Никель и его характеристики
Общая характеристика никеля
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
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 58Ni, 60Ni, 61Ni,62Niи 64Ni. Их массовые числа равны 58, 60, 61, 62 и 64 соответственно. Ядро атома изотопа никеля 58Ni 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 59Ni с периодом полураспада равным 76 тысяч лет.
Ионы никеля
Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов никеля выглядит следующим образом:
1s22s22p63s23p63d84s2.
В результате химического взаимодействия никель отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Ni0 -2e → Ni2+;
Ni0 -3e → Ni3+.
Молекула и атом никеля
В свободном состоянии никель существует в виде одноатомных молекул Ni. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу никеля:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
7,63 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,91 |
|
Радиус атома, нм |
0,124 |
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 [78,5% никеля и 2,5% железа]) и сплавы с особыми свойствами (монель-металл, никелин, константан, инвар, платинит).
Примеры решения задач
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
NiCl2 → Ni → NiSO4 → Ni(NO3)2 → Ni(OH)2 → NiCl2. 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):
NiCl2 + Zn → Ni + ZnCl2; Ni2+ + Zn0 → Ni0 + Zn2+. Никель растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата никеля (II): Ni + H2SO4 (dilute) → NiSO4 + H2↑; Ni0 + 2H+ → Ni2+ + H2. Нитрат никеля (II) можно получить по реакции обмена: NiSO4 + Ba(NO3)2 → Ni(NO3)2 + BaSO4↓; SO42- + Ba2+ → BaSO4↓. Подействовав на нитрат никеля (II) щелочью можно получить гидроксид никеля (II): Ni(NO3)2 + 2NaOH → Ni(OH)2↓+ 2NaNO3; Ni2+ + 2OH— = Ni(OH)2↓. Хлорид никеля (II) из гидроксида никеля (II) можно получить по реакции нейтрализации с соляной кислотой: Ni(OH)2 + 2HCl → NiCl2 + 2H2O; OH— + H+ = H2O. |
| 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 + Cl2 = NiCl2. Найдем количество моль никеля (молярная масса – 59 г/моль) и хлора, вступивших в реакцию используя данные указанные в условии задачи: n = m / M; n (Ni) = m (Ni) / M (Ni); n (Ni) = 17,7 / 59 = 0,3 моль. n = V / Vm; n (Cl2) = V (Cl2) / Vm; n (Cl2) = 12 / 22,4 = 0,54 моль. Согласно уравнению задачи n (Ni): n (Cl2) = 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 (NiCl2) = 1:1; n (Ni) = n (NiCl2) = 0,3 моль. m = n×M; m (NiCl2)= n (NiCl2)×M (NiCl2); m (NiCl2)= 0,3 × 130 = 39 г. Рассчитаем объем 0,06М раствора, который можно получить из 39 г хлорида никеля (II): c = n/V; V = c/n; V(NiCl2) = n (NiCl2)/ c (NiCl2); V (NiCl2)= 0,3 / 0,06 = 0,5 л. |
| Ответ | Масса хлорида никеля (II) равна 39 г, объем 0,06М раствора – 0,5 л (500 мл). |
