نتريد

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، النيتريد هو مركب كيميائي للنيتروجين . يمكن أن تكون النيتريدات غير عضوية أو عضوية ، أيونية أو تساهمية . يُعد أنيون النيتريد ، N³⁻ ، نادرًا جدًا ، لكن مركبات النيتريد عديدة، وإن كانت نادرة الوجود في الطبيعة. تشمل بعض تطبيقات مركبات النيتريد [ 1 ] الطلاءات المقاومة للتآكل (مثل نيتريد التيتانيوم ، TiN)، والمواد الخزفية الصلبة (مثل نيتريد السيليكون ، Si₃N₄ )، وأشباه الموصلات (مثل نيتريد الغاليوم ، GaN). وقد حظي تطوير الثنائيات الباعثة للضوء القائمة على GaN بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2014. [ 2 ] كما أن معقدات نيتريد المعادن شائعة أيضًا.

يُعدّ تخليق نتريدات المعادن غير العضوية عمليةً معقدة، إذ أن غاز النيتروجين (N₂ ) ليس شديد التفاعل عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكنه يصبح أكثر تفاعلاً عند درجات الحرارة المرتفعة. لذا، يجب تحقيق توازن بين انخفاض تفاعل غاز النيتروجين عند درجات الحرارة المنخفضة وتكوّن N₂ بفعل الإنتروبيا عند درجات الحرارة المرتفعة. [ 3 ] ومع ذلك، فإن طرق تخليق النتريدات تتطور باستمرار، وتزداد أهمية هذه المواد من الناحية التكنولوجية. [ 4 ]

استخدامات النتريدات

مثل الكربيدات ، تُعدّ النتريدات موادًا حرارية عالية نظرًا لطاقة شبكتها البلورية العالية ، والتي تعكس قوة ارتباط أيون "N³⁻ " بأيونات المعادن. ولذلك، يُستخدم نتريد البورون المكعب ، ونتريد التيتانيوم ، ونتريد السيليكون كمواد قطع وطلاءات صلبة. أما نتريد البورون السداسي ، ذو البنية الطبقية، فهو مُزلّق مفيد في درجات الحرارة العالية، ويُشبه ثاني كبريتيد الموليبدينوم . غالبًا ما تمتلك مركبات النتريد فجوات طاقة واسعة ، ولذلك تُعتبر النتريدات عادةً عوازل أو أشباه موصلات ذات فجوة طاقة واسعة ؛ ومن أمثلتها نتريد البورون ونتريد السيليكون. ويُعتبر نتريد الغاليوم، ذو فجوة الطاقة الواسعة، مادةً قيّمةً لانبعاث الضوء الأزرق في مصابيح LED . [ 5 ] [ 6 ] مثل بعض الأكاسيد، يمكن للنيتريدات امتصاص الهيدروجين وقد تمت مناقشتها في سياق تخزين الهيدروجين ، على سبيل المثال نتريد الليثيوم .

أمثلة

يُعدّ تصنيف هذه المجموعة المتنوعة من المركبات أمراً تعسفياً إلى حد ما. فالمركبات التي لا يُنسب فيها للنيتروجين حالة أكسدة -3 لا تُدرج، مثل ثلاثي كلوريد النيتروجين حيث تكون حالة الأكسدة +3؛ وكذلك الأمونيا ومشتقاتها العضوية العديدة.

نتريدات عناصر المجموعة s

يُعدّ نتريد الليثيوم ( Li₃N ) ذو اللون الأرجواني المحمر، والذي يتكوّن عند احتراق الليثيوم في جو من النيتروجين ( N₂ ) ، نتريدًا واحدًا فقط من نتريدات الفلزات القلوية مستقرًا . [ 7 ] وقد تمّ تصنيع كلٍّ من نتريد الصوديوم ونتريد البوتاسيوم ، لكنهما لا يزالان من الموادّ النادرة في المختبر. مع ذلك ، فإنّ نتريدات الفلزات القلوية الترابية التي تحمل الصيغة M₃N₂ عديدة . ومن أمثلتها نتريد البريليوم ( Be₃N₂ )، ونتريد المغنيسيوم ( Mg₃N₂ )، ونتريد الكالسيوم ( Ca₃N₂ ) ، ونتريد السترونتيوم ( Sr₃N₂ ) . تتحلل نتريدات الفلزات الموجبة كهربائيًا (بما في ذلك الليثيوم والزنك والفلزات القلوية الترابية) بسهولة عند ملامستها للماء، بما في ذلك رطوبة الهواء.

Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg ( OH ) ₂ + 2NH₃

نتريدات عناصر المجموعة p

S 4 N 4 هو نتريد جزيئي ثنائي نموذجي.

يوجد نتريد البورون بأشكال متعددة ( أشكال متعددة ). كما تُعرف نتريدات السيليكون والفوسفور، لكن نتريد البورون فقط هو ذو أهمية تجارية. تتخذ نتريدات الألومنيوم والغاليوم والإنديوم بنية وورتزيت سداسية، حيث تشغل كل ذرة موقعًا رباعي الأوجه. على سبيل المثال، في نتريد الألومنيوم، ترتبط كل ذرة ألومنيوم بأربع ذرات نيتروجين مجاورة عند زوايا رباعي الأوجه، وبالمثل ترتبط كل ذرة نيتروجين بأربع ذرات ألومنيوم مجاورة عند زوايا رباعي الأوجه. تشبه هذه البنية الماس السداسي ( لونسداليت ) حيث تشغل كل ذرة كربون موقعًا رباعي الأوجه (مع ذلك ، يختلف الورتزيت عن السفاليريت والماس في التوجه النسبي لرباعيات الأوجه). يُعرف نتريد الثاليوم الأحادي ( Tl₃N )، لكن نتريد الثاليوم الثلاثي (TlN) غير معروف.

الكلور والأكسجين والفلور فقط هي العناصر الأكثر كهرسلبية من النيتروجين، لكن تسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) للكيمياء غير العضوية تُصنّف معظم العناصر حسب المجموعة وليس حسب الكهرسلبية المطلقة . [ 8 ] لا يُتبع هذا التصنيف عادةً للمركبات الجزيئية للنيتروجين والكالكوجينات الأعلى : تُسمى هذه المركبات نتريدات الكبريت ، ونتريدات السيلينيوم ، ونتريدات التيلوريوم . والعكس صحيح بالنسبة لمركبات النيتروجين والهالوجينات ، التي تُسمى جميعها هاليدات على الرغم من أن ثلاثي بروميد النيتروجين وثلاثي يوديد النيتروجين يحملان شحنة سالبة رسمية على ذرة النيتروجين.

يُعدّ السيانوجين ( CN₂ ) ورباعي نتريد الكبريت ( S₄N₄ ) مثالين نادرين على نتريدات ثنائية جزيئية (تحتوي على عنصر واحد بالإضافة إلى النيتروجين). يذوبان في المذيبات غير القطبية، ويخضعان كلاهما لعملية البلمرة. يُعدّ S₄N₄ غير مستقر أيضًا بالنسبة للعناصر، ولكنه أقل عدم استقرار من نظيره المتماثل بنيويًا Se₄N₄ . يؤدي تسخين S₄N₄ إلى تكوين بوليمر ، كما تُعرف أيضًا مجموعة متنوعة من أنيونات وكاتيونات نتريد الكبريت الجزيئية .

نتريدات المعادن الانتقالية

تتخذ معظم نتريدات المعادن الانتقالية الغنية بالمعادن بنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه أو سداسية متراصة ذات ترتيب نسبي ، مع تنسيق ثماني الأوجه. [ 9 ] تُسمى هذه المواد أحيانًا " نتريدات بينية ". وهي ضرورية في علم المعادن الصناعي ، لأنها عادةً ما تكون أصلب بكثير وأقل ليونة من المعدن الأصلي، وتقاوم الأكسدة الهوائية. [ 10 ] بالنسبة لمعادن المجموعة 3 ، يُعرف كل من نتريد السكانديوم (ScN) ونتريد الإيتريوم (YN) . أما معادن المجموعات 4 و 5 و 6 الانتقالية (مجموعات التيتانيوم والفاناديوم والكروم) فتُشكل جميعها [ 11 ] نتريدات مستقرة كيميائيًا ومقاومة للحرارة ذات درجة انصهار عالية. تحمي الأغشية الرقيقة من نتريد التيتانيوم ونتريد الزركونيوم ونتريد التنتالوم العديد من الأسطح الصناعية.

تميل نتريدات الفلزات الانتقالية من المجموعتين 7 و 8 إلى أن تكون فقيرة بالنيتروجين، وتتحلل بسهولة عند درجات حرارة مرتفعة. على سبيل المثال، يتحلل نتريد الحديد ( Fe₂N ) عند 200 درجة مئوية. قد يحتوي نتريد البلاتين ونتريد الأوزميوم على وحدات N₂ ، ولذلك لا ينبغي تسميتهما نتريدات. [ 12 ] [ 13 ] 

تعتبر نتريدات العناصر الأثقل من المجموعتين 11 و 12 أقل استقرارًا من نتريد النحاس ( Cu3N ) ونتريد الزنك ( Zn3N2 ) : نتريد الفضة الجاف ( Ag3N ) هو مادة متفجرة عند التلامس، وقد ينفجر من أدنى لمسة، حتى من قطرة ماء ساقطة . [ 14 ]

نتريدات اللانثانيدات والأكتينيدات

تُعدّ مركبات اللانثانيدات والأكتينيدات المحتوية على النتريد ذات أهمية علمية، إذ تُتيح تحديد طبيعة الروابط التساهمية. وكثيراً ما استُخدمت مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) إلى جانب التحليل الكيميائي الكمي لتحديد مدى كون روابط نتريد الفلز أيونية أو تساهمية. ومن الأمثلة على ذلك نتريد اليورانيوم، الذي يمتلك أعلى قيمة معروفة للإزاحة الكيميائية للنيتروجين-15. [ 15 ]

نتريدات الضغط العالي

استُخدمت خلايا سندان الماس المُسخّنة بالليزر لتخليق مجموعة واسعة من النتريدات الثنائية غير المعروفة سابقًا، وذلك عن طريق تفاعل المعادن العنصرية مباشرةً مع النيتروجين الجزيئي عند ضغوط تتراوح من عشرات إلى أكثر من مئة جيجاباسكال، مما كشف عن قدرة النيتروجين على تكوين أنيونات متسلسلة (مُكوِّنة لسلاسل أو حلقات أو شبكات) بدلاً من أيونات N³⁻ المعزولة البسيطة . تشمل الأمثلة نتريدات السكانديوم المتعددة التي تحتوي على وحدات N₆⁶⁻ و N₈⁶⁻ ، بالإضافة إلى طبقات متعددة النيتروجين ثنائية الأبعاد مموجة، [ 16 ] ونتريدات الإيتريوم التي تتميز بحلقة كبيرة N₁₈ وحلزون مزدوج متعدد النيتروجين، [ 17 ] ونتريدات الزنك التي تحتوي على سلاسل [ N₄ ] ∞²⁻ شبيهة بالبولي أسيتيلين . [ 18 ]

ترتبط الأنيونات ثنائية الذرات ( N2−2 ) والأنيون ثنائي الذرات ( N4−2 ) والأنيون ثلاثي الذرات ( N − 3 ) بالنيتريد ولكنها تختلف عنه.

مراجع

  1. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (  الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ↑ «جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2014» . جائزة نوبل . مبادرة جائزة نوبل للتواصل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يناير 2021 .
  3. ^ صن، وينهاو؛ بارتل، كريستوفر J.؛ أركا، إليزابيتا؛ باورز، سيج ر. ماثيوز، بيثاني؛ أورفانيانوس، برناردو؛ تشين، بور رونغ؛ توني مايكل ف. شيلهاس، لورا T.؛ توماس، وليام. تيت, جانيت ; زاكوتاييف، أندري؛ لاني، ستيفان. هولدر، آرون م. سيدر، جيربراند (2019). "خريطة للنيتريدات المعدنية الثلاثية غير العضوية" . مواد الطبيعة . 18 (7): 732– 739. أرخايف : 1809.09202 . دوى : 10.1038/s41563-019-0396-2 . ردمك 1476-4660 . بميد 31209391 . S2CID 119461695 .   
  4. ↑ غرينواي، آن ل.؛ ميلاميد، سيليست ل.؛ تيلكامب، م. بروكس؛ وودز-روبنسون، راشيل؛ توبرير، إريك س.؛ نيلسون، جيمس ر.؛ تامبولي، أديل س. (2021-07-26). "مواد النيتريد الثلاثية: الأساسيات وتطبيقات الأجهزة الناشئة" . المراجعة السنوية لبحوث المواد . 51 (1): 591-618 . arXiv : 2010.08058 . doi : 10.1146/annurev-matsci-080819-012444 . ISSN 1531-7331 . S2CID 223953608 .  
  5. ↑ أوياما، إس تي، محرر. (1996). كيمياء كربيدات ونتريدات المعادن الانتقالية . بلاكي أكاديميك. ISBN 0-7514-0365-2.
  6. ↑ بيرسون، إتش أو (1996). دليل الكربيدات والنتريدات المقاومة للحرارة . ويليام أندرو. رقم ISBN 0-8155-1392-5.
  7. ↑ غريغوري، دنكان هـ. (2001). "كيمياء النتريد لعناصر المجموعة s". مراجعة كيمياء التناسق 215 : 301-345 . doi : 10.1016/S0010-8545(01)00320-4 .
  8. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2005). تسمية الكيمياء غير العضوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2005). كامبريدج (المملكة المتحدة): الجمعية الملكية للكيمياء - الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . رقم ISBN 0-85404-438-8ص 260. نسخة إلكترونية. 
  9. ↑ توث، لويس (11 أبريل 2014). كربيدات ونتريدات المعادن الانتقالية . إلسيفير. ISBN 978-0-323-15722-3.
  10. ^ لينويبر ، أندرياس. نيوا، راينر؛ جاكوبس، هربرت؛ كوكلمان، وينفريد (2000). "نيتريدات المنغنيز η-Mn3N2 و θ-Mn6N5 + x: الهياكل النووية والمغناطيسية" . مجلة كيمياء المواد . 10 (12): 2827-2834 . دوى : 10.1039 / b006969h .
  11. ↑ ماي، أ.ب.؛ هاو، ب.م.؛ تشانغ، س.؛ سارديلا، م.؛ إيكشتاين، ج.ن.؛ هولتمان، ل.؛ روكيت، أ.؛ بيتروف، إ.؛ غرين، ج.إ. (18-10-2013). "الخواص الفيزيائية لطبقات ZrN/MgO(001) المترسبة بالترسيب المغناطيسي التفاعلي" . مجلة علوم وتكنولوجيا الفراغ أ . 31 (6): 061516. رمز Bibcode : 2013JVSTA..31f1516M . doi : 10.1116/1.4825349 . ISSN 0734-2101 . 
  12. ↑ سيلر، ل.؛ بيلتيكيس، ن.؛ كريشنامورثي، س.؛ تشاو، ي.؛ بول، س. ج.؛ هانت، م. ر. س. (2005). "غشاء ذهبي مع نتريد الذهب - موصل ولكنه أصلب من الذهب" (ملف PDF) . رسائل الفيزياء التطبيقية 86 (22): 221912. Bibcode : 2005ApPhL..86v1912S . doi : 10.1063/1.1941471 .
  13. ↑ مونتويا، جيه إيه؛ هيرنانديز، إيه دي؛ سانلوب، سي؛ غريغوريانز، إي؛ سكاندولو، إس (2007). "OsN2: التركيب البلوري والخواص الإلكترونية". مجلة الفيزياء التطبيقية ، 90 (1): 011909. رمز Bibcode : 2007ApPhL..90a1909M . doi : 10.1063/1.2430631 .
  14. ↑ شانلي، إدوارد س.؛ إنيس، جون ل. (1991). "كيمياء وتكوين الطاقة الحرة لنيتريد الفضة". مجلة الهندسة الكيميائية والبحوث الصناعية . 30 (11): 2503. doi : 10.1021/ie00059a023 .
  15. ↑ دو، جينغ تشن؛ سيد، جون أ.؛ بيريمان، فيكتوريا إي جيه؛ كالتسويانيس، نيكولاس؛ آدامز، رالف دبليو.؛ لي، دانيال؛ ليدل، ستيفن تي. (2021). "تساهمية الرابطة الثلاثية الاستثنائية في اليورانيوم (VI)-نيتريد من خلال مطيافية الرنين المغناطيسي النووي 15N والتحليل الكيميائي الكمي" . نات . كوميون . 12 (1): 5649. Bibcode : 2021NatCo..12.5649D . doi : 10.1038/s41467-021-25863-2 . PMC 8463702. PMID 34561448 .  
  16. ^ أسلاندوكوف، أ. أسلاندوكوفا، أ.؛ لانيل، د.؛ خاندارخاييفا، إس؛ يين، Y.؛ أكبر، FI؛ شاريتون، S .؛ براكابينكا، V.؛ لورانس برايت، إي؛ جياكوبي، C .؛ رايت، J.؛ كومبوني، د.؛ هانفلاند، م. دوبروفينسكايا، ن.؛ دوبروفينسكي، ل. (2024). “استقرار الوحدات الأنيونية N6 و N8 وطبقات البولينيتروجين ثنائية الأبعاد في بولينيتريدات سكانديوم عالية الضغط”. اتصالات الطبيعة . 15 . دوى : 10.1038/s41467-024-46313-9 .
  17. ^ أسلاندوكوف، أ. تريبل، ف. أسلاندوكوفا، أ.؛ لانيل، د.؛ فيدوتينكو، ت.؛ خاندارخاييفا، إس؛ أبريليس، ج.؛ جياكوبي، C .؛ لورانس برايت، إي؛ أبريكوسوف، آيوا؛ دوبروفينسكي، L.؛ دوبروفينسكايا، ن. (2022). “Anionic N18 Macrocycles وPolynitrogen Double Helix في رواية Yttrium Polynitrides YN6 وY2N11 عند 100 GPa”. أنجيواندتي كيمي . 134 (34). دوى : 10.1002/ange.202207469 .
  18. ^ لانييل، د.؛ أسلاندوكوفا، AA؛ أسلاندوكوف، أن. فيدوتينكو، ت.؛ شاريتون، س. جلازيرين، ك.؛ براكابينكا، VB. دوبروفينسكي، LS. دوبروفينسكايا، ن. (2021). “تخليق الضغط العالي لنيتريد β-Zn3N2 ومركبات البولينيتروجين α-ZnN4 و β-ZnN4”. الكيمياء غير العضوية . 60 (19): 14594–14601 . دوى : 10.1021/acs.inorgchem.1c01532 .