硫化鎳

化合物

硫化鎳是一種無機化合物化學式為NiS。它在自然界中以針鎳礦的形式存在。硫化鎳在商業上可用作催化劑。

硫化鎳
IUPAC名
Nickel(II) sulfide
別名 一硫化鎳
識別
CAS號 11113-75-0  checkY
PubChem 28094
ChemSpider 26134
SMILES
 
  • [Ni]=S
EINECS 234-349-7
RTECS QR9705000
性質
化學式 NiS
摩爾質量 90.7584 g·mol⁻¹
外觀 黑色固體
氣味 無味
密度 5.87 g/cm3
熔點 797 °C(1070 K)
沸點 1388 °C(1661 K)
溶解性 難溶
溶解性 溶於硝酸
磁化率 +190.0·10−6 cm3/mol
結構
晶體結構 六方
危險性
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》(簡稱「GHS」)中有害物質的標籤圖案
主要危害 吸入可能致癌
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

結構

硫化鎳採用砷化鎳結構。在這種結構中,鎳是八面體,硫化物中心位於三稜柱位置。[1]

硫化鎳中的配位環境
   
八面體 三方稜柱體

硫化鎳有兩種同質異形體。α型為六角形晶胞,而β相為菱面體晶胞。α型在379 °C(714 °F)以上的溫度下穩定,在較低溫度下轉變為β型。此相變使體積增加2-4%。[2][3][4]

合成

硫化鎳可由傳統的鎳鹽與硫化氫反應的方法製備:[5]

Ni2+ + H2S → NiS + 2 H+

鎳鹽溶液和硫化銨溶液反應,也能得到α-NiS,它剛沉澱出來時主要含有非晶態的Ni(SH,OH)2。較低pH下結晶出γ型,較高pH下結晶出β型。[6]

人們還開發了許多其他更受控的方法,包括固態複分解反應(來自NiCl2和Na2S)和鎳和硫之間的高溫反應。[7]

反應

硫化鎳最常見的反應是轉化為氧化鎳。這種轉化包括在空氣中加熱硫化鎳礦石:[8]

2 NiS + 3 O2 → 2 NiO + 2 SO2

硫化鎳可溶於濃硝酸和硫氫化鉀溶液。[9]

在鹼性溶液中,硫化鎳可以將一氧化碳定量地轉化為四羰基鎳

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

產生

自然界

 
針鎳礦晶體

針鎳礦也是一種硫化鎳的礦物形式,分子式為NiS,但由於其形成條件差異,其結構與合成化學計量的NiS不同。它天然存在於低溫熱液系統、碳酸鹽岩的空洞中,也是其他鎳礦物的副產品。[10]

玻璃製造

浮法玻璃含有少量的硫化鎳,是由澄清劑Na
2
SO
4
中的硫與金屬合金污染物中所含的鎳形成。[11]

硫化鎳夾雜物是鋼化玻璃應用的問題。回火過後硫化鎳夾雜物處於亞穩定α型。這些夾雜物最終轉化為β型(在低溫下穩定),體積增加並導致玻璃破裂。在強化玻璃的中間,材料會受到張力導致裂縫擴展並導致玻璃自發性破裂。[12]這種自發性碎裂發生在玻璃製造後數年或數十年。[11]

參考資料

  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. (原始內容存檔於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. ^ 謝高陽 等. 無機化學叢書 第九卷 錳分族 鐵系 鉑系. 科學出版社, 2011. pp 287. 硫化鎳. 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頁面存檔備份,存於互聯網檔案館). 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]. (原始內容存檔於2023-04-29).