Получение хлорида гексааминникеля

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра неорганической химии КУРСОВАЯ РАБОТА Тема Получение хлорид гексаминникеляII. А Студент группы 3111 Попов А.В. Иркутск, 2002

Содержаниестр. Содержание I. Теоретическая часть Общая характеристика подгруппы хрома II. Литературный обзор 1. Историческая справка.2. Распрастранение в природе 2. Свойства никеля 1. Общие сведения 2. Получение3. Физические и химические свойства 4. Соединения никеля 4.1.

Соединенпия одновалентного никеля2. Соединение двухвалентного никеля 3. Соединения трехвалентного никеля 4. Соединение четырехвалентного никеля5. Применение III. Экспериментальная часть 1. Хлорид гексаминникеля 2. Методика получения 12 Литература I. Теоретическая часть Общая характеристика семейства железа. К элементам

VIII группы семейства железа относятся железо, кобальт и никель. Таблица 1. Радиус, нмПревый потенциал ионизацииатомаИона Э2Fe263s23p63d64s20,12270,0370764Co273s2 3p63d74s20,11810,0353760Ni283s23p63d84s2 0,11390,0337739 Рассматриваемые элементы образуют химические связи за счет орбиталей внешнего и предвнешнего электронных

слоев табл. 1. У атома железа валентные электроны заполняют орбитали следующим образом Fe 3d4s4p При возбуждении атома железа один из спаренных 4s электронов переходит из 4s- в 4p- состояние. В результате этого у атома железа оказывается 6 неспаренных электронов. В этом состоянии железо может проявлять валентность, равную шести. Атомы кобальта и никеля имеют аналогичную конфигурацию внешнего слоя.

Только у них число неспаренных электронов на 3d- подуровне соответственно равно трем и двум. Вследствии низкой электроотрицательности атомы семейства железа в своих соединениях проявляют только положительные степени окисления. В наиболее устойчивых соединениях кобальт и никель проявляют степень окисления 2, а железо II. Литературный обзор 1. Историческая справка В древности в Китае применяли сплав, названный пакфондом packfond, следующего состава 13 18

Ni, 50 - 66 Cu, остальное цинк или олово. Этот сплав получали из медно никелевых руд, добывавшихся на юге Китая, и он служил для изготовления предметов искусстваЮ, монет, а позднее для изготовления огнестрельного оружия. Металлический ниекль в загрязненном состоянии был получен Кронштадтом в 1751 г. и в чистом состоянии Бергманом в 1775 г. Название никель было дано по минералу купферникель, что означает чертова медь.

2. Распрастранение в природе В природе никель находиться в самородном состоянии или в виде соединений сульфидов, арсенидов, тиоарсенидов, антимонидов, арсенатов, силикатов, сульфатов, основных карбонатов или же входит в состав различных минералов. Содержание его в земной коре 1,810-2 вес. Никель встречается иногда в металлических метеоритах, содержащих твердые растворы сплавы железо никель с 2-7 Ni камасит или 30-75 Ni таенит. Метеориты, кроме металлического никеля, содержат его соединения,

например Fe, Ni9S8 пентландит, Fe, Ni3С когенит и Fe, Ni3P шрейберзит. Металлическое железо метеоритного происхождения содержит никель. В сернистых минералах никеля часто присутствуют такие элементы, как медь, железо, кобальт, платина, платиновые металлы, золото, селен и теллур. Наиболее важные минералы никеля следующие. Миллерит, NiS минерал с наибольшим содержанием никеля встречается в виде желтых тригональных кристаллов

с плотностью 5,2-5,6 гсм3 и твердостью 3-4 по шкале Мооса. Пентландит, Fe, Ni9S8, встречается в виде желтых кубических кристаллов с плотностью 4,5-5 гсм3 и твердостью 3 4 по шкале Мооса. Никколит, NiAs, сопутствует сульфидам или арсенидам никеля и самородному серебру этот арсенид образует медно красные гексагональные кристаллы с плотностью 7,6-7,8 гсм3 и твердостью 5 по шкале Мооса. Хлоанит, NiAs3-2 , имеет вид белых кубических кристаллов с металлическим блеском, плотностью 6,4-6,8

гсм3 и твердостью 3,5 6 по шкале Мооса. Герсдорфит, NiAsS, находится в виде серебристо белых, почти серых кубических кристаллов с плотностью 5,6-6,2 гсм3 и твердостью 5,5 по шкале Мооса. Аннабергит, Ni3AsO428H2O, встречается в окисленных зонах природных арсенидов никеля и представляет собой зеленые моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, с плотностью 3 гсм3 и твердостью 2,5 - 3 по шкале Мооса.

Гарниерит, Ni4Si4O10OH44H2O, встречается в виде сине зеленых гелей. Ревдинскит, Ni, Mg6Si4O10OH8, образуется в зонах выветривания силикатов магния с низким содержанием никеля и представляет собой сине зеленые моноклинные кристаллыс плотностью 2,5 3,2 гсм3 и твердостью 2 2,5 по шкале Мооса. Залежи минералов никеля находятся в Финляндии, Норвегии, Великобритании, России, Германии,

Франции, Испании Италии, Чехословакии, Румынии, Греции Южно Африканской Республике, США, Канаде, на Кубе, в Бразилии, Индонезии. В малых количествах никель был обнаружен в спектре Солнца, нефтях, морской воде, в организмах животных, многочисленных земных и морских растениях и в некоторых насекомых. 3. Свойства никеля. 1. Общие сведения

Никель Ni металл побочной подгруппы VIII группы. Порядковый номер 28, атомный вес равен 58,71. Валентность I, II, III, IV. Массовые числа природных изотопов 58, 60, 62, 61, 64. Массовые числа искусственных изотопов 56, 57, 59, 63, 65, 66. Электронная структура атома никеля KL3s23p63d84s2. Электронная структура атома никеля и катиона Ni2 для 3d- и 4s- орбиталей 3d8 4s2 3d8 4s

Ni Ni2 3.2. Получение Металлический никель можно получить восстановлением при нагревании окислов никеля NiO, Ni2O3, Ni3O4Ni2O, Ni4O водородом, окисью углерода, углеродом, алюминием, кремнием, бором или другими восстановителями. В результате восстановления окиси никеля водородом при 270 - 280 образуется порошкообразный пирофорный никель, а при 350 - 400 - порошкообразный, но довольно усточивый металлический никель.

Для ускорения восстановления окиси никеляII водородом процесс ведут при 600 - 700. Окись углерода восстанавливает NiO, начиная от температуры 250 - 300. Процесс протекает быстро и полностью заканчивается к 700 - 900. При прокаливании 1250 брикетов, образованных из NiO в пасты, состоящей из пшеничной муки и древесного угля, образуется порошок металлического никеля,

а при сильном прокаливании в электрических печах смеси NiO с древесным углем и известью образуется расплавленный металлический никель. Восстановление окиси никеля II твердым углем начинается примерно при 600 и полностью завершается при 1000. Алюмо- и кремнетермическое восстановление окиси никеляII описывается уравнениями 3NiO 2Al 3Ni Al2O3 218,10 ккал 2NiO Si 2Ni SiO2 91,44 ккал Алюмо- или кремнетермическим восстановлением, а также

восстановлением углем при нагревании смеси окиси никеля с окислами железа получают сплавы железо никельферроникель, которые обычно содержат и элемент восстановитель. Сильно карбидизированные сплавы железо никель используются непременно для получения сталей. Металлический никель можно получить восстановлением безводного хлорида никеля NiCl2 водородом при 600. Металлический никель получают также электролитическим путем.

Осадки электролитического никеля содержат значительное количество водорода поскольку никель осаждается в условиях высокой катодной поляризации и и образованы из мелких кристаллов, твердость которых превосходит твердость плавленного или отпущенного металла. Электролитическим методом можно получить порошок, чешуйки или хрупкую массу никеля. Для получения порошка электролитического никеля используют электролиты содержащие простые или двойные соли, и аммиачные электролиты, содержащие соединения никеля.

Порошкообразный металлический никель получается легче, чем порошкообразное железо, поскольку электролит более устойчив, а порошок никеля обладает меньшей склонностью к окислению. Для электролитического получения металлического никеля можно использовать различные растворы, содержащие соли никеля. Электролиз осуществляется в условиях определенных pH, температуры и катодной плотности тока. Анодный шлам, образующийся при электролитическом получении или рафинировании никеля, служит, как

уже отмечалось, для извлечения химически неактивных металлов, например платины или платиновых металлов. 3.3. Физические и химические свойства В компактном состоянии никель металл блестящего серебристо серого цвета после полировки появляется красивый металлический блеск может существовать в двух модификациях в- Ni структура с плотной гексагональной упаковкой и б- Ni с кубической гранецентрированной решеткой. Никель в коллоидном состоянии получают восстановлением

водородом колоидного раствора NiOH2 при каталитическом действии коллоидного паладия, восстановлением различных соединений никеля водородом, гидразином, фенилгидразином, дихлоридом олова и др. в присутствии спирта, бензола, диоксана, эфира или ацетона, а также при образовании электрической дуги между двумя никеливыми электродами в воде в присутствии восстановителя или защитного коллоида, обладающего восстановительными свойствами. Никель тяжелый металл, его плотность 8,907 гсм3 при 20, твердость 5 по шкале

Мооса, он ковок, тягуч и может перерабатываться при нагревании под давлением, тугоплавок т. пл. 1455, т. кип. 3075, имеет относительно низкую тепло- и электропроводность. Плавление металлического никеля осуществляется под защитным слоем флюса битое стекло с добавкой извести или флюорита, посколбку многие газы пары воды, двуокись или окись углерода, водород, углеводороды, двуокись серы оказывают вредное действие на расплавленный металл.

Пирофорный порошок металлического никеля может быть быть получен одним из ниже приведенных способов электролитическим путем, нагреванием амальгамы никеля, восстановлением растворенных в жидком аммиаке дихлорида, дибромида или диодида никеля металлическим натрием, калием, кальцием, а также восстановлением окислов никеля водородом при 270 - 280. Кристаллическая модификация б- Ni, в отличии от модификации в- Ni, ферромагнита, для нее точка

Кюри близка к 350. Известно множество сплавов, которые никель образует с железом, кобальтом, медью, марганцем, цинком, хромом, молибденом, вольфрамом, бериллием, углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. С химической точки зрения металлический никель не активен, он не корродирует в воде, на воздухе и в различных растворах. При обычной воздух и вода не действуютна металлический никель в компактном состоянии. На воздухе в кислороде металлический никель легко превращается в

NiO зеленого цвета при 500, если он находиться в компактном состоянии, или при 150 - 200 - в виде порошка. Помимо окиси NiO известны также окислы Ni2O, Ni3O, Ni4O, Ni2O nHO, Ni3O4 2H2O, Ni2O 3 H2O. При 600 - 1000 никель реагирует с водянным паром Ni H2O NiO H2 Металлический никель в твердом состоянии компактном, губчатом или порокообразнам или в расплаве

поглощает водород лучше, чем железо, кобальт или медь. При нагревании металлический никель взаимодействует с галогенами, серой, селеном, теллуром, фосфором, мышьяком, сурьмой, углеродом, кремнием и бором, образуя различные соединения NiF2, NiCl2, NiBr2, NiI2, NiS, Ni3S2, Ni6S5, Ni7S6, NiS2, Ni2S, Ni3Se4, Ni2Se3, NiSe2, Ni2Te3, NiTe2, NiP2,

NiP3, Ni5As2, NiSb, Ni3C, Ni2Si, NiB и др. В условиях обычной температуры и влажного воздуха хлор или бром с металлическим никелем дают соответствующие дигалогениды. При нагревании в атмосыере сероводорода, поверхность металлического никеля, покрывается пористой пленкой NiS, которая не прилегает плотно к металлу и не оказывает защитного действия. В результате взаимодействия двуокиси серы с никелем образуются

NiO и сульфид никеля, который растворяется в расплавленном металле, образуя сплавы, хрупкие при нагревании. Для удаления серы в сплавы никеля добавляют металлический марганец, магний или литий. Сульфид никеля NiS образует с металлическим никелем легкоплавкую при 645 эвтектику, в то время как сульфиды марганца, магния или лития плавятся при высокой температуре и кристаллизуются в виде изолированных включений. Двуокись азота при 200 окисляет металлический никель до

NiO, сама восстанавливаясь до NO. При пропускани газообразного аммиака над тонкодисперсным порошком металлического никеля, нагретого до 500, образуется черный кристаллический порошок Ni3N. При 900 никель взаимодействует с CO2 Ni CO2 NiO CO Пропусканием окиси углерода над нагретым до 50 - 60 металлическим никелем получают летучее соединение

NiCO4. В результате действия окиси углерода, метана, ацетилена, бензола, гексана и др. на никель при высокой температуре образуется карбид никеля Ni3C и выделяется водород в случае применения углеводородов, который растворяется в расплавленном металле, образуя сплавы. При нагревании металлический никель восстанавливает многочисленные окислы или гидроокиси металлов, сульфиды, тиоцианаты, и нитраты щелочных металлов.

Никель взаимодействует с расплавленными щелочами температура выше 600. При нагревании 550 - 600 металлического никеля с NoOH в вакууме образуется NiO, металлический натрий и выделяется водород. Галогеноводороды в газообразном состоянии взаимодействуют с никелем по общему уравнению Ni 2HX NiX2 H2 Разбавленные кислоты Hci, H2SO4, HNO3 медленно растворяют металлический никель.

Чем больше разбавлен раствор кислоты, тем более высокая температура требуется для растворения никеля. В конц. HNO3 d 1,42 металлический никель при 15 пассивируется, а при 72 - энергично расворяется. В царской водке никель растворяется, образуя хлорид никеляII. Никель медленно растворяетсяв кислотах H2CO3 и H3PO4, а с уксусной кислотой, щавелевой, винной и лимонной кислотами взаимодействуеи иолько после длительного контакта.

Растворы NaCl, CaOCl2, NH4FeSO42 12H2O вызывая коррозию растворяют металлического никеля при комнатной температуре. При действии растворов персульфатов щелочных металлов на порошок металлического никеля образуются двойные сульфаты никеля и щелочных металлов. Химические свойства никеля наглядно иллюстрируются следующей схемой Комн. темп.Во влажном воздухе сCl2 или Br2 дигалогенидыНикельНа воздухе в кислороде или с водой

NiOС галогенами NiF2, NiCl2, NiBr2, NiI2 С серой NiS, Ni2S3, Ni6S5, NiS2, Ni2Sс C, Si, B Ni3C, Ni2Si,NiBс H2S NiSНагреваниес P, As, Sb NiP2, NiP3, Ni5As2, NiSbс SO2 NiS и NiOс NO2 или CO2 NiOс CO NiCO4 или Ni3Cс CH4, C2H2, C6H6, C6H12 Ni3Cс NaOH в вакууме NiOс галогеноводородами

HX NiX2С физиологической точки зрения металлический никель не токсичен для человека, животныхи растений. 4. Соединение никеля 4.1. Соединение одновалентного никеля Известно ограниченное число соединений одновалентного никеля, при этом большинство из них неустойчивы, легко выветриваются на воздухе соединения окрашены в желтый, красный, зеленый, и синий цвета, получают восстановлением соединений никеля II. Примеры соединений никеля

I окись Ni2O оранжево желтая, гидроокись NiOH - -синяя, цианид NiCN оранжевый, сульфид Ni2S желтый, селенид Ni2Se желтый, комплексы K2NiCl3 красный, Na2NiCN3 красный, K3NiCN3 - красный, K2NiNOCN3 - красный, NiNOSC2H5 красный. 4.2. Соединения двухвалентного никеля Наиболее важные и устойчивые соединения никеляII. Оксид никеляII

NiO серо зеленый порошок. Практически нерастворима в воде и в щелочах, но легкорастворима в кислотах. Водородом при нагревании может быть восстановлена до металла. Гидроксид никеляII NiOH2 выпадает из растворов солей никеля при добавлении щелочей в виде ярко зеленого осадка амфотерности не проявляет. Получается только косвенным путем. Практически не растворима в воде и обычно употребляемых растворах сильных щелочей, но легко растворима

в кислотах. С химической стороны рассматриваемый гидрат характеризуется, следовательно, основным свойствам. Методом получения гидроокиси является взаимодействие раствора соли никеля с сильными щелочами. Гидрокид никеля с кислородом воздуха не реагирует. Образуемые двухвалентным катионом Ni2 соли сильных кислот почти все хорошо растворимы в воде, причем растворы их вследствии гидролиза показывают слабокислую реакцию.

К труднорастворимым относятся соли сравнительно слабых кислот, в частности производные анионов CO32- и PO43 Гидратированный ион Ni окрашен в ярко зеленый цвет. Та же окраска характерна для образованных им кристаллогидратов солей. Напротив, в безводном состоянии отдельные соли окрашены различно, причем цвета их невсегда совпадают с собственной окраской Ni2 желтый, а зависят также от природы аниона.

Сульфат никеляII кристаллизуется из водного раствора с семью молекулами воды кристаллогидрат NiSO4 7H2O никелевый купорос изумрудно зеленые кристаллы, легко растворимые в воде применяют при никелировании. Сульфид никеля II NiS черный осадок 4.3 Соединения трехвалентного никеля Соединения трехвалентного никеля довольно малочисленны. Они неустойчивы, проявляют окислительные свойства, образуются при энергичном окислении некоторых соединений

никеляII. В качестве примеро соединений никеля III можно назвать гидратированную окись Ni2O3 H2O, никелаты LiNiO2, NaNiO2, Ba2Ni2O5, аддукт NiCl3 2C6H4AsCH322, сульфид Ni2S3, ацетаты NiCH3COO3, Ni3CH3COO6CH3COO3, а также некоторые координационные соединения Me3INiCH NO6. 4.4. Соединения четырехвалентного никеля

Четырехвалентное состояние не характерно для никеля. Известно оченьнемного соединений четырехвалентного никеля. Все они имеют окислительный характер и неустойчивы. В качестве примеров никеля IV можно привести никелаты BaNI2O5, K2Ni2Ni4O32, Na2Ni2Ni4O32, ортопериодаты MeINiIO6 где

MeI Na, K, а также координационные соединения. 5. Применение Никель относиться к самым широко используемым металлам, но его применение ограниченно, поскольку это один из наиболее дорогих технических металлов. Из никеля изготавливают коррозионноустойчивые изделия, аппараты для физико химических измерений, детали машин и др. Примерно 10 общего количества никеля используется для никелирования, т. е.

Для покрытия никелем железа, стали, меди, латуни и других металлов или сплавов. Никелирование осуществляется как гальваническим способом, так и плакированием. Наибольшее количество никеля идет на получение сплавов, имеющих исключительно важное значение в технике. В качествее примеров сплавов никеля можно назвать никельсодержащие стали, бронзы, латуни, монетные сплавы, сплавы для электрических сопротивлений константан -

40 Ni, 60 Cu никелин 31 Ni, 56 Cu, 13 Zn манганин 4 Ni, 12 Mn, 84 CU, сплавы, используемые для изготовления деталей, устойчивых к корозии и высоким температурам, сплавы для зубильных процессов тикониум 68,2 Co Ni, 30 Cr, 1,8 Be, специальные сплавы, такие, как монель металл 40 60 Ni, 25 30 Cu остальное Fe Mn Si C S P, аргентан или алпака 13-36

Ni, 46 66 Cu, 19 31 Zn, платинит 40 46 Ni, остальное железо, инвар 35 61 Ni, 12 19,5 Fe, 15 Cr, 2 Mn, Mo, W, Co, Be. В технике особое значение имеют сплавы Ni Cu, Ni Fe, Ni Cr нихром и Fe Ni Cr ферронихром. Сплавы никеля с хромом, медью и железом не окисляются и проявляютвысокую стойкость к коррозионному действию многочисленных химических веществ. Еще в древности были известны и применялись для изготовления монет

сплавы никель медь. Тонкодисперсный порошок металлического никеля применяется для щелочных аккумуляторов, в химической промышленности в качестве катализатора, как пигмент в антикоррозиционных красках, при изготовлении постоянных магнитов и получении инвара. Тонкодисперсный никель, многочисленные сплавы никеля и некоторые соединения никеля служат катализаторами в реакциях гидрогенизации, полимеризации, циклизации, изомеризации и в различных реакциях обмена.

Некоторые соли никеля применяются в керамической промышленности в качестве пигментов. III. Экспериментальная часть 1. Хлорид гексаминнникеля II. Хлорид гесаминникеляII NiNH36Cl2 светло желтый или светло голубой гигроскопичный порошок, на воздухе частично разлагается. В холодной воде растворяется. В безводном состоянии большинство солей Ni2 способноприсоединять до 6 молекул аммиака.

Основным промеТермическая устойчивость образующегося комплексного аммиаката большая. Основным промежуточным продуктом при термическом разложении является комплексный катион NiNH322. Значение полной константы нестойкости иона NiNH32 равна 210-9. Водой рассматриваемы аммиакат разлагается с выделением гидроокиси Ni по следующей схеме NiNH36Cl2 6H2O NiOH2 4NH4OH 2NH4Cl.

В случае Ni2 равновесие под действием избытка аммиака и солей аммония смещается влево еще легче. Этим обусловлено, в частности, то обстоятельство, что аммиак в противоположность сильным щелочам осаждает гидроокись NiOH2 лишь неполность, а в присутствии достаточной концентрации аммонийных солей солей осождение может вообще не произойти.Наряду с задержкой гидролиза аммиакатов аммонийные соли способствуют растворению гидроокиси NiOH2 также просто путем увеличения концентрации ионов

NH4 в соответствии со схемой NiOH2 2NH4 2NH4OH Ni На растворы аммиакатов никеля кислород влияния не оказывает. 2. Методики получения. Ход работы. 25 г NiSO4 7H2O растворяют в возможно меньшем количестве воды и прибавляют 24 - ного раствора аммиака до полного растворения выпавшего осадка гидроокиси никеля примерно 50 мл. Смесь взбалтывают и оставляют стоять несколько часов.

Соли никеля содержат примеси железа и других металлов. При действии аммиака образуется комплексная соль никеля NiNH36SO4, а также выпадает осадок гидроокиси железа и других металлов NiSO4 6NH4OH NiNH36SO4 6H2O Если на поверхности фильтрата есть бурая пленка, то раствору дают еще постоять. К прозрачному фильтрату прибавляют 12,5 г NH4Cl. Выпадает осадок комплексной соли хлорида гексаминникеля

II. NiNH36SO4 2NH4Cl NiNH36Cl2 NH42SO4 Кристаллы соли отасывают на воронке Бюхнера, промывают аммиачным раствором хлорида аммония 5 г NH4Cl растворяют в 25 мл аммиака, затем 2-3 раза спиртом. Кристаллы сушат при 50 60С. Рассчитывают выход соли. Литература 1. Карапетьянц М.Х Дракин С.И Практикум по общей и неорганической химии.

М. Высшая школа,1969. 287с. 2. Угай Я.А Неорганическая химия. М. Высшая школа, 1989 462с 3. Спицин В.И. Практикум по общей и неорганической химии 1984 295с 4. Карапетьянц М.Х Дракин С.И Общая и неорганическая химия. М. Химия, 1994. 5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М. Высшая школа, 1974. 6. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия

М. Высшая школа, 1981. 7. Коттон Ф Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М. Мир, 1969. 8. Bibrack H Schnalbel A. Chemie. Перевод с немецеого к.х.н.Молочко В.А, Крынкина С.В. 9. Петров М.М Л.А. Михелев. Неорганическая химия Л. Химия, 1974