Навигация
1.2 Физические свойства
При обычных условиях никель существует в виде -модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку. Но Ni., подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки, которая при нагревании выше 200°С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см3 (20 °С), атомный радиус 0,124 нм., ионные радиусы: Ni(2+) 0,079 нм., Ni(3+ ) 0,072 нм.; tпл 1453°С; tкип. около 3000 °С; удельная теплоёмкость при 20 °С 0,440 кДж/моль; температурный коэффициент линейного расширения 13,310-6 (0-100°С); теплопроводность (при 25 °С) равняется 14 (Hg = 1). Удельное электросопротивление при 20°С 6,84 мкОм-См; температурный коэффициент электросопротивления 6,8Ч10-3 (0-100 °С). Никель - ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400-500 Мн/м2 (т. е. 40-50 кгс/мм2), предел упругости 80 Мн/м2, предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600-800 Мн/м2. В температурном интервале от 0 до 631 К (верхняя граница соответствует точке Кюри) никель ферромагнитен. Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек (3d84s2) его атомов. Никель вместе с Fe (3d44s2) и Со (3d74s2), также ферромагнетиками, относится к элементам с недостроенной 3d- электронной оболочкой (к переходным 3d-металлам). Электроны недостроенной оболочки создают нескомпенсированный спиновый магнитный момент. Положительное значение обменного взаимодействия в кристаллах никеля приводит к параллельной ориентации атомных магнитных моментов, то есть к ферромагнетизму. По той же причине сплавы и ряд соединений никель (оксиды, галогениды и др.) магнитоупорядочены (обладают ферро-, реже ферримагнитной структурой). Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и другие).
1.3 Химические свойства
В химическом отношении Ni сходен с Fe и Со, но также и с Cu и благородными металлами. В соединениях проявляет переменную валентность (чаще всего 2- валентен). Ni - металл средней активности. Поглощает (особенно в мелкораздробленном состоянии) большие количества газов (H2, CO и др.); насыщение никеля газами ухудшает его механические свойства. Взаимодействие с кислородом начинается при 500°С; в мелкодисперсном состоянии металл пирофорен - на воздухе самовоспламеняется. В чистом кислороде никелевая проволока сгорает, разбрызгивая искры, с образованием оксида:
2Ni + O2 = 2NiO.
Нагретый мелкораздробленный никель соединяется с хлором и бромом (реакция сопровождается появлением пламени):
Ni + Cl2 = NiCl2.
Он реагирует также с мышьяком, сурьмой и фосфором:
Ni + As = NiAs;
Ni + Sb = NiSb.
Никель, содержащий большое количество фосфора, хрупок; однако небольшое содержание фосфора (около 0,3%) повышает способность металла к ковке и отливке. Под действием паров фосфора при высокой температуре образуется фосфид Ni3P2 в виде серой массы. В расплавленном состоянии никель легко поглощает углерод (до 6,25%). Соединение никеля с углеродом в твердом состоянии неустойчиво. Тем не менее при термическом разложении СО на мелкораздробленном никеле можно получить метастабильное соединение Ni3C (существование вещества установлено рентгенографически). Особенно энергично Ni реагирует с алюминием. При нагревании до 13000 С образуется соединение AlNi (реакция может протекать со взрывом). Кроме того, существуют соединения Al2Ni и Al3Ni, разлагающиеся при плавлении.
Металлический никель при умеренном нагревании разлагает газообразный аммиак на водород и азот. С последним никель непосредственно не соединяется. Порошкообразный металл в значительных количествах поглощает водород, особенно при повышенных температурах. Но даже при обычных условиях наблюдается значительное поглощение Н2. Несмотря на это, вопрос о существовании гидрида никеля определённого состава не решен до сих пор. На склонности никеля к окклюдированию водорода и активации его путём перехода в атомарное состояние основана способность Ni служить переносчиком водорода при гидрировании непредельных соединений, то есть его применение в качестве катализатора.
Никель склонен к образованию растворов с другими металлами. Так, он неограниченно растворяется в кобальте, и при этом не образует с ним соединений. Аналогично никель ведёт себя по отношению к марганцу при повышенных температурах. С хромом Ni также образует непрерывный ряд твёрдых растворов, но ни одного соединения. B системе Ni –Fe в твёрдом состоянии взаимная растворимость практически неограниченна, но при этом наблюдается образование фазы FeNi3. Сплавы никеля с различными металлами используются во всех важнейших отраслях промышленности.
В ряду напряжений Ni стоит правее Fe (их нормальные потенциалы соответственно -0,44 В и -0,24 В) и поэтому медленнее, чем Fe, растворяется в разбавленных кислотах, например:
Ni + 2HCl = NiCl2 + H2.
По отношению к воде никель устойчив. Органические кислоты действуют на никель лишь после длительного соприкосновения с ним. Серная и соляная кислоты медленно растворяют никель; разбавленная азотная - очень легко:
3Ni + 8HNO3 = 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O;
концентрированная HNO3 пассивирует металл, однако в меньшей степени, чем железо. При взаимодействии с кислотами образуются соли 2-валентного Ni.
Почти все соли Ni (II) и сильных кислот хорошо растворимы в воде, растворы их вследствие гидролиза имеют кислую реакцию. Труднорастворимые соли таких сравнительно слабых кислот, как угольная и фосфорная. Большинство солей никеля разлагается при прокаливании (600-800 °С). Одна из наиболее употребительных солей - сульфат NiSO4 кристаллизуется из растворов в виде изумрудно-зелёных кристаллов NiSO4* 7 Н2О - никелевого купороса. Сильные щёлочи на Ni не действуют, но он растворяется в аммиачных растворах в присутствии(NH4)2CO3 с образованием растворимых аммиакатов, окрашенных в интенсивно-синий цвет:
Ni + 2(NH3* H2O) + (NH4)2CO3 + H2O = [Ni(H2O)2(NH3)4](OH)2 + CO2;
для большинства из них характерно наличие комплексов [Ni(NH3)6]2+ и [Ni(OH)2(NH3)4]. На избирательном образовании аммиакатов основываются гидрометаллургические методы извлечения металлического никеля из руд. NaOCI и NaOBr осаждают из растворов солей Ni (II) гидроокись Ni(OH)3 чёрного цвета. В комплексных соединениях Ni, в отличие от Со, обычно 2-валентен. Комплексное соединение Ni с диметилглиоксимом (C4H7O2N)Ni служит для аналитического определения Nі (реакция Чугаева). При повышенных температурах никель взаимодействует с окислами азота, SO2 и NH3. При действии CO на его тонкоизмельчённый порошок при нагревании образуется карбонил Ni (CO)4 . В этом соединении металл проявляет нулевую степень окисления. Термической диссоциацией карбонила получают наиболее чистый никель.
Также извесны соединения Ni3+ и Ni4+. Степень окисления 3+ проявляется в гидроксиде и комплексных соединениях. На образовании гидроксида никеля (Ш) при анодном окислении гидроксида никеля (ІІ) основано действие акумулятора Эдисона. Один из его электродов изготовлен из высокоактивного железного порошка, а другой – из смеси оксида никеля (Ш), никелевых опилок и цементирующего вещества. Электролитом служит раствор гидроксида калия. При разрядке аккумулятора гидрат оксида никеля (Ш) восстанавливается до Ni(OH)2, а железо окисляется в основном до Fe(OH)2. При зарядке идёт обратный процесс:
Железо-никелевый аккумулятор Эдисона в противоположность обычному свинцовому аккумулятору переносит перегрузки и продолжительное незаряженное состояние. Напряжение на его клеммах при разрядке рано примерно 1,3 В, при зарядке – порядка 1,7 В и выше.
Четырехвалентный никель встречается в таких веществах как K2[NiF6], Na(K)[NiIO6]* xH2O, Cs2NiF6 и органических комплексах. Соединения Ni(VI) – сильные окислители.
Похожие работы
... медно-никелевые руды часто сопровождаются минералами не только кобальта, но и некоторых других ценных металлов, в том число платины и ее аналогов. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ НИКЕЛЯ НА РАЗНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ. Производство никеля из руд включает несколько стадий переработки сырья с получением на каждой из них соответствующего полупродукта. В мировой практике на большинстве предприятий, ...
... ), выполненных за последние годы, отмечены новые области применения никеля и приводится большой список литературы. Ряд справочников и статей посвящен применению никеля в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах с особыми физическими, химическими и механическими свойствами; много работ посвящено разработке новых никелевых жаропрочных сплавов и их применению в реактивной, газотурбинной ...
... , стимулирует синтез гемоглобина, повышает усвоение доступного железа). Преобразование и распределение: Из органов человека наиболее богаты никелем печень, поджелудочная железа и гипофиз. Никель избирательно концентрируется в substancia nigra головного мозга. Клинические проявления и влияние на структуры организма. Избыток никеля и его проявления: Токсическое действие никеля проявляется при ...
... коробки противогаза на 45 г, после чего она уже непригодна. В случае резко повышенных концентрации применяют шланговые противогазы. Применяют также специальную одежду и перчатки. 2 Гигиеническое нормирование содержания тяжелых металлов в объектах окружающей среды Ниже приведены основные сведения по нормированию содержания тяжелых металлов в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах и кормах ...
0 комментариев