Nickel(II) sulfat

Nickel(II) sulfat
Danh pháp IUPAC	Nickel(II) sulfat
Tên khác	Nikenơ sulfat Nickel sulfat Nickel monosulfat Nickel(II) sulfat(VI) Nickel sulfat(VI) Nikenơ sulfat(VI) Nickel monosulfat(VI)
Nhận dạng
Số CAS	7786-81-4
PubChem	24586
Số EINECS	232-104-9
ChEBI	53001
Số RTECS	QR9600000
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O
InChI	đầy đủ 1/Ni.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
ChemSpider	22989
UNII	4FLT4T3WUN
Thuộc tính
Công thức phân tử	NiSO4
Khối lượng mol	155,0266 g/mol (khan) 263,11828 g/mol (6 nước) 281,13356 g/mol (7 nước)
Bề ngoài	chất rắn màu vàng (khan) tinh thể màu xanh lam (6 nước) tinh thể màu lục-lam (7 nước)
Mùi	không mùi
Khối lượng riêng	4,01 g/cm³ (khan) 2,07 g/cm³(6 nước) 1,948 g/cm³ (7 nước)
Điểm nóng chảy	100 °C (373 K; 212 °F) (khan) 53 °C (127 °F; 326 K) (6 nước)
Điểm sôi	840 °C (1.110 K; 1.540 °F) (khan, phân hủy) 100 °C (212 °F; 373 K) (6 nước, phân hủy)
Độ hòa tan trong nước	65 g/100 mL (20 ℃) 77,5 g/100 mL (30 ℃) (7 nước), xem thêm bảng độ tan
Độ hòa tan	khan: không tan trong etanol, ete, axeton 6 nước: không tan trong etanol, amonia 7 nước: tan trong cồn tạo phức với nhiều phối tử vô cơ và hữu cơ
Độ axit (pKa)	4,5 (6 nước)
MagSus	+4.005,0·10^−6 cm³/mol
Chiết suất (nD)	1,511 (6 nước) 1,467 (7 nước)
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	lập phương (khan) bốn phương (6 nước) trực thoi (6 nước)
Các nguy hiểm
Phân loại của EU	Carc. Cat. 1 Muta. Cat. 3 Repr. Cat. 2 Độc (T) có hại (Xn) chất kích thích (Xi) nguy hiểm cho môi trường (N)
NFPA 704	0 3 0
Chỉ dẫn R	R49, R61, R20/22, R38, R42/43, R48/23, R68, R50/53
Chỉ dẫn S	S53, S45, S60, S61
Điểm bắt lửa	không bắt lửa
LD50	264 mg/kg
Các hợp chất liên quan
Cation khác	Cobalt(II) sulfat Đồng(II) sulfat Sắt(II) sulfat
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). N kiểm chứng (cái gì ^YN ?) Tham khảo hộp thông tin

Nickel(II) sulfat là tên gọi thường dùng để chỉ hợp chất vô cơ với công thức NiSO₄·6H₂O. Muối màu lục lam có độ hòa tan cao này là nguồn phổ biến của ion Ni²⁺ cho mạ điện cũng như là tiền chất trong sản xuất cathode chứa nickel trong pin ion lithi.

Vào năm 2005 khoảng 40.000 tấn nickel(II) sulfat được sản xuất và chủ yếu được sử dụng cho mạ nickel.^[1] Tuy nhiên, với việc sử dụng các loại pin ion lithi với cathode bằng lithi nickel mangan cobalt oxide (NMC, LiNiMnCoO₂) hay lithi nickel cobalt nhôm oxide (NCA, LiNiCoAlO₂) thì nhu cầu sử dụng nickel(II) sulfat đã tăng mạnh kể từ đó. Theo ước tính của Roskill thì năm 2017 sử dụng nickel(II) sulfat đã đạt tới mức 116.000 tấn nickel quy đổi (tương đương khoảng 520.000 tấn NiSO₄·6H₂O).^[2]

Trong năm 2005–2006, nickel(II) sulfat là chất gây dị ứng hàng đầu trong các kiểm tra áp bì (19,0%)^[3].

Cấu trúc

Ít nhất bảy muối sulfat của nickel(II) được biết. Những muối này khác nhau về mặt hydrat hóa hoặc dạng thường tinh thể của chúng.

Dạng hexahydrat bốn phương phổ biến nhất kết tinh từ dung dịch nước trong khoảng 31,5 đến 53,3 ℃. Dưới nhiệt độ này, các tinh thể kết tinh dưới dạng heptahydrat (NiSO₄·7H₂O), và ở nhiệt độ cao hơn thì dạng hexahydrat trực thoi hình thành. Dạng khan màu vàng, NiSO₄, là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy cao hiếm gặp trong phòng thí nghiệm. Chất này được sản xuất bằng cách nung nóng hydrat trên 330 ℃. Nó phân hủy ở 848 ℃ thành nickel(II) oxide.^[1]

Các phép đo tinh thể học tia X cho thấy NiSO₄·6H₂O bao gồm các ion bát diện Ni(H₂O)₆²⁺. Các ion này lần lượt là các ion liên kết hydro với ion sulfat^[4]. Sự hòa tan muối trong nước sẽ tạo ra các dung dịch chứa phức chất nước kim loại Ni(H₂O)₆²⁺.

Tất cả các nickel(II) sulfat đều thuận từ.

Trong tự nhiên

Nickel(II) sulfat xuất hiện ở dạng khoáng vật hiếm retgersit, đó là dạng hexahydrat. Dạng hexahydrat thứ hai được biết đến là nickel hexahydride (Ni,Mg,Fe)SO₄·6H₂O. Dạng heptahydrat tương đối không ổn định trong không khí xuất hiện dưới dạng khoáng vật morenosit. Dạng monohydrat được biết đến như là khoáng vật rất hiếm là dwornikit (Ni,Fe)SO₄·H₂O.

Ứng dụng và hóa học phối hợp

Các ứng dụng chính là sử dụng trong mạ điện và tiền chất sản xuất NMC và NCA.

Các dung dịch nước của nickel sulfat phản ứng với natri carbonat để kết tủa nickel(II) carbonat, tiền chất của các chất xúc tác và chất màu nickel^[5]. Bổ sung amoni sulfat vào dung dịch đậm đặc của nickel sulfat tạo ra Ni(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O. Chất rắn màu lục lam này tương tự như muối Mohr, Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O.

Nickel(II) sulfat được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Các cột sử dụng trong việc gắn thẻ polyhistidin, hữu ích trong hóa sinh và sinh học phân tử, được tái sinh với nickel(II) sulfat. Dung dịch nước của NiSO₄·6H₂O và các hydrat có liên quan phản ứng với amonia để tạo ra Ni(NH₃)₆SO₄ (xem Hợp chất khác) và với ethylenediamin để tạo ra [Ni(H₂NCH₂CH₂NH₂)₃]SO₄. Hợp chất cuối này thỉnh thoảng được sử dụng như là một tác nhân hiệu chuẩn cho các phép đo nhạy từ tính vì nó không có xu hướng bị hydrat hóa.

Sản xuất

Muối thường thu được như là một sản phẩm phụ của tinh luyện đồng hoặc tinh luyện kim loại nhóm platin (PGM). Nó cũng được sản xuất bằng cách hòa tan kim loại nickel hoặc nickel(II) oxide trong acid sulfuric. Theo ước tính của Roskill năm 2017 khoảng 54% nickel(II) sulfat thương phẩm sản xuất từ các chất trung gian chứa nickel như sten nickel hay sản phẩm hydroxide hỗn hợp, 26% từ các sản phẩm nickel tinh chế khác như bột hay bánh nickel tetracarbonyl, 20% từ các vật liệu thứ cấp (các nhà sản xuất Umicore và GEM Co., Ltd).^[2]

Tại thời điểm năm 2018 các nhà sản xuất chính bao gồm:

• Nga: Norilsk Nickel.
• Bỉ: Umicore N.V.
• Trung Quốc: Jilin Jien Nickel Industry Co., Ltd (吉恩镍业股份有限公司, Công ty TNHH Công nghiệp Nickel Cát Ân Cát Lâm), Jinchuan Group (金川集團, Tập đoàn Kim Xuyên), Chengdu Huaze Cobalt & Nickel Material Co., Ltd., Jinco Nonferrous Metals Co., Ltd (金柯有色金属有限公司, Công ty TNHH Kim loại màu Kim Kha), GEM Co., Ltd.
• Đài Loan: Mechema Chemicals Int Corp. (美琪瑪國際股份有限公司, Tổng công ty Quốc tế Hóa chất Mỹ Kỳ Mã), Zenith Chemical Corp., Coremax Corp. (康普材料科技股份有限公司).
• Nhật Bản: Sumitomo Metal Mining (SMM), Seido Chemical Industry Co., Ltd.
• Angola: Univertical LLC,
• Ấn Độ: Nicomet Industries Ltd.

Theo báo cáo ngày 20/4/2018 của Norilsk Nickel thì tổng sản lượng nickel(II) sulfat tính theo quy đổi thành nickel năm 2017 ước khoảng 124.000 tấn. Tuy nhiên, dưới 20% đến từ các nhà sản xuất tích hợp như Nornickel và SMM. Phần nguyên liệu chính để sản xuất nickel(II) sulfat là các sản phẩm trung gian từ ngâm chiết laterit như MHP (kết tủa hydroxide hỗn hợp) và MSP (kết tủa sulfide hỗn hợp). Các nguồn nguyên liệu khác bao gồm NiSO₄ thô là phụ phẩm của tinh luyện đồng và kim loại nhóm platin (PGM), pin phế thải cũng như hòa tan bánh, bột hay nickel cathode. Một số nhà sản xuất khác hiện tại cũng đầu tư vốn vào sản xuất nickel(II) sulfat như BHP tại Tây Australia với giai đoạn 1 ước khoảng 22.000 tấn Ni trong NiSO₄ hay Terrafame với dự án công suất 33.000 tấn.^[6]

An toàn

Trong năm 2005–2006, nickel(II) sulfat là chất gây dị ứng hàng đầu trong các kiểm tra áp bì (19%). Nickel(II) sulfat được phân loại là chất gây ung thư ở người^{[7][8][9][10]}, dựa trên nguy cơ ung thư hô hấp gia tăng được quan sát thấy trong các nghiên cứu dịch tễ học đối với các công nhân nhà máy tinh chế quặng sulfide^[11].

Trong một nghiên cứu hô hấp 2 năm ở chuột cống F344 và chuột nhắt B6C3F1, không có bằng chứng về hoạt động gây ung thư, mặc dù các chứng viêm phổi gia tăng và sự tăng sản hạch bạch huyết phế quản đã được quan sát^[12]. Những kết quả này gợi ý mạnh mẽ rằng có một ngưỡng cho sự gây ung thư của nickel(II) sulfat qua đường hô hấp. Trong một nghiên cứu kéo dài 2 năm sử dụng nickel sulfat hexahydrat hàng ngày theo đường miệng cho chuột cống F344, không có bằng chứng cho thấy tăng hoạt động gây ung thư^[13]. Các dữ liệu trên người và động vật chỉ ra một cách nhất quán sự thiếu khả năng gây ung thư thông qua phơi nhiễm đường miệng và khả năng gây ung thư hạn chế của các hợp chất nickel đối với các khối u hô hấp sau khi hít phải^[14]. Những ảnh hưởng này có liên quan đến con người hay không là không rõ ràng do nghiên cứu dịch tễ học đối với các nữ công nhân bị phơi nhiễm cao không chỉ ra các tác động độc hại phát triển nghiêm trọng^{[15][16][17][18]}.

Hợp chất khác

Nickel(II) sulfat có thể tạo ra một số hợp chất với NH₃, như NiSO₄·½NH₃ là chất rắn màu vàng lục^[19], NiSO₄·2NH₃ là tinh thể lục nhạt^[20], 2NiSO₄·5NH₃·7H₂O là tinh thể tím nhạt^[21], NiSO₄·3NH₃ là bột màu tím nhạt, tan trong nước tạo dung dịch màu xanh dương^[22], NiSO₄·4NH₃·2H₂O – chất rắn màu dương đen, NiSO₄·5NH₃·H₂O là tinh thể màu xanh dương^[23] hay NiSO₄·6NH₃ – chất rắn màu tím nhạt.^[24]

Nickel(II) sulfat có thể tạo ra một số hợp chất với N₂H₄, như 4NiSO₄·3N₂H₄·7H₂O là tinh thể màu lục, NiSO₄·N₂H₄·3H₂O là chất rắn màu dương^[20], NiSO₄·2N₂H₄·2H₂O là tinh thể màu lục lam (không tan trong benzen, aceton và các loại cồn chứa ion ethyl và propyl, D_{20 ℃} = 2,92 g/cm³)^[25] hay NiSO₄·3N₂H₄ là tinh thể màu oải hương.

Nickel(II) sulfat có thể tạo ra một số hợp chất với NH₂OH, như NiSO₄·6NH₂OH là tinh thể đỏ.^[26]

Nickel(II) sulfat có thể tạo ra một số hợp chất với CO(NH₂)₂, như NiSO₄·2CO(NH₂)₂·4H₂O là tinh thể lục nhạt.^[27] NiSO₄·6CO(NH₂)₂·H₂O cũng có tính chất tương tự.^[28]

NiSO₄ còn tạo một số hợp chất với CON₃H₅, như NiSO₄·2CON₃H₅ là tinh thể màu lục nhạt-dương sáng, tan trong nước tạo ra dung dịch màu xanh dương đậm hay^[29] NiSO₄·2CON₃H₅ là tinh thể màu dương đậm.^[30]

Nickel(II) sulfat có thể tạo ra một số hợp chất với CS(NH₂)₂, như NiSO₄·2CS(NH₂)₂ xuất hiện ở hai dạng: đỏ nâu và xám lục^[31] hay NiSO₄·4CS(NH₂)₂ là tinh thể màu xám lục, tan trong nước, D = 1,84 g/cm³.^[32]

Nickel(II) sulfat còn tạo một số hợp chất với CSN₃H₅, như NiSO₄·2CSN₃H₅ xuất hiện ở hai dạng: dạng α có cấu trúc trans-, dạng tinh thể màu lục; dạng β có hai cấu trúc cis- và trans-. Muối khan có màu đỏ nâu, còn dạng trihydrat tồn tại dưới dạng chất bột màu xanh lục, tan trong nước^[33], D = 1,81 g/cm³.^[34]

NiSO₄ còn tạo một số hợp chất với CSeN₃H₅, như NiSO₄·2CSeN₃H₅ xuất hiện ở hai dạng: dạng khan là chất rắn màu nâu sáng, còn dạng trihydrat là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước và cồn.^[35]

Nickel(II) sulfat có thể tạo muối acid với N₂H₄, như Ni(HSO₄)₂·2N₂H₄ là tinh thể màu xanh táo, tan ít trong nước.^[36]

Tham khảo

1. ^ K. Lascelles, L. G. Morgan, D. Nicholls, D. Beyersmann "Nickel Compounds" trong Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005. Vol. A17 p. 235 doi:10.1002/14356007.a17_235.pub2.
2. ^ “Nickel(II) sulfat tại Roskill.com”. Bản gốc lưu trữ ngày 17 tháng 5 năm 2019. Truy cập ngày 25 tháng 7 năm 2018.
3. Zug KA, Warshaw EM, Fowler JF Jr, Maibach HI, Belsito DL, Pratt MD, Sasseville D, Storrs FJ, Taylor JS, Mathias CG, Deleo VA, Rietschel RL, Marks J. Patch-test results of the North American Contact Dermatitis Group 2005–2006. Dermatitis. 2009 May–Jun;20(3):149-60.
4. Wells A. F. (1984). Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
5. H. B. W. Patterson, "Catalysts" in Hydrogenation of Fats and Oils G. R. List and J. W. King, Eds., 1994, AOCS Press, Urbana.
6. Nornickel, 2018. Quintessentially Nickel and PGMs: A report by Nornickel, with financial market analysis from ICBC Standard Bank. 37 trang. Nội dung tại trang 8–9.
7. IARC (2012). "Nickel and nickel compounds". IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum. 100C: 169–218.
8. Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of the Council of ngày 16 tháng 12 năm 2008 on Classification, Labelling and Packaging of Substances and Mixtures, Amending and Repealing Directives 67/548/EEC and 1999/45/EC and amending Regulation (EC) No 1907/2006 [OJ L 353, 31.12.2008, p. 1]. Annex VI. www.eur-lex.europa.eu/legal-content/en/TXT/?uri=CELEX%3A32008R1272 Accessed ngày 13 tháng 7 năm 2017.
9. Globally Harmonised System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS), Fifth revised edition, United Nations, New York and Geneva, 2013. PDF at https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/danger/publi/ghs/ghs_rev05/English/ST-SG-AC10-30-REv5e.pdf Accessed ngày 13 tháng 7 năm 2017.
10. NTP (National Toxicology Program). 2016. "Report on Carcinogens", 14th Edition.; Research Triangle Park, NC: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service. https://ntp.niehs.nih.gov/pubhealth/roc/index-1.html Accessed ngày 13 tháng 7 năm 2017.
11. International Committee on Nickel Carcinogenesis in Man (ICNCM). (1990). Report of the International Committee on Nickel Carcinogenesis in Man. Scan. J. Work Environ. Health. 16(1): 1–82.
12. National Toxicology Program (NTP). (1996). Toxicology and Carcinogenesis Studies of Nickel Sulfate Hexahydrate (CAS NO. 10101-97-0) in F344/N Rats and B6CF1 Mice (Inhalation Studies). US DHHS. NTP TR 454. NIH Publication No. 96-3370.
13. Heim K. E.; Bates H. K.; Rush R. E.; Oller A. R. (2007). "Oral Carcinogenicity Study with Nickel Sulfate Hexahydrate in Fischer 344 Rats." Toxicol. Appl. Pharmacol. 224(2): 126-137.
14. Cogliano V. J.; Baan R.; Straif K.; Grosse Y.; Lauby-Secretan B.; Ghissassi F. E.; Bouvard V.; Benbrahim-Tallaa L.; Guha N.; Freeman C.; Galichet L.; Wild C. P. (2011). "Preventable Exposures Associated With Human Cancers". J. Natl. Cancer Inst. 103: 1827-1839.
15. Vaktskjold A.; Talykova L. V.; Chashchin V. P.; Odland J. O.; Nieboer E. (2008). "Spontaneous abortions among nickel-exposed female refinery workers." Int. J. Environ. Health Res. 18(2): 99-115.
16. Vaktskjold A.; Talykova L. V.; Chashchin V. P.; Nieboer E.; Thomassen Y.; Odland J. O. (2006). "Genital malformations in newborns of female nickel-refinery workers." Scan. J. Work Environ. Health. 32(1): 41-50.
17. Vaktskjold A.; Talykova L. V.; Chashchin V. P.; Odland J. O.; Nieboer E. (2007). "Small-for-gestational-age newborns of female refinery workers exposed to nickel." Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 20(4): 327-38.
18. Vaktskjold A.; Talykova L. V.; Chashchin V. P.; Odland J. O.; Nieboer E. (2008). "Maternal nickel exposure and congenital musculoskeletal defects." Am. J. Ind. Med. 51(11): 825-33.
19. Gmelins Handbuch der anorganischen chemie, Số phát hành 57 (Richard Joseph Meyer; Verlag Chemie g.m.b.h., 1968), trang 82. Truy cập 9 tháng 2 năm 2021.
20. ^ Handbuch der anorganischen Chemie: Bd. 1.Abt. Die Elemente der sechsten Gruppe des periodischen Systems. 1921-27. 2 v. 2.Abt. Die Elemente der siebenten Gruppe des periodischen Systems. 1913. 3. Abt. Die Elemente der achten Gruppe des periodischen Systems: 1.T. Die Edelgase, von Eugen Rabinowitsch. 1928. 2.T. A. Eisen und seine Verbindungen. 1931-38. 2.T. B. Verbindungen des Eisens. 1935. 3.T. Kobalt und seine Verbindungen. 1935. 4.T. Nickel und seine Verbindungen. 1937-39 (Richard Abegg, Friedrich Auerbach, Ivan Koppel; S. Hirzel, 1937), trang 697+698 – [1]. Truy cập 18 tháng 6 năm 2020.
21. Full text of "A Text-book Of Inorganic Chemistry Vol-x" - trang 191 – [2].
22. Hand-book of Chemistry: Inorganic chemistry (Leopold Gmelin; Cavendish Society, 1851), trang 380 – [3]. Truy cập 19 tháng 6 năm 2020.
23. A comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, Tập 15 (J. W. Mellor, G. D. Parkes; Wiley, 1 thg 1, 1962 - 811 trang), trang 464 – [4]. Truy cập 19 tháng 6 năm 2020.
24. A Treatise on Chemistry: Metals (Henry Enfield Roscoe, Carl Schorlemmer; Appleton, 1891), trang 151 – [5]. Truy cập 18 tháng 6 năm 2020.
25. Журнал неорганической химии, Tập 17,Số phát hành 9-12 (Изд-во "Наука"., 1972), trang 3283. Truy cập 11 tháng 9 năm 2020.
26. Uber kupfersalzhydroxylaminverbindungen (Ferdinand Schweisgut; 1911), trang 5 – [6]. Truy cập 19 tháng 6 năm 2020.
27. Russian Journal of Inorganic Chemistry, Tập 18,Số phát hành 2 (British Library Lending Division with the cooperation of the Royal Society of Chemistry, 1973), trang 1372 – [7]. Truy cập 24 tháng 5 năm 2020.
28. Synthesis and X-ray diffraction study of some nickel(II) complexes of urea and thiourea. Truy cập 18 tháng 6 năm 2020.
29. K. A. Jensen E. Rancke‐Madsen — Komplexverbindungen der Semicarbazide (Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, tập 227, số 1, 18 tháng 4 năm 1936, trang 25–31). doi:10.1002/zaac.19362270104.
30. Smith – "Co-ordination compounds of semicarbazide, phenylsemicarbazide, m-tolylsemicarbazide, and aminoguanidine" trong Journal of the Chemical Society, Phần 2 (Chemical Society (Great Britain); The Society, 1937), trang 1356. Truy cập 12 tháng 3 năm 2021.
31. Bulletin: Documentation (Société chimique de France, 1935), trang 132 – [8].
32. INVESTIGATION ON GROWTH AND CHARACTERIZATION OF TETRAKIS-THIOUREA NICKEL SULPHATE CRYSTALS^{[liên kết hỏng]}. Truy cập 26 tháng 3 năm 2021.
33. Russian Journal of Inorganic Chemistry, Tập 20,Phần 1 (British Library Lending Division with the cooperation of the Royal Society of Chemistry, 1975), trang 239. Truy cập 10 tháng 11 năm 2020.
34. Handbook… (Pierre Villars, Karin Cenzual, Roman Gladyshevskii; Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 24 thg 7, 2017 - 1970 trang). Truy cập 13 tháng 2 năm 2021.
35. Zhurnal neorganicheskoĭ khimii, Tập 14,Số phát hành 1-4 (Izd-vo "Nauka"., 1969), trang 981. Truy cập 31 tháng 12 năm 2020.
36. Handbuch der anorganischen Chemie, Tập 3,Phần 3 (1907), trang 188 – [9]. Truy cập 29 tháng 3 năm 2020.