8. Нітрування. Одержання нітридів

Одержання нітридів взаємодією деяких металів і неметалів з азотом або аміаком. Для одержання нітридів найбільш придатний аміак, який перед азотом має деякі переваги, що пов'язані з різною міцністю хімічного зв'язку в молекулах. В аміаку цей зв'язок неміцний, і при нагріванні спостерігається його розкладання, яке прискорюється на поверхні металів. Атомний азот, що виділяється, активний, тому реакції утворення нітридів відбуваються при більш низьких температурах в порівнянні з реакціями, що проводяться з азотом. Атомний водень відновлює оксидні плівки на металах, які заважають отриманню чистих нітридів. Невелика кількість кисню або пари води в аміаку не заважає отриманню чистих нітридів, якщо вихідні метали (мідь, залізо, кобальт, нікель і т.д.) не володіють великою активністю до кисню. Активні метали (магній, кальцій, алюміній і т.д.) з'єднуються навіть зі слідами кисню, тому нітриди буде забруднено оксидами. Якщо при нітруванні використовувати азот, то сліди кисню або пари води перетворюватимуть метали або неметали в оксиди навіть при невеликій спорідненості до кисню.

Для одержання нітридів з використанням аміаку застосовують установку, зображену на рисунку 85.

Аміак одержують в перегонній колбі 1 шляхом поступового нагрівання суміші хлориду амонію з натронним вапном. Для видалення слідів захопленого кисню аміак пропускають через промивалку з лужним розчином пірогалолу 2 і через колонки 3, наповнені мідними стружками (або дротом, зігнутим у вигляді колечок), змоченими 15 – 20 процентним розчином лугу в суміші з хлоридом амонію. Осушується аміак шматочками твердого лугу в колонці 4.

Рис. 85. Одержання нітридів: 1 – колба для одержання аміаку; 2 – промивалка з розчином лугу; 3 – колонки для вловлювання кисню; 4 – колонка з гідроксидом калію; 5 – лодочка з металом; 6 – електропіч.

При добуванні нітридів при 500 – 550°С можна застосувати трьохколінну скляну трубку, в середнє коліно якої поміщають 2 – 3 г металу. Потім, витіснивши повітря сухим аміаком, трубку нагрівають в струмені аміаку, пропускаючи його із швидкістю 1 – 2 пухирці за 1 секунду. З порошкоподібними металами реакція продовжується 2 – 3 години. Якщо ж метал був узятий у вигляді великих шматочків, то реакція дуже уповільнюється, оскільки вона протікає на поверхні металу і надходження металу всередину шматочків здійснюється тільки за рахунок дифузії азоту. Після закінчення реакції речовину запаюють в тій же трубці.

Аналогічно одержують нітриди, використовуючи азот. Азот необхідно очистити від слідів кисню і пари води. Для цього його пропускають через трубку, наповнену магнієвими або кальцієвими стружками і нагріту до 600°С. Використовують трубки з тугоплавкого скла, кварцу або фарфору.

Добування нітридів взаємодією оксидів металів з аміаком. Реакції оксидів металів з аміаком проходять у дві стадії. Спочатку аміак відновлює оксиди до металу, а потім метал з'єднується з азотом, що утворюється при дисоціації аміаку. Ці процеси протікають майже одночасно, тому даний метод застосовний тільки в тих випадках, коли оксиди відновлюються воднем.

Практично роботу проводять так само, як це було описано при отриманні нітридів взаємодією аміаку з металами.

Добування нітридів взаємодією хлоридів з аміаком. При добуванні нітридів можна використовувати реакцію хлоридів з аміаком у тих випадках, коли оксиди металів стійки і воднем не відновлюються. При сумісному прожарюванні аміаку і хлориду спочатку відбувається відновлення хлориду до металу. Потім метал з'єднується з азотом, який утворюється при термічній дисоціації аміаку:

CrCl₃ + NH₃ = CrN₃ + 3HCl.

Лодочку з хлоридом поміщають у фарфорову або кварцову трубку, повітря витісняють аміаком і хлорид нагрівають у струмені аміаку. Рекомендується температуру підвищувати поступово, оскільки деякі хлориди легко випаровуються. Продукт охолоджують у струмені аміаку, який повинен бути осушений пропусканням газу через концентрований розчин лугу.