Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Химические свойства никеля
(Пахомова Анна и Гусейнов Эльмин) Никель (Ni) является элемент восьмой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28, относится к семейству железа. Простое вещество - это металл серебристо-белого цвета, пластичный, ковкий, при обычных температурах на воздухе образует тонкую оксидную пленку на поверхности. Ему присущи характерные свойства металлов. Химически малоактивен. · Свойства атома: 1)Атомная масса (молярная масса): 58, 6934 г/моль; 2)Строение внешнего электронного слоя: 3d84s2; 3)Радиус атома: 124пм. · Электронная конфигурация: 1s22s22p63s23p64s23d8 На первом энергетическом уровне 2 электрона на s-орбитали, на втором-2 электрона на s-орбитали и 6 на p-орбитали, на третьем- 2 на s-орбитали, 6 на p-орбитали и 8 электронов на d-орбитали, на четвертом- 2 электрона на s-орбитали.[10]
· Химические свойства: 1)Ковалентный радиус: 115 пм; 2)Радиус иона: (+2е) 69пм; 3)Электроотрицательность: 1, 91 (шкала Полинга); 4)Электродный потенциал: -0, 25 В; 5)Степени окисления: 0; +1; +2; +3; +4(редкие и неустойчивые соединения); 6)Энергия ионизации: 736, 2 кДж/моль.
В ряду активности металлов он находится между кобальтом и оловом: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au
· Термодинамические свойства простого вещества: 1)Плотность (при н.у.): 8, 902 г/см3; 2)Температура плавления: 1453 °С (1726 К, 2647 °F); 3)Температура кипения: 2732 °С (3005 К, 4949 °F); 4)Удельная теплота плавления: 17, 61 кДж/моль; 5)Удельная теплота испарения: 378, 6 кДж/моль; 6)Молярная теплоёмкость: 26, 1 Дж/моль; [11] 7)Молярный объём: 6, 6 см3/моль.[12] · Изотопы никеля: Природный никель состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 58Ni (67, 76%), 60Ni (26, 26%), 61Ni (1, 25%), 63Ni (3, 66%), 63Ni (1, 16%). “Изотопным составом объясняется меньший атомный вес природного никеля, по сравнению с кобальтом, имеющим порядковый номер 27.”[13] (Пешкова В. М. Аналитическая химия никеля / В. М. Пешкова, В. М. Савостина. - Москва: Издательство наука, 1966.- C.5-7.) · Природные и искусственные полученные изотопы никеля: 1) 56Ni: тип излучения γ \ период полураспада 6, 4 дня\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%; 2) 57Ni: тип излучения β +\ период полураспада 36 часов\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%; 3) 58Ni: - \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 67, 76%; 4) 59Ni: тип излучения К, нет β +\ 5∙ 104\ искусственное\ содержание в природном никеле 0%; 5) 60Ni: - \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 26, 16%; 6) 61Ni: - \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 1, 25%; 7) 62Ni: - \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 3, 66%; 8) 63Ni: тип излучения β -\ период полураспада 125 лет\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%; 9) 64Ni: тип излучения β -\ больше 3∙ 1015\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 1, 16%; 10) 65N: тип излучения β -, γ \ период полураспада 2, 6 часа\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%; 11) 66Ni: тип излучения β -\ период полураспада 54, 8 часа\ \происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%. В большинстве соединений никель положительно двухвалентен, но известны комплексные соединения, где никель имеет валентность +2 и +3. По химическим свойствам никель близок к железу и кобальту, отчасти, меди. Трудность окисления ионов Cu (2+) и Ni (2+) объясняется высокими значениями третьего потенциала ионизации (Энергии ионизации, т. е, энергии, необходимой для отрыва одного электрона от нейтрального атома. Отношение этой величины к заряду электрона есть ионизационный потенциал, т. е. напряжение электрического поля, достаточное для отрыва электрона.) Как отмечалось ранее, никель нельзя отнести к активным металлам, он[14] обладает средней химической активностью, но тонкодисперсный порошок, полученный восстановлением соединений никеля водородом при низких температурах, пирофорен.[15] “Никель является металлом сравнительно низкой химической активности. При обычных температурах, он покрывается тонкой защитной окисной пленкой и не взаимодействует с влагой воздуха, водой и рядом растворителей. Вода, насыщенная углекислотой, в присутствии ионов хлора может вызвать точечную коррозию никеля. Никель превосходно сопротивляется коррозии в щелочных растворах. Сильные щелочи — едкий натрий и едкий калий — на никель не действуют, так же как и безводный аммиак. Однако он растворяется в аммиачных растворах в присутствии (NH4)2CO3 с образованием растворимых аммиакатов, окрашенных в зеленый цвет ”. [16](Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство: Металлургия, 1985.-C.490.) При обычных условиях никель устойчив к реакциям с кислородом, галoгенами, серой, щелочами. Сухие газы(окислы азота, сернистый газ и аммиак) при комнатной температуре с никелем не реагируют. · Взаимодействие никеля с галогенами. Металлический никель в отсутствии повышенной температуры и влаги устойчив к действию не только кислорода, но галогенов: фтор (F2), хлор (Cl2), бром (Br2), йод (I2), астат (At2). При обычных условиях никель с галогенами не реагирует. Ni + Hal → [17]
При нагревании никель реагирует со всеми галогенами с образованием дигалогенидов никеля.[18] Ni + Hal2 → t NiHal2 1) Ni + F2 → t NiF2 2) Ni + Cl 2→ t NiCl2 3) Ni + Br2 → t NiBr2 4) Ni + I2 → t NiI2
· Взаимодействие никеля с неметаллами. Никель реагирует не со всеми неметаллами, так к действию фтора никель устойчив и не реагирует даже при температуре красного каления. Ni + F → С некоторыми неметаллами при создании специальных условий никель взаимодействует. При обычных условиях никель устойчив. Ni + S → Однако, нагревание порошков никеля и серы приводит к образованию сульфида никеля (NiS). Ni + S → NiS Сульфиды никеля практически не растворимы в воде и органических растворителях. Разлагаются лишь азотной кислотой и царской водкой. При нагревании в вакууме выше 500°Сдиссоциируют с образованием паров серы и фаз, обогащенных никелем. При нагревании на воздухе окисляются.
· Взаимодействие никеля с кислородом. При обычных условиях никель с кислородом не реагирует, и на воздухе он почти не изменяется. Ni + O2 → Но при высокой температуре (500 °C) реакция с кислородом протекает с образованием монооксида никеля (NiO), представляющий собой зеленовато-желтый светлый порошок. Происходит окислительно-восстановительная реакция, и никель переходит из Ni 0 в Ni +4. 2Ni + O2 → t 2NiO Однако, в мелкодисперсном состоянии (в виде мелкораздробленного порошка) никель обладает пирофорностью, т. е. самовоспламеняется на воздухе даже при обычной температуре. Как отмечалось ранее, в мелкодисперсном состоянии никель пирофорен, и способен поглощать большое количество газов (Н2, СО и др.), что, кстати, [19] ухудшает его свойства. Так при реакции с монооксидо углерода (II) образуется карбид никеля, представляющий собой серые кристаллы. 3Ni+ 2CO → t Ni3C + CO2 При неизмельченном состоянии металла возможно образование тетракарбонила никеля, представляющего собой бесцветную жидкость. Ni +4 CO→ tNi(CO)4[20] При реакции с водородом образуется гидрид никеля, представляющий собой черные кристаллы. Ni + H2 → t NiH2 “В тонко раздробленном состоянии никель адсорбирует водород, на этом свойстве никеля основано применение никеля и его соединений в качестве катализатора, ускоряющего присоединение или отщепление водорода.” (Никель//Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.111.)
· Взаимодействие никеля с водой. По отношению к воде никель устойчив. Его гидроксо-соединения, такие как гидроксид никеля (II) Ni(OH)2 и гидроксид никеля (III) Ni(OH)3 получают косвенным путем.
· Взаимодействие никеля с щелочами. Щелечи как в водных растворах так и расплавах не действуют на никель. Ni + NaOH →
· Взаимодействие никеля с кислотами. При реакции с кислотами такими как азотная, серная, соляная, образует соответствующие двухвалентные соли.[21] Никель легко растворяется в разбавленных кислотах, при этом он образует аквакатиона [Ni(H2O)6] с зарядом 2+. Стоит заметить, что с соляной, серной, фосфорной, фтористоводородной кислотами никель реагирует медленно.
Ni +2HCl (разб.) → tNiCl2 + H2↑ [22] Ni +H2SO4 (разб.)→ Н2↑ + NiSO4
Легче и быстрее всего никель реагирует с разбавленной азотной кислотой. Ni + 8HNO3 (разб.)→ Ni(NO3)2 + 2NO↑ +4H2O
При действии на никель концентрированных серной и азотной кислот, они лишь пассивируют металл, т е приводят к образованию на поверхности оксидных пленок, как и в случае c железом. “Органические кислоты действуют на Никель, лишь после длительного соприкосновения с ними”. (Грибовская И. Ф. Никель/И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.611.)
· Взаимодействие никеля с солями. В силу малой химической активности никеля такие соединения как сода (Na2CO3), поташ (K2CO3) не взаимодействуют с металлом. Ni + Na2CO3→ Ni + K2CO3→ Однако, такие малоактивные металлы как медь (Cu) никель вытесняет из солей Ni + CuSO4 → NiSO4 + Cu
“Никель один из самых активных металлов — катализаторов. Ката- литическая активность никеля зависит от степени дисперсности порошка, его чистоты и методики его получения. Каталитическими свойствами об- ладают многие сплавы никеля с алюминием, молибденом и с другими элементами, а также и некоторые соединения: оксид, сульфид, бориды никеля и другие.”[23]
|