Nitruro di zinco
| Nitruro di zinco | |
|---|---|
 | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | Zn3N2 |
| Peso formula (u) | 224,154 g/mol |
| Aspetto | cristalli cubici grigio-blu |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 215-207-3 |
| PubChem | 12130759 |
| SMILES | [N-]=[Zn].[N-]=[Zn].[Zn+2] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/l, in c.s.) | 6220 |
| Solubilità in acqua | insolubile |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Frasi H | 315 - 319 |
| Consigli P | 264 - 280 - 302+352 - 305+351+338 - 321 - 332+313 - 337+313 - 362 |
Il nitruro di zinco è un composto inorganico binario dello zinco(II) con l'azoto(-III) in rapporto esattamente stechiometrico, la cui formula minima è pertanto Zn3N2.[1] Solitamente viene ottenuto sotto forma di cristalli grigio-blu, stabili fino a non molto oltre 600 °C. È un semiconduttore e in forma pura ha la struttura della anti-bixbyite (Mn2O3).[2][3]
Proprietà chimiche
Il nitruro di zinco può essere ottenuto per decomposizione termica del diammoniuro di zinco (Zn(NH2)2), zinco diammina)[4] in ambiente anaerobico, a temperature superiori a 200 °C. Il sottoprodotto della reazione è l'ammoniaca:[5]
![{\displaystyle {3\,\mathrm {Zn} (\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Zn} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}~\ {}+{}\ 4\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7a53602d9b819a07b48d3a0ee76f9cd32d127860.svg)
Si può formare anche riscaldando lo zinco a 600 °C in corrente di ammoniaca; il sottoprodotto è idrogeno gassoso:[4][6]
![{\displaystyle {3\,\mathrm {Zn} ~\ {}+{}\ 2\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Zn} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}~\ {}+{}\ 3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/23f0582dfe9f113a4c646b002748b21b912a1ca3.svg)
La decomposizione del nitruro di zinco negli elementi alla stessa temperatura è una reazione concorrente;[7] a 700 °C il nitruro di zinco si decompone.[8] È stato ottenuto anche producendo una scarica elettrica tra elettrodi di zinco in atmosfera di azoto.[7][9] Film sottili sono stati prodotti mediante deposizione chimica da vapore di bis(bis(trimetilsilil)ammido]zinco con ammoniaca gassosa su silice o allumina rivestita di ossido di zinco a una temperatura compresa tra 275 e 410 °C.[10]
Il nitruro di zinco reagisce violentemente con l'acqua per formare ammoniaca e ossido di zinco:[4][5]
![{\displaystyle {\mathrm {Zn} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}~\ {}+{}\ 3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {ZnO} ~\ {}+{}\ 2\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f7ce96d955d5939832382a1653898d0a9964bbb4.svg)
Il nitruro di zinco reagisce con il litio (prodotto in una cella elettrochimica) per inserzione di Li nel reticolo cristallino. La reazione iniziale è la conversione irreversibile in LiZn in una matrice di beta-Li3N. Questi prodotti possono quindi essere convertiti reversibilmente per via elettrochimica nel nitruro bimetallico LiZnN (struttura tipo fluorite[3]) e Zn metallico.[11][12]
Struttura cristallina
La struttura cristallina è antiisomorfa con triossido di dimanganese (bixbyite).[13][9] Il composto è endotermico, la sua entalpia standard di formazione è circa 24 kcal/mol (100 kJ/mol).[9] È un semiconduttore con una band-gap di circa 3,2 eV.[14] Tuttavia, un sottile film di nitruro di zinco preparato mediante elettrolisi con un elettrodo di zinco di una miscela di sali fusi contenente nitruro di litio (Li3N) ha mostrato un band-gap di 1,01 eV.[15]
Il nitruro di zinco ha una struttura cubica con gruppo spaziale Ia3 (gruppo n° 206).[13]
Note
- ↑ Zinc Nitride | The Merck Index Online, su merckindex.rsc.org. URL consultato il 18 luglio 2026.
- ↑ ZINC NITRIDE CAS#: 1313-49-1, su www.chemicalbook.com. URL consultato il 18 luglio 2026.
- 1 2 Nils Wiberg, Egon Wiberg e Arnold Frederik Holleman, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 1761, ISBN 978-3-11-026932-1.
- 1 2 3 (EN) Henry Enfield Roscoe e Carl Schorlemmer, A Treatise on Chemistry: Volume II, The Metals, 4ª ed., Londra, Macmillan Publishers, 1878, pp. 650-651. URL consultato il 1º novembre 2007.
- 1 2 (EN) C. L. Bloxam, Chemistry, Inorganic and Organic, 9ª ed., Philadelphia, P. Blakiston's Son & Co., 1903, p. 380. URL consultato il 31 ottobre 2007.
- ↑ (EN) Thomas Martin Lowry, Inorganic Chemistry, Macmillan Publishers, 1922, p. 872. URL consultato il 1º novembre 2007.
- 1 2 (EN) E.B. Maxtead, Ammonia and the Nitrides, 1921, pp. 69-20.
- ↑ (EN) §4-100; Physical Constants of Inorganic Compounds, in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96ª ed..
- 1 2 3 (EN) J.W. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, 8, Part 1, 1964, pp. 160-161.
- ↑ (EN) E. Maile e R. A. Fischer, MOCVD of the Cubic Zinc Nitride Phase, Zn3N2, Using Zn[N(SiMe3)2]2 and Ammonia as Precursors, in Chemical Vapor Deposition, vol. 11, n. 10, ottobre 2005, pp. 409-414, DOI:10.1002/cvde.200506383.
- ↑ (EN) Amatucci, G. G. e Pereira, N., Nitride and Silicide Negative Electrodes, in Lithium Batteries: Science and Technology, Kluwer Academic Publishers, 2004, p. 256, ISBN 978-14-02-07628-2. URL consultato il 1º novembre 2007.
- ↑ (EN) N. Pereiraa, L.C. Klein e G.G. Amatuccia, The Electrochemistry of Zn3N2 and LiZnN - A Lithium Reaction Mechanism for Metal Nitride Electrodes, in Journal of the Electrochemical Society, vol. 149, n. 3, 2002, p. A262, DOI:10.1149/1.1446079.
- 1 2 (EN) D.E. Partin, D.J. Williams e M. O'Keeffe, The Crystal Structures of Mg3N2 and Zn3N2, in Journal of Solid State Chemistry, vol. 132, n. 1, 1997, pp. 56-59, DOI:10.1006/jssc.1997.7407.
- ↑ (EN) S.T. Ebru, E. Ramazan e K. Hamide, Structural and Optical Properties of Zinc Nitride Films Prepared by Pulsed Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition (PDF), in Chin. Phys. Lett., vol. 24, n. 12, 2007, p. 3477, DOI:10.1088/0256-307x/24/12/051. URL consultato il 31 ottobre 2021 (archiviato dall'url originale il 24 marzo 2016).
- ↑ (EN) Kazuaki Toyoura, Hiroyuki Tsujimura, Takuya Goto, Kan Hachiya, Rika Hagiwara e Yasuhiko Ito, Optical properties of zinc nitride formed by molten salt electrochemical process, in Thin Solid Films, vol. 492, 1–2, 2005, pp. 88-92, DOI:10.1016/j.tsf.2005.06.057.