4.15: Problemas de aplicación
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El nitruro de tantalio (TaN) es un material muy duro utilizado en transmisiones de automóviles y otras aplicaciones de alto rendimiento.
- Dada su posición en la tabla periódica, ¿cuál es la carga sobre el ion nitruro?
- Por lo tanto, ¿cuál es la carga sobre el tántalo en nitruro de tantalio?
- El nitruro de tantalio suele adoptar una estructura hexagonal. El siguiente dibujo muestra una celda unitaria. Colocar un átomo de tantalio en cada esquina de la celda unitaria.
- El nitruro de tantalio es una estructura en capas. Los nitruros se encuentran en los mismos planos que los átomos de tántalo. Dentro de cada capa, hay un nitrógeno entre cada par de átomos de tántalo. Agrega los nitrógenos a cada capa.
- ¿Cuántos tántalos hay en una celda unitaria? Muestra cómo sabes.
- ¿Cuántos nitruros hay en una celda unitaria? Muestra cómo sabes.
- La fórmula resultante no coincide con nuestras expectativas. Agrega átomos a la capa media para equilibrar las cosas.
- ¿Cuál es la geometría de coordinación de los átomos en la capa media? El calentamiento del metal tantalio bajo dinitrógeno o amoníaco conduce a la formación de nitruro de tántalo hexagonal. ¿Y si otros métodos pudieran conducir a otras estructuras del mismo compuesto? Estas nuevas estructuras también podrían tener propiedades útiles.
- El nitruro de tantalio también forma una rara fase cúbica. En esta fase, supongamos que los nitruros forman una matriz cúbica centrada en la cara, con tantalio en los agujeros octaédricos. Rellenar los átomos.
Wolczanski (Universidad de Cornell) reportó la síntesis de un compuesto molecular de nitruro de tántalo (adaptado con permiso de Banaszak Holl, M. M.; Wolczanski, P. T.; Van Duyne, G. D. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7989-7994; Copyright 1994 American Chemical Society).
j) Hay dos geometrías moleculares diferentes en tántalo. Agregue dos etiquetas que apunten a dos átomos de tántalo (ejemplo a la derecha) describiendo sus diferentes geometrías.
k) Hay dos geometrías moleculares diferentes en nitrógeno. Agregue dos etiquetas que apunten a dos átomos de nitrógeno (ejemplo a la derecha) describiendo sus diferentes geometrías.
l) Hay dos enlaces tántalo-nitrógeno diferentes en este compuesto. Identificar qué longitud de enlace corresponde a qué enlace (s) de nitrógeno de tántalo agregando dos etiquetas más al dibujo.
TaN = 194 nm y TaN = 212 nm
El calentamiento de este compuesto a 800 °C resulta en la formación de la forma cúbica menos común de nitruro de tántalo.
m) Proponer una razón por la cual este compuesto conduce a la formación de nitruro de tántalo cúbico en lugar de hexagonal.
- Contestar a
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N 3- llegaría a una configuración de gas noble.
- Respuesta b
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Ta 3 + equilibraría la carga en TaN.
- Respuesta c
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- Respuesta d
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- Respuesta e
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#Ta = (\ frac {1} {6}) (\ frac {1} {2}) (4)\) para las esquinas agudas y (1/3) (1/2) (4) para las esquinas obtusos
\[ = \frac{4}{12} + \frac{4}{6} \nonumber\]
\[ = \frac{4}{12} + \frac{8}{12} \nonumber\]
= 1 (tenga en cuenta que es el mismo resultado que las esquinas de un cubo)
- Respuesta f
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\( \# = \frac{1}{4}(8)\)para los bordes y\(frac{1}{2}(2)\) para las caras
\[= 2 + 1 \nonumber\]
\[=3 \nonumber\]
- Respuesta g
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Necesita 2 más Ta.
- Respuesta h
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Cada tantalio tiene tres nitrógenos arriba y tres debajo de él. Es casi octaédrica, pero la capa superior de nitrógenos se alinea por encima de la capa inferior en lugar de estar torcida 120 grados para formar un octaedro. La geometría es un prisma trigonal.
- Respuesta i
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- Responder j
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- Responder k
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- Contesta l
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Los dobles enlaces mantienen los átomos más estrechamente juntos que los enlaces simples.
- Contestar m
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Se pueden imaginar las moléculas apilándose juntas para hacer una matriz cúbica de TaN.
Respuesta al Ejercicio 4.15.1m, con tres pasos que muestran la formación de la celda cúbica de nitruro de tántalo a partir del diagrama de estructura reticular.