166384 (624997), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

2Ni + O₂ = 2NiO.

Нагретый мелкораздробленный никель соединяется с хлором и бромом (реакция сопровождается появлением пламени):

Ni + Cl₂ = NiCl_2.

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 + H_2.

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 NiSO_4* 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(NH_3* H₂O) + (NH₄₎₂CO₃ + H₂O = [Ni(H₂O)₂(NH₃)₄](OH)₂ + CO₂;

для большинства из них характерно наличие комплексов [Ni(NH_3)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 NH_3. 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.

1.4 Сплавы никеля

Способность никеля растворять в себе значительное количество других металлов и сохранять при этом пластичность привела к созданию большого числа никелевых сплавов. Полезные свойства этих сплавов в определенной степени обусловлены свойствами самого никеля, среди которых наряду со способностью образовывать твёрдые растворы со многими металлами выделяются ферромагнетизм, высокая коррозионная стойкость в газовых и жидких средах, отсутствие аллотропических превращений. С конца 19 в. сравнительно широко используются медно-никелевые сплавы, обладающие высокой пластичностью в сочетании с высокой коррозионной стойкостью, ценными электрическими и другими свойствами. Практическое применение находят сплавы типа монель - металла, которые выделяются среди конструкционных материалов высокой химической стойкостью в воде, кислотах, крепких щёлочах, на воздухе. Важную роль в технике играют ферромагнитные сплавы Ni (40-85%) с Fe, относящиеся к классу магнитно-мягких материалов. Среди этих материалов имеются сплавы, характеризующиеся наивысшим значением магнитной проницаемости , её постоянством , сочетанием высокой намагниченности насыщения и магнитной проницаемости. Такие сплавы применяют во многих областях техники, где требуется высокая чувствительность рабочих элементов к изменению магнитного поля. Сплавы с 45-55% Ni, легированные в небольших количествах Cu или Со, обладают коэффициентом линейного термического расширения, близким к коэффициенту линейного термического расширения стекла, что используется в тех случаях, когда необходимо иметь герметичный контакт между стеклом и металлом. Сплавы Ni с Со (4 или 18%) относятся к группе магнитострикционных материалов. Благодаря хорошей коррозионной стойкости в речной и морской воде такие сплавы являются ценным материалом для гидроакустической аппаратуры. В начале 20 в. стало известно, что жаростойкость Ni на воздухе, достаточно высокая сама по себе, может быть улучшена путём введения Al, Si или Cr. Из сплавов такого типа важное практическое значение благодаря хорошему сочетанию термоэлектрических свойств и жаростойкости сохраняют сплав никеля с Al, Si и Mn (алюмель) и сплав Ni с 10% Cr (хромель). Хромель- алюмелевые термопары относятся к числу наиболее распространенных термопар, применяемых в промышленности и лабораторной технике. Находят практическое использование также термопары из хромеля и копеля. Важное применение в технике получили жаростойкие сплавы Ni c Cr - нихромы. Наибольшее распространение получили нихромы с 80% Ni, которые до появления хромалей были самыми жаростойкими промышленными материалами. Попытки удешевить нихромы уменьшением содержания в них Ni привели к созданию ферронихромов, в которых значительная часть Ni замещена Fe. Наиболее распространённой оказалась композиция из 60% Ni, 15% Cr и 25% Fe. Эксплуатационная стойкость большинства нихромов выше, чем ферронихромов, поэтому последние используются, как правило, при более низкой температуре. Нихромы и ферронихромы обладают редким сочетанием высокой жаростойкости и высокого электрического сопротивления (1,05-1,40 мкОм). Поэтому они вместе с хромалями представляют собой два наиболее важных класса сплавов, используемых в виде проволоки и ленты для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей. Для электронагревателей в большинстве случаев производят нихромы, легированные кремнием (до 1,5%) в сочетании с микродобавками редкоземельных, щёлочноземельных или др. металлов. Предельная рабочая температура нихромов этого типа составляет, как правило, 1200 °С, у ряда марок 1250 °С. никелевые сплавы, содержащие 15-30% Cr, легированные Al (до 4%), более жаростойки, чем сплавы, легированные Si. Однако из них труднее получить однородную по составу проволоку или ленту, что необходимо для надёжной работы электронагревателей. Поэтому такие никелевые сплавы используются в основном для изготовления жаростойких деталей, не подверженных большим механическим нагрузкам при температурах до 1250 °С. Во время 2-й мировой войны 1939-45 в Великобритании было начато производство жаропрочных сплавов Ni - Cr - Ti - Al, называемых нимониками. Эти сплавы, возникшие как результат легирования нихрома (типа X20H80) титаном (2,5%) и алюминием (1,2%), имеют заметное преимущество по жаропрочности перед нихромами и специальными легированными сталями. В отличие от ранее применявшихся жаропрочных сталей, работоспособных до 750-800 °С, нимоники оказались пригодными для эксплуатации при более высоких температурах. Появление их послужило мощным толчком для развития авиационных газотурбинных двигателей. За сравнительно короткий срок было создано большое число сложнолегированных сплавов типа нимоник (с Ti, Al, Nb, Ta, Со, Mo, W, В, Zr, Ce, La, Hf) с рабочей температурой 850-1000°С. Усложнение легирования ухудшает способность сплавов к горячей обработке давлением. Поэтому наряду с деформируемыми сплавами широкое распространение получили литейные сплавы, которые могут быть более легированными, а следовательно, и более жаропрочными (до 1050°С). Однако для литых сплавов характерны менее однородная структура и, как следствие этого, несколько больший разброс свойств. Опробованы способы создания жаропрочных композиционных материалов введением в никель или его сплавы тугоплавких окислов тория, алюминия, циркония и других соединений. Наибольшее применение получил никелевый сплав с высокодисперсными окислами тория (ТД-никель). Важную роль в технике играют легированные сплавы Ni - Cr, Ni - Mo и Ni - Mn, обладающие ценным сочетанием электрических свойств: высоким удельным электрическим сопротивлением (r = 1,3-2,0 мкОм), малым значением температурного коэффициента электрического сопротивления (порядка 10-5 1/°С), малым значением термоэдс в паре с медью (менее 5 мв/°С). По величине температурного коэффициента электрического сопротивления эти сплавы уступают манганину в интервале комнатных температур, однако, имеют в 3-4 раза большее удельное электрическое сопротивление. Главная область применения таких сплавов - малогабаритные резистивные элементы, от которых требуется постоянство электрических свойств в процессе службы. Элементы изготавливаются, как правило, из микропроволоки или тонкой ленты толщиной 5-20 мкм. Сплавы на основе Ni - Mo и Ni - Cr применяют также для изготовления малогабаритных тензорезисторов, характеризующихся почти линейной зависимостью изменения электрического сопротивления от величины упругой деформации. Для химической аппаратуры, работающей в высокоагрессивных средах, например в соляной, серной и фосфорной кислотах различной концентрации при температурах, близких к температуре кипения, широко используются сплавы Ni - Mo или Ni - Cr - Mo, известные за рубежом под названием хастелой, реманит и др., а в странах СНГ - сплавы марок H70M28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В, Х15Н65М16В. Эти сплавы превосходят по коррозионной стойкости в подобных средах все известные коррозионностойкие стали. В практике применяют ещё целый ряд никелевых сплавов (с Cr, Mo, Fe и др. элементами), обладающих благоприятным сочетанием механических и физико-химических свойств, например коррозионностойкие сплавы для пружин, твёрдые сплавы для штампов и другие. Помимо собственных сплавов, никель входит как один из компонентов в состав многих сплавов на основе других металлов.

1.5 Применение чистого никеля

Характеристики

Список файлов курсовой работы