Никель: получение и свойства

Пермский региональный институт педагогических и

информационных технологий

 

 

 

 

 

Кафедра МиЕНД

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

по дисциплине: «Химия»

Тема: «Никель»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2009

 

Содержание

 

1.	Введение	3
2.	Элемент	4
3.	Простое вещество, образующее данный элемент	6
4.	Как свойства вещества обуславливают  его получение и  применение в  промышленности	8
5.	Влияние соединений данного  элемента на загрязнения  окружающей среды	9
6.	Заключение	14
7.	Список используемой литературы	16

 

 

Введение

 

Никель является одним  из чрезвычайно важных металлов; он имеет свою замечательную историю  и заманчивые перспективы дальнейшего  применения.

Как химический элемент никель известен немногим более 200 лет, но 
практическое применение его в виде различных сплавов уходит в глубокую 
древность. В развитии человеческой культуры, в особенности народов 
Закавказья, Средней Азии, Китая, Индии и Египта, известны примеры 
применения никельсодержащих сплавов более чем за 3000 лет до нашей эры. 
В истории первобытной культуры, в так называемом железном веке никелю, 
наряду с его аналогом — железом, принадлежит особое место, так как эти два 
металла сопутствовали друг другу в самородном железе и особенно в 
метеоритном железе.

В своей контрольной  работе попытаюсь раскрыть свойства элемента. Ответить на вопросы «Как свойства вещества обуславливают его  получение и  применение в промышленности?», влияние соединений данного элемента на загрязнения  окружающей среды.

 

Элемент

 

Название элемента, этимология его названия

 

Никель - металл, химический элемент с атомным номером 28 в периодической системе Менделеева, обозначается символом Ni (лат. Nickolum).

Никель, впервые попавший в руки человека, - небесного происхождения: содержащее этот элемент прочное и стойкое к ржавлению метеоритное железо шло не только на талисманы, но и на оружие. А имя к элементу № 28 пришло скорее из преисподней, чем с неба. Это было в середине XVII в., а может быть и раньше. Старый Ник, насмешливый и любопытный гном, тогда еще проживавший в горах Саксонии, любил поддразнить горняков и нередко подсовывал им вместо полноценной медной руды похожий на нее минерал, из которого, однако, не удавалось выплавить ни меди, ни металла вообще. По имени этого гнома и был назван элемент.

Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стекол в зеленый цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «дьявольская руда». Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зеленый окисел и путем восстановления последнего – новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста. Никкел – ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искаженного Nicolaus – родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824).

 

Место элемента в периодической  системе

 

Никель – Ni.

Порядковый номер - №27, VIII группа, 4 период, 4 ряд.

Относительная атомная масса Ar (Ni)=59.

Протонов p=29, электронов e=28, нейтронов n=59-28=31.

Изотопы. Две трети никеля, содержащегося в земной коре, приходится на долю изотопа ⁵⁸Ni. В природе найдены пять изотопов этого элемента, все они стабильны. Еще восемь изотопов никеля с массовыми числами 54, 55, 56, 57, 59, 63, 65 и 66 получены в разные годы искусственным путем. Самый стабильный из них ⁵⁹Ni имеет период полураспада 75 тыс. лет, а самые короткоживущие изотопы этого элемента – ⁵⁴Ni и ⁵⁵Ni – меньше 5 минут.

 

 

Строение атома 

 

 

Атом никеля

 

 

Схема расположения электронов на энергетических подуровнях

 

+ 28 Ni

1s

2s

2p

3s

3p

3d

2

8

16

2

4s

4p

4d

4f

Квантовые числа  для ее внешнего уровня

• Главное – n=4
• Орбитальное – e=3
• Магнитное – m1=-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
• Спиновое – ms= + ½

 

Электронная конфигурация элемента

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸ 4s² 4p⁰ 4d⁰ 4f⁰

 

Простое вещество, образующее данный элемент

Формула вещества – Ni

Химическая  связь – металлическая

Кристаллическая решетка – металлическая

Физические свойства вещества

Металлический никель имеет серебристый  цвет с желтоватым оттенком, очень  тверд, хорошо полируется, притягивается  магнитом.

Химические свойства вещества

Никель характеризуется  высокой коррозионной стойкостью – устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию – образованию на его поверхности плотной оксидной пленки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте.

Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. Наиболее устойчивы соединения +2, для которых  известны большое количество обычных  и комплексных соединений. Оксид  никеля Ni₂O₃ является сильным окислителем, обычные соли Ni(III) не существуют, но устойчивым является ряд комплексных солей трехвалентного никеля.

С оксидом углерода CO никель легко  образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO)₄.

Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).

Взаимодействие с простыми веществами (из-за оксидной пленки с кислородом, галогенами, серой реагируют только при повышенной температуре):

Ni+Cl ₂      NiCl₂

2 Ni+O₄         2NiO

Ni+S           NiS

3Ni+N₂            Ni3N₂

Взаимодействие со сложными веществами (при обычных условиях медленно реагирует с разбавленными кислотами):

Ni+2HCl              NiCl₂+H₂ 

Ni+H2SO₂   NiSO₄+H₂

Получение

1. Восстановление углем и оксидом углерода (II)

NiO+C Ni+CO 

NiO+C Ni+CO₂ 

2. Восстановление электрическим током (электролиз)

NiSO4   Ni+SO4

HOH          H+OH

У анода: OH - e           OH

 4OH 2H₂O+O₂ 

У катода: Ni+2e Ni

3. Восстановление алюминием (алюминотермия)

3Al+3NiO          Al₂O3+3Ni

4. Восстановление водородом

NiO+H₂       Ni+H₂O

Применение  вещества

Никель является основой большинства суперсплавов – жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок.

Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Изотоп ⁶³Ni, излучающий β⁺- частицы, имеет период полураспада 100,1 года и применяется в крайтронах.

 

Как свойства вещества обуславливают  его получение и  применение в  промышленности

 

Никель по большей  части является составным компонентом  различных сплавов. Все нержавеющие  стали обязательно содержат никель, т.к. никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов используется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения.

При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.

Различные металлы никелируют, что  позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый  слой, обладающий высокой коррозийной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.

Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в  кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

 

Влияние соединений никеля на загрязнение окружающей среды

 

Прогрессирующее загрязнение окружающей среды признается ведущим фактором роста некоторых заболеваний человека. Механизм воздействия фактора весьма сложен и еще изучается.

Пагубное воздействие никеля и его соединений достигло столь опасной величины, что прежде всего проявляется глобальным никелевым токсикозом, получившим эпидемическое распространение. Факты очень тревожны. Главный детский аллерголог-иммунолог МЗ РФ д.м.н. профессор В.А. Ревякина сообщает: "Это явление называется контактным дерматитом, часто развивается на никельсодержащие металлы, а возможно, и на некоторые другие компоненты сплавов, о которых нам пока неизвестно. Явление это не такое уж редкое - в последнее время у нас немало пациентов-подростков, которые после процедуры пирсинга маются аллергией от всех этих колечек, сережек и цепочек. Возникает раздражение на местах заклепок у джинсов, пряжек - все они способны вызывать довольно сильный дерматит".