Физические и химические свойства никеля

Физические свойства

Никель — ковкий и вязкий металл, доступный прокатке в тончайшую фольгу. Предел прочности при растяжении 40−50 кгс/мм², предел упругости 8 кгс/мм², предел текучести 12 кгс/мм²; отн. удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м²; твёрдость по Бринеллю 600−800 Мн/м². От абсолютного нуля до 631°К никель ферромагнитен. Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек. По той же причине сплавы и ряд производных никеля (окислы, и соединения с галогенами.) магнитоупорядочены с ферро-, реже ферримагнитной структурой. В нормальных условиях никель имеет β-структуру с гранецентрированной кубической решёткой (a = 3,5236. Но после катодного распыления в атмосфере H₂, никель приобретает α-структуру с плотной гексагональной решёткой (а = 2,65 [pic], с = 4,32 [pic]), которая при t°>200 °C переходит в кубическую. У никеля с кубический решеткой уд. вес 8,9 г/см³ (при 20°С), он плавится при 1453 °C; а кипит при ~3000°С; уд. теплоёмкость при 20 °C 0,44 кдж/(кг-К); t°коэффициент линейного расширения 13,3x10^-6 (0−100°С); теплопроводность при 25 °C 90,1 вмl (м-K)[0,215 кал/(см-сек-оС)].

Химические свойства

По химической активности никель стоит между благородными металлами и железом. В соединениях никель чаще всего двухвалентный. В виде порошка активно поглощает Н₂, CO; но насыщаясь газами, никель теряет свои механические достоинства. С кислородом никель вступает в связь при 500 °C. Мелкодисперсный порошок никеля пирофорен — самовоспламеняется на воздухе. Закись NiO — зеленоватые кристаллы, нерастворимые в воде (минерал бунзенит). Горячий никель с галогенами образует NiX₂. Сгорая в серных парах, образует сульфид Ni₃ S₂. Моносульфид никеля NiS получается при нагревании NiO с серой. Азот не взаимодействует с этим металлом до 1400 °C. Нитрид Ni₃ N образуется, если пропускать NH₃ над NiF₂, NiBr₂ или при нагревании порошкового никеля с азотом при 445 °C. В раскаленных парах фосфора образуется фосфид Ni₃ P₂. С мышьяком — соединения Ni₅ As₂, Ni₃ As (минерал маухерит) и NiAs. В решетке никель-арсенидного типа — гексагональное расположение атомов мышьяка, между которыми втиснуты атомы никеля. Такая структура типична для многих металлидов. Нестойкий карбид Ni₃ C образуется после длительного (сотни часов) науглероживания (цементации) порошкового никеля в атмосфере CO при 300 °C. Расплавленный никель легко растворяет углерод, который при охлаждении выделяется в виде графита. С потерей графита снижается ковкость никеля.

Никель химически менее активен, чем железо, более устойчив к действию кислот и влаги. С органическими кислотами реагирует лишь после длительной экспозиции. В соляной и серной и кислотах растворяется медленно, в разбавленной азотной — легко; а концентрированная азотная кислота пассивирует никель, хотя и в меньшей степени, чем Fe. Кислотные соли никеля — двухвалентны. Почти все они хорошо растворимы в воде, где дают кислую реакцию. Плохо растворимы только соли угольной и фосфорной кислоты. Сульфат NiSO₄ кристаллизуется в виде изумрудно-зелёных кристаллов никелевого купороса NiSO₄ x7H₂ O. При прокаливании до 800 °C почти все соли никеля разлагаются. Этот металл устойчив к действию сильных щёлочей, но растворяется в растворе аммиака в присутствии (NH₄)₂ CO₃ с образованием интенсивно-синих растворов. Свойство избирательного образования аммиакатов используют при гидрометаллургическом методе получения никеля из руд.

При нагреве никель реагирует с SO₂, NH₄ и окислами азота, а также в виде мелко измельчённого порошка — с CO с образованием карбонила Ni (CO)₄. Термической диссоциацией карбонила получают самый чистый никель.