ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

НИКЕЛЬ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


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. Н. 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 Н. в земной коре 8-10-3% по массе, в воде океанов 0,002 мг/л. Известно ок. 50 минералов Н., 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 Н. добывают из сульфидных медно-никелевых руд (Канада, Австралия, Юж. Африка) и из силикатно-окисленных руд (Новая Каледония, Куба, Филиппины, Индонезия и др.). Мировые запасы Н. на суше оцениваются в 70 млн. т.

Свойства. Н.-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 Н. 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 Н.- весьма пластичный металл, хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии, поддается прокатке, волочению, ковке.

Н. химически малоактивен, но тонкодисперсный порошок, полученный восстановлением соединений Н. водородом при низких т-рах, пирофорен. Стандартный электродный потенциал Ni0/Ni2+ - 0,23 В. При обычных т-рах Н. на воздухе покрывается тонкой защитной пленкой никеля оксида. Не взаимод. с водой и влагой воздуха. При нагр. окисление Н. с пов-сти начинается при ~ 800 °С. С соляной, серной, фосфорной, фтористоводородной к-тами Н. 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 Н. не действуют. Водные р-ры NH3 в присут. воздуха коррелируют Н.

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

Н. 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 Н. вплоть до 1400 °С, р-римость N2 в металле 0,07% при 450 °С. Компактный Н. не реагирует с NH3, дисперсный при 300-450 °С образует с ним н и т р и д Ni3N.

Расплавленный Н. 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 Н. в атмосфере СО при 250-400 °С. Дисперсный Н. 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 Н. 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 Н. 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 Н. 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. Н. сплавляется с As и Sb. Известно 5 а р с е н и д о в Н.; 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 Н. большей частью желтые, гидратиро-ванные - зеленые. О важнейших солях Н. см. Никеля гало-гениды, 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. Н.-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 Н. 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 Н. 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 Н., к-рый либо прокаливают и из образовавшегося NiO восстановит. плавкой получают Н., либо повторно раств. в р-ре NH3 и после отгонки NH3 из пульпы восстановлением Н2 получают Н. Др. путь - выщелачивание окисленной руды серной к-той в автоклаве. Из образовавшегося р-ра после его очистки и нейтрализации Н. 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 Н. 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 Н. 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 Н. 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 Н.), Zn (ионным обменом) и т.д. Чистый Н. также получают (в виде порошка или дроби) термич. разложением карбонила.

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

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

Н. обладает общетоксич. действием, а также вызывает заболевания носоглотки, легких, злокачеств. новообразования, дерматиты, экземы. В атм. воздухе ПДК (среднесуточная) для металлического Н., 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 Н. ПДК в воде 0,1 мг/л, в почве 3,0 мг/кг.

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

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


===
Исп. литература для статьи «НИКЕЛЬ»:
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.

Страница «НИКЕЛЬ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков