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Nitruri
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Si definisce nitruro un composto chimico binario prodotto dalla reazione dell'azoto con un elemento chimico avente minore elettronegatività (solitamente un metallo o metalloide, M). In questi composti l'azoto assume spesso stato di ossidazione −3.
Sono conosciuti vari tipi di nitruri degli elementi chimici, divisi in:
- salini o elettrostatici (come quelli dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi);
- covalenti (come quelli dei metalloidi e dei non metalli tipo arsenico, zolfo e fosforo);
- metallici o interstiziali, che rappresentano i più numerosi ed hanno formula generale MN, M2N o M4N;
- diamantoidi, perché strutturalmente correlati al reticolo cristallino della grafite o del diamante (come i nitruri di boro, alluminio, gallio, indio e tallio).
Occorre non confondere i nitruri con gli azoturi, che sono i sali dell'acido azotidrico (HN3).
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Sintesi
Riepilogo
Prospettiva
A seconda dell'elemento chimico o del metallo sottoposto alla suddetta reazione, si ottengono vari tipi di nitruri con densità ed altre proprietà fisico-chimiche diverse tra loro. I più studiati, soprattutto per le loro proprietà tecnologiche, sono i nitruri dei metalli di transizione e dei metalli rari o nobili (ad esempio zirconio, renio, rodio, etc.). Questi tipi di nitruri si ottengono con molta difficoltà dato che la loro sintesi avviene usualmente facendo reagire azoto o ammoniaca, con la polvere molto fine del metallo, a temperature molto alte (generalmente oltre i 1700-1800 °C) e con l'ausilio di elevate pressioni.
Il prodotto così ottenuto è in genere una polvere con varie tonalità di grigio, chimicamente inerte, avente densità variabile a seconda del metallo usato, e con punti di fusione (Tfus) mediamente più alti del metallo o dell'elemento di partenza. Nella maggior parte dei casi, inoltre, possiedono conduttività metallica e la loro durezza (scala di Mohs) è superiore a 8,5 e a volte vicina a quella del diamante (10).
Nella tecnologia moderna delle leghe metalliche per usi speciali, si ricorre in alcuni casi alla tecnica della nitrurazione. Questa consiste nell'esporre ad azoto o suo adatto composto, spesso ammoniaca, la superficie metallica della lega ad elevate temperature e pressioni per diverse ore (12-18). La reazione si estende solo per alcune decine di micron di profondità dalla superficie metallica trattata (non raggiunge mai i 2 decimi di millimetro). Tuttavia le proprietà tecnologiche ne risultano notevolmente migliorate, soprattutto quelle connesse all'usura ed allo sforzo meccanico ad alta temperatura.
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Proprietà dei nitruri metallici
La tabella seguente riporta i più importanti nitruri metallici, la loro formula bruta (xx), con le rispettive densità (in g/cm³) e il punto di fusione (in °C):
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Impieghi
Riepilogo
Prospettiva
Tra i nitruri particolarmente usati figurano il nitruro di boro cubico (struttura el diamante), come sostituto del diamante stesso nelle operazioni di taglio e il nitruro di silicio (Si3N4), come materiale ceramico con alta resistenza all'usura, eccellente resistenza agli sbalzi termici, un basso coefficiente di attrito e buona resistenza agli agenti corrosivi più forti. Sfortunatamente è molto difficile sia da sintetizzare che da plasmare in forme opportune. La migliore forma attualmente ottenibile è una sua miscela o soluzione solida con polvere di corindone (ossido di alluminio, Al2O3), aventi in commercio il nome Sialon.
Diversi nitruri metallici sono stati impiegati anche come catalizzatori in fase omogenea, ad esempio una miscela di nitruri di ferro ha trovato uso per l'idrogenazione dei composti carbonilici (processo Fischer-Tropsch).
Infine i nitruri di uranio, di plutonio o misti sono allo studio come combustibili nucleari sostitutivi del MOx per il reattore nucleare al piombo, avendo proprietà neutroniche e termomeccaniche migliori; il principale ostacolo per ora rimane l'aspetto economico della loro produzione che a livello ottimale presuppone l'arricchimento dell'N-15 a discapito dell'N-14 poiché quest'ultimo produce il carbonio 14 consumando notevolmente neutroni termici:
![{\displaystyle {{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {14}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {14}}}\mathrm {N} ~\ {}+{}\ \mathrm {n} {}\mathrel {\longrightarrow } {}{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {14}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {14}}}\mathrm {C} ~\ {}+{}\ \mathrm {p} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e4d0ce4595b832685a4493aa9662808d8f33b965)
Bibliografia
- N.N. Greenwood e A. Earnshaw, Chimica degli elementi, Edizioni PICCIN, 1991.
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Collegamenti esterni
- (EN) Steven S. Zumdahl, nitride, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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