질화물, 질소가 붕소, 규소 및 대부분의 금속과 같이 유사하거나 낮은 전기 음성도의 원소와 결합 된 모든 종류의 화학 화합물. 질화물은 질화물 이온 (N 3-)을 포함하며, 탄화물과 유사하게 질화물은 이온 성, 간질 성 및 공유 성의 세 가지 일반적인 범주로 분류 될 수 있습니다.
우라늄 처리: 질화물 연료
우라늄은 단일 질화물 (UN)과 두 개의 더 높은 질화물 상 (알파 및 베타-세스 퀴 니트 라이드; α = U2N3 및
특정 금속 질화물은 불안정하며, 대부분 물과 반응하여 금속의 암모니아와 산화물 또는 수산화물을 형성합니다. 그러나 붕소, 바나듐, 실리콘, 티타늄 및 탄탈륨의 질화물은 내화성이 높고 화학적 공격에 강하며 견고하므로 연마재 및 도가니로 유용합니다.
질화물의 제조
질화물을 제조하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 칼슘 질화물, Ca 3 N 2 의 합성을 위해 여기에 표시된 원소 (일반적으로 고온)에서 직접 반응하는 것입니다. 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 두 번째 방법은 여기에 바륨 아미드로 표시된 금속 아미드의 열 분해에 의한 암모니아 손실입니다.3Ba (NH 2) 2 → Ba 3 N 2 + 4NH 3 질화물 도 형성됩니다 암모니아가 원하는 경화 사례의 깊이에 따라 일반적으로 500–550 ° C (950–1,050 ° F)의 온도로 5 ~ 100 시간 가열 될 때 강재 표면의 경화 중.
질화물을 형성하는데 사용되는 다른 방법은 예를 들어 질화 알루미늄 AlN의 제조에서와 같이 질소 가스의 존재 하에서 금속 할라이드 또는 산화물의 환원이다. Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO
이온 질화물
모든 알칼리 토금속이 화학식 M 3 N 2 로 질화물을 형성하지만, 리튬 (Li)은 질화물을 형성 할 수있는 유일한 알칼리 금속 인 것으로 보인다. 금속 양이온 및 N 3- 음이온 으로 구성된 것으로 간주 될 수있는 이들 화합물 은 가수 분해 (물과의 반응)를 거쳐 암모니아 및 금속 수산화물을 생성한다. 이온 성 질화물의 안정성은 넓은 범위를 나타내고; Mg 3 N 2 는 270 ° C (520 ° F) 이상의 온도에서 분해되는 반면 Be 3 N 2 는 분해없이 2,200 ° C (4,000 ° F)에서 녹습니다.
전면 질화물
가장 큰 질화물 그룹은 전이 금속으로 형성되는 간질 질화물이다. 이들은 밀집된 금속 원자의 격자에서 간극 또는 구멍을 점유하는 질소 원자를 갖는 간극 탄화물과 유사하다. 이들 질화물의 일반 식은 MN, M 2 N 및 M 4 N이지만, 화학량 론은 다양 할 수있다. 이들 화합물은 높은 융점을 갖고, 매우 단단하며, 일반적으로 금속성 광택 및 높은 전도성을 갖는 불투명 한 물질이다. 이들은 일반적으로 약 1,200 ° C (2,200 ° F)의 암모니아에서 금속을 가열하여 준비됩니다. 간질 질화물은 화학적으로 불활성이며, 이들을 포함하는 반응은 거의 알려져 있지 않습니다. 가장 특징적인 반응은 가수 분해인데, 이는 암모니아 또는 질소 가스를 생성하기 위해 일반적으로 매우 느리다 (바나듐, V와 같이 산이 필요할 수 있음). 2VN + 3H 2 SO 4 → V 2 (SO 4) 3 + N 2 + 3H 2
화학적 불활성 및 고온을 견딜 수있는 능력으로 인해 질화물 질화물은 도가니 및 고온 반응 용기로 사용하는 것을 포함하여 여러 고온 응용 분야에서 유용합니다.
공유 질화물
공유 이진 질화물은 질소가 결합 된 원소에 따라 광범위한 특성을 갖는다. 공유 질화물의 일부 예는 질화 붕소, BN, 시아 노겐 (CN) 2, 인 질화물, P 3 N 5, 테트라 설퍼 테트라 니트 라이드 (S 4 N 4) 및 디 설퍼 디 니트 라이드 (S 2 N 2) 이다. 붕소, 탄소 및 황의 공유 질화물이 여기서 논의된다.
질화 붕소
붕소 및 질소는 함께 2 개의 결합 된 탄소 원자와 동일한 수의 원자가 전자 (8)를 함유하기 때문에, 질화 붕소는 원소 탄소와 등 전자 (isoelectronic)라고한다. 질화 붕소는 탄소와 흑연의 두 가지 형태와 유사한 두 가지 구조 형태로 존재합니다. 흑연과 유사한 6 각형 형태는 한 층의 붕소 원자가 인접 층의 질소 원자 바로 위에 위치하는 방식으로 적층 된 6 원의 교대 붕소 및 질소 원자 고리를 갖는 층상 구조를 갖는다. 대조적으로, 연속적인 6 각형의 흑연 층은 오프셋되어 각 탄소 원자가 인접한 층의 간극 (구멍) 바로 위 및 교대 층의 탄소 원자 바로 위에있다. 6 각 질화 붕소 는 과량의 암모니아에서 750 ℃ (1,400 ℉)에서 삼염화 붕소 BCl 3 을 가열함으로써 제조 될 수있다. 육방 정 질화 붕소의 특성은 일반적으로 흑연의 특성과 다르다. 둘 다 미끄러운 고체이지만 질화 붕소는 무색이며 우수한 절연체 (흑연은 검은 색이며 전기 도체 임)이며 질화 붕소는 흑연보다 화학적으로 더 안정적입니다. 6 각형 BN은 원소 불소, F 2 (생성물 BF 3 및 N 2를 형성 함) 및 플루오르 화수소, HF (NH 4 BF 4를 생성 함) 와만 반응한다. BN의 다이아몬드 (입방체) 형태는 알칼리 금속 또는 알칼리성 존재 하에서 6 각형 BN을 매우 높은 압력 (85,000 대기압; 해수면 압력은 1 대기압)에서 1,800 ° C (3,300 ° F)로 가열함으로써 제조 될 수있다 지구 금속 촉매. 유사한 다이아몬드 형태의 탄소처럼 입방정 질화 붕소는 매우 단단합니다.
시안
시아 노겐 (CN) 2 은 -21 ° C (-6 ° F)에서 끓는 독성의 무색 가스입니다. 시안화 수소 (HCN)의 산화에 의해 제조 될 수있다. 산소 가스, O 2, 염소 가스, Cl 2 및 이산화질소 가스, NO 2를 포함하는 다양한 산화제가 사용될 수있다. NO 2 가 사용될 때, 생성물 NO는 재순환 될 수 있고 반응물 NO 2 를 생성하기 위해 다시 사용될 수있다. 2HCN + NO (2) → (CN) 2 + NO + H 2 에서 OTrace 불순물 (CN) (2)는 고온에서의 중합 (300-500 ° C [600-900 ° F]) paracyanogen에 어두운 고체를 가지고 용이하게 나타 교번 탄소 및 질소 원자의 6 원 고리의 다 환식 구조. 시아 노겐 분자 N≡C-C≡N은 선형이며 가연성입니다. 산소로 연소되어 매우 뜨거운 불꽃을 생성합니다 (약 4,775 ° C [8,627 ° F]).
