Eisennitride

Eisennitride sind anorganische chemische Verbindungen des Eisens aus der Gruppe der Nitride. Es sind mit Dieisennitrid Fe₂N, Trieisennitrid Fe₃N (genauer Fe₃N_1+x), Tetraeisennitrid Fe₄N und Stickstoffmartensit α´´-Fe₁₆N₂ sowie FeN mehrere Eisennitride bekannt.

Vorkommen

Tetraeisennitrid kommt in der Natur als Mineral Roaldit, Trieisennitrid als Mineral Siderazot vor.

Gewinnung und Darstellung

Eisennitride können durch Reaktion von Eisen mit Ammoniak bei 350 bis 550 °C gewonnen werden. Das entstehende Produkt entspricht in seiner Zusammensetzung der Formel Fe₂N und stellt die orthorhombische γ´-Modifikation dar, die einen sehr schmalen Homogenitätsbereich aufweist.

Öfters wird jedoch bei ähnlicher Herstellung auch das Auftreten einer hexagonalen ε-Phase mit geringerem Stickstoffanteil etwa entsprechend Fe₃N beobachtet. Das Produkt geht beim Erhitzen im Vakuum bei etwa 500 °C unter Abgabe von Stickstoff zunächst in die ε-Phase, dann in Fe₄N über.

Eigenschaften

Eisennitride sind graue bis schwarze Pulver von metallartigem Charakter. ζ-Fe₂N (CAS-Nummer: 12023-20-0) hat eine Dichte von 6,35 g·cm⁻³ und besitzt eine orthorhombische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pbcn (Raumgruppen-Nr. 60)Vorlage:Raumgruppe/60 (a = 444 pm, b = 554 pm, c = 484 pm). Die ε-Modifikation Fe₃N (CAS-Nummer: 12023-51-7) hat eine Dichte von 7,36 g·cm⁻³ und besitzt eine hexagonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe P6₃22 (Nr. 182)Vorlage:Raumgruppe/182 (a = 270 pm, c = 437 pm). Fe₄N (CAS-Nummer: 12023-64-2) hat eine Dichte von 6,57 g·cm⁻³ und besitzt eine Kristallstruktur mit kubisch dichtester Packung der Eisenatome und der Raumgruppe P43m (Nr. 215)Vorlage:Raumgruppe/215 (a = 379,5 pm).

Verwendung

Eisennitride bilden sich bei der Oberflächenvergütung (Härtung) von Stahl. Der entsprechende Prozess wird als Nitrieren (chemisch korrekt: Nitridieren) bezeichnet.

Eisen-Stickstoffverbindungen können auch sehr starke Permanentmagnete ausbilden. Diese gelten als Alternative zu den heute teuren Seltenerdmagneten. Hierbei müssen jedoch Nanopartikel dargestellt werden.

Literatur

• Dana Maria Borsa: Nitride-based insulating and magnetic thin films and multilayers, Cap 3, Iron Nitrides (PDF; 1,2 MB), 2004, ISBN 90-367-1979-8

Einzelnachweise

1. S.T. Oyama: Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. Springer, 1996, ISBN 0-7514-0365-2, S. 186 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
2. Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik 2: Werkstoffherstellung - Werkstoffverarbeitung ... Hanser Verlag, 2009, ISBN 3-446-41711-7, S. 268 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. Georg Brauer (Hrsg.) u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band III, Ferdinand Enke, Stuttgart 1981, ISBN 3-432-87823-0, S. 1649.
4. D. Rechenbach, H. Jacobs: Structure determination of ζ-Fe₂N by neutron and synchrotron powder diffraction. In: Journal of Alloys and Compounds, 1996, 235(1), S. 15–22, doi:10.1016/0925-8388(95)02097-7.
5. Jean d’Ans, Ellen Lax, Roger Blachnik: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Springer DE, 1998, ISBN 3-642-58842-5, S. 454 f. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
6. Tyler Eugene Stevens, Riley Lewis, Charles Joseph Pearce, Mark A. Rodriguez, Sara Dickens, Bonnie B. McKenzie, Stanley Atcitty, Todd Monson: Synthesis and Magnetic Properties of Iron Nitrides. 2019 (osti.gov [abgerufen am 5. Oktober 2022]). 
7. heise online: Abschied von den Seltenen Erden. In: heise.de. MIT Technology Review, abgerufen am 5. Oktober 2022. 
8. 10 Gründe: Eisennitride: Starke Magnete ohne Elemente der Seltenen Erden. In: 10-raisons.fr. 10-Raisons.fr, 2022, abgerufen am 5. Oktober 2022.