氮在高温时能与许多金属或非金属反应而生成氮化物如:
3Mg+N2=Mg3N2 2B+N2=2BN
ⅠA、ⅡA族元素的氮化物属于离子型,可以在高温时由金属与N2直接化合,也可用加热氨基化物的方法而制备:
3Ba(NH2)2=Ba3N2+4NH3
这类氮化物大多是固体,化学活性大,遇水即分解为氨与相应的碱,
Li3N+3H2O=3LiOH+NH3
ⅢA、ⅣA族的氮化物如BN、AIN、Si3N4、Ge3N4是固态的聚合物,其中BN、AIN是巨分子的金刚石型结构、具有高熔点(2273~3273K),它们不是绝缘体便是半导体。
过渡金属的氮化物如TiN、ZrN,Mn5N2、W2N3等不能看作是氨的简单取代产物,它们是属于所谓“间充化合物”。氮原子填充在金属结构的间隙中。这类氮化物化学性质稳定,一般不易与水、酸起反应,不被空气中的氧所氧化,具有金属的外形,热稳定性高,能导电并具有高熔点(见表13-2数据)和高硬度(在9~10之间)。由于它们具有这些特性,因此适合用于作高强度的材料。
表13-2 一些过渡金属氮化物的熔点*/K
金属 | Ti | Zr | Hf | V | Nb | Ta |
熔点 | 1941 | 2128 | 2493 | 2173 | 2743 | 3288 |
氮化物 | TiN | ZrN | HfN | VN | NbN | TaN |
熔点 | 3493 | 3223 | 3255 | 2323 | 2846 | 3363 |
* 数据选自Akhmetov N.,General and Inorganic Chemistry,1981,350.
氢叠氮酸为无色有刺激味的液体。沸点308.8K,熔点193K。它是易爆物质,只要受到撞击就立即爆炸而分解。
2HN3=3N2+H2 △H°=-593.6kJ·mol-1
稀溶液几乎不分解。氢叠氮酸的水溶液为一弱酸,Ka=1.9×10(-5次方)。因为它的挥发性高,可用稀H2SO4与叠氮化钠作用而获得叠氮酸。NaN3则从下面反应得到。
NaNH2+N2O=NaN3+H2O
氢叠氮酸的三个氮原子都在一直线上。其结构表示如下:
活泼金属如碱金属和钡等的叠氮化物,加热时不爆炸,但分解为氮和金属。
2NaN3(s)=2Na(l)+3N2(g)
而LiN3则转变为氮化物。象Ag、Cu、Pb、Hg等的叠氮化物会爆炸。叠氮化铅在600K时爆炸,常用作引爆剂。