Nikl a jeho sloučeniny

Nikl a jeho sloučeniny
Mgr. Jana Pertlová
Copyright © iStudium, 2008, http://www.istudium.cz
Žádná část této publikace nesmí být publikována a šířena žádným způsobem a v žádné podobě
bez výslovného svolení vydavatele.
Produkce, technický redaktor: Roman Bartoš
Vnitřní úprava: Stanislav Kliment
OBSAH
Obsah ........................................................................................................................................................1
Nikl ...........................................................................................................................................................2
Základní vlastnosti ..............................................................................................................................2
Elektronová konfigurace .....................................................................................................................2
Vazebné schopnosti .............................................................................................................................2
Vaznost...........................................................................................................................................2
Oxidační čísla .................................................................................................................................2
Výskyt .................................................................................................................................................2
Volný nikl ......................................................................................................................................2
Vázaný nikl ....................................................................................................................................2
Chemické vlastnosti ............................................................................................................................2
Příprava ...............................................................................................................................................3
Využití .................................................................................................................................................3
Negativní zdravotní působení niklu ...............................................................................................3
Sloučeniny ...........................................................................................................................................4
Kyanid nikelnatý Ni(CN)2..............................................................................................................4
Halogenidy .....................................................................................................................................4
Sulfid nikelnatý NiS .......................................................................................................................5
Oxid nikelnatý NiO ........................................................................................................................5
Hydroxid nikelnatý Ni(OH)2 ..........................................................................................................5
Síran nikelnatý NiSO4 ....................................................................................................................6
1
NIKL
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI




Světlá, velmi lesklá látka.
Velmi kujný a tažný kov.
Výborně leštitelný.
Feromagnetický.
ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE
Obr. 1: Elektronová konfigurace niklu
VAZEBNÉ SCHOPNOSTI
Má deset valenčních elektronů.
Vaznost
 Díky volným d-orbitalům může tvořit koordinační sloučeniny, např. [Ni(NH3)6]2+, …
Oxidační čísla
 Kladná: +II (NiO, NiCl2, NiSO4, …), +III (jen zřídka, je velmi nestálé, např. Ni2O3, …).
VÝSKYT
V přírodě se vyskytuje hojně.
Volný nikl
V přírodě málo, jen jako součást meteoritů.
Vázaný nikl
Nejčastěji ve formě oxidu jako příměs železných rud.
CHEMICKÉ VLASTNOSTI
 Za normální teploty je odolný vůči působení vzduchu a vody. (Toho se využívá k protikorozní
ochraně železa.)
 Jemně mletý je pyroforický (samozápalný).
 Zahříváním tvoří oxid:
.
2
 Za zvýšené teploty se dobře slučuje s některými nekovy:
,
,
.
 Reaguje se zředěnými kyselinami:
,
.
 Koncentrovaná kyselina dusičná ho pasivuje (stejně jako železo a kobalt).
 Vůči alkalickým hydroxidům je dobře odolný.
 Reaguje s oxidem uhelnatým za vzniku tetrakarbonylu niklu:
.
PŘÍPRAVA
 Pražně – redukční (poměrně složitý) proces:
 Nejprve se převede na složitý sulfid Ni3S2.
 Pražením se ze sulfidu získá oxid NiO:
 Redukcí NiO uhlíkem:
.
.
 Termickým rozkladem tetrakarbonylu niklu:
.
 Velmi čistý nikl se získává elektrolytickou cestou.
VYUŽITÍ
 Ochranná vrstva proti korozi.
 Výroba speciálních zařízení a nádob pro přepravu a uchovávání alkalických hydroxidů.
 Katalyzátor při reakcích s vodíkem (tzv. Raneyův nikl):





.
Přísada při výrobě oceli (legování oceli).
Mincovní kov.
Speciální slitiny.
Výroba galvanických článků – např. Ni-Cd článek, …
Šperkařství – přísada pro tzv. bílé zlato, bižuterie, …
Negativní zdravotní působení niklu
 Poměrně často se lze setkat s kožní alergií na nikl, která se projevuje zarudnutím pokožky, svěděním a může vést až ke vzniku kožního ekzému.
 Nikl patří mezi tzv. kontaktní alergeny (náušnice, hodinky, mince, knoflíky, …).
 Zvláště nebezpečné jsou v tomto ohledu náušnice, protože oblast ucha patří mezi velice citlivé
části lidského těla a alergické působení může nabývat závažnějších projevů – otoky hlavy, astmatické záchvaty.
 Při velkých nebo pravidelných větších dávkách niklu se silně zvyšuje riziko vzniku rakoviny.
 Nikl je také řazen mezi mutageny, protože může negativním způsobem ovlivnit vývoj lidského
plodu. (To ale hrozí pouze pracovníkům metalurgických provozů, které se zabývají zpracováním
tohoto kovu a nedodržují základní pravidla bezpečnosti práce.)
3
SLOUČENINY
Tabulka 1: Přehled sloučenin niklu
Bezkyslíkaté sloučeniny
Kyslíkaté sloučeniny
Kyanidy
Halogenidy
Sulfid
Oxidy
Hydroxid
Soli
kyselin
Oxidační
číslo
+II
+II
+II
+II, (+III)
+II
+II
Příklad
Ni(CN)2,
Ni(SCN)2
NiCl2,
NiBr2
NiS
NiO, Ni2O3
Ni(OH)2
NiSO4,
Ni(NO3)2
Sloučeniny s oxidačním číslem +II:
 jsou velmi stabilní.
 často bývají ve formě hydrátů, pak mívají zelenou barvu.
 jsou téměř všechny rozpustné ve vodě (kromě NiO, NiCO3) a tvoří nejčastěji hexaaqua-komplexy
[Ni(H2O)6]2+. Voda v aqua-komplexech se dá lehce vyměnit za amoniak za vzniku hexaamminnikelnatých komplexů modré barvy [Ni(NH3)6]2+.
Sloučeniny s oxidačním číslem +III (popř. +IV):
 se vyskytují jen zřídka a hned se rozkládají.
Nikl s oxidačním číslem +III je většinou součástí komplexů.
Kyanid nikelnatý Ni(CN)2
Vlastnosti




Bezvodý hnědožlutý.
Hydratovaný opět zelené barvy.
Nerozpustný ve vodě.
Tvoří „kyanonikelnaté“ komplexní sloučeniny typu [Ni(CN)4]2− nebo [Ni(CN)6]4−, např. hexakyanonikelnatan sodný Na4[Ni(CN)6].
Příprava
 Srážením nikelnatých solí prostřednictvím alkalických kyanidů:
.
;
Halogenidy
NiCl2, NiBr2, …
Vlastnosti
 Nikl je schopen tvořit všechny halogenidy a jen s oxidačním číslem +II.
 Halogenidy nikelnaté jsou všechny hydratované. V roztoku v podobě aqua-komplexů mají typickou zelenou barvu. Obecný vzorec je [Ni(H2O)6]X2, kde X je některý z halogenů.
 Bezvodé mají každý svoji typickou barvu, např. NiCl2 je zlatožlutý.
 Působením fluoru na roztok NiCl2 a KCl vznikají komplexní sloučeniny K3[Ni+IIIF6] a K2[Ni+IVF6].
 NiCl2 se dá v zásaditém prostředí oxidovat působením silných oxidačních činidel (např. chlornanem nebo chlorovým vápnem) na kation Ni3+:
.
4
Příprava
 Reakcí
niklu
s
halogenem
za
vysoké
teploty:
;
;
.
Sulfid nikelnatý NiS
Vlastnosti
 Černý.
 Nerozpustný ve vodě a hydroxidech.
Chemické vlastnosti
 V přítomnosti CO v roztoku alkalického hydroxidu vzniká tetrakarbonyl niklu:
.
Příprava
 Srážením
nikelnatých
solí
.
sulfanem
nebo
 Přímým slučováním za vysoké teploty:
alkalickými
sulfidy:
;
.
Oxid nikelnatý NiO
Vlastnosti
 Zelený.
 Nerozpustný ve vodě ani v hydroxidech.
Chemické vlastnosti
 Dobře se rozpouští v kyselinách za vzniku příslušných solí:
,
.
Příprava
 Hořením v proudu kyslíku:
.
 Tepelným rozkladem uhličitanu nebo hydroxidu:
Využití
 Barvení skla a keramiky do šedých odstínů.
Hydroxid nikelnatý Ni(OH)2
Vlastnosti
 Zelený.
 Nerozpustný ve vodě ani hydroxidech.
 Rozpouští se ale v roztoku amoniaku.
5
;
.
Chemické vlastnosti
 Rozpouští se v kyselinách:
,
.
 Rozpouští se v amoniakálních roztocích za vzniku modrých ammin-nikelnatých komplexů (např.
hydroxid hexaammin-nikelnatý):
.
Příprava
 Srážením nikelnatých solí za pomoci alkalických hydroxidů:
.
;
Síran nikelnatý NiSO4
Vlastnosti




Zelený.
Tvoří nejčastěji heptahydrát NiSO4 · 7 H2O (nikelnatá skalice).
Rozpustný ve vodě.
V roztoku tvoří většinou zelený hexahydrát nikelnatý [Ni(H2O)6]2+.
Chemické vlastnosti
 S alkalickými hydroxidy tvoří podvojné soli (např. síran disodno-nikelnatý):
.
Příprava
 Reakcí
nikelnatých
sloučenin
s
kyselinou
.
6
sírovou:
;