МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ім. В. Н. Каразіна
Кафедра неорганічної хімії
Нікель та його карбоніл
Курсова робота
студента гр.Х-113
хімічного факультету
КОЛІСНИК ОЛЕКСІЯ ВАСИЛЬОВИЧА
Науковий керівник
к. н. х. доцент С. М. Кийко
ХАРКІВ 2008
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
1.Литературный обзор
1.1 Распространение в природе
1.2 Физические свойства
1.3 Химические свойства
1.4 Сплавы никеля
1.5 Применение чистого никеля
2. Экспериментальная часть
2.1 Карбонил никеля: получение и свойства
2.2 Применение карбонила никеля в промышленности
2.3 Получение тетракарбонила никеля в лаборатории
3. Техника безопасности
Заключение
Список литературы
РЕФЕРАТ
Обсяг курсової роботи складає 35 сторінок. Робота має три розділи і 9 джерел.
Об’єктом дослідження є хімічний елемент Нікель та його карбоніл. Метою даної роботи є розгляд і вивчення основних фізичних і хімічних властивостей нікелю та методи його застосування в промисловості і техніці. Також розглянуто властивості тетракарбонілу нікелю, метод синтезу цієї речовини в лабораторії і технологічні процеси, які базуються на використанні карбонілу нікелю.
Для синтезу тетракарбонілу нікелю потрібні такі речовини як форміат нікелю, оксид ртуті, а також джерела водню і оксиду вуглецю (ІІ). Прилади і посуд, необхідні для проведення роботи, описані в експериментальній частині роботи.
Описаний метод синтезу карбонілу нікелю використовується у промисловості для отримання хімічно чистого нікелю і в інших технологічних процесах.
НІКЕЛЬ, ВЛАСТИВОСТІ НІКЕЛЯ, ВИКОРИСТАННЯ НІКЕЛЯ, АКУМУЛЯТОР ЕДІСОНА, СПЛАВИ НІКЕЛЯ, ТЕТРАКАРБОНІЛ НІКЕЛЯ, ПРОЦЕС МОНДА
РЕФЕРАТ
Объем курсовой работы составляет 35 страниц. Работа имеет три раздела и 9 источников.
Объектом исследования есть химический элемент Никель и его карбонил. Целью данной работы есть рассмотрение и изучение основных химических и физических свойств никеля и методы его применения в промышленности и технике. Также рассмотрено свойства тетракарбонила никеля, метод его синтеза этого вещества в лаборатории и технологические процессы, которые базируются на использовании карбонила никеля.
Для синтеза тетракарбонила никеля нужны такие вещества как формиат никеля, оксид ртути, а также источники водорода и оксида углерода (ІІ). Приборы и посуда, необходимые для проведения работы, описаны в экспериментальной части работы.
Описанный метод синтеза карбонила никеля используется в промышленности для получения химического чистого никеля и в других технологических процессах.
НИКЕЛЬ, СВОЙСТВА НИКЕЛЯ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИКЕЛЯ, АККУМУЛЯТОР ЭДИСОНА, СПЛАВЫ НИКЕЛЯ, ТЕТРАКАРБОНИЛ НИКЕЛЯ, ПРОЦЕСС МОНДА
Вступление
Основой современной техники являются металлы и металлические сплавы. Разнообразные требования к металлическим материалам возрастают по мере развития новых отраслей техники.
В наше время все более широко используется атомная энергия в мирных целях, реактивная техника. Эти отрасли смогли получить толчок к развитию только после того, как были созданы и внедрены специальные жаропрочные сплавы. Прогрессивно развивающиеся отрасли промышленности — химическая, нефтяная, машиностроение, транспорт и другие основываются на широком применении высокопрочных железных, никелевых и других сплавов. Среди главнейших в современной технике металлов никелю принадлежит одно из первых мест. Хотя по распространенности в природе никель занимает среди металлов только тринадцатое место, однако по степени его значения в технике он стоит наравне с железом, алюминием, хромом и другими важнейшими металлами. Никель обладает ценными химическими и высокими механическими свойствами.
Благодаря хорошей пластичности из никеля можно получать разнообразные изделия методом деформации в горячем и холодном состоянии. Основным объектом применения никеля являются металлические сплавы. В этих сплавах никель является или основой, или одним из важных легирующих элементов, придающих сплавам те или иные необходимые свойства. Не случайно, что в течение многих лет в общем потреблении никеля расход его в качестве сплавов или легирующего элемента составляет более 80%. Остальная часть никеля применяется в чистом виде (8%) и для никелевых защитных покрытий (около 10%).
Важное значение имеют некоторые соединения никеля. Например, оксид никеля(Ш) применяется для изготовления железоникелевых и кадмиево-никелевых аккумуляторов, а карбонил используют для получения чистого металла.
В качестве сплавов никель нашел широкое применение в виде жаропрочных, кислотостойких, магнитных материалов, сплавов с особыми физическими свойствами. Особенно большое значение имеет применение никеля в качестве легирующего элемента в специальных сталях и сплавах.
Высокодисперсный никель (никель Ренея) – очень активный катализатор гидрирования органических соединений, в частности жиров.
Важной задачей является получение чистого никеля, не содержащего примесей. Конечное отделение никеля от других металлов часто осуществляют в виде карбонила Ni(CO)4. Это довольно простой способ, при котором получают никель высокой чистоты (до 99,99%). Полученный таким способом металл не требует дополнительной очистки электролизом. В промышленности таким методом отделяют никель от меди из конверторного пека (процесс Монда). Полученный продукт содержит 99,8% Ni.
В даной работе мы рассмотрели физические и химические свойства никеля, промышленные способы его добычи и очистки, свойства и применение химически чистого металлического никеля и его сплавов с другими металлами. Также мы изучили и описали свойства и метод получения тетракарбонила никеля, который является веществом, с помощью которого получают никель очень высокой чистоты.
1.Литературный обзор
1.1 Распространение в природе
Никель - элемент земных глубин (в ультраосновных породах мантии его 0,2%по массе). Существует гипотеза, что земное ядро состоит из никелистого железа; в соответствии с этим среднее содержание никеля в земле в целом по оценке около 3%. В земной коре, где никеля 3,2 * 10-3% (в мольных долях), он также тяготеет к более глубокой, так называемой базальтовой оболочке. Ni в земной коре - спутник Fe и Mg, что объясняется сходством их валентности (II) и ионных радиусов; в минералах двухвалентных железа и магния никеля входит в виде изоморфной примеси. Собственных минералов никеля известно 53 (важнейшие из них: кобальтин CoAsS (кобальтовый блеск), железоникелевый колчедан (Fe, Ni)9S8, никелин NiAs); большинство из них образовалось при высоких температурах и давлениях, при застывании магмы или из горячих водных растворов. Месторождения никеля связаны с процессами в магме и коре выветривания. Промышленные месторождения никеля (сульфидные руды) обычно сложены минералами никеля и меди. На земной поверхности, в биосфере никель - сравнительно слабый мигрант. Его относительно мало в поверхностных водах, в живом веществе. В районах, где преобладают ультраосновные породы, почва и растения обогащены никелем. Никель в нечистом виде впервые получил в 1751 шведский химик А. Кронстедт, предложивший и название элемента. Значительно более чистый металл получил в 1804 немецкий химик И. Рихтер. Название никель происходит от минерала купферникеля (NiAs), известного уже в 17 в. и часто вводившего в заблуждение горняков внешним сходством с медными рудами (нем. Kupfer - медь, Nickel - горный дух, якобы подсовывавший горнякам вместо руды пустую породу). С середины 18 в. никель применялся лишь как составная часть сплавов, по внешности похожих на серебро. Широкое развитие никелевой промышленности в конце 19 в. связано с нахождением крупных месторождений никелевых руд в Новой Каледонии и в Канаде и открытием "облагораживающего" его влияния на свойства сталей. История происхождения никеля и нахождения его в природе имеет большое познавательное значение. Никелъ и его аналоги — железо и кобальт — не только встречаются в недрах Земли, но и являются основными составляющими космических тел, попадающих на нашу планету в виде отдельных осколков — метеоритов или аэролитов. Эти тела, издавна известные как метеоритное железо, являются в основном сплавами железа с разным содержанием никеля и кобальта. Поэтому историю никеля можно рассматривать не только как историю происхождения и распределения его в геосферах Земли, но и как историю космоса и историю происхождения метеоритов. Она может быть прослежена начиная от недр Земли, ее различных глубинных геосфер и кончая метеоритами. Результаты исследовании метеоритов могут быть сопоставлены с новейшими исследованиями синтетических никелевых сплавов, в какой-то степени повторяющих природные химические составы железо-никелевых сплавов, входящих в основу метеоритных железных сплавов. Таким образом, никель является одним из древнейших металлов, обнаруженных совместно с железом в самородном состоянии, а также в виде различных минеральных образований. В своем знаменитом труде «Опыт описательной минералогии» В. И. Вернадский уделил много внимания описанию самородных элементов. Он впервые подробно осветил вопрос о самородном железе и самородных сплавах железа с никелем.
Используемые в промышленном производстве никелевые руды подразделяются на сульфидные медно-никелевые и силикатные. В сульфидных медно-никелевых рудах главными минералами являются пентландит, миллерит, халькопирит, кубанит, пирротин, магнетит, нередко сперрилит. Месторождения этих руд принадлежат к магматическим образованиям, приуроченным к кристаллическим щитам и древним платформам. Они располагаются в нижних и краевых частях интрузий норитов, перидотитов, габбродиабазов и др. пород основной магмы. Образуют залежи, линзы и жилы сплошных богатых и зоны менее богатых вкраплённых руд, характеризуемые различным соотношением пентландита к сульфидам меди и пирротину. Широким распространением пользуются вкрапленные, брекчиевидные и массивные руды. Содержание никеля в сульфидных рудах колеблется в пределах от 0,3 до 4% и более; соотношение Cu: Ni варьирует от 0,5 до 0,8 в слабомедистых и от 2 до 4 в высокомедистых сортах руд. Кроме Ni и Cu, из руд извлекается значительное количество Со, а также Au, Pt, Pd, Rh, Se, Te, S. Месторождения медно-никелевых руд известны в Росси в районе Норильска и в Мурманской области (район Печенги), в Канаде и Южной Африке. Силикатные никелевые руды представляют собой рыхлые и глиноподобные породы коры выветривания ультрабазитов, содержащие никель (обычно не менее 1%). С корами выветривания серпентинитов площадного типа связаны руды, в которых никельсодержащими минералами являются: нотронит, керолит, серпентин, гётит, асболаны. Эти никелевые руды характеризуются обычно невысоким содержанием Ni, но значительными запасами. С корами выветривания трещинного, контактово- карстового и линейно-площадного типов, формирующимися в сложных геологотектонических и гидрогеологических условиях, связаны более богатые руды. Главными минералами в них являются гарниерит, непуит, никелевый керолит, ферригаллуазит. Среди силикатных руд выделяются железистые, магнезиальные, кремнистые, глинозёмистые разности, обычно смешивающиеся для металлургической переработки в определённых соотношениях. Механическому обогащению никелевые руды не поддаются. В силикатных минералах содержится кобальт при соотношении Со: Ni порядка 1: 20 - 1: 30. В некоторых месторождениях совместно с силикатными никелевыми рудами залегают железо-никелевые руды с высоким содержанием Fe (50-60%) и Ni (1-1,5%). Никелевые месторождения выветривания известны в России на Среднем и Южном Урале, на Украине. Среди западных стран по размерам добычи никелевых минералов выделяются Канада и Новая Каледония.
1.2 Физические свойства
При обычных условиях никель существует в виде -модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку. Но Ni., подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки, которая при нагревании выше 200°С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см3 (20 °С), атомный радиус 0,124 нм., ионные радиусы: Ni(2+) 0,079 нм., Ni(3+ ) 0,072 нм.; tпл 1453°С; tкип. около 3000 °С; удельная теплоёмкость при 20 °С 0,440 кДж/моль; температурный коэффициент линейного расширения 13,310-6 (0-100°С); теплопроводность (при 25 °С) равняется 14 (Hg = 1). Удельное электросопротивление при 20°С 6,84 мкОм-См; температурный коэффициент электросопротивления 6,8Ч10-3 (0-100 °С). Никель - ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400-500 Мн/м2 (т. е. 40-50 кгс/мм2), предел упругости 80 Мн/м2, предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600-800 Мн/м2. В температурном интервале от 0 до 631 К (верхняя граница соответствует точке Кюри) никель ферромагнитен. Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек (3d84s2) его атомов. Никель вместе с Fe (3d44s2) и Со (3d74s2), также ферромагнетиками, относится к элементам с недостроенной 3d- электронной оболочкой (к переходным 3d-металлам). Электроны недостроенной оболочки создают нескомпенсированный спиновый магнитный момент. Положительное значение обменного взаимодействия в кристаллах никеля приводит к параллельной ориентации атомных магнитных моментов, то есть к фе