stringtranslate.com

Оксид никеля(II)

Оксид никеля(II) — это химическое соединение с формулой NiO . Это основной оксид никеля . [4] Он классифицируется как основной оксид металла. Ежегодно производится несколько миллионов килограммов различного качества, в основном как промежуточное вещество в производстве никелевых сплавов. [5] Минералогическая форма NiO , бунзенит , встречается очень редко. Были 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 °C порошок никеля реагирует с кислородом, давая NiO . В некоторых коммерческих процессах зеленый оксид никеля получают путем нагревания смеси порошка никеля и воды при 1000 °C; скорость этой реакции можно увеличить путем добавления NiO . [6] Самый простой и успешный способ получения — пиролиз соединений никеля(II), таких как гидроксид, нитрат и карбонат , которые дают светло-зеленый порошок. [4] Синтез из элементов путем нагревания металла в кислороде может давать серые или черные порошки, что указывает на нестехиометрию . [4]

Структура

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

Заявки и реакции

NiO имеет множество специализированных применений, и, как правило, различают «химическую чистоту», которая является относительно чистым материалом для специальных применений, и «металлургическую чистоту», которая в основном используется для производства сплавов. Он используется в керамической промышленности для изготовления фритт, ферритов и фарфоровых глазурей. Спеченный оксид используется для производства сплавов никелевой стали. Шарль Эдуард Гийом получил Нобелевскую премию по физике 1920 года за свою работу над сплавами никелевой стали, которые он назвал инваром и элинваром .

NiO — это широко используемый материал для переноса дырок в тонкопленочных солнечных элементах. [7] Он также был компонентом никель-железной батареи , также известной как батарея Эдисона, и является компонентом топливных элементов . Он является предшественником многих солей никеля, используемых в качестве специальных химикатов и катализаторов. Совсем недавно NiO использовался для изготовления NiCd-аккумуляторов, используемых во многих электронных устройствах, до разработки экологически более совершенной NiMH-батареи. [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 химической чистоты. [5] Черный NiO является предшественником солей никеля, которые возникают при обработке минеральными кислотами. NiO является универсальным катализатором гидрирования.

Нагревание оксида никеля с водородом, углеродом или оксидом углерода восстанавливает его до металлического никеля. Он соединяется с оксидами натрия и калия при высоких температурах (>700 °C) с образованием соответствующего никелата . [6]

Электронная структура

NiO полезен для иллюстрации несостоятельности теории функционала плотности (использующей функционалы, основанные на приближении локальной плотности ) и теории Хартри-Фока для учета сильной корреляции. Термин сильная корреляция относится к поведению электронов в твердых телах, которое не очень хорошо описывается (часто даже не качественно правильно) простыми одноэлектронными теориями, такими как приближение локальной плотности (LDA) или теория Хартри-Фока. [8] [ необходима цитата ] Например, кажущийся простым материал NiO имеет частично заполненную 3d-зону (атом Ni имеет 8 из 10 возможных 3d-электронов) и, следовательно, можно было бы ожидать, что он будет хорошим проводником. Однако сильное кулоновское отталкивание (эффект корреляции) между d-электронами делает NiO вместо этого широкозонным изолятором Мотта . Таким образом, NiO имеет электронную структуру, которая не является ни просто свободной электроноподобной, ни полностью ионной, а представляет собой смесь того и другого. [9] [10]

Риски для здоровья

Длительное вдыхание NiO вредит легким, вызывая поражения, а в некоторых случаях и рак. [11]

Расчетный период полураспада NiO в крови составляет более 90 дней. [12] NiO имеет длительный период полураспада в легких; после введения грызунам он сохранялся в легких более 3 месяцев. [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 рабочих завода по переработке сульфидной руды. [20]

В двухлетнем исследовании ингаляции зеленого NiO в рамках Национальной токсикологической программы были получены некоторые доказательства канцерогенности у крыс F344/N, но неоднозначные доказательства у самок мышей B6C3F1; доказательств канцерогенности у самцов мышей B6C3F1 не было. [14] В двухлетних исследованиях наблюдалось хроническое воспаление без фиброза.

Ссылки

  1. ^ "Никель металлический и другие соединения (как Ni)". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (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: Pergamon Press . С. 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; McGraw-Hill Publications, 2002
  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. ^ Hüfner, S. (1994-04-01). "Электронная структура NiO и родственных соединений 3d-переходных металлов". Advances in Physics . 43 (2): 183–356. Bibcode : 1994AdPhy..43..183H. doi : 10.1080/00018739400101495. ISSN  0001-8732.
  9. ^ Kuiper, P.; Kruizinga, G.; Ghijsen, J.; Sawatzky, GA; Verweij, H. (1989). «Характер дырок в Li x Ni 1−x O и их магнитное поведение». Physical Review Letters . 62 (2): 221–224. Bibcode :1989PhRvL..62..221K. doi :10.1103/physrevlett.62.221. ISSN  0031-9007. PMID  10039954.
  10. ^ Мотт, Н. Ф. (1949). «Основы электронной теории металлов с особым акцентом на переходные металлы». Труды Физического общества. Раздел A. 62 ( 7): 416–422. Bibcode : 1949PPSA...62..416M. doi : 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 English, JC, Parker, RDR, Sharma, RP & Oberg, SG (1981). Токсикокинетика никеля у крыс после интратрахеального введения растворимой и нерастворимой формы. Am Ind Hyg Assoc J. 42(7):486-492.
  13. ^ Benson, JM, Barr, EB, Bechtold, WE, Cheng, YS., Dunnick, JK, Eastin, WE, Hobbs, CH, Kennedy, CH и Maples, KR (1994). Судьба вдыхаемого оксида никеля и никеля под поверхностью у крыс F344/N. Inhal Toxicol 6(2):167-183.
  14. ^ ab Национальная токсикологическая программа (NTP) (1996). Исследования токсикологии и канцерогенеза оксида никеля (CAS № 1313-99-1) на крысах F344 и мышах B6C3F1 (исследования при вдыхании) Департамент здравоохранения и социальных служб США. NTP TR 451. Публикация NIH № 96-3367.
  15. ^ Sunderman, FW, Hopfer, SM, Knight, JA, McCully, KS, Cecutti, AG, Thornhill, PG, Conway, K., Miller, C., Patierno, SR & Costa, M. (1987). Физико-химические характеристики и биологические эффекты оксидов никеля. Канцерогенез 8(2):305-313.
  16. ^ IARC (2012). «Никель и его соединения» IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum, том 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 изменения и отменяющий Директивы 67/548/EEC и 1999/45/EC, а также вносящий изменения в Регламент (ЕС) № 1907/2006
  18. ^ Всемирно гармонизированная система классификации и маркировки химических веществ (GHS), пятое пересмотренное издание, Организация Объединенных Наций, Нью-Йорк и Женева, 2013 г. PDF unece.org Доступ 13 июля 2017 г.
  19. ^ NTP (Национальная токсикологическая программа). 2016. «Отчет о канцерогенах», 14-е издание.; Research Triangle Park, NC: Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения. https://ntp.niehs.nih.gov/pubhealth/roc/index-1.html Доступ 13 июля 2017 г.
  20. ^ Международный комитет по никелевому канцерогенезу у человека (ICNCM). (1990). Отчет Международного комитета по никелевому канцерогенезу у человека. Scan. J. Work Environ. Health. 16(1): 1-82.

Внешние ссылки