Nitrure

Mèche en acier durcie par un revêtement de nitrure de titane

Les nitrures^[1] sont des composés où l’azote est au nombre d’oxydation –III. Ils constituent une large famille dont certains représentants ont des applications concrètes comme le nitrure de titane dont la dureté est mise à profit pour renforcer certains outils.

L'ion N^3- est isoélectronique de l’ion oxyde O^2- et de l’ion fluorure F^-. Il existe des nitrures ioniques (M₂N₂ M = Be, Mg, Ca…) et des nitrures covalents (S₂N₂, S₂N₄). L’ion nitrure est également un ligand qui se rencontre dans les complexes des éléments de transition, le nom du ligand est nitrido : ex MoO₃N⁻. L'azote est alors considéré comme triplement lié au métal.

L’ion nitrure se rencontre à l’état solide avec un rayon ionique de 140 pm. Il n’existe jamais en solution aqueuse. Il est formellement la base conjuguée de NH^-, qui est elle-même la base conjuguée de l’ion amidure NH₂^-, une base forte qui n’existe pas non plus dans l’eau.

L’ion nitrure N^3- ne doit pas être confondu avec l’ion azoture N₃^-.

Nitrures métalliques

Poudre blanche de nitrure d'aluminium

Structure du nitrure de lithium

L’électronégativité de l’azote (χ=3) est très supérieure à celle des métaux etn à ce titre, la structure ionique contenant un cation métallique et l’ion nitrure est a priori susceptible d’exister. Et elle existe effectivement pour la plupart des métaux comme pour le nitrure d'aluminium AlN ci-contre.

Les nitrures métalliques peuvent se former par action directe du diazote sur les métaux à haute température. C’est par cette réaction que le gaz noble argon a été pour la première fois isolés à partir de l’air, facilement débarrassée du dioxygène par du cuivre chaud^[2], et débarrassé du diazote par action du magnésium chaud^[3]. Lors de cette opération où il n’est resté que de l’argon, le diazote s’est transformé en nitrure de magnésium Mg₃N₂.

Le rayon de l'anion nitrure (140 pm) est d'une taille supérieure (voir très supérieure) à celle de la plupart des cations métalliques. Voir la structure ci-contre du nitrure de lithium (rayon ionique du lithium 90 pm) avec le nombreux petits cations Li⁺ entourant les gros anions N^3-.

Certains nitrures, tel le nitrure de niobium, sont supraconducteurs.

Nitrures des non-métaux

La plupart des composés binaires contenant l’azote et un non-métal ne sont pas des nitrures. Ainsi, les oxydes d’azote ne sont pas des nitrures d’oxygène. Cependant, quand l’électronégativité de l'élément lié à l'azote est inférieure à celle de l'azote, c’est le cas du bore (χ = 2), alors le composé en question est effectivement un nitrure (ex. nitrure de bore BN. Ce composé étant isoélectronique du carbone, il possède deux formes polymorphiques comme le graphite et le diamant). A la différence des nitrures métalliques, les nitrures des non-métaux sont covalents et non ioniques.

Le nitrure de bore cristallise sous forme hexagonale comme le graphite. Comme lui, il présente une excellente résistance à la chaleur, d'où son usage comme creuset. On l'a aussi utilisé dans la fabrication de nanotubes.

• Nitrure de bore
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  Nitrure de bore ressemblant structurellement au diamant

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  Nitrure de bore ressemblant structurellement au graphite

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  Structure de Lewis du nitrure de bore de type graphite

Préparation des nitrures

Les nitrures se préparent de différentes façons. La réaction directe à chaud sur un métal a été mentionnée ci-dessus. Un nitrure peut aussi être obtenu par décomposition d’un azoture, d’un amidure, ou par déprotonation de l’ammoniac en présence d’un métal.

Utilisation des nitrures

Les nitrures de silicium et de tungstène sont utilisés en métallurgie (céramiques) en raison de leur grande dureté.

Références

1. ↑ Greenwood N.N. & Eanrshaw A (2003) Chemistry of the elements. 2nd Ed. Elsevier.
2. ↑ (en) Carmen J Giunta, « <Using Hisory To Teach Scientific Method: The Case of Argon> », dans <J. Chem. Educ.>, vol. 75, n^o 10, octobre <1998>, p. 1322-5 [lien DOI] 
3. ↑ (en) Mary Elvira Weeks, « <The discovery of the elements. WVIII. The inert gases> », dans <J. Chem. Educ.>, vol. 9, n^o 12, décembre <1932>, p. 2065 [lien DOI]