硫化镍

化合物

硫化镍是一种无机化合物化学式为NiS。它在自然界中以针镍矿的形式存在。硫化镍在商业上可用作催化剂。

硫化镍
IUPAC名
Nickel(II) sulfide
别名 一硫化镍
识别
CAS号 11113-75-0  checkY
PubChem 28094
ChemSpider 26134
SMILES
 
  • [Ni]=S
EINECS 234-349-7
RTECS QR9705000
性质
化学式 NiS
摩尔质量 90.7584 g·mol⁻¹
外观 黑色固体
气味 无味
密度 5.87 g/cm3
熔点 797 °C(1070 K)
沸点 1388 °C(1661 K)
溶解性 难溶
溶解性 溶于硝酸
磁化率 +190.0·10−6 cm3/mol
结构
晶体结构 六方
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有害物质的标签图案
主要危害 吸入可能致癌
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

结构

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硫化镍采用砷化镍结构。在这种结构中,镍是八面体,硫化物中心位于三棱柱位置。[1]

硫化镍中的配位环境
   
八面体 三方棱柱体

硫化镍有两种同质异形体。α型为六角形晶胞,而β相为菱面体晶胞。α型在379 °C(714 °F)以上的温度下稳定,在较低温度下转变为β型。此相变使体积增加2-4%。[2][3][4]

合成

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硫化镍可由传统的镍盐与硫化氢反应的方法制备:[5]

Ni2+ + H2S → NiS + 2 H+

镍盐溶液和硫化铵溶液反应,也能得到α-NiS,它刚沉淀出来时主要含有非晶态的Ni(SH,OH)2。较低pH下结晶出γ型,较高pH下结晶出β型。[6]

人们还开发了许多其他更受控的方法,包括固态复分解反应(来自NiCl2和Na2S)和镍和硫之间的高温反应。[7]

反应

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硫化镍最常见的反应是转化为氧化镍。这种转化包括在空气中加热硫化镍矿石:[8]

2 NiS + 3 O2 → 2 NiO + 2 SO2

硫化镍可溶于浓硝酸和硫氢化钾溶液。[9]

在碱性溶液中,硫化镍可以将一氧化碳定量地转化为四羰基镍

NiS + 4 OH- + 5 CO → Ni(CO)4 + S2− + CO32- + 2 H2O

产生

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自然界

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针镍矿晶体

针镍矿也是一种硫化镍的矿物形式,分子式为NiS,但由于其形成条件差异,其结构与合成化学计量的NiS不同。它天然存在于低温热液系统、碳酸盐岩的空洞中,也是其他镍矿物的副产品。[10]

玻璃制造

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浮法玻璃含有少量的硫化镍,是由澄清剂Na
2
SO
4
中的硫与金属合金污染物中所含的镍形成。[11]

硫化镍夹杂物是钢化玻璃应用的问题。回火过后硫化镍夹杂物处于亚稳定α型。这些夹杂物最终转化为β型(在低温下稳定),体积增加并导致玻璃破裂。在强化玻璃的中间,材料会受到张力导致裂缝扩展并导致玻璃自发性破裂。[12]这种自发性碎裂发生在玻璃制造后数年或数十年。[11]

参考资料

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  1. ^ Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
  2. ^ Bishop, D.W.; Thomas, P.S.; Ray, A.S. Raman spectra of nickel(II) sulfide. Materials Research Bulletin. 1998, 33 (9): 1303. doi:10.1016/S0025-5408(98)00121-4. 
  3. ^ NiS and Spontaneous Breakage. Glass on Web. Nov 2012. (原始内容存档于2013-06-12). 
  4. ^ Bonati, Antonio; Pisano, Gabriele; Royer Carfagni, Gianni. A statistical model for the failure of glass plates due to nickel sulfide inclusions. Journal of the American Ceramic Society. 12 October 2018, 102 (5): 2506–2521. S2CID 140055629. doi:10.1111/jace.16106. 
  5. ^ O.Glemser "Nickel Sulfide" in Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 2. p. 1551.
  6. ^ 谢高阳 等. 无机化学丛书 第九卷 锰分族 铁系 铂系. 科学出版社, 2011. pp 287. 硫化镍. ISBN 978-7-03-030545-9
  7. ^ leading reference can be found in: Shabnam Virji, Richard B. Kaner, Bruce H. Weiller "Direct Electrical Measurement of the Conversion of Metal Acetates to Metal Sulfides by Hydrogen Sulfide" Inorg. Chem., 2006, 45 (26), pp 10467–10471.doi:10.1021/ic0607585
  8. ^ Kerfoot, Derek G. E., Nickel, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a17_157 
  9. ^ Pradyot Patnaik, Ph.D. Handbook of inorganic chemicals页面存档备份,存于互联网档案馆). McGraw-Hill, 2002. pp 251. COBALT SULFIDES ISBN 0-07-049439-8
  10. ^ Gamsjager H. C., Bugajski J., Gajda T., Lemire R. J., Preis W. (2005) Chemical Thermodynamics of Nickel, Amsterdam, Elsevier B.V.
  11. ^ 11.0 11.1 Karlsson, Stefan. Spontaneous fracture in thermally strengthened glass - A review & outlook. Ceramics - Silikaty. 30 April 2017: 188–201 [16 August 2019]. doi:10.13168/cs.2017.0016 . 
  12. ^ Barry, John. The Achille Heel of a Wonderful Material: Toughened Glass. Glass on Web. 12 January 2006 [16 August 2019]. (原始内容存档于2023-04-29).