N +3 それは ⁻ → N ³⁻

窒化物の例

次に、いくつかの特定の例を見て、窒化物がさまざまなビジネスにとってどれほど重要であるかを調べてみましょう。

窒化アルミニウム (AlN): 優れた熱伝導率により、熱管理用途や高性能電気機器の製造に役立ちます。

窒化ケイ素 (はい) ₃ N ₄ ): 強度、硬度、耐食性に優れているため、セラミックス材料、切削工具、エンジン部品などに多用されています。

窒化ホウ素 (BN): 立方晶窒化ホウ素 (c-BN) や六方晶窒化ホウ素 (h-BN) など、いくつかの形態で存在します。 c-BNは研磨剤や切削器具に使用される超硬物質ですが、h-BNは潤滑剤や化粧品に利用されています。

窒化チタン (TiN): 耐摩耗性と金のような外観を提供するハードコーティングは、金属切断装置や航空宇宙、医療分野で使用されています。

窒化バナジウム (VN): アンモニアが生成され、鋼の硬度と耐食性を高めるために表面処理が行われるとき、アンモニアは触媒として利用されます。

窒化タンタル (TaN): 電気的特性や耐摩耗性などの特性から、半導体デバイスの薄膜として使用されています。

窒化ガリウム (GaN): 窒化ガリウムは、大きなバンドギャップを持つ半導体であり、エレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクスで大きな関心を集めています。発光ダイオード (LED)、高周波 (RF) デバイス、パワー エレクトロニクスの製造に利用されています。

窒化マグネシウム(Mg ₃ N ₂ ): それ マグネシウム (Mg) と窒素 (N) から構成される二成分化学物質です。融点が高いため、さまざまな産業用途に役立ちます。窒化マグネシウムの化学式はMgです。₃N₂。

窒化物の性質

窒化物には、次のような多くの化学的および物理的特性があります。

物理的特性

イオン半径: 窒化物化合物のイオン半径は約 140 pm であり、他の元素や化合物との相互作用に影響を与えます。

水との反応: 窒化物が水と接触すると、反応が起こりアンモニアが生成され、その反応性とアンモニア合成での使用の可能性が強調されます。

断熱性: 窒化物はその絶縁特性でよく知られているため、導電率の制御が必要なさまざまな用途に役立ちます。

酸化状態: 窒化物は安定した酸化数が -3 であり、これが化学プロセスにおける窒化物の電子共有挙動を説明しています。

多様な形態: 窒化物は、窒化カルシウム、窒化ナトリウム、窒化ホウ素などのさまざまな形で存在し、化合物形成における柔軟性を示しています。

窒化物の化学反応

窒化物の化学的性質は次のとおりです。

窒化ナトリウムの反応性: ナトリウムは窒化物と相互作用して、特に不安定な窒化ナトリウムを生成します。反応式は分解のしやすさを示しています。

2 すでに ₃ ​ N →6 すでに + N ₂

窒化カルシウムの形成: カルシウムは窒素と結合して窒化カルシウムと酸化カルシウムを形成し、この化合物が直接反応する能力を示しています。

3 それ + N ₂ → それ ₃ ​ N ₂

水との相互作用: 窒化カルシウムなどの窒化物は、水または空気中の湿気と相互作用して、化学反応によって水酸化カルシウムとアンモニアを生成します。

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それ ₃ N ₂ +6 H ₂ ○ →3 それ ( おお ) ₂ +2 NH ₃

水素吸収: 窒化カルシウムは高温で水素を吸収する能力があり、その結果、化学反応が起こり、カルシウムアミドと水素化物が生成されます。

それ ₃ N ₂ +2 H ₂ →2 スープ + CaH ₂

窒化物の調製

窒化物は、金属をアンモニアガスなどの窒素源と直接反応させるか、金属を硝酸などの窒素化合物と反応させることによって形成されます。これらの反応中に、金属は窒素と反応して窒化物を形成します。窒素ガスの存在下での金属アミドの熱分解と金属ハロゲン化物または金属酸化物の還元は、幅広い用途を持つ多用途窒化物化合物を製造するための別の方法です。窒化物の製造例のいくつかを以下に挙げます。

元素の直接反応

要素を直接反応させるのは 1 つの簡単なテクニックです。窒化カルシウム(Ca)を使用₃N₂) 例として:

3Ca+N ₂ →カ ₃ N ₂

金属アミドの熱分解

2 番目の手法は、バリウムアミドなどの金属アミドを加熱してアンモニアを放出することです。

3Ba(NH ₂ ） ₂ →バ ₃ N ₂ +4NH ₃

np.どこ

この手順は、アンモニアを放出して窒化物を生成する別のルートを示しています。

金属ハロゲン化物または酸化物の還元

窒素ガスの存在下で金属酸化物またはハロゲン化物を還元する追加の方法もあります。窒化アルミニウム (AlN) の合成は次のように行われます。

へ ₂ の ₃ + 3C + N ₂ →2AlN + 3CO

窒化物の種類

窒化物は、窒化物が持つ結合の性質や窒化物の製造に使用される材料の供給源に応じて、さまざまなカテゴリに分類できます。さまざまな種類の窒化物を以下に示します。

イオン性窒化物

イオン性窒化物は、カチオンが金属でアニオンが窒化物イオンである窒化物です。リチウムは窒化物を形成する唯一のアルカリ金属ですが、すべてのアルカリ土類金属は式 M の窒化物を生成します。₃N₂。 Beなどのイオン性窒化物₃N₂そしてマグネシウム₃N₂、安定性はさまざまです。この異なる反応性と多様な安定性により、イオン性窒化物は工業用途と化学用途の両方で重要になります。

共有結合性窒化物

窒化ホウ素 (BN) などの共有結合窒化物は、非金属間の電子の共有によって生成される化合物です。 BN の場合、ホウ素原子と窒素原子が共有結合を形成し、結晶格子構造を形成します。

2 モルのホウ素が 3 モルの窒素ガスと反応して 2 モルの窒化ホウ素が生成され、この分子におけるホウ素-窒素結合の共有結合の性質が示されています。

二元金属窒化物

二元金属窒化物は、その名前が示すように、窒化物化合物に 2 つの元素が含まれています。 1 つは明らかに窒素です。窒化マグネシウム（Mg）などの二元金属窒化物の例₃N₂）、マグネシウムなどの金属と窒素の結合によって形成されます。

遷移金属窒化物

遷移金属の窒化物で、遷移金属カチオンと窒化物アニオンから構成されます。遷移金属窒化物の例 窒化チタン（TiN）などは、チタン（Ti）と窒素ガス（N）の化学反応によって生成されます。₂）。合成の化学式は次のとおりです。

あなた+N ₂ → TiN

無機窒化物

無機窒化物は、窒素と炭素を除く他の元素との結合によって生成される化合物です。これらの化合物は通常、窒素と金属または非金属との結合を伴い、その結果、さまざまな特性や用途を持つ幅広い材料が得られます。

窒化アルミニウムは無機窒化物です。無機窒化物の他の例としては、窒化ケイ素 (Si₃N₄）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ホウ素。これらの化合物は、その独特の特徴と適応性により、エレクトロニクス、セラミックス、切削工具、その他のさまざまな産業用途に使用されています。

有機窒化物

有機窒化物は、窒化物官能基 (-N≡) を含む化学物質です。これらは通常、アンモニア（NH ）の水素原子を置換することによって生成されます。₃) 有機基を持つ分子。一般構造 R-C≡N を持つニトリルは、有機窒化物のよくある例です。 Ｒは有機基を示す。

アセトニトリル (CH₃ＣＮ）は有機窒化物の例である。アセトニトリルには、窒素原子とメチル基（CH）の間に三重結合（≡N）が含まれています。₃）。有機窒化物の他の例としては、ベンゾニトリル (C₆H₅CN)およびプロピオニトリル(CH₃CH₂CN）。有機窒化物は、医薬品、農薬の製造、およびその他のさまざまな産業用途において重要です。

窒化物の用途

窒化物にはいくつかの用途があります。

• LED ライトは窒化ガリウムの高いバンドギャップにより青色光を放射し、これらのエネルギー効率の高いライトを駆動する技術におけるその重要性を示しています。
• 窒化物は高速、高温の切削工具の製造に使用され、加工作業の加速に役立ちます。
• 窒化物は過酷な温度に耐え、性能と耐久性を向上させるため、航空宇宙分野で部品のコーティングに重要です。
• 窒化物は、さまざまな産業用途で重要な化学反応やプロセスを促進することにより、触媒作用にも貢献します。
• 窒化ホウ素のような窒化物は、電気の流れを調整する絶縁体として使用されます。

窒化物、亜硝酸塩、硝酸塩

窒化物、亜硝酸塩、亜硝酸塩は、窒素イオンで形成される化合物中の陰イオンとして考えられる 3 種類です。これら 3 つのタイプの基本的な理解は、以下の表から得ることができます。

また、チェックしてください

• 窒化バリウムの配合
• 窒化ナトリウムの配合
• 三価イオン

よくある質問

窒化物とは何ですか?

窒化物は、アニオンが窒素イオンである化合物です。

窒化物イオンはどのように表されますか?

窒化物イオンはNで表されます^-3

窒化物の酸化状態とは何ですか?

窒化物イオンの酸化状態は-3

窒化物フォーミュラとは何ですか?

窒化物の式は N として与えられます^-3

金属窒化物とは何ですか?

金属窒化物は、カチオンが金属である窒化物化合物です。例えば、窒化マグネシウムMg₃N₂金属窒化物です

窒化物の価数とは何ですか?

窒化物の価数は3です