Никель
Металл и соединения никеля(II)
Саксонские горняки считали красноватый минерал медной рудой, но меди в нём не было — его прозвали «купферникель», «медным бесом» (NiAs, никелин). В 1751 году Аксель Кронстедт выделил из него новый металл — никель.
Никель (\(3d^84s^2\)) — ферромагнитный, устойчивый к коррозии металл. Им покрывают сталь, его вводят в нержавеющие стали (18/8), из сплавов с медью чеканят монеты, инвар (Fe + 36 % Ni) почти не расширяется при нагревании. Мелкодисперсный никель Ренея (1926), полученный выщелачиванием алюминия из сплава Ni–Al, — катализатор гидрирования жиров и органических веществ (Поль Сабатье, Нобелевская премия 1912 года).
Соли никеля(II) — зелёные (\(\ce{NiSO4*7H2O}\), \(\ce{NiCl2*6H2O}\)). Гидроксид \(\ce{Ni(OH)2}\) — светло-зелёный, на воздухе не окисляется (в отличие от \(\ce{Fe(OH)2}\) и \(\ce{Mn(OH)2}\)), но растворяется в аммиаке.
scienceНикель(II)
- \(\ce{Ni + H2SO4 -> NiSO4 + H2 ^}\) (медленно).
- \(\ce{NiSO4 + 2NaOH -> Ni(OH)2 v + Na2SO4}\).
- \(\ce{Ni(OH)2 + 6NH3 -> [Ni(NH3)6](OH)2}\) — сине-фиолетовый раствор.
- \(\ce{NiCl2 + Na2S -> NiS v + 2NaCl}\) — чёрный осадок; после старения не растворяется в HCl.
- \(\ce{2Ni(NO3)2 ->[t] 2NiO + 4NO2 ^ + O2 ^}\).
boltОтделение никеля от железа
Избыток аммиака осаждает \(\ce{Fe(OH)3}\) (а также \(\ce{Cr(OH)3}\), \(\ce{Al(OH)3}\)), а никель, кобальт, медь и цинк уходят в раствор в виде аммиакатов. Это первый шаг анализа сплавов на основе железа.
Диметилглиоксим и комплексы
В 1905 году Лев Чугаев в Москве открыл реакцию, ставшую классикой анализа: диметилглиоксим (dmgH\(_2\)) в аммиачном растворе даёт с никелем алый осадок \(\ce{Ni(dmgH)2}\). Две молекулы реагента плоско окружают атом никеля, а между ними замыкаются водородные связи O–H···O. Реакция почти специфична: мешают лишь большие количества кобальта и железа(II) (железо(III) маскируют тартратом).
Никель(II) (\(d^8\)) легко меняет геометрию:
| Комплекс | Геометрия | Цвет | Магнетизм |
|---|---|---|---|
| \(\ce{[Ni(H2O)6]^2+}\), \(\ce{[Ni(NH3)6]^2+}\) | октаэдр | зелёный, сине-фиолетовый | 2 неспаренных |
| \(\ce{[Ni(CN)4]^2-}\), \(\ce{Ni(dmgH)2}\) | плоский квадрат | жёлтый, алый | диамагнитны |
| \(\ce{[NiCl4]^2-}\) | тетраэдр | синий | 2 неспаренных |
scienceКомплексы никеля
- \(\ce{NiCl2 + 2C4H8N2O2 + 2NH3 -> Ni(C4H7N2O2)2 v + 2NH4Cl}\) — реакция Чугаева.
- \(\ce{Ni(CN)2 + 2KCN -> K2[Ni(CN)4]}\).
- \(\ce{NiCl2 + 2[N(C2H5)4]Cl -> [N(C2H5)4]2[NiCl4]}\) — синий тетраэдрический комплекс.
boltПочему квадрат
Лиганды сильного поля (\(\ce{CN-}\), dmg) сильно поднимают одну орбиталь (\(d_{x^2-y^2}\)): восемь d-электронов спариваются на четырёх нижних орбиталях, и выгоднее плоско-квадратное окружение — комплекс диамагнитен. Слабые и объёмные лиганды (\(\ce{Cl-}\)) дают тетраэдр.
Никель(III) и аккумуляторы
Сильные окислители в щелочной среде (бром, гипохлорит, персульфат) переводят \(\ce{Ni(OH)2}\) в чёрный оксогидроксид никеля(III) \(\ce{NiO(OH)}\). Это рабочее вещество положительного электрода никель-кадмиевых (Юнгнер, 1899) и никель-металлгидридных аккумуляторов:
В Ni–Cd аккумуляторе на отрицательном электроде окисляется кадмий, в Ni–MH — водород, запасённый в интерметаллиде вроде \(\ce{LaNi5}\). Никель(IV) известен в \(\ce{K2NiF6}\) и в перезаряженных электродах.
scienceНикель(III)
- \(\ce{2Ni(OH)2 + NaClO -> 2NiO(OH) + NaCl + H2O}\).
- \(\ce{2Ni(OH)2 + Br2 + 2NaOH -> 2NiO(OH) + 2NaBr + 2H2O}\).
- \(\ce{Cd + 2NiO(OH) + 2H2O ->[разряд] Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2}\).
- \(\ce{2NiO(OH) + 6HCl -> 2NiCl2 + Cl2 ^ + 4H2O}\) — никель(III) окисляет соляную кислоту.
auto_awesomeНикель в аккумуляторах будущего
Современные катоды литий-ионных аккумуляторов электромобилей — смешанные оксиды никеля, марганца и кобальта (NMC) с высоким содержанием никеля: никель даёт ёмкость, кобальт и марганец — устойчивость структуры. Спрос на никель для батарей растёт быстрее, чем для стали.
push_pinГлавное
Ni — \(3d^84s^2\); ферромагнитный, устойчивый к коррозии металл (покрытия, нержавеющие стали, монеты, инвар). В кислотах растворяется медленно до зелёного \(\ce{[Ni(H2O)6]^2+}\); холодная концентрированная \(\ce{HNO3}\) пассивирует. \(\ce{Ni(OH)2}\) зелёный, растворяется в аммиаке: \(\ce{[Ni(NH3)6]^2+}\) сине-фиолетовый — так никель отделяют от железа. Геометрия Ni(II) (\(d^8\)): октаэдр (\(\ce{H2O}\), \(\ce{NH3}\)), плоский квадрат (\(\ce{[Ni(CN)4]^2-}\), диамагнитен), тетраэдр (\(\ce{[NiCl4]^2-}\), синий). Диметилглиоксим (Чугаев, 1905) даёт алый плоский \(\ce{Ni(dmgH)2}\). В щёлочи сильные окислители дают чёрный \(\ce{NiO(OH)}\) — электрод Ni–Cd и Ni–MH аккумуляторов. Никель Ренея — катализатор гидрирования.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.