stringtranslate.com

Оксид никеля(II)

Оксид никеля(II) представляет собой химическое соединение с формулой NiO . Это основной оксид никеля . [4] Классифицируется как основной оксид металла. Ежегодно производится несколько миллионов килограммов различного качества, в основном в качестве промежуточного продукта при производстве никелевых сплавов. [5] Минералогическая форма NiO , бунзенит , встречается очень редко. Заявлены и другие оксиды никеля (III) , например: Ni
2О
3и NiO
2, но остаются недоказанными. [4]

Производство

NiO можно получить несколькими способами. При нагревании выше 400 °С порошок никеля реагирует с кислородом с образованием NiO . В некоторых коммерческих процессах зеленый оксид никеля получают путем нагревания смеси никелевого порошка и воды при 1000 °C; Скорость этой реакции можно увеличить добавлением NiO . [6] Самый простой и наиболее успешный метод получения — пиролиз соединений никеля (II), таких как гидроксид, нитрат и карбонат , который дает светло-зеленый порошок. [4] Синтез элементов путем нагревания металла в кислороде может привести к образованию порошков от серого до черного цвета, что указывает на нестехиометрию . [4]

Состав

NiO принимает структуру NaCl с октаэдрическими узлами Ni 2+ и O 2- . Концептуально простая структура широко известна как структура каменной соли. Как и многие другие бинарные оксиды металлов, NiO часто нестехиометричен, а это означает, что соотношение Ni:O отклоняется от 1:1. В оксиде никеля эта нестехиометрия сопровождается изменением цвета: стехиометрически правильный NiO становится зеленым, а нестехиометрический NiO - черным.

Приложения и реакции

NiO имеет множество специализированных применений, и, как правило, различают «химическую марку», которая представляет собой относительно чистый материал для специального применения, и «металлургическую марку», которая в основном используется для производства сплавов. Его используют в керамической промышленности для изготовления фритт, ферритов и фарфоровых глазурей. Спеченный оксид используется для производства никелевых стальных сплавов. Шарль Эдуард Гийом получил Нобелевскую премию по физике 1920 года за работу над сплавами никелевой стали, которые он назвал инваром и элинваром .

NiO является широко используемым материалом для переноса дырок в тонкопленочных солнечных элементах. [7] Он также был компонентом никель-железной батареи , также известной как батарея Эдисона, и компонентом топливных элементов . Это предшественник многих солей никеля, которые используются в качестве специальных химикатов и катализаторов. Совсем недавно NiO использовался для изготовления NiCd аккумуляторов, используемых во многих электронных устройствах, до тех пор, пока не была разработана экологически более совершенная NiMH батарея. [6] NiO, анодный электрохромный материал, широко изучался в качестве противоэлектродов с оксидом вольфрама, катодным электрохромным материалом, в дополнительных электрохромных устройствах .

Ежегодно производится около 4000 тонн NiO химического качества . [5] Черный NiO является предшественником солей никеля, которые образуются при обработке минеральными кислотами. NiO — универсальный катализатор гидрирования.

Нагревание оксида никеля водородом, углеродом или окисью углерода превращает его в металлический никель. Он соединяется с оксидами натрия и калия при высоких температурах (>700 °C) с образованием соответствующего никелата . [6]

Электронная структура

NiO полезен для иллюстрации неспособности теории функционала плотности (с использованием функционалов, основанных на приближении локальной плотности ) и теории Хартри – Фока для объяснения сильной корреляции. Термин «сильная корреляция» относится к поведению электронов в твердых телах, которое плохо описывается (часто даже качественно правильно) простыми одноэлектронными теориями, такими как приближение локальной плотности (LDA) или теория Хартри-Фока. [8] [ нужна ссылка ] Например, казалось бы, простой материал NiO имеет частично заполненную 3d-зону (атом Ni имеет 8 из 10 возможных 3d-электронов), и поэтому можно ожидать, что он будет хорошим проводником. Однако сильное кулоновское отталкивание (эффект корреляции) между d-электронами делает NiO изолятором Мотта с широкой запрещенной зоной . Таким образом, электронная структура NiO не является ни просто свободной электронной, ни полностью ионной, а представляет собой смесь того и другого. [9] [10]

Риск для здоровья

Длительное вдыхание NiO повреждает легкие, вызывая их поражения, а в некоторых случаях и рак. [11]

Расчетный период полурастворения NiO в крови составляет более 90 дней. [12] NiO имеет длительный период полувыведения в легких; после введения грызунам он сохранялся в легких более 3 мес. [13] [12] Оксид никеля классифицируется как канцероген для человека [14] [15] [16] [17] [18 ] [19] на основании повышенного риска рака дыхательных путей, наблюдаемого в эпидемиологических исследованиях среди рабочих предприятий по переработке сульфидной руды. [20]

В ходе двухлетнего исследования вдыхания зеленого NiO Национальной токсикологической программы наблюдались некоторые доказательства канцерогенности у крыс F344/N, но сомнительные доказательства у самок мышей B6C3F1; не было никаких доказательств канцерогенности у мышей-самцов B6C3F1. [14] В ходе двухлетних исследований наблюдалось хроническое воспаление без фиброза.

Рекомендации

  1. ^ «Металлический никель и другие соединения (например, Ni)» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ «Оксид никеля». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov .
  3. ^ «Паспорт безопасности» (PDF) . Северо-западный государственный университет Миссури .
  4. ^ abcd Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 1336–37. ISBN 978-0-08-022057-4.
  5. ^ Аб Керфут, Дерек GE (2000). «Никель». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a17_157. ISBN 3527306730.
  6. ^ abc «Справочник по неорганическим химикатам», Прадняк, Прадьот; Публикации Макгроу-Хилла, 2002 г.
  7. ^ Ди Джироламо, Диего; Маттеоччи, Фабио; Косасих, Феликс Утама; Чистякова, Ганна; Цзо, Вэйвэй; Дивитини, Джорджо; Корте, Ларс; Дукати, Катерина; Ди Карло, Альдо; Дини, Данило; Абате, Антонио (август 2019 г.). «Стабильность и темновой гистерезис коррелируют в перовскитных солнечных элементах на основе NiO». Передовые энергетические материалы . 9 (31): 1901642. doi :10.1002/aenm.201901642. S2CID  199076776.
  8. ^ Хюфнер, С. (1 апреля 1994 г.). «Электронная структура NiO и родственных соединений 3d-переходных металлов». Достижения физики . 43 (2): 183–356. Бибкод : 1994AdPhy..43..183H. дои : 10.1080/00018739400101495. ISSN  0001-8732.
  9. ^ Койпер, П.; Круизинга, Г.; Гейсен, Дж.; Савацкий, Джорджия; Вервей, Х. (1989). «Характер дырок в Li x Ni 1−x O и их магнитное поведение». Письма о физических отзывах . 62 (2): 221–224. Бибкод : 1989PhRvL..62..221K. doi : 10.1103/physrevlett.62.221. ISSN  0031-9007. ПМИД  10039954.
  10. ^ Мотт, Н.Ф. (1949). «Основы электронной теории металлов с особым упором на переходные металлы». Труды Физического общества. Раздел А. 62 (7): 416–422. Бибкод : 1949PPSA...62..416M. дои : 10.1088/0370-1298/62/7/303. ISSN  0370-1298.
  11. ^ «Исследования токсикологии и канцерогенеза оксида никеля», Министерство здравоохранения и социальных служб США, № 451, 07/1996.
  12. ^ ab Инглиш, Дж.К., Паркер, РДР, Шарма, Р.П. и Оберг, С.Г. (1981). Токсикокинетика никеля у крыс после внутритрахеального введения растворимой и нерастворимой формы. Am Ind Hyg Assoc J. 42(7):486-492.
  13. ^ Бенсон, Дж. М., Барр, Э.Б., Бехтольд, МЫ, Ченг, Ю.С., Данник, Дж. К., Истин, МЫ, Хоббс, Ч. Х., Кеннеди, Ч. Х. и Мейплс, КР (1994). Судьба вдыхаемого оксида никеля и подповерхностного никеля у крыс F344/N. Ингаляционный токсикол 6(2):167-183.
  14. ^ ab Национальная программа токсикологии (NTP) (1996). Исследования токсикологии и канцерогенеза оксида никеля (CAS № 1313-99-1) на крысах F344 и мышах B6C3F1 (исследования при вдыхании) DHHS США. NTP TR 451. Публикация НИЗ № 96-3367.
  15. ^ Сандерман, Ф.В., Хопфер, С.М., Найт, Дж.А., Маккалли, К.С., Чекутти, А.Г., Торнхилл, П.Г., Конвей, К., Миллер, К., Патьерно, С.Р. и Коста, М. (1987). Физико-химические характеристики и биологическое действие оксидов никеля. Канцерогенез 8(2):305-313.
  16. ^ МАИР (2012). «Никель и соединения никеля» IARC Monogr Eval Cancerog Risks Hum, Volume 100C: 169-218. (https://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol100C/mono100C-10.pdf).
  17. ^ Регламент (ЕС) № 1272/2008 Европейского парламента и Совета от 16 декабря 2008 г. о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, вносящий поправки и отменяющий Директивы 67/548/EEC и 1999/45/EC, а также вносящий поправки. Регламент (ЕС) № 1907/2006
  18. ^ Согласованная на глобальном уровне система классификации и маркировки химических веществ (СГС), пятое пересмотренное издание, Организация Объединенных Наций, Нью-Йорк и Женева, 2013 г. PDF unece.org, по состоянию на 13 июля 2017 г.
  19. ^ NTP (Национальная программа токсикологии). 2016. «Отчет о канцерогенах», 14-е издание; Research Triangle Park, Северная Каролина: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения. https://ntp.niehs.nih.gov/pubhealth/roc/index-1.html По состоянию на 13 июля 2017 г.
  20. ^ Международный комитет по никелевому канцерогенезу у человека (ICNCM). (1990). Отчет Международного комитета по канцерогенезу никеля у человека. Сканировать. J. Рабочая среда. Здоровье. 16(1): 1-82.

Внешние ссылки