" Комплексные соединения никеля и их свойства".

Работу составили студенты 2 курса группы 5202

Никитин Дмитрий и Шархемуллин Эмиль.

Казань 2014г.

Комплексные соединения Никеля.

Связывание Никеля в комплексы- важный процесс, для аналитической химии в случае диагностики и определения характерных свойств веществ и самого элемента.

1.Комплексные соединение одновалентного никеля

Их известно ограниченное число, при этом большинство неустойчиво, легко выветриваются на воздухе; соединения окрашены преимущественно в красный цвет, получают восстановлением соединений никеля (II) таких как - Оксид никеля(II) NiO, Гидроксид никеля(II) Ni(OH)2, Сульфид никеля (II) NiS). К ним относятся K2 , Na2, K3, K2 , – красный.

2. Комплексные соединения двухвалентного никеля

это Наиболее важные и устойчивые соединения никеля.

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·· будет окрашен в ярко – зеленый цвет. Та же окраска характерна для образованных им кристаллогидратов солей. Напротив, в безводном состоянии отдельные комплексные соли окрашены различно, причем цвета их не всегда совпадают с собственной окраской Ni2+ (желтый), а зависят также от природы аниона.

Катион с данной валентностью(Ni 2+)с аммиаком образует гексаамминовый комплекс 2+ и диакватетраамминовый комплекс 2+ . Эти комплексы с анионами образуют синие или фиолетовые соединения, что сильно упрощает их диагностику.

Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) 2+ . При добавлении к раствору, содержащему эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждетание гидроксида никеля (II), зелёного желатинообразного вещества. Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля(II) 2+ .

В некоторых аммиакатах никеля существуют ионы 2+ и 2+ . Соединения, являющиеся производными этих и других ионов аммиаката никеля, легко растворимы в воде. Образованием этих комплексов объясняется растворимость в водном растворе аммиака многих соединений никеля, нерастворимых в чистой воде, например его гидроокиси и фосфата

Никель очень склонен также к образованию внутрикомплексных солей. К ним относятся соли, в которых атом металла, заместившего водород, например никеля, одновременно связан координационной связью с другим кислотным остатком. Внутрикомплексные соли отличаются часто исключительно низкой растворимостью. По этому в последнее время они приобретают все более важное значение в аналитической химии. Одним из наиболее известных представителей этого класса комплексных соединений является никельдиметилглиоксим, широко применяющийся для аналитического определения никеля.

К частным представителям относится Хлорид гексаминнникеля (II).

Хлорид гесаминникеля(II) Cl2 – светло – желтый или светло – голубой гигроскопичный порошок, на воздухе частично разлагается. Растворяется уже в холодной воде. Термическая устойчивость образующегося комплексного аммиаката.очень велика. Водой разлагается с выделением гидроокиси

Ni:Cl2 =6H2O = Ni(OH)2 + 4NH4OH +2NH4Cl.

На растворы аммиакатов никеля кислород влияния не оказывает

Никель в данной валентности образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) 2− имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат(II) 2− имеет плоскую квадратную структуру.

Диметилглиоксим/диметилглиоксимат Никеля.

Характерна реакция ионов Ni 2+ с диметилглиоксимом(C4H8O2N2), приводящая к образованию внутрикомплексного соединения розово-красного диметилглиоксимата никеля, что мало растворимо в воде. Диметилглиоксимат никеля Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 , плохо растворимый в воде хелатный комплекс Ni(II), дополнительно стабилизированный за счёт внутримолекулярных водородных связей, дающий чёткую красную окраску в кислой среде, используется в аналитической химии как качественная реакция на ионы никеля (II).

Диметилглиоксимат никеля Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 можно получить, прилив к раствору соли Ni(II) диметилглиоксим (реактив Чугаева) и аммиачную воду (нашатырный спирт) .

Уравнение реакции: NiSO4 + 2C4H8O2N2+ 2NH3 => Ni(C4H7O2N2)2 + (NH4)2 SO4.

Предлагаем купить листы из никеля НП2 на выгодных условиях:

• Большой выбор сортамента и типоразмерного ряда.
• Возможность дополнительной обработки металла - резка, гибка, цинкование, перфорация
• Продажа кусками и заготовками
• Реализация изделия, как оптом, так и в розницу.
• Цены без комиссий посредников.
• Различные способы и условия оплаты.
• Гибкая система скидок для оптовых и постоянных партнеров.
• Бесплатные профессиональные консультации.
• Возможность предварительной комплектации заказа на складе.
• Быстрые сроки доставки. Отгрузка оплаченного товара в течение суток по Москве.
• Доставка в регионы России за 2-3 дня. При необходимости мы самостоятельно просчитаем и закажем услуги транспортной компании. Доставка до терминала транспортной компании бесплатная.
• Упаковка товара в соответствии с требованиями заказчика. Есть возможность использования нескольких типов упаковки: полиэстерового круга ПЭТ и полиэтиленового пленки ПВХ.
• Возможность хранения товара на нашем складе до отгрузки.
• Возврат товара в соответствии с законодательством РФ.

Характеристики и размеры сортамента.

Лист никелевый НП2 представляет собой плоский полуфабрикат прямоугольной формы, изготовленный методами горячей прокатки.

К преимуществам листа никелевого относят:

• высокую прочность;
• стойкость к коррозионному разрушению;
• устойчивость к перепадам температур;
• магнитные свойства (ферромагнетик).

Характеристики изделия обусловлены свойствами марки никеля НП2 – т. н. полуфабрикатного никеля по ГОСТ 492-2006. Стандарт регламентирует содержание примесей (углерода, меди, железа, магния и др.) в металле – суммарно не более 0,5% по массе. Материал обладает жаропрочностью (сопротивлению механическим нагрузкам при высоких температурах), устойчивостью к коррозионному разрушению во множестве агрессивных сред, в т. ч. при повышенных температурах (это свойство определяют, как жаростойкость).

Толщина листа по ГОСТ варьируется от 5 до 20 мм, ширина – 500, 600, 700, 800 мм, длина 500-2000 мм. Можно купить листы никелевые мерной длины, кратной 100 мм, и немерной, полностью соответствующие государственным стандартам.

Качество изделия контролируется на всех стадиях производственного процесса. Поверхность материала соответствует стандартам и не имеет расслоений, механических повреждений и других дефектов.

ГОСТы, ТУ и другие стандарты.

Технические условия листа НП2 определены ГОСТ 6235-91. Высокая точность изготовления и отделки изделия регламентируется ГОСТ 26877-2008. Химический состав никеля НП2 соответствует ГОСТ 492-2006.

Сферы применения.

Хорошие механические, электротехнические, антикоррозионные свойства, обусловили широкое распространение листа НП2. В особенности его применение оправдано в производстве, где предъявлены высокие требования к коррозионной стойкости материала. Основные направления использования:

• судостроение;
• машиностроение, приборостроение;
• электротехнические детали – катоды, аноды;
• изготовление продукции для химической индустрии – ёмкостей, котлов, посуды, взаимодействующих с агрессивными веществами.

Продажа листов никеля со склада в Москве.

Продажа никелевых листов осуществляется со склада в Москве, расположенного по адресу:

111123, г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 56, стр. 44

Получить оплаченный товар можно путем самовывоза или с помощью доставки, которую осуществит наша компания. Собственный автопарк, состоящий из автомобилей различной тоннажности, позволит нам недорого и оперативно доставить заказ до Вашего объекта.

При заказе продукции от 100 кг. доставка будет для Вас бесплатной.

Отгрузка и доставка оплаченного товара производится в течение одних суток.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Никель - двадцать восьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ni от латинского «niccolum». Расположен в четвертом периоде, VIIIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 28.

Подобно кобальту, никель встречается в природе преимущественно в виде соединений с мышьяком или серой; таковы, например, минералы купферникель NiAs, мышьяковоникелевый блеск NiAsS и др. Никель более распространен, чем кобальт [около 0,01% (масс.) земной коры].

Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком (рис. 1), очень тверд, хорошо полируется, притягивается магнитом. Он характеризуется высокой коррозионной стойкостью - устойчив в атмосфере, в воде, в щелочах и ряде кислот. Активно растворяется в азотной кислоте. Химическая стойкость никеля обусловлена его склонностью к пассивированию - к образованию на поверхности оксидных пленок, обладающих сильным защитным действием.

Рис. 1. Никель. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса никеля

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии никель существует в виде одноатомных молекул Ni, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 58,6934.

Изотопы никеля

Известно, что в природе никель может находиться в виде пяти стабильных изотопов 58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Niи 64 Ni. Их массовые числа равны 58, 60, 61, 62 и 64 соответственно. Ядро атома изотопа никеля 58 Ni содержит двадцать восемь протонов и тридцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы никеля с массовыми числами от 48-ми до 78-ми, а также восемь мета стабильных состояний, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 59 Ni с периодом полураспада равным 76 тысяч лет.

Ионы никеля

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов никеля выглядит следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 .

В результате химического взаимодействия никель отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Ni 0 -2e → Ni 2+ ;

Ni 0 -3e → Ni 3+ .

Молекула и атом никеля

В свободном состоянии никель существует в виде одноатомных молекул Ni. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу никеля:

Сплавы никеля

Главная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и др. Металлами. Присадка никеля к стали повышает её вязкость и стойкость против коррозии.

Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные (нимоник, инконель, хастелла [свыше 60% никеля, 15-20% хрома и др. металлы]), магнитные (пермаллой ) и сплавы с особыми свойствами (монель-металл, никелин, константан, инвар, платинит).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: NiCl 2 → Ni → NiSO 4 → Ni(NO 3) 2 → Ni(OH) 2 → NiCl 2 . Уравнения реакций, протекающих в растворах, изобразите в ионной и сокращенной ионной формах.

Ответ

Поместив в раствор хлорида никеля (II) более активный, чем никель металл, можно получить никель в свободном виде (реакция замещения): NiCl 2 + Zn → Ni + ZnCl 2 ; Ni 2+ + Zn 0 → Ni 0 + Zn 2+ . Никель растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата никеля (II): Ni + H 2 SO 4 (dilute) → NiSO 4 + H 2 ; Ni 0 + 2H + → Ni 2+ + H 2 . Нитрат никеля (II) можно получить по реакции обмена: NiSO 4 + Ba(NO 3) 2 → Ni(NO 3) 2 + BaSO 4 ↓; SO 4 2- + Ba 2+ → BaSO 4 ↓. Подействовав на нитрат никеля (II) щелочью можно получить гидроксид никеля (II): Ni(NO 3) 2 + 2NaOH → Ni(OH) 2 ↓+ 2NaNO 3 ; Ni 2+ + 2OH — = Ni(OH) 2 ↓. Хлорид никеля (II) из гидроксида никеля (II) можно получить по реакции нейтрализации с соляной кислотой: Ni(OH) 2 + 2HCl → NiCl 2 + 2H 2 O; OH — + H + = H 2 O.

ПРИМЕР 2

Задание	Какую массу хлорида никеля (II) можно получить при нагревании 17,7 г никеля и 12 л хлора (н.у.)? Какой объем 0,06М раствора можно приготовить из этой массы соли?
Решение	Запишем уравнение реакции: Ni + Cl 2 = NiCl 2 . Найдем количество моль никеля (молярная масса - 59 г/моль) и хлора, вступивших в реакцию используя данные указанные в условии задачи: n (Ni) = m (Ni) / M (Ni); n (Ni) = 17,7 / 59 = 0,3 моль. n (Cl 2) = V (Cl 2) / V m ; n (Cl 2) = 12 / 22,4 = 0,54 моль. Согласно уравнению задачи n (Ni): n (Cl 2) = 1:1. Это означает, что хлор находится в избытке и все дальнейшие расчеты следует вести по никелю. Найдем количество вещества и массу образовавшегося хлорида никеля (II) (молярная масса 130 г/моль): n (Ni): n (NiCl 2) = 1:1; n (Ni) = n (NiCl 2) = 0,3 моль. m (NiCl 2)= n (NiCl 2)×M (NiCl 2); m (NiCl 2)= 0,3 × 130 = 39 г. Рассчитаем объем 0,06М раствора, который можно получить из 39 г хлорида никеля (II): V(NiCl 2) = n (NiCl 2)/ c (NiCl 2); V (NiCl 2)= 0,3 / 0,06 = 0,5 л.
Ответ	Масса хлорида никеля (II) равна 39 г, объем 0,06М раствора - 0,5 л (500 мл).

Н икель — ковкий и пластичный металл. Никель — ферромагнетик. На воздухе - стабилен. На поверхности находится защитная пленка NiO, которая защищает металл от дальнейшего окисления.

С H 2 O и парами воды, содержащимися в воздухе, никель тоже не реагирует. Практически не взаимодействует никель и с такими кислотами, как серная, фосфорная, плавиковая и некоторыми другими.

Взаимодействует с HNO 3:

3Ni + 8HNO 3 = 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

С O 2 реагирует только при температуре выше 800° С.

Оксид никеля обладает основными свойствами. Он существует в 2-х модификациях: низкотемпературной (гексагональная решетка) и высокотемпературной (кубическая решетка).

С галогенами , серой реагирует только при температуре с образованием NiHal 2 и NiS . При взаимодействии с С, P образуются: карбид Ni 3 C , фосфиды - Ni 5 P 2 , Ni 2 P, Ni 3 P.

С неметаллами (N 2 ) реакция протекает при оптимальных условиях.

Существуют растворимые в воде соли NiSO 4 , Ni(NO 3) 2 и многие другие, которые образуют кристаллогидраты NiSO 4 ·7Н 2 О, Ni(NO 3) 2 ·6Н 2 О .

Нерастворимые соли: фосфат Ni 3 (PO 4) 2 и силикат Ni 2 SiO 4 .

Если добавить щелочь к раствору соли никеля (II), то выпадет зеленый осадок гидроксида никеля:

Ni(NO 3) 2 + 2NaOH = Ni(OH) 2 + 2NaNO 3.

Ni(OH) 2 обладает слабоосновными свойствами. При взаимодействии с щелочью:

2Ni(OH) 2 + 2NaOH + Br 2 = 2Ni(OH) 3 + 2NaBr.

Применение никеля и его соединений.

Наибольшее применение никель находит в производстве нержавеющей стали и сплавов. К сплавам, в которых потребляется много никеля, относятся:

Монель-металл (Ni, Cu, Fe, Mn ), широко используемый в химической аппаратуре, судостроении, для изготовления отстойников и крышек;

Нихром и хромель (Ni, Cr ), используемые в виде проволоки для реостатов, тостеров, утюгов, обогревателей;

Инвар (Ni, Fe ), применяемый благодаря очень низкому коэффициенту расширения для изготовления маятников в часах и измерительных рулетках;

Пермаллой (Ni, Fe ), используемый в технологии морских кабелей и электропередачи благодаря прекрасной магнитной восприимчивости;

Нейзильбер (Ni, Cu, Zn ) - для изготовления домашней утвари;

Алнико (Ni, Co, Fe, Al ) - мощный магнитный материал, используемый для изготовления мелкого инструмента, обладающего свойствами постоянного магнита.

Никелевые покрытия давно применяют в декоративных целях и для защиты от коррозии многих основных металлов, хотя часто заменяют и хромовым покрытием.

Задолго до открытия никеля саксонские горняки знали минерал, который походил на медную руду и применялся в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из него медь оказались неудачными, в связи с чем он получил название "купферникель", что приблизительно означает "Медный дьявол" (ср. нем. Nickel - озорник). Этот минерал (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог и химик Кронштедт. Ему удалось получить зелёный оксид и путём восстановления последнего - новый металл, названный никелем.

Нахождение в природе, получение:

Никель довольно распространён в природе - его содержание в земной коре составляет 0,01 %(масс.). В железных метеоритах (до 8 %). В растениях в среднем 5*10 -5 весовых процентов, в морских животных - 1,6*10 -4 , в наземных - 1*10 -6 , в человеческом организме - 1…2*10 -6
Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана несколькими способами:
1. Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5-8% Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
2. Карбонильный способ (метод Монда). Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель , термическим разложением, которого выделяют особо чистый металл.
3. Алюминотермический способ. Восстановления никеля из оксидной руды алюминием: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3 .

Физические свойства:

Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень твёрд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом. Плотность простого вещества при н.у. 8,902 г/см 3 , Тпл.=1726К, Ткип.=3005К.

Химические свойства:

При обычных температурах никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью - устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат никеля(II) Ni(NO 3) 2 и соответствующий оксид азота.
При нагревании никель взоимодействует со многими неметаллами: галогенами, серой, фосфором, углеродом. С кислородом воздуха при 800°С никель образует оксид NiO.
Никель способен поглощать большие объемы водорода, причем в результате образуются твердые растворы водорода в никеле.
С оксидом углерода(II) никель легко образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO) 4 .

Важнейшие соединения:

В соединениях кобальт проявляет степень окисления +3, +2, 0.
Оксид никеля(II), NiO - твердое вещество от светло- до тёмно-зелёного или чёрного цвета. Преобладают основные свойства, водородом и другими восстановителями восстанавливается до металла.
Гидроксид никеля(II), Ni(OH) 2 - зеленого цвета, мало растворим в воде, и щелочах, хорошо во многих кислотах, преобладают основные свойства. При нагревании разлагается, образуя NiO.
Соли никеля(II) - обычно получают взаимодействием NiO или Ni(OH) 2 с различными кислотами. Растворимые в воде соли никеля обычно образуют кристаллогидраты, например, NiSO 4 *7Н 2 О, Ni(NO 3) 2 *6Н 2 О. К числу нерастворимых соединений никеля относятся фосфат Ni 3 (PO 4) 2 и силикат Ni 2 SiO 4 . Кристаллогидраты и растворы окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли - жёлтые или коричнево-жёлтые.
Комплексные соединения никеля(II) весьма многочислены (к.ч.=6). Их образованием объясняется например растворение оксида никеля в растворе аммиака. Диметилглиоксимат никеля Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 , дающий чёткую красную окраску в кислой среде, используется как качественная реакция на ионы никеля (II).
Соединения никеля(III) - менее характерны. Известен, напиример оксид Ni 2 O 3 *H 2 O , вещество чёрного цвета, получается при окислении гидроксида никеля(II) в щелочной среде гипохлоритом или галогенами:
2Ni(OH) 2 + 2NaOH + Br 2 = Ni 2 O 3 *H 2 O + 2NaBr + H 2 O
Сильный окислитель.
Существуют также комплексные соединения никеля(III) , например, K 3 .
Карбонил никеля, Ni(CO) 4 . Диамагнитная бесцветная жидкость, очень летучая и токсичная. Затвердевает при -23°С, при нагревании до 180-200°С разлагается на металлический никель и оксид углерода(II). Ni(CO) 4 мало растворим в воде, хорошо в органических растворителях, не реагирует с разбавленными кислотами и щелочами.

Применение:

Никель является компонентом многих сплавов - жаропрочных, сплавов сопротивления (нихром: 60% Ni + 40% Cr), ювелирных (белое золото, мельхиор), монетных.
Никель используется также для никелирования - создания корозионностойкого покрытия на поверхности другого металла. Еще используют также для производства аккумуляторов, обмотки струн музыкальных инструментов...
Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Известно, что он принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений.
Никель может служить причиной аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В Евросоюзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека.

Рудагина Ольга
ХФ ТюмГУ, 581гр., 2011 г.

Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Ni и др.,
Популярная библиотека химических элементов. Никель. http://n-t.ru/ri/ps/pb028.htm
Сайт кафедры общей и неорганической химии РХТУ им. Д.И. Менделеева. Таблица Д.И. Менделеева: Никель