Nitruro di magnesio

Nitruro di magnesio
	Struttura cristallina del nitruro di magnesio
Nome IUPAC
	Nitruro di magnesio
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	Mg3N2
Massa molecolare (u)	100,9494
Aspetto	solido giallo-verde
Numero CAS	12057-71-5
Numero EINECS	235-022-1
PubChem	3673438
SMILES	[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[N-3].[N-3]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	2,712
Solubilità in acqua	decomposizione rapida
Temperatura di fusione	271 °C (544 K)
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	–461
Indicazioni di sicurezza
	pericolo
Frasi H	228 - 315 - 319 - 335
Consigli P	210 - 261 - 280 - 305+351+338 - 405 - 501

Il nitruro di magnesio è il composto binario di formula Mg₃N₂. È un composto ionico contenente ioni Mg²⁺ e N³⁻; a temperatura e pressione ambiente è una polvere giallo verdastra.

Preparazione

Si prepara per sintesi diretta dagli elementi, facendo reagire polvere di magnesio riscaldata con azoto:

{\ce {3Mg\ +\ N2->[{\text{800°C}}]Mg3N2}}

o facendolo reagire con ammoniaca ad alta temperatura ^[2]^[4]

{\ce {3Mg\ +\ 2NH3->[{\text{700°C}}]Mg3N2\ +\ 3H2}}

Chimica

Il nitruro di magnesio reagisce con l'acqua per produrre idrossido di magnesio e gas di ammoniaca, così come molti nitruri metallici.

{\ce {Mg3N2_{(s)}\ + \ 6H2O_{(l)}-> 3Mg(OH)2_{(aq)}\ + \ 2NH3_{(g)}}}

Infatti, quando il magnesio viene bruciato nell'aria, oltre al prodotto principale, l'ossido di magnesio, si forma del nitruro di magnesio.

La decomposizione termica del nitruro di magnesio fornisce magnesio e azoto gassoso (a 700-1500 °C).

Ad alte pressioni, è stata suggerita e successivamente scoperta la stabilità e la formazione di nuovi nitruri ricchi di azoto (rapporto N/Mg uguale o maggiore a uno)^[5]^[6]^[7]. Questi includono i solidi Mg₂N₄ e MgN₄ che diventano entrambi termodinamicamente stabili vicino a 50 GPa^[8]. Il nitruro di magnesio è composto da specie esotiche cis-tetranitrogene N₄⁴⁻ con ordini di legame N-N vicini a uno. Questo composto di nitruro di magnesio è stato recuperato in condizioni ambientali, insieme alle unità N₄⁴⁻, segnando solo la quarta massa di entità di poliazoto stabilizzata in condizioni ambientali.

Usi

Il nitruro di magnesio è stato il catalizzatore nella prima sintesi pratica del borazone (nitruro di boro cubico)^[9].

Uno studioso, Robert H. Wentorf Jr., stava cercando di convertire la forma esagonale del nitruro di boro nella forma cubica mediante una combinazione di calore, pressione e un catalizzatore. Aveva già provato tutti i catalizzatori logici (ad esempio quelli che catalizzano la sintesi del diamante), ma senza successo.

Per disperazione e curiosità (lo definì l'approccio "commetti il massimo numero di errori"^[10]), aggiunse del filo di magnesio al nitruro di boro esagonale e gli diede la stessa pressione e trattamento termico. Quando esaminò il filo al microscopio, trovò minuscoli grumi scuri attaccati ad esso. Questi grumi potevano graffiare un blocco levigato di carburo di boro, cosa che solo il diamante sapeva fare.

Dall'odore di ammoniaca, causato dalla reazione del nitruro di magnesio con l'umidità nell'aria, dedusse che il magnesio metallico aveva reagito con il nitruro di boro per formare il nitruro di magnesio, che era il vero catalizzatore.

Durante l'isolamento dell'argon, William Ramsay passò aria secca sul rame per rimuovere l'ossigeno e sul magnesio per rimuovere l'azoto, formando nitruro di magnesio.^[11]

Note

^ ^a ^b ^c GESTIS.
^ ^a ^b Greenwood e Earnshaw 1997
^ (DE) A.F. Holleman e N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Berlino, Walter de Gruyter, 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
^ Brauer 1963
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^ Yang Hu, George Z. Chen, Lin Zhuang, Zhivong Wang e Xianbo Jin, Indirect electrosynthesis of ammonia from nitrogen and water by a magnesium chloride cycle at atmospheric pressure, in Cell Reports Physical Science, vol. 2, n. 5, 2021, p. 100425, Bibcode:2021CRPS....200425H, DOI:10.1016/j.xcrp.2021.100425, ISSN 2666-3864 (WC · ACNP).

Bibliografia

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[5] (EN) Shuyin Yu, Bowen Huang, Qingfeng Zeng, Artem R. Oganov, Litong Zhang e Gilles Frapper, Emergence of Novel Polynitrogen Molecule-like Species, Covalent Chains, and Layers in Magnesium–Nitrogen Mg_xN_y Phases under High Pressure, in The Journal of Physical Chemistry C, vol. 121, n. 21, 21 aprile 2017, pp. 11037–11046, DOI:10.1021/acs.jpcc.7b00474, ISSN 1932-7447 (WC · ACNP).

[6] (EN) Shuli Wei, Da Li, Zhao Liu, Xin Li, Fubo Tian, Defang Duan, Bingbing Liu e Tian Cui, Alkaline-earth metal (Mg) polynitrides at high pressure as possible high-energy materials, in Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 19, n. 13, 2017, pp. 9246–9252, DOI:10.1039/C6CP08771J, ISSN 1463-9076 (WC · ACNP), PMID 28322368.

[7] (EN) Kang Xia, Xianxu Zheng, Jianan Yuan, Cong Liu, Hao Gao, Qiang Wu e Jian Sun, Pressure-Stabilized High-Energy-Density Alkaline-Earth-Metal Pentazolate Salts, in The Journal of Physical Chemistry C, vol. 123, n. 16, 25 aprile 2019, pp. 10205–10211, DOI:10.1021/acs.jpcc.8b12527, ISSN 1932-7447 (WC · ACNP).

[8] (EN) Dominique Laniel, Bjoern Winkler, Egor Koemets, Timofey Fedotenko, Maxim Bykov, Elena Bykova, Leonid Dubrovinsky e Natalia Dubrovinskaia, Synthesis of magnesium-nitrogen salts of polynitrogen anions, in Nature Communications, vol. 10, n. 1, dicembre 2019, pp. 4515, DOI:10.1038/s41467-019-12530-w, ISSN 2041-1723 (WC · ACNP), PMID 31586062.

[9] (EN) R.H. Wentorf, Jr., Synthesis of the Cubic Form of Boron Nitride, in Journal of Chemical Physics, vol. 34, n. 3, marzo 1961, pp. 809–812, DOI:10.1063/1.1731679.

[10] (EN) Robert H. Wentorf, Jr., Discovering a Material That's Harder Than Diamond, su winstonbrill.com, ottobre 1993. URL consultato il 28 giugno 2006 (archiviato dall'url originale il 9 ottobre 2009).

[11] Yang Hu, George Z. Chen, Lin Zhuang, Zhivong Wang e Xianbo Jin, Indirect electrosynthesis of ammonia from nitrogen and water by a magnesium chloride cycle at atmospheric pressure, in Cell Reports Physical Science, vol. 2, n. 5, 2021, p. 100425, Bibcode:2021CRPS....200425H, DOI:10.1016/j.xcrp.2021.100425, ISSN 2666-3864 (WC · ACNP).

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