3.2. Получение
Металлический никель можно получить восстановлением при нагревании окислов никеля NiO, Ni2O3, Ni3O4(Ni2O, Ni4O) водородом, окисью углерода, углеродом, алюминием, кремнием, бором или другими восстановителями. В результате восстановления окиси никеля водородом при 270 - 280° образуется порошкообразный пирофорный никель, а при 350 - 400°- порошкообразный, но довольно усточивый металлический никель. Для ускорения восстановления окиси никеля(II) водородом процесс ведут при 600 - 700°.
Окись углерода восстанавливает NiO, начиная от температуры 250 - 300°. Процесс протекает быстро и полностью заканчивается к 700 - 900°.
При прокаливании (1250°) брикетов, образованных из NiO в пасты, состоящей из пшеничной муки и древесного угля, образуется порошок металлического никеля, а при сильном прокаливании в электрических печах смеси NiO с древесным углем и известью образуется расплавленный металлический никель. Восстановление окиси никеля (II) твердым углем начинается примерно при 600° и полностью завершается при 1000°.
Алюмо- и кремнетермическое восстановление окиси никеля(II) описывается уравнениями
3NiO +2Al = 3Ni + Al2O3 + 218,10 ккал
2NiO + Si = 2Ni +SiO2 + 91,44 ккал
Алюмо- или кремнетермическим восстановлением, а также восстановлением углем (при нагревании) смеси окиси никеля с окислами железа получают сплавы железо – никель(ферроникель), которые обычно содержат и элемент – восстановитель. Сильно карбидизированные сплавы железо – никель используются непременно для получения сталей.
Металлический никель можно получить восстановлением безводного хлорида никеля NiCl2 водородом при = 600°.
Металлический никель получают также электролитическим путем. Осадки электролитического никеля содержат значительное количество водорода (поскольку никель осаждается в условиях высокой катодной поляризации) и и образованы из мелких кристаллов, твердость которых превосходит твердость плавленного или отпущенного металла. Электролитическим методом можно получить порошок, чешуйки или хрупкую массу никеля. Для получения порошка электролитического никеля используют электролиты содержащие простые или двойные соли, и аммиачные электролиты, содержащие соединения никеля.Порошкообразный металлический никель получается легче, чем порошкообразное железо, поскольку электролит более устойчив, а порошок никеля обладает меньшей склонностью к окислению. Для электролитического получения металлического никеля можно использовать различные растворы, содержащие соли никеля. Электролиз осуществляется в условиях определенных pH, температуры и катодной плотности тока.
Анодный шлам, образующийся при электролитическом получении или рафинировании никеля, служит, как уже отмечалось, для извлечения химически неактивных металлов, например платины или платиновых металлов.
3.3. Физические и химические свойства
В компактном состоянии никель – металл блестящего серебристо – серого цвета (после полировки появляется красивый металлический блеск); может существовать в двух модификациях: β- Ni – структура с плотной гексагональной упаковкой и α- Ni – с кубической гранецентрированной решеткой.
Никель в коллоидном состоянии получают восстановлением водородом колоидного раствора Ni(OH)2 при каталитическом действии коллоидного паладия, восстановлением различных соединений никеля водородом, гидразином, фенилгидразином, дихлоридом олова и др. в присутствии спирта, бензола, диоксана, эфира или ацетона, а также при образовании электрической дуги между двумя никеливыми электродами в воде в присутствии восстановителя или защитного коллоида, обладающего восстановительными свойствами.
Никель – тяжелый металл, его плотность 8,907 г/см3 при 20˚, твердость 5 по шкале Мооса, он ковок, тягуч и может перерабатываться при нагревании под давлением, тугоплавок (т. пл. 1455˚, т. кип. 3075˚), имеет относительно низкую тепло- и электропроводность.
Плавление металлического никеля осуществляется под защитным слоем флюса ( битое стекло с добавкой извести или флюорита), посколбку многие газы (пары воды, двуокись или окись углерода, водород, углеводороды, двуокись серы) оказывают вредное действие на расплавленный металл.
Пирофорный порошок металлического никеля может быть быть получен одним из ниже приведенных способов: электролитическим путем, нагреванием амальгамы никеля, восстановлением растворенных в жидком аммиаке дихлорида, дибромида или диодида никеля металлическим натрием, калием, кальцием, а также восстановлением окислов никеля водородом при 270 - 280˚.
Кристаллическая модификация α- Ni, в отличии от модификации β- Ni, ферромагнита, для нее точка Кюри близка к 350˚.
Известно множество сплавов, которые никель образует с железом, кобальтом, медью, марганцем, цинком, хромом, молибденом, вольфрамом, бериллием, углеродом, кремнием, фосфором, серой и др.
С химической точки зрения металлический никель не активен, он не корродирует в воде, на воздухе и в различных растворах.
При обычной воздух и вода не действуютна металлический никель в компактном состоянии. На воздухе (в кислороде) металлический никель легко превращается в NiO (зеленого цвета) при ~ 500˚, если он находиться в компактном состоянии, или при 150 - 200˚ - в виде порошка.
Помимо окиси NiO известны также окислы Ni2O, Ni3O, Ni4O, Ni2O•nHO, Ni3O4•2H2O, Ni2O 3•H2O.
При 600 - 1000˚ никель реагирует с водянным паром:
Ni +H2O = NiO + H2
Металлический никель в твердом состоянии (компактном, губчатом или порокообразнам) или в расплаве поглощает водород лучше, чем железо, кобальт или медь.
При нагревании металлический никель взаимодействует с галогенами, серой, селеном, теллуром, фосфором, мышьяком, сурьмой, углеродом, кремнием и бором, образуя различные соединения: NiF2, NiCl2, NiBr2, NiI2, NiS, Ni3S2, Ni6S5, Ni7S6, NiS2, Ni2S, Ni3Se4, Ni2Se3, NiSe2, Ni2Te3, NiTe2, NiP2, NiP3, Ni5As2, NiSb, Ni3C, Ni2Si, NiB и др.
В условиях обычной температуры и влажного воздуха хлор или бром с металлическим никелем дают соответствующие дигалогениды.
При нагревании в атмосыере сероводорода, поверхность металлического никеля, покрывается пористой пленкой NiS, которая не прилегает плотно к металлу и не оказывает защитного действия.
В результате взаимодействия двуокиси серы с никелем образуются NiO и сульфид никеля, который растворяется в расплавленном металле, образуя сплавы, хрупкие при нагревании. Для удаления серы в сплавы никеля добавляют металлический марганец, магний или литий. Сульфид никеля NiS образует с металлическим никелем легкоплавкую при 645˚ эвтектику, в то время как сульфиды марганца, магния или лития плавятся при высокой температуре и кристаллизуются в виде изолированных включений.
Двуокись азота при 200˚ окисляет металлический никель до NiO, сама восстанавливаясь до NO.
При пропускани газообразного аммиака над тонкодисперсным порошком металлического никеля, нагретого до 500˚, образуется черный кристаллический порошок Ni3N.
При 900˚ никель взаимодействует с CO2:
Ni + CO2 = NiO +CO
Пропусканием окиси углерода над нагретым до 50 - 60˚ металлическим никелем получают летучее соединение Ni(CO)4.
В результате действия окиси углерода, метана, ацетилена, бензола, гексана и др. на никель при высокой температуре образуется карбид никеля Ni3C и выделяется водород (в случае применения углеводородов), который растворяется в расплавленном металле, образуя сплавы.
При нагревании металлический никель восстанавливает многочисленные окислы или гидроокиси металлов, сульфиды, тиоцианаты, и нитраты щелочных металлов.
Никель взаимодействует с расплавленными щелочами (температура выше 600˚). При нагревании (550 - 600˚) металлического никеля с NoOH в вакууме образуется NiO, металлический натрий и выделяется водород.
Галогеноводороды в газообразном состоянии взаимодействуют с никелем по общему уравнению
Ni + 2HX = NiX2 + H2
Разбавленные кислоты Hci, H2SO4, HNO3 медленно растворяют металлический никель. Чем больше разбавлен раствор кислоты, тем более высокая температура требуется для растворения никеля.
В конц. HNO3 (d = 1,42) металлический никель при 15˚ пассивируется, а при 72˚ - энергично расворяется. В царской водке никель растворяется, образуя хлорид никеля(II).
Никель медленно растворяетсяв кислотах H2CO3 и H3PO4, а с уксусной кислотой, щавелевой, винной и лимонной кислотами взаимодействуеи иолько после длительного контакта.
Растворы NaCl, CaOCl2, (NH4)Fe(SO4)2•12H2O вызывая коррозию (растворяют) металлического никеля при комнатной температуре.
При действии растворов персульфатов щелочных металлов на порошок металлического никеля образуются двойные сульфаты никеля и щелочных металлов.
Химические свойства никеля наглядно иллюстрируются следующей схемой:
| Комн. темп. | Во влажном воздухе сCl2 или Br2 > дигалогениды | |
| Никель | На воздухе (в кислороде) или с водой > NiO | |
| С галогенами >NiF2, NiCl2, NiBr2, NiI2 | ||
| С серой> NiS, Ni2S3, Ni6S5, NiS2, Ni2S | ||
| с C, Si, B > Ni3C, Ni2Si,NiB | ||
| с H2S > NiS | ||
| Нагревание | с P, As, Sb > NiP2, NiP3, Ni5As2, NiSb | |
| с SO2 > NiS и NiO | ||
| с NO2 или CO2 > NiO | ||
| с CO > Ni(CO)4 или Ni3C | ||
| с CH4, C2H2, C6H6, C6H12 > Ni3C | ||
| с NaOH в вакууме> NiO | ||
| с галогеноводородами HX > NiX2 |
С физиологической точки зрения металлический никель не токсичен для человека, животныхи растений.
4. Соединение никеля
4.1. Соединение одновалентного никеля
Известно ограниченное число соединений одновалентного никеля, при этом большинство из них неустойчивы, легко выветриваются на воздухе; соединения окрашены в желтый, красный, зеленый, и синий цвета, получают восстановлением соединений никеля (II). Примеры соединений никеля (I):
окись Ni2O – оранжево – желтая,
гидроокись NiOH - -синяя,
цианид NiCN – оранжевый,
сульфид Ni2S – желтый,
селенид Ni2Se – желтый,
комплексы:
K2[NiCl3] – красный,
Na2[Ni(CN)3] – красный,
K3[Ni(CN)3] - красный,
K2[Ni(NO)(CN)3] - красный,
[Ni(NO)SC2H5] – красный.
0 комментариев