Курсовая работа: Никель и его карбонил
1.5 Применение чистого
никеля
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |