Zirconiumnitrid

Zirconiumnitrid ist eine anorganische chemische Verbindung des Zirconiums aus der Gruppe der Nitride.

Kristallstruktur
_ Zr3+ 0 _ N3−
Allgemeines
Name	Zirconiumnitrid
Andere Namen	Zirconiummononitrid Zirkoniumnitrid
Verhältnisformel	ZrN
Kurzbeschreibung	gelber bis brauner geruchloser Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 25658-42-8 EG-Nummer 247-166-2 ECHA-InfoCard 100.042.864 PubChem 94359 Wikidata Q205646
Eigenschaften
Molare Masse	105,23 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[1]
Dichte	7,09 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	2980 °C[1]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser[1] löslich in konzentrierter Schwefelsäure und Flusssäure[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1] Achtung H- und P-Sätze H: 228​‐​315​‐​319​‐​335 P: 210​‐​241​‐​305+351+338​‐​302+352​‐​405​‐​501[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Gewinnung und Darstellung

Zirconiumnitrid kann nach den gleichen Verfahren wie Titannitrid dargestellt werden.^[3]

• Gelbbraunes Zirconiumnitrid erhält man bei der Synthese aus den Elementen bei 1200 °C.^[3]

• Bei der Herstellung von Zirconiumnitrid aus Zirconium(IV)-chlorid durch das Aufwachsverfahren wird bei Gegenwart von Wasserstoff (H₂ + N₂ oder Ammoniak) eine tiefere Temperatur (2000 bis 2400 °C) benötigt als in reinem Stickstoff (2900 °C). Im letzteren Fall erfolgt die Abscheidung bedeutend langsamer als bei Anwesenheit von Wasserstoff. Durch Nitridieren von Zirconium-Drähten, d. h. durch Erhitzen in reinem Stickstoff erhält man selbst bei einer knapp unter dem Schmelzpunkt von Zirconium (1860 °C) liegenden Temperatur nur sehr langsam Zirconiumnitrid und überdies in stark aufgelockertem, brüchigem Zustand.^[3]

• Bei relativ niedrigen Temperaturen kann man definierte Zirconiumnitrid-Phasen durch die Ammonolyse von Zirconium-Halogeniden, insbesondere von Zirconium(IV)-iodid über die Zwischenstufe Zirconiumnitridiodid ZrNI erhalten. Bei 700 °C bildet sich hauptsächlich braunes Zr₃N₄ (o-Zr₃N₄ mit einer Dichte von 6,32 g/cm³ und der Raumgruppe Pnam^[4]), bei 750 °C blaues Zirconiumnitrid Zr_xN (x = 0,94–0,81), oberhalb 1000 °C entsteht daraus das metallisch leitende gelbe Zirconiumnitrid.^[3]

• Unter Hochdruckbedingungen bildet sich bei Ammonolyse oder Reaktion von ZrN mit Stickstoff ein Zirconiumnitrid Zr₃N₄ vom kubischen Th₃P₄-Typ mit der Raumgruppe I43d.^[4]

Eigenschaften

Zirconiumnitrid ist ein sehr harter und spröder gelbbrauner geruchloser Feststoff.^[1][2] Es hat eine kubische Kristallstruktur vom Natriumchlorid-Typ^[5] mit der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225.^[2]

Verwendung

Zirconiumnitrid wird als hartes Beschichtungsmaterial (z. B. Zirkoniumnitrid-Multilayerbeschichtung) verwendet.^[6][7]

Einzelnachweise

1. Datenblatt Zirconium nitride, 99.5% (metals basis excluding Hf), Hf <3% bei Alfa Aesar, abgerufen am 6. Juni 2013 (Seite nicht mehr abrufbar).
2. Roger Blachnik (Hrsg.): Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Begründet von Jean d’Ans, Ellen Lax. 4., neubearbeitete und revidierte Auflage. Band 3: Elemente, anorganische Verbindungen und Materialien, Minerale. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-60035-3, S. 820 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
3. Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1379.
4. Dzivenko, Dmytro: High-pressure synthesis, structure and properties of cubic zirconium(IV)- and hafnium(IV) nitrides. Dissertation (2009), urn:nbn:de:tuda-tuprints-18742
5. Werner Martienssen, Hans Warlimont: Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data. Springer, 2005, ISBN 978-3-540-30437-1, S. 470 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
6. Gerhard Kienel: Vakuumbeschichtung: Band 5: Anwendungen. Springer DE, 1997, ISBN 978-3-642-58008-6, S. 46 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
7. Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ewald Werner: Werkstofftechnik. Pearson Deutschland GmbH, 2011, ISBN 978-3-86894-006-0, S. 634 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).