166384 (624997), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Никель в чистом виде находит основное применение в качестве защитных покрытий от коррозии в различных химических средах. Защитные покрытия на железе и других металлах получаются двумя известными способами: плакировкой и гальванопластикой. Первым методом плакированный слой создается путем совместной прокатки в горячем состоянии тонкой никелевой пластинки с толстым железным листом. Соотношение толщин никеля и покрываемого металла при этом равно примерно 1:10. В процессе совместной прокатки, за счет взаимной диффузии, эти листы свариваются, и получается монолитный двухслойный или даже трехслойный металл, никелевая поверхность которого предохраняет этот материал от коррозии. Такого рода горячий метод создания защитных никелевых покрытий широко применяется для предохранения железа и нелегированных сталей от коррозии. Это значительно удешевляет стоимость многих изделий и аппаратов, изготовленных не из чистого никеля, а из сравнительно дешевого железа или стали, но покрытых тонким защитным слоем из никеля. Из никелированных листов железа изготовляются большие резервуары для транспортировки и хранения, например, едких щелочей, применяемые также в различных производствах химической промышленности. Гальванический способ создания защитных покрытий никелем является одним из самых старых методов электрохимических процессов. Эта операция, широко известная в технике под названием никелирование, в принципе представляет сравнительно простой технологический процесс. Он включает в себя некоторую подготовительную работу по весьма тщательной очистке поверхности покрываемого металла и подготовке электролитической ванны, состоящей из подкисленного раствора никелевой соли, обычно сульфата никеля. При электролитическом покрытии катодом служит покрываемый материал, а анодом —никелевая пластинка. В гальванической цепи никель осаждается на катоде с эквивалентным переходом его из анода в раствор. Метод никелирования имеет широкое применение в технике, и для этой цели потребляется большое количество никеля. За последнее время метод электролитического покрытия никелем применяется для создания защитных покрытий на алюминии, магнии, цинке и чугунах.
Плавленый, ковкий никель в чистом виде также находит широкое применение в виде листов, труб, прутков и проволоки, легко получаемых из никеля существующими технологическими операциями. Основные потребители никеля — химическая, текстильная, пищевая и другие отрасли промышленности. Из чистого никеля изготовляются различные аппараты, приборы, котлы и тигли с высокой коррозионной стойкостью и постоянством физических свойств. Особое значение имеют никелевые материалы в изготовлении резервуаров и цистерн для хранения в них пищевых продуктов, химических реагентов Никелевые тигли широко распространены в практике аналитической химии. Никелевые трубы различных размеров служат для изготовления конденсаторов, в производстве водорода, для перекачки различных химически активных веществ (щелочей) в химическом производстве. Никелевые, химически стойкие инструменты широко используются в медицине, в научно-исследовательской работе. Сравнительно новой областью применения чистого никеля являются такие виды техники как приборы для радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами (в атомной технике). Никелевые пластинки в последнее время применяют взамен кадмиевых в механических прерывателях нейтронного пучка с целью получения нейтронных импульсов с большим значением энергии. Имеются указания о применении никелевых пластинок в ультразвуковых установках, как электрических, так и механических, а также в современных конструкциях телефонных аппаратов.
Есть некоторые области техники, где чистый никель применяется или непосредственно в порошкообразном виде или в виде различных изделий, получаемых из порошков чистого никеля. Одной из областей применения порошкообразного никеля являются каталитические процессы в реакциях гидрогенизации непредельных углеводородов, циклических альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов. Каталитические свойства никеля аналогичны тем же свойствам платины и палладия. Таким образом, химическая аналогия элементов одной и той же группы периодической системы находит отражение и здесь. Никель, как металл более дешевый, чем палладий и платина, широко применяется в качестве катализатора при гидрогенизационных процессах.
На основе применения порошков чистого никеля было освоено производство пористых фильтров для фильтрования газов, топлива и в различных областях химической промышленности.
Никель широко применяется в качестве электродов для щелочных аккумуляторов. В Германии еще в годы войны был разработан метод изготовления этих электродов из прессованных и спеченных при определенных условиях порошков чистого никеля. Этот способ стал широко применяться в Германии и других странах. Имеются сообщения о том, что пластинки для щелочных аккумуляторов, изготовленные из тонкого порошка чистейшего никеля, полученного через карбонил никеля, имеющие 80% пористости и большую поверхность, показывают высокую производительность. Подобные аккумуляторы сохраняются без разрядки при длительном хранении (примерно до одного года).
Некоторое применение никель находит в виде неорганических соединений в керамической промышленности для различных покрытий, эмалирования и других целей.
Одним из способов добычи чистого никеля является карбонильный метод, основанный на разложении тетракарбонила никеля Ni(CO)4. Это вещество и его применение описано в следующем разделе.
2. Экспериментальная часть
2.1 Карбонил никеля: получение и свойства
Карбонил никеля, тетракарбонил никеля Ni(CO)4, открытый в 1888 г. Лангером, образуется при пропускании оксида углерода (ІІ) при 50 – 100о над мелкораздробленным никелем (полученным, например, восстановлением оксида никеля водородом при 400о С):
Ni + 4CO = Ni(CO)4.
Также Ni(CO)4 можно получить действием оксида углерода (ІІ) под давлением 50 – 100 ат. на концентрированный раствор хлорида гексаммина никеля, нагретого до 80о:
[Ni(NH3)6]Cl2+ 5CO + 2H2O = Ni(CO)4 + (NH4)2CO3 + 4NH4Cl + 2NH3;
обработкой соединения K2[Ni(CO)(CN)3] кислотами:
4K2[Ni(CO)(CN)3] + 2HCl = Ni(CO)4 + 3K2[Ni(CN)4] + 2KCl + H2;
или действием угарного газа и фенилмагнийбромида на хлорид никеля(ІІ):
NiCl2 + 2C6H5MgBr + 4CO = Ni(CO)4 + MgCl2 + MgBr2 + 2C6H5 .
Это бесцветная жидкость, закипающая при 43оС, затвердевающая при -25оС, имеет плотность 1,356 г/см3. Критическая температура Ni(CO)4 лежит около 200оС, а критическое давление равно примерно 30 атм. Полностью разлагается на металлический никель и окись углерода при нагревании до 180 – 200оС или под действием ультрафиолетовых лучей. Карбонил никеля диамагнитен, очень летучий и сильно токсичен. Обнаруживает значительную дисперсию.
Тетракарбонил никеля плохо растворим в воде, растворяется в эфире, бензоле, хлороформе, толуоле. Не взаимодействует с разбавленными кислотами и щелочами.
При действии хлора, брома или иода на Ni(CO)4 образуются дигалогениды никеля, например:
Ni(CO)4 + Br2 = NiBr2 + 4CO.
Кислород или воздух окисляют карбонил никеля до NiO и CO2:
2Ni(CO)4 + 5O2 = 2NiO + 8CO2.
Реакция сопровождается воспламенением. Смесь паров Ni(CO)4 с воздухом взрывчата.
Концентрированная серная кислота бурно (со взрывом) реагирует с карбонилом:
Ni(CO)4 + 2H2SO4(конц.) = NiSO4 + SO2 + 4CO2 + 2H2O.
Сильные окислители, например, азотная кислота, царская водка или газообразный хлор превращают Ni(CO)4 в соли никеля(ІІ):
Ni(CO)4 + 12HNO3(конц.) = Ni(NO3)2 + 10NO2 + 4CO2 + 6H2O.
При действии PF3, PCl3, или PBr3 на карбонил никеля образуются соответственно Ni(PF3)4, Ni(PCl3)4 или Ni(PBr3)4
Тетракарбонил никеля при взаимодействии с различными органическими соединениями образует металлоорганические производные никеля, например: [H2Ni(CO)3]2, Ni(С5Н5)2, C5H5NiNO, Ni(CO)2[P(C6H5)3]2 .
Карбонил никеля при температуре 180-200о разлагается на свободный металл и оксид углерода(ІІ):
Ni(CO)4 =t Ni + 4CO.
Эта реакция нашла применение в промышленности при производстве чистого никеля. В результате получается металл, не требующий какой-либо другой очистки. Таким способом отделяют черновой никель от примесей других металлов, в особенности при разделении меди и никеля.
Ni(CO)4 также служит для никелирования стекол и для приготовления коллоидных растворов никеля путём растворения в толуоле и последующим нагреванием.
2.2 Применение карбонила никеля в промышленности
Ni(CO)4 применим в так называемом процессе Монда для отделения никеля от меди из конвекторного пека. Никелевомедный пек, измельченный и промытый горячей водой (с целью удаления солей натрия), превращается в оксиды прокаливанием при 800о. Если над сплавом, полученным восстановлением оксидов меди и никеля водяным газом (56% Н2 и 25% СО) при 350 – 400оС пропускать оксид углерода (ІІ), нагретый до 50 – 60оС, при атмосферном давлении, образуется тетракарбонил никеля Ni(CO)4. Его отгоняют, и при 180 – 200оС разлагают на металлический никель и оксид углерода (ІІ) . Последний снова вводится в процесс. Никель, полученный по процессу Монда, содержит 99,8% Ni, очень небольшие количества железа и углерода, следы серы и кремния; медь и кобальт отсутствуют. Процесс Монда применим при давлении 200 ат. когда образующийся в жидком состоянии Ni(CO)4 отделяют от Fe(CO)5 дробной перегонкой.
2.3 Получение тетракарбонила никеля в лаборатории
В лабораторных условиях наиболее целесообразно получать карбонил никеля из металлического никеля и оксида углерода (ІІ) при атмосферном давлении и комнатой температуре. Однако никель должен быть в очень активном состоянии. Эта активность значительно повышается в присутствии очень небольшого количества ртути в качестве катализатора. Следы кислорода заметно подавляют активность, но небольшое количество сероводорода нарушает влияние кислорода. Для описываемого метода приготовления тетракабонила никеля сероводород не требуется.
Прибор для приготовления и хранения состоит из стеклянной трубки (Б), которая суживается с одного края и переходит в тонкую длинную трубочку (А). К концу трубочки припаян стеклянный приемник (Д) с трубкой (Г) для отвода газов и выливания Ni(CO)4 из приёмника. Другой, толстый конец трубки Б закрывают резиновой пробкой (В), в которую вставлен тройник для впуска водорода и окиси углерода. Трубку А помещают в печь поворотного типа.
Активный никель приготовляют из формиата никеля. Для этого формиат никеля смешивают с небольшим количеством оксида ртути (1% от веса формиата), и помещают в трубку Б. В трубочку А вставляют пробку из стеклянной ваты, служащей в качестве фильтра. Источники водорода и окиси углерода присоединяют к реакционной трубке посредством толстостенных резиновых шлангов достаточной длинны, необходимой для перемещения прибора. К концу стеклянной трубки Г присоединяют резиновую трубку, ведущую через ртутный клапан к стеклянному капилляру, вставленному в нижнюю часть лабораторной горелки. Горелка должна находиться в вытяжном шкафу. Пламя вызывает разрушение ядовитого карбонила никеля, сопровождающееся появлением ярко-серой окраски, являющейся чрезвычайно чувствительным индикатором этого вещества.
После пропускания через газопроводные трубки соответствующих газов в систему равномерный ток водорода и температуру печи повышают до 190 – 200оС. чем медленнее протекает восстановление никеля, тем более активным он становится. Водород не является необходимым для восстановления формиата никеля, но служит для удаления паров воды. Температура обогрева ни в коем случае не должна превышать 2000С.
После охлаждения трубки до комнатной температуры её помещают в вытяжной шкаф в вертикальном положении так, чтобы газ поступал сверху. Приемник Д погружают в охладительную смесь из твёрдой углекислоты и спирта в сосуде Дьюара и дают свободно поступать оксиду углерода (ІІ). При этом необходимо наличие клапана для предотвращения засасывания воздуха в прибор через отводную трубку. После удаления водорода отводную трубку почти совсем или полностью закрывают, и угарному газу дают поступать с такой скоростью, с какой он может вступать в реакцию. Жидкий тетракарбонил никеля, как и его пары, будет поступать в приемник и замерзать, образуя белое твёрдое вещество.
После того как весь Ni(CO)4 перейдёт в приемник, отводную трубку можно закрыть и твёрдому веществу в приемнике дать расплавиться; жидкость оставляем в атмосфере оксида углерода (ІІ) до переливания её в ампулу. Карбонил никеля следует хранить в запаянных ампулах. Удобно применять следующий способ наполнения. Тетракарбонил никеля в приемнике Д замораживают. С трубки Г снимают резиновую трубку и при медленном токе окиси углерода присоединяют переходник с краном. До переходника припаивают ампулу для перелива. Ампулу переворачивают вверх и дают окиси углерода медленно проходить через кран, пока из ампулы не будет удалён воздух. Ni(CO)4 настолько подвижен, что его можно переливать из приемника в ампулу через капилляр. Ампулу следует наполнять не более чем на две трети. Жидкость в обеих емкостях замораживают, спускают давление через кран и запаивают капилляр. К крану можно припаивать другие ампулы и таким же образом собирать несколько порций препарата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
