Otrzymywanie soli niklu w warunkach laboratoryjnych , półlaboratoryjnych i amatorskich

Jak wiadomo , związki niklu są niezwykle ważne nie tylko w galwanotechnice ,laboratoriach ale także w naszym małym domowym laboratorium . Zastosowań i związków jest tak wiele ,że nie sposób wszystkich wymienić , dlatego podam tylko kilka .

Największe znaczenie mają sole rozpuszczalne w wodzie :

• Siarczan niklu –NiSO₄ spotykany najczęściej jako heptahydrat(łac. Hepta-siedem , hydros-woda czyli siedmiowodny ) NiSO₄ * 7H₂O Tworzy piękne , dobrze rozpuszczalne w wodzie kryształy. Tabela rozpuszczalności soli niklu jest podana na końcu .Stosuje się go głównie w galwanotechnice , w laboratorium jako źródło Ni²⁺ w sporadycznych przypadkach jako źródło SO₄^2-

• Chlorek niklu – obok siarczanu i azotanu , często stosowana sól niklu . uwodniony tworzy zielone kryształy. Bezwodny –analogicznie do chlorku miedzi zmienia kolor na brunatny/żółty. Dobrze rozpuszczalny w wodzie.

• Węglan niklu – Nierozpuszczalny , zielonkawy proszek , jeden z produktów , podczas domowego oczyszczania soli niklu w celu oddzielenia od soli litowców i amonowych.

Nikiel

T.t : 1455 *C 1728 K         T.w : 2900 *C  3173 K

Wartościowość : II i III

Na samym początku ludzie a konkretnie górnicy i hutnicy mieli z tym metalem nie lada problem : Otóż arsenowa ruda niklu jest bardzo podobna do rudy miedzi. Nieszczęście całe poległo na tym , że zmieszane obie rudy , po próbie obróbki hutniczej nie dawały miedzi tylko porowatą , nie dającą się dalej przerabiać masę soli niklu i miedzi. Nazwa niklu miała więc oznaczać złe duszki robiące złośliwe kawały górnikom.

Niedługo jednak potem odkryto metody przeróbki tej rudy i powstał pierwszy bilon ze stopów niklu.

Mimo ,że kula ziemska nie zawiera w sobie dużej ilości niklu (skorupa , jądro jest dla ludzi niedostępne)  , to jest on dość obficie występującym pierwiastkiem w życiu codziennym.

Omówienie surowców

Zależnie od naszego położenia surowców jest wiele :

• Akumulatory/ki – najbardziej dostępny surowiec . Przed pracami z tym  surowcem należy sprawdzić czy  jest to na pewno akumulatorek niklowy (oznaczenie Ni-Cd lub Ni-MH)  minusem jest to ,że stykamy się tutaj dodatkowo z kadmem co grozi nie tylko uszczerbkiem zdrowotnym ale i zatruciem środowiska.

• Spirala grzejna – rzadko stosowany surowiec , ze względu na konieczność orientowania się w składzie stopu, co zmusza do wykonywaniu analizy (przynajmniej jakościowych). Plusem jest jednak bezpieczeństwo przeróbki.

• Doprowadzenia w żarówkach – najrzadziej stosowany surowiec. Jest on przerabiany przy okazji pozyskiwania molibdenu i wolframu z żarówki. Dodatkowy problem to ilość surowca , konieczność procesów wstępnych a także , podobnie jak w przypadku spiralek grzejnych – domieszki innych metali.

• Złom niklowy – stosuje się głównie KOWAR –przy jednej obróbce oddziela się także kobalt . Zamiast Kowaru stosowano też stary polski bilon (monety o nominale 10 wzwyż)  surowiec ten jest jednak w większości przypadków nieopłacalny(monety).

Po małym przypomnieniu BHP , warto zabrać się do pracy.

Surowcem jaki obrałem i stosuję po dziś dzień są akumulatorki niklowe , najczęściej niklowo –kadmowe , ze względu na to , że pozyskuje się dodatkowo sole kadmu jako odczynnik. Dobre i bezpieczniejsze są akumulatory Ni-MH – nie zawierają kadmu tylko stop o zmiennym składzie , który odwracalnie wiąże wodór .

Z analiz wychodzi , że jest to stop niklu i LANTANU .

Nie wolno przerabiać ogniw gdy :

• Nie są właściwymi akumulatorami tylko np.: Alkalicznymi ogniwami

• Widać zmiany na powierzchni ogniwa w postaci rozdęcia gazem – grozi wybuchem lub popryskania twarzy żrącą  cieczą.

• Nie można zidentyfikować typu ogniwa – brak etykietki , napisu itp.

• Naładowanych ogniw – podczas rozbierania może dojść do wybuchu – trzeba rozładować w rr soli kuchennej przez okres ok. 24 h. łączymy za pomocą kabli i elektrod węglowych , a nie wrzucamy baterii do roztworu!

• Rozładowywać ogniw nie należy , gdy metalowa powłoka jest uszkodzona – wyciek groźnych substancji

Zaczynamy !

Mamy już surowiec , potrzebne będą nam jeszcze odczynniki do przeróbki. Zależnie od celu jakim będzie chlorek , siarczan bądź azotan , będziemy potrzebowali kwasu solnego lub siarkowego czy siarkowego i azotowego. Jeśli będziemy chcieli otrzymać sól bardzo czystą lub po prostu azotan , to będzie potrzebny jeszcze węglan(może być wodorowęglan)sodu. Gdy stosujemy akumulatorki Ni-Cd , będzie potrzebny podchloryn sodu i żywica epoksydowa lub styrenowa do neutralizacji kadmu .

Sprzęt :

- 2 probówki do testów na kationy

- krystalizator

- bagietka szklana do mieszania

- zlewka (poj. Zależna od ilości surowca)

- miedziany drucik

- słoik do płukania elektrod

- kombinerki

- piłka do metalu

- cęgi

opcjonalnie :

- plastikowa forma na zanieczyszczenia

- zestaw żywicy i utwardzacza

- drewienko do mieszania

Z pomocą narzędzi , uzbrojeni w rękawice , okulary ochronne i maskę przeciwpyłową , rozbieramy kilka- kilkanaście ogniw.

Ostrożnie rozdzielamy elektrody – najłatwiej z akumulatorków w kształcie niskiego , szerokiego cylindra. Segregujemy je na Ni , Cd i NH . Pomyłka może być przyczyną zanieczyszczenia przyszłego odczynnika – są bardzo podobne – wszystkie są czarne i gdzie niegdzie srebrne. Test na nikiel – próbka elektrody + kwas solny – zielony roztwór. Na kadm : Próbka elektrody + HCl , po roztworzeniu zobojętnić amoniakiem. W reakcji z siarczkiem lub wielosiarczkiem sodu– żółty osad. Niklowa elektroda  zawsze jest dodatnia , a kadmowa lub NH – ujemna.

Niklowe elektrody są wykonane z żelaznej (czasami nilowej) gąbki , w którą wprasowano tlenek niklu lub pastylkami z proszku niklowego , owinięte miedzianą/mosiężną/żelazną, drobną siateczką. – taki typ najłatwiej przerabiać.

Aby w miarę pozbyć się soli potasu (papierek nasączony jest KOH) , elektrody Ni zanurzamy w słoiku z wrzątkiem delikatnie skrobiąc pod wodą , zdrapujemy/rozdrabniamy elektrodę . Gąbka najlepiej , aby pozostała w całości –(jest bardzo krucha! ) Sole potasu ulegają rozpuszczeniu , tlenki niklu w postaci czarnego pyłu osiadają na dnie. Przepłukujemy ostrożnie 2 razy osad. Następnie dekantujemy przemyty osad , tak aby zostało jak najmniej wody. Teraz jesteśmy na półmetku. Dodajemy kroplami kwas solny lub siarkowy, często mieszając i ogrzewając. Nadmiar kwasu jest szkodliwy. Jeśli chcemy otrzymać azotan , to musimy – dla większej czystości przejść z siarczanu – najpierw dodajemy kwas siarkowy (wystarczy o gęstości 1.28 g/cm3)  a następnie zielony roztwór  ogrzewamy – w ten sposób pozbędziemy się przyszłego kwasu węglowego , który będzie pienił nam roztwór. Dodajemy MAŁYMI !!! porcjami sodę lub węglan sodu , aż do momentu gdy przestanie dawać to objawy reakcji. Podgrzewając roztwór , zwiększyliśmy też rozpuszczalność soli sodowych i zmieniliśmy fizykochemiczne właściwości osadu – łatwiej będzie go sączyć.

Dekantujemy i przemywamy osad wrzątkiem  3-4 razy. Ponownie dekantujemy i dodajemy rozcieńczony roztwór kwasu azotowego , tak aby doszło do roztworzenia się węglanu.

Niezależnie jaką drogę obraliśmy , otrzymaliśmy zielony roztwór soli niklu  (chlorku, siarczanu lub azotanu). No dobra mamy teraz coś a’la jeziorko w którym pływają rybki – kolorowe i szare. Chcemy szybko wszystkie jednocześnie wyłowić. Jak to zrobić ?

Osuszyć jezioro. Woda wyparuje , a ryby zostaną . W rolę kolorowych rybek weszły kationy niklu , a szarych – anionu.

Roztwór ostrożnie przelewamy po bagietce do krystalizatora i stawiamy w ciepłe miejsce. Temperatura ma tu niebanalne znaczenie : zależnie od niej otrzymujemy różne hydraty lub nawet bezwodne sole.

U góry podano liczbę uwodnienia , a w środku temperaturę graniczną , do której krystalizuje sól o podanej ilości wody . Przykład : roztwór siarczanu  pozostawiamy w bezpiecznym miejscu , gdzie temperatura wynosi 25 *C otrzymamy wtedy kryształy 7 wodne.

Teraz , gdy mamy czas , zastanowimy się nad reakcjami , które niedawno zaszły.

Dla tlenku niklu i kwasu siarkowego :

NiO + H₂SO₄ à  NiSO₄ + H₂O

Dla tlenku niklu i kwasu solnego :

NiO + 2HCl à NiCl₂ + H₂O

Dla otrzymywania azotanu :

1. NiO + H₂SO₄ à  NiSO₄ + H₂O

1. NiSO₄ + Na₂CO₃ à NiCO₃ + Na₂SO₄

Lub

NiSO₄ + 2NaHCO₃ à NiCO₃ + Na₂SO₄+ H₂O + CO₂

1. NiCO₃ + HNO₃ à Ni(NO₃)₂ + H₂O

Tak więc w pocie czoła zsyntezowaliśmy związki niklu , ale co z kadmem i MH?

Skrót MH pochodzi z angielskiego i oznacza Metal hydride – wodorek metalu. Jeśli elektroda dała wynik pozytywny na nikiel – (patrz wyżej)   , to można się postarać o rozdzielenie niklu od innych pierwiastków.

Kadm – jeśli jesteś początkujący , to nawet nie patrz w kierunku tego metalu. Nawet wielu doświadczonych chemików umierało od zatrucia kadmem . Prawie nigdy nie wywołuje ostrych zatruć , tylko przewlekłe . Dawka 3mg jest wystarczającą dawką , aby po latach dać efekt zatrucia (taka ilość występuje w papierosie).

Doświadczeni eksperymentatorzy posiadający już lepsze wyposażenie – głównie wyciąg mogą się pokusić o otrzymanie siarczanu Kadmu. Procedury są analogiczne do niklu , tylko tym razem wszystkie ciecze mające kontakt z kadmem i jego solami , zbieramy do butelki z PET z naklejoną , wielką trupią czaszką i opisem + symbolem Cd, a po skończeniu doświadczeń , wszystkie naczynia przemywamy podchlorynem sodowym , a po przemyciu , roztwór podchlorynu przelewamy do butelki ze zlewkami (tą butelkę z trupią czaszką). Jeśli dobrze strącaliśmy węglan kadmu , to nie powinien pojawić się osad(przynajmniej po krótkim czasie). Butelkę zostawiamy do obserwacji  z dala od osób niepowołanych i dzieci . Po 3 dniach , jeśli nie pojawił się osad , to można „zutylizować” ciecz tak jak inne zlewki soli metali ciężkich z naszego laboratorium. W przeciwnym razie , po 3 dniowym odstaniu , osad należy odsączyć na gęstej bibule , umieścić z sączkiem w ciepłym tygielku pod wyciągiem , aby wysuszyć , następnie osad wraz z sączkiem umieścić w „grobowcu” –

Formę z plastiku smarujemy olejem silnikowym , tworzymy powłokę o grubości co najmniej 5 mm , a gdy stwardnieje – umieszczamy suchy sączek i zalewamy nowo rozrobioną żywicą .

Po zastygnięciu otrzymujemy bloczek tworzywa sztucznego. Podobne działania wykonuje się dla uranu , plastik chroni przed rozkładem i kontaktem z ziemią. Jeśli nie przerabialiśmy elektrod kadmowych , to należy zamknąć je szczelnie w słoiku i oddać do miejsca , zbiórki odpadów niebezpiecznych .

Zakończenie

Po skończeniu doświadczeń , należy dokładnie umyć całe szkło laboratoryjne , pościerać stolik , czyli jednym słowem porządki poeksperymentalne. Dla zabezpieczenia się przed możliwymi złymi skutkami metali ciężkich na organizm ludzki , należy pić profilaktycznie mleko –ok. 3 szklanki przed i po doświadczeniach z metalami ciężkimi. Jeśli przedostały się nawet minimalne dawkiki tych metali , to białka mleka zwiążą je w nierozpuszczalne substancje , a co za tym idzie – małotoksyczne. Jeśli nie lubisz mleka , nie szkodzi , możesz wypić 3-4 jajka na surowo , uprzednio sparzone wrzątkiem dla zabicia ewentualnych bakterii.

PAMIĘTAJ ! Jeśli popełnisz błąd – autor nie będzie miał na to wpływu , tylko Ty będziesz winny !

CompaqChemlab 2014-05-23.