氮在高溫時能與許多金屬或非金屬反應(yīng)而生成氮化物如:
3Mg+N2=Mg3N2 2B+N2=2BN
ⅠA、ⅡA族元素的氮化物屬于離子型,可以在高溫時由金屬與N2直接化合,也可用加熱氨基化物的方法而制備:
3Ba(NH2)2=Ba3N2+4NH3
這類氮化物大多是固體,化學(xué)活性大,遇水即分解為氨與相應(yīng)的堿,
Li3N+3H2O=3LiOH+NH3
ⅢA、ⅣA族的氮化物如BN、AIN、Si3N4、Ge3N4是固態(tài)的聚合物,其中BN、AIN是巨分子的金剛石型結(jié)構(gòu)、具有高熔點(2273~3273K),它們不是絕緣體便是半導(dǎo)體。
過渡金屬的氮化物如TiN、ZrN,Mn5N2、W2N3等不能看作是氨的簡單取代產(chǎn)物,它們是屬于所謂“間充化合物”。氮原子填充在金屬結(jié)構(gòu)的間隙中。這類氮化物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,一般不易與水、酸起反應(yīng),不被空氣中的氧所氧化,具有金屬的外形,熱穩(wěn)定性高,能導(dǎo)電并具有高熔點(見表13-2數(shù)據(jù))和高硬度(在9~10之間)。由于它們具有這些特性,因此適合用于作高強度的材料。
表13-2 一些過渡金屬氮化物的熔點*/K
金屬 | Ti | Zr | Hf | V | Nb | Ta |
熔點 | 1941 | 2128 | 2493 | 2173 | 2743 | 3288 |
氮化物 | TiN | ZrN | HfN | VN | NbN | TaN |
熔點 | 3493 | 3223 | 3255 | 2323 | 2846 | 3363 |
* 數(shù)據(jù)選自Akhmetov N.,General and Inorganic Chemistry,1981,350.
氫疊氮酸為無色有刺激味的液體。沸點308.8K,熔點193K。它是易爆物質(zhì),只要受到撞擊就立即爆炸而分解。
2HN3=3N2+H2 △H°=-593.6kJ·mol-1
稀溶液幾乎不分解。氫疊氮酸的水溶液為一弱酸,Ka=1.9×10(-5次方)。因為它的揮發(fā)性高,可用稀H2SO4與疊氮化鈉作用而獲得疊氮酸。NaN3則從下面反應(yīng)得到。
NaNH2+N2O=NaN3+H2O
氫疊氮酸的三個氮原子都在一直線上。其結(jié)構(gòu)表示如下:
活潑金屬如堿金屬和鋇等的疊氮化物,加熱時不爆炸,但分解為氮和金屬。
2NaN3(s)=2Na(l)+3N2(g)
而LiN3則轉(zhuǎn)變?yōu)榈?。象Ag、Cu、Pb、Hg等的疊氮化物會爆炸。疊氮化鉛在600K時爆炸,常用作引爆劑。