Czym są azotki? Charakterystyka grupy.

Azotki są pochodnymi amoniaku. To nieorganiczne związki chemiczne, w których każdy z atomów wodoru, tworzący amoniak, został zastąpiony atomem metalu lub niemetalu innego niż wodór.  Azot występuje w azotkach na trzecim stopniu utlenienia, a właściwie na stopniu – III i tworzy jon ujemny N3-. Jest trójwiązalny. Jon N3- nigdy nie występuje w roztworach. Jest tak silnie zasadowy, że natychmiast zostaje protonowany.

Azotki litu, berylowców oraz pierwiastków grup 11 i 12 mają budowę jonową, np. azotek litu Li3N, azotek baru Ba3N2.

Azotki pierwiastków położonych w grupach od 13 do 18 mają budowę kowalencyjną, np. azotek boru BN, azotek węgla C3N4.

Azotki metali bloku d (często azotki międzywęzłowe) posiadają wiązanie metaliczne, czyli wiązanie chemiczne występujące bezpośrednio pomiędzy atomami metali, np. azotek tytanu TiN, azotek żelaza (III) FeN.

Wzór ogólny azotków wygląda następująco:

EyxNxy

Gdzie:
N – azot
E – metal lub niemetal
x – wartościowość azotu (III)
y – wartościowość metalu lub niemetalu

Wzór ogólny nie jest spełniony dla azotków międzywęzłowych.

Nazewnictwo azotków

We wzorach sumarycznych azotków azot zawsze zapisujemy na drugim miejscu, a widząc związek, np. GaN, zbudowany z galu i azotu, chcąc go nazwać, odpowiadamy sobie na pytanie: Jest to azotek czego? Galu. Mamy zatem przed sobą azotek galu.

Azotki jonowe

  • Azotki jonowe są tworzone przez berylowce, lit oraz pierwiastki z 11 i 12 grupy układu okresowego.
  • Wśród litowców tylko lit tworzy trwały azotek. Pozostałe bardzo łatwo ulegają rozpadowi.
  • To tzw. cząsteczki olbrzymy.
  • Mają stały stan skupienia.
  • Niektóre z nich są bardzo twarde, odporne mechanicznie oraz termicznie.
  • Przykłady: Ca3N2 azotek wapnia, AlN azotek glinu.

Azotki kowalencyjne

  • Azotki kowalencyjne są tworzone przez pierwiastki położone w grupach od 13 do 18.
  • Występują we wszystkich stanach skupienia.
  • Mają różną reaktywność chemiczną.
  • Przykłady: BN azotek boru, GaN azotek galu.

Azotki międzywęzłowe

  • Azotki międzywęzłowe to azotki metali przejściowych.
  • Atom azotu ulokowany jest w sieci krystalicznej metalu.
  • Wzór ogólny azotków EyxNxy nie jest dla nich spełniony.
  • Mają stały stan skupienia.
  • Są bardzo twarde.
  • Cechują się wysokimi temperaturami topnienia i wrzenia, dużą odpornością chemiczną.
  • Dobrze przewodzą prąd elektryczny.
  • Przykłady azotek wanadu, azotek chromu (III), azotek żelaza (III).

Otrzymywanie azotków

Azotki są otrzymywane:

  • w reakcji utleniania metali z azotem (bezpośredniej syntezy) w temperaturze 700-1200oC

3 Mg + N2 → Mg3N2

  • w reakcji amoniaku z metalami lub tlenkami metali

3 Mg + 2 NH3 → Mg3N2 + 3 H2↑

  • w wyniku termicznego rozkładu amidków, redukcji tlenku metalu w obecności azotu, czy redukcji halogenku metalu w obecności azotu.

Zastosowania azotków

Azotki to grupa pierwiastków o bardzo szerokiej gamie właściwości. To determinuje różnorodność ich zastosowań. Najczęściej stosowane na dużą skalę są azotki jonowe i międzywęzłowe ze względu na wysoką twardość i ogniotrwałość. Znajdują one zastosowanie między innymi w produkcji ostrzy narzędzi tnących i skrawających, ogniotrwałych naczyń laboratoryjnych, tygli laboratoryjnych i pokryć ochronnych, czy, mówiąc ogólnie, w utwardzaniu stali. Szczególnie ciekawym przypadkiem jest azotek galu GaN. Emituje on niebieskie promieniowanie. Z tego powodu jest stosowany w laserach, fotoidach i innych urządzeniach elektronicznych.