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Nitruros

Nitruros
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Nitruro.jpg
Información general
Nombre,símbolo,número:Los nitruros son compuestos binarios que contienen el anión Nitrógeno N-3.
Serie química:Liberando al reaccionar con agua, amoníaco y en algunos casos hidrógeno. Las reacciones son en general explosivas
Los Nitruros' o Aziuro son sales del ácido azothídrico con un elemento menos electronegativo, donde el nitrógeno tiene un estado de oxidación de -3. Observe que hay excepciones a esta convención de nombramiento: los nitruros de hidrógeno, NH3 y carbono, (CN)2, se llaman amoníaco y cianógeno respectivamente, y los nitruros de bromo y yodo son llamados tribromuro de nitrógeno y triyoduro de nitrógeno, respectivamente. Observe que el nitrógeno también forma los pernitruros, que contienen el anión N2−2 y las azidas, que contienen N3−. La afinidad electrónica del nitrógeno es una de las más altas, superada sólo por la del flúor y el oxígeno. Esto significa que los nitruros son un grupo grande de compuestos, que tienen un rango amplio de propiedades y aplicaciones.

Ión Nitruro

El ion nitruro es N3− (un átomo de nitrógeno con un exceso de tres electrones). Los electrones excedentes le dan al átomo de nitrógeno una capa cerrada de gas noble. El ion nitruro es isoelectrónico con el anión óxido, O2−, y el anión fluoruro, F− y tiene un radio iónico estimado de 140pm.

El ion nitruro es un fuerte ligante donante-π, más fuerte que el O2−. Forma complejos nitrido que tienen una longitud de enlace metal-nitrógeno pequeña, indicando enlace múltiple.

Como ejemplos tenemos a los siguientes compuestos:

· K3N Nitruro de potasio

· Mg3N2 Nitruro de magnesio

· Cu3N2 Nitruro de cobre

· BN Nitruro de boro

· SbN Nitruro de antimonio

· BiN Nitruro de bismuto

· CeN Nitruro de cerio

· Ti3N Nitruro de talio

· N3S2O6K Nitruro polisulfato de potasio

Clasificación

La clasificación de un grupo tan variado de compuestos es necesariamente arbitraria. La siguiente clasificación se basa en torno a su estructura:

  • salinos, tales como nitruro de litio, Li3N, nitruro de berilio, Be3N2

Covalentes

estructuras tridimensionales, como el nitruro de fósforo, P3N5; nitruro de boro, BN

  • adamantino, como el nitruro de galio, GaN
  • molecular ("volátil"), como el tetranitruro de tetraazufre, S4N4
  • intersticial, como el nitruro de titanio, TiN
  • intermedia, como el nitruro de hierro, Fe3N2.

Reacciones típicas

K3N + 3 H2O --> 3 KOH + NH3

CeN + 2H2O --> CeO2 + NH3 + 1/2 H2

Singularidades

· El Nitruro de cerio se pone incandescente con la adición de gotas de agua o agua pulverizada.

· Varios nitruros han sido encontrados en la combustión inicial de ciertos metales como el Magnesio, Litio, Titanio, que son capaces de arder en atmósfera de Nitrógeno, según la reacción siguiente:

Mg3N2 + 6 H2O --> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3

Los nitruros metálicos de transición (NMT), se han caracterizado por incrementar la resistencia al desgaste y a la corrosión en los aceros. También son materiales de gran importancia tecnológica con muchas y muy variadas aplicaciones como la fabricación de electrodos, materiales magnéticos, conductores, superconductores y revestimientos cerámicos, incluso como catalizadores.

Nitruración

Es un tratamiento termoquímico que se le da al acero. El proceso modifica su composición añadiendo nitrógeno mientras es calentado. El resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la fatiga. Una variante de este tratamiento, es el proceso tenifer.

Proceso industrial

El objetivo principal de la nitruración iónica es mejorar las propiedades superficiales de piezas para maquinaria, herramientas y matrices, obteniendo una mayor dureza superficial, resistencia al desgaste, fatiga y corrosión.

Dicho proceso es aplicable con total eficiencia en aceros, fundiciones, materiales sinterizados y aceros inoxidables.

El tratamiento se realiza en vacío y bajo el efecto de un campo eléctrico, las moléculas de nitrógeno se disocian. A causa de una diferencia de potencial (300-1000 V), los iones positivos son lanzados sobre el cátodo constituido por las piezas a tratar, sobre las que se provoca un calentamiento por transformación de energía cinética de los iones, defectos en la red, pulverización de átomos en la superficie y una limpieza superficial lo que favorece la reactividad fisicoquímica necesaria para la formación de nitruros metálicos en la capa superficial. En las piezas nitruradas aparecen dos zonas: capa blanca y zona de difusión. La capa blanca está constituída esencialmente por nitruros Fe2-3 N y Fe4N; dependiendo de los parámetros de tratamiento la capa puede estar ausente, presentar una mezcla de ambos nitruros o solo alguno de ellos.

En la zona de difusión ocurren diversas reacciones debido a la difusión de nitrógeno, éstas son precipitación de nitruros, saturación de la red de Fe,tensiones residuales, redistribución de carbono. Si el acero tiene elementos tales como Cr, Al que tienen gran afinidad por el N, se facilita la formación de nitruros de CrN u AlN.

Muchas ventajas son obtenidas con la utilización de este proceso en comparación con los tratamientos convencionales, bajas temperaturas de tratamiento, aplicable a aceros inoxidables sin disminuir su resistencia a la corrosión. El preciso control de las variables de proceso posibilita obtener capas de compuestos y zona de difusión adecuadas, sin producir efluentes contaminantes

El procesamiento de superficies por plasma ha tenido un gran desarrollo industrial en las últimas décadas, en especial la nitruración iónica...

Procedimiento

La nitruración puede ser en horno o iónica. En el primer caso la pieza se introduce en un horno en el que se llena la atmósfera con amoníaco y luego se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C. Esto hace que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno se separa del nitrógeno por diferencia de densidad y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.

En el caso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reacionan para formar el nitruro de hierro, Fe2N.

Si bien este tratamiento da gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de penetración es muy lenta, aproximadamente 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no necesita de temple posterior. Las partes de la pieza que no se deseen nitrurar se deben cubrir con un baño de estaño-plomo al 50%.

Aplicaciones de la nitruración

La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que la piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste.

Las piezas que se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza.

Aceros para nitruración

No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.

Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente). Algunos ejemplos de aceros aptos para la nitruración son:

  • Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia: La composición extra de este acero es la siguiente: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarillamiento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.
  • Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media: la composición extra de este acero es 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior, solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.
  • Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza: la composición extra de este acero es 0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficial posible.

Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.

Fuente

  • ADOLFO PONJUAN Y BLANCO Editorial pueblo y Educación 1979
  • Química General Rafael león
  • Ignacio Puig Química Elemental. Iacobucci Celso

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