Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


НИКЕЛЬ

НИКЕЛЬ (от нем. Nickel-имя горного духа, по поверью, вводившего в заблуждение горняков; лат. Niccolum) Ni, хим. элемент VIII гр. периодич. системы, ат. н. 28, ат. м. 58,69. Прир. никель состоит из пяти изотопов; 58Ni (67,88%), 60Ni (26,23%), 61Ni (1,19%), 62Ni (3,66%) и 64Ni(l,04%). Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 3s23p63d84s2; степени окисления + 2, редко + 1, +3 и +4; энергии ионизации Ni0 3048-4.jpgNi+ 3048-5.jpgNi2+3048-6.jpgNi3+ 7,634, 18,153 и 35,17 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,80; атомный радиус 0,124 нм, ионный радиус (в скобках указаны координац. числа) Ni2+ 0,069 нм (4), 0,077 нм (5), 0,083 нм (6).

Среднее содержание никеля в земной коре 8-10-3% по массе, в воде океанов 0,002 мг/л. Известно ок. 50 минералов никеля, из них важнейшие: пентландит (Fe,Ni)9S8, миллерит NiS, гарниерит (Ni,Mg)3Si4O10(OH)10.4H2O, ревдинскит (не-пуит) (Ni,Mg)3Si2O5(OH)4, никелин NiAs, аннабергит Ni3(AsO4)2•8Н2О. В основном никель добывают из сульфидных медно-никелевых руд (Канада, Австралия, Юж. Африка) и из силикатно-окисленных руд (Новая Каледония, Куба, Филиппины, Индонезия и др.). Мировые запасы никеля на суше оцениваются в 70 млн. т.

Свойства. Никель-серебристо-белый металл. Кристаллич. решетка гранецентрир. кубическая, а = 0,35238 нм, z = 4, пространств. группа Рт3т. Т. пл. 1455 °С. т. кип. 2900 °С; плота. 8,90 г/см3; C0p 26,l Дж/(моль.К); DH0пл 17,5 кДж/моль, DH0исп 370кДж/моль; S0298 29,9 ДжДмоль•К); ур-ние температурной зависимости давления пара для твердого никеля lgp(гПа) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728К), для жидкого lgp(гПа)=11,742-20830/T+ 0,618 lg Т (1728- 3170 К); температурный коэф. линейного расширения 13,5.10-6 К-1 (273-373 К); теплопроводность 94,1 Вт/(м х х К) при 273 К, 90,9 Вт/(м.К) при 298 К; g 1,74 Н/м (1520 °С); r 7,5•10-8 Ом•м, температурный коэф. r 6,75.10-3 К-1 (298-398 К); ферромагнетик, точка Кюри 631 К. Модуль упругости 196-210 ГПа; sраст 280-720 МПа; относит. удлинение 40-50%; твердость по Бринеллю (отожженного) 700-1000 МПа. Чистый никель- весьма пластичный металл, хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии, поддается прокатке, волочению, ковке.

Никель химически малоактивен, но тонкодисперсный порошок, полученный восстановлением соединений никеля водородом при низких т-рах, пирофорен. Стандартный электродный потенциал Ni0/Ni2+ - 0,23 В. При обычных т-рах никель на воздухе покрывается тонкой защитной пленкой никеля оксида. Не взаимод. с водой и влагой воздуха. При нагр. окисление никеля с пов-сти начинается при ~ 800 °С. С соляной, серной, фосфорной, фтористоводородной к-тами никель реагирует очень медленно. Практически на него не действуют уксусная и др. орг. к-ты, особенно в отсутствие воздуха. Хорошо реагирует с разб. HNO3, конц. HNO3 пассивируется. Р-ры и расплавы щелочей и карбонатов щелочных металлов, а также жидкий NH3 на никель не действуют. Водные р-ры NH3 в присут. воздуха коррелируют никель.

Никель в дисперсном состоянии обладает большой каталитич. активностью в р-циях гидрирования, дегидрирования, окисления, изомеризации, конденсации. Используют либо скелетный никель (никель Ренея), получаемый сплавлением с Аl или Si с послед. выщелачиванием щелочью, либо никель на носителе.

Никель поглощает Н2 и образует с ним твердые р-ры. Гидриды NiH2 (устойчив ниже 0°С) и более стабильный NiH получены косвенными путями. Азот почти не поглощается никелем вплоть до 1400 °С, р-римость N2 в металле 0,07% при 450 °С. Компактный никель не реагирует с NH3, дисперсный при 300-450 °С образует с ним н и т р и д Ni3N.

Расплавленный никель растворяет С с образованием к а р б и д а Ni3C, к-рый при кристаллизации расплава разлагается с выделением графита; Ni3C в виде серо-черного порошка (разлагается при ~ 450°С) получают науглероживанием никеля в атмосфере СО при 250-400 °С. Дисперсный никель с СО дает летучий никеля тетракарбонил Ni(CO)4. При сплавлении с Si образует с и л и ц и д ы; Ni5Si2, Ni2Si и NiSi плавятся конгруэнтно соотв. при 1282, 1318 и 992 °С, Ni3Si и NiSi2 -инконг-руэнтно соотв. при 1165 и 1125°С, Ni3Si2 разлагается, не плавясь, при 845 °С. При сплавлении с В дает б о р и д ы: Ni3B (т. пл. 1175°С), Ni2B (1240 °С), Ni3B2 (1163°C), Ni4B3 (1580 °С), NiB12 (2320 °С), NiB (разлагается при 1600 °С). С парами Se никель образует с е л е н и д ы: NiSe (т. пл. 980 °С), Ni3Se2 и NiSe2 (разлагаются соотв. при 800 и 850 °С), Ni6Se5 и Ni21Se20 (существуют только в твердом состоянии). При сплавлении никеля с Те получают т е л л у р и д ы: NiTe и NiTe2 (между ними образуется, по-видимому, широкая область твердых р-ров) и др.

С парами фосфора никель образует ф о с ф и д ы: Ni5P2 и Ni2P с т. пл. соотв. 1180 и 1110 °С, а также Ni3P, разлагающийся по перитектич. р-ции при 970 °С. Известны также высшие фосфиды NiP3, NiP2 и др., разлагающиеся при нагр. с отщеплением Р и образованием Ni2P. никель сплавляется с As и Sb. Известно 5 а р с е н и д о в никеля; Ni5As2 и NiAs плавятся конгруэнтно соотв. при 998 и 964 °С. Моноарсенид NiAs кристаллизуется в гексагoн. решетке (а = 0,3963 нм, с = 0,5049 нм, z = 2, пространств. группа P63/mmc). Диарсенид NiAs2 (минерал раммельсбергит) образует две модификации ром-бич. сингонии; при нагр. диссоциирует на As и NiAs.

Безводные соли никеля большей частью желтые, гидратиро-ванные - зеленые. О важнейших солях никеля см. Никеля галогениды, Никеля сульфат и др.Ф о с ф а т Ni3(PO4)2-желтое аморфное или кристаллич. в-во; кристаллич. решетка моноклинная (а = 0,5830 нм, b = 0,4700 нм, с = 1,0107 нм, b= = 91,22°, пространств. группа P21/c); т. пл. 1350°С; плотн. 4,38 г/см3; дает октагидрат зеленого цвета, к-рый обезвоживается при 110-260 °С с промежут. образованием гепта-и дигидрата; р-римость в воде 0,068% при 20 °С; компонент катализаторов, термостойких лакокрасочных покрытий, октагидрат - термочувствит. пигмент. П и р о ф о с ф а т Ni2P2O7-желтые кристаллы с моноклинной решеткой (а = = 1,3093 нм, b = 0,8275 нм, с = 0,8974 нм, b = 104,94°, z = 8, пространств. группа P21/c); плотн. 4,09 г/см3; ок. 600 °С переходит в другую моноклинную модификацию; т. пл. 1395°С; образует гептагидрат; не раств. в воде, к-тами разлагается; пигмент для лаков и красок.

А р с е н а т Ni3(AsO4)2.8H2O-зеленые кристаллы; р-римость в воде 0,022%; к-тами разлагается; выше 200 °С обезвоживается, при ~ 1000°С разлагается; катализатор получения твердого мыла.

С и л и к а т Ni2SiO4-светло-зеленые кристаллы с ромбич. решеткой; плотн. 4,85 г/см3; разлагается, не плавясь, при 1545°С; в воде не раств.; минер. к-тами медленно разлагается при нагревании. А л ю м и н а т NiAl2O4 (никелевая шпи-нель)-голубые кристаллы с кубич. решеткой; т. пл. 2110°С; плотн. 4,50 г/см3; не раств. в воде; медленно разлагается к-тами; катализатор гидрирования.

Важнейшие комплексные соед. никеля-а м м и н ы. Наиб. характерны гексааммины и акватетраммины с катионами соотв. [Ni(NH3)6]2+ и [Ni(NH3)4(H2O)2]2+. Это голубые или фиолетовые кристаллич. в-ва, обычно раств. в воде, в р-рах ярко-синего цвета; при кипячении р-ров и при действии к-т разлагаются; образуются в р-рах при аммиачной переработке никелевых и кобальтовых руд.

При растворении Ni(CN)2 в р-рах цианидов щелочных металлов образуются цианоникелаты K2[Ni(CN)4] (желтый) и K4[Ni(CN)6] (красный). При восстановлении K2[Ni(CN)4] в аммиачных р-рах м.б. получены комплексы Ni(0) и Ni(I), напр. K4[Ni(CN)4] (красный), K3[Ni(CN)4] (светло-красный) и K4[Ni2(CN)6] (фиолетово-красный), легко окисляющиеся на воздухе.

В комплексах Ni(III) и Ni(IV) координац. число никеля равно 6. Примеры-фиолетовый K3[NiF6] и красный K2[NiF6], образующиеся при действии F2 на смеси NiCl2 и КСl; сильные окислители. Из др. типов известны соли гетеро-поликислот, напр. (NH4)6H7[Ni(MoO4)6].5H2O, большое число внутрикомплексных соед. Ni(II). См. также Никель-органические соединения.

Получение. Руды перерабатывают пиро- и гидромстал-лургич. путем. Для силикатно-окисленных руд (не поддаются обогащению) используют либо восстановит. плавку с получением ферроникеля, к-рый далее подвергают продувке в конвертере с целью рафинирования и обогащения, либо плавку на штейн с серосодержащими добавками (FeS2 или CaSO4). Полученный штейн продувают в конвертере для удаления Fe, а затем дробят и обжигают, из образовавшегося NiO восстановит. плавкой получают металлический никель. Никелевые концентраты, получаемые при обогащении сульфидных руд, плавят на штейн с послед. продувкой в конвертере. Из медно-никелевого штейна после его медленного охлаждения флотацией выделяют концентрат Ni3S2, к-рый, аналогично штейнам из окисленных руд, обжигают и восстанавливают.

Один из путей гидропереработки окисленных руд-восстановление руды генераторным газом или смесью Н2 и N2 с послед. выщелачиванием р-ром NH3 и СО2 с продувкой воздуха. Р-р очищают от Со сульфидом аммония. При разложении р-ра с отгонкой NH3 осаждается гидроксо-карбонат никеля, к-рый либо прокаливают и из образовавшегося NiO восстановит. плавкой получают никель, либо повторно раств. в р-ре NH3 и после отгонки NH3 из пульпы восстановлением Н2 получают никель. Др. путь - выщелачивание окисленной руды серной к-той в автоклаве. Из образовавшегося р-ра после его очистки и нейтрализации никель осаждают сероводородом под давлением и полученный концентрат NiS перерабатывают подобно штейнам.

Гидропереработка сульфидных никелевых материалов (концентратов, штейнов) сводится к автоклавному окислит. выщелачиванию либо р-рами NH3 (при низком содержании Со), либо H2SO4. Из аммиачных р-ров после отделения CuS никель осаждают водородом под давлением. Для разделения Ni, Со и Сu из аммиачных р-ров применяют также экстракц. способы с использованием, в первую очередь, хелатообразу-ющих экстрагентов.

Автоклавное окислитю выщелачивание с получением сульфатных р-ров применяют как к обогащенным материалам (штейнам) с переводом никеля и др. металлов в р-р, так и к бедным пирротииовым Fe7S8 концентратам. В последнем случае окисляется преим. пирротин, что позволяет выделить элементарную S и сульфидный концентрат, переплавляемый далее на никелевый штейн.

Рафинирование никеля проводят обычно электролизом в сульфатных или сульфатно-хлоридных р-рах с очисткой электролита от Сu (цементацией на активном никелевом порошке), Fe и Со (их окислением и осаждением с помощью гидроксо-карбоната никеля), Zn (ионным обменом) и т.д. Чистый никель также получают (в виде порошка или дроби) термич. разложением карбонила.

Определение. Качественно никель обнаруживают йо образованию в аммиачной среде розовато-красного соед. с диметилглиоксимом, р-цией с рубеановодородной к-той [NH2C(S)C(S)NH2] в слабокислой среде (сине-фиолетовое окрашивание) и др. Количественно никель определяют путем осаждения диметилглиоксимом или электрогравиметриче-ски, а также титрованием комплексонами, KCN, диметилглиоксимом, фотометрически. Применяют полярографич., эмиссионный, рентгеноспектральный флуоресцентный и атомно-абсорбционный методы.

Применение. В основном никель используют как компонент легированных сталей, жаростойких, сверхтвердых, магнитных, коррозионностойких и др. сплавов (см. Никеля сплавы). Металлический никель-конструкц. материал для хим. аппаратуры и ядерных реакторов, для аккумуляторных электродов, материал покрытий на стали, чугуне, алюминии и др. металлах.

Никель-необходимый микроэлемент для млекопитающих и растений. В организме взрослого человека содержится 5-13,5 мг никеля.

Никель обладает общетоксич. действием, а также вызывает заболевания носоглотки, легких, злокачеств. новообразования, дерматиты, экземы. В атм. воздухе ПДК (среднесуточная) для металлического никеля, его оксидов и сульфата 0,001 мг/м3, для р-римых солей в виде гидроаэрозоля 0,0002 мг/м3, в воздухе рабочей зоны ПДК 0,005 мг/м3. Для металлического никеля ПДК в воде 0,1 мг/л, в почве 3,0 мг/кг.

Мировое произ-во никеля (без СССР) до 700 тыс. т/год (в 1985-550 тыс. т). Осн. производители - Канада, Япония, США, Новая Каледония, Австралия, Индонезия, Филиппины, ЮАР.

Никель в виде металла впервые получил в 1751 А. Кронстедт. Сплав с Сu и Zn применяли еще в Древнем Китае.

Лит.: Перельман Ф. М., Зворыкин А.Я., Кобальт и никель, М., 1975; Худяков И. Ф., Тихонов A.И., Деев В. И., Металлургия меди, никеля и кобальта, т. 2-Металлургия никеля и кобальта, 2 изд., М., 1977; Борбат В. Ф., Лещ И. Ю., Новые процессы в металлургии никеля и кобальта, М., 1976; Борбат В. Ф., Воронов А. Б., Автоклавная технология переработки пикель-пирротиновых концентратов, М., 1980; Диомидовский Д. А., Онищин Б. И., Линев В. Д., Металлургия ферроникеля, М., 1983. П. И. Федоров.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн