1.5 Применение чистого никеля

Никель в чистом виде находит основное применение в качестве защитных покрытий от коррозии в различных химических средах. Защитные покрытия на железе и других металлах получаются двумя известными способами: плакировкой и гальванопластикой. Первым методом плакированный слой создается путем совместной прокатки в горячем состоянии тонкой никелевой пластинки с толстым железным листом. Соотношение толщин никеля и покрываемого металла при этом равно примерно 1:10. В процессе совместной прокатки, за счет взаимной диффузии, эти листы свариваются, и получается монолитный двухслойный или даже трехслойный металл, никелевая поверхность которого предохраняет этот материал от коррозии. Такого рода горячий метод создания защитных никелевых покрытий широко применяется для предохранения железа и нелегированных сталей от коррозии. Это значительно удешевляет стоимость многих изделий и аппаратов, изготовленных не из чистого никеля, а из сравнительно дешевого железа или стали, но покрытых тонким защитным слоем из никеля. Из никелированных листов железа изготовляются большие резервуары для транспортировки и хранения, например, едких щелочей, применяемые также в различных производствах химической промышленности. Гальванический способ создания защитных покрытий никелем является одним из самых старых методов электрохимических процессов. Эта операция, широко известная в технике под названием никелирование, в принципе представляет сравнительно простой технологический процесс. Он включает в себя некоторую подготовительную работу по весьма тщательной очистке поверхности покрываемого металла и подготовке электролитической ванны, состоящей из подкисленного раствора никелевой соли, обычно сульфата никеля. При электролитическом покрытии катодом служит покрываемый материал, а анодом —никелевая пластинка. В гальванической цепи никель осаждается на катоде с эквивалентным переходом его из анода в раствор. Метод никелирования имеет широкое применение в технике, и для этой цели потребляется большое количество никеля. За последнее время метод электролитического покрытия никелем применяется для создания защитных покрытий на алюминии, магнии, цинке и чугунах.

Плавленый, ковкий никель в чистом виде также находит широкое применение в виде листов, труб, прутков и проволоки, легко получаемых из никеля существующими технологическими операциями. Основные потребители никеля — химическая, текстильная, пищевая и другие отрасли промышленности. Из чистого никеля изготовляются различные аппараты, приборы, котлы и тигли с высокой коррозионной стойкостью и постоянством физических свойств. Особое значение имеют никелевые материалы в изготовлении резервуаров и цистерн для хранения в них пищевых продуктов, химических реагентов Никелевые тигли широко распространены в практике аналитической химии. Никелевые трубы различных размеров служат для изготовления конденсаторов, в производстве водорода, для перекачки различных химически активных веществ (щелочей) в химическом производстве. Никелевые, химически стойкие инструменты широко используются в медицине, в научно-исследовательской работе. Сравнительно новой областью применения чистого никеля являются такие виды техники как приборы для радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами (в атомной технике). Никелевые пластинки в последнее время применяют взамен кадмиевых в механических прерывателях нейтронного пучка с целью получения нейтронных импульсов с большим значением энергии. Имеются указания о применении никелевых пластинок в ультразвуковых установках, как электрических, так и механических, а также в современных конструкциях телефонных аппаратов.

Есть некоторые области техники, где чистый никель применяется или непосредственно в порошкообразном виде или в виде различных изделий, получаемых из порошков чистого никеля. Одной из областей применения порошкообразного никеля являются каталитические процессы в реакциях гидрогенизации непредельных углеводородов, циклических альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов. Каталитические свойства никеля аналогичны тем же свойствам платины и палладия. Таким образом, химическая аналогия элементов одной и той же группы периодической системы находит отражение и здесь. Никель, как металл более дешевый, чем палладий и платина, широко применяется в качестве катализатора при гидрогенизационных процессах.

На основе применения порошков чистого никеля было освоено производство пористых фильтров для фильтрования газов, топлива и в различных областях химической промышленности.

Никель широко применяется в качестве электродов для щелочных аккумуляторов. В Германии еще в годы войны был разработан метод изготовления этих электродов из прессованных и спеченных при определенных условиях порошков чистого никеля. Этот способ стал широко применяться в Германии и других странах. Имеются сообщения о том, что пластинки для щелочных аккумуляторов, изготовленные из тонкого порошка чистейшего никеля, полученного через карбонил никеля, имеющие 80% пористости и большую поверхность, показывают высокую производительность. Подобные аккумуляторы сохраняются без разрядки при длительном хранении (примерно до одного года).

Некоторое применение никель находит в виде неорганических соединений в керамической промышленности для различных покрытий, эмалирования и других целей.

Одним из способов добычи чистого никеля является карбонильный метод, основанный на разложении тетракарбонила никеля Ni(CO)4. Это вещество и его применение описано в следующем разделе.

2. Экспериментальная часть

2.1 Карбонил никеля: получение и свойства

Карбонил никеля, тетракарбонил никеля Ni(CO)4, открытый в 1888 г. Лангером, образуется при пропускании оксида углерода (ІІ) при 50 – 100о над мелкораздробленным никелем (полученным, например, восстановлением оксида никеля водородом при 400о С):

Ni + 4CO = Ni(CO)4.

Также Ni(CO)4 можно получить действием оксида углерода (ІІ) под давлением 50 – 100 ат. на концентрированный раствор хлорида гексаммина никеля, нагретого до 80о:

[Ni(NH3)6]Cl2+ 5CO + 2H2O = Ni(CO)4 + (NH4)2CO3 + 4NH4Cl + 2NH3;

обработкой соединения K2[Ni(CO)(CN)3] кислотами:

4K2[Ni(CO)(CN)3] + 2HCl = Ni(CO)4 + 3K2[Ni(CN)4] + 2KCl + H2;

или действием угарного газа и фенилмагнийбромида на хлорид никеля(ІІ):

NiCl2 + 2C6H5MgBr + 4CO = Ni(CO)4 + MgCl2 + MgBr2 + 2C6H5 .

Это бесцветная жидкость, закипающая при 43оС, затвердевающая при -25оС, имеет плотность 1,356 г/см3. Критическая температура Ni(CO)4 лежит около 200оС, а критическое давление равно примерно 30 атм. Полностью разлагается на металлический никель и окись углерода при нагревании до 180 – 200оС или под действием ультрафиолетовых лучей. Карбонил никеля диамагнитен, очень летучий и сильно токсичен. Обнаруживает значительную дисперсию.

Тетракарбонил никеля плохо растворим в воде, растворяется в эфире, бензоле, хлороформе, толуоле. Не взаимодействует с разбавленными кислотами и щелочами.

При действии хлора, брома или иода на Ni(CO)4 образуются дигалогениды никеля, например: