Железо, кобальт и никель (эксперименты). Iron, cobalt and nickel (experiments)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Реакция сплава никеля и фосфора ("фосфид никеля") с соляной кислотой / Reaction of alloy of nickel and phosphorus ("nickel phosphide") with hydrochloric acid

Возникла мысль провести реакцию металлического никеля с концентрированной соляной кислотой - с целью снять видео. Чистый никель под рукой был - фрагменты никелевого анода для гальванических ванн. Но решил немного видоизменить эксперимент: взял не чистый никель, а кусочек т.н. "фосфида никеля", точнее сплава никеля и фосфора. Данный сплав наносят в виде покрытия на разные изделия в ванне под названием "химический никель". Для этого раствор соли никеля нагревают вместе с гипофосфитом натрия и рядом добавок. В результате выделяется водород, а на изделии образуется покрытие, которое представляет собой никель, содержащий порядка 6% фосфора (в нашем конкретном случае, в других ваннах получают покрытие, в котором содержание фосфора может быть выше или ниже - это зависит от назначения покрытия).

Разумеется, сплав никеля и фосфора отлагается не только на покрываемых изделиях, но также образует налет на стенках ванны и особенно - на ТЭНах. Потом эти отложения становятся центрами осаждения новых порций фосфида никеля. Поэтому налет сплава никеля и фосфора время от времени счищают и выбрасывают. Когда работал технологом на гальванике, набрал немного такого сплава никеля и фосфора - в надежде провести с ним эксперименты.

Итак, взял кусочек сплава никеля и фосфора и залил его в стакане концентрированной соляной кислотой. Постепенно начал выделяться газ (водород). Раствор быстро стал светло-желтым, потом - желтовато-зеленым, а через несколько часов раствор приобрел глубокую изумрудно-зеленую окраску. Выделение газа было средней интенсивности, со временем оно ослабло, но продолжалось даже через 24 часа. Металл изначально был серебристо-серым, блестящим, но в ходе реакции он стал матовым и темно-серым.

Через полутора суток я слил раствор с металла и сохранил его для дальнейших экспериментов. Сплав фосфора с никелем залил свежей порцией концентрированной соляной кислоты (при этом заметил, что твердый образец после сливания раствора снова приобрел серый цвет и металлический блеск). Не сразу, но началось выделение газа - невысокой интенсивности. Кислота стала желтой. В этот раз реакция шла гораздо медленнее. Через 13 часов раствор стал желтовато-зеленым, выделение газа еле просматривалось. Интенсивность окраски раствора (а, значит, и концентрация катионов никеля в нем) была значительно ниже, чем в первом эксперименте.

Подозреваю, причина в том, что никель частично растворился, фосфор - остался и его содержание в сплаве увеличилось. Коллега сказал, что этот сплав нужно растворять в присутствии окислителя. Согласен, я даже такое уже пробовал: см. статью Реакция сплава никеля и фосфора ("фосфид никеля") с азотной кислотой. Reaction of alloy of nickel and phosphorus ("nickel phosphide") with nitric acid [ссылка]. С азотной кислотой "химический никель" реагирует гораздо активнее и уменьшения скорости реакции по мере частичного растворения никеля в случае азотной кислоты не наблюдается. Но окислитель (ту же азотную кислоту, например) добавлять не стал: сейчас стоит задача узнать, как данный сплав реагирует с соляной кислотой, а не растворить его любой ценой.

Почитав сайты по гальванике, случайно узнал, что:

"Химический никель с высоким содержанием фосфора выше 10%, не является магнитным."

Исходный образец сплава никеля и фосфора хорошо притягивался магнитом. После того, как я его обработал соляной кислотой первый раз, магнитные свойства не исчезли. Впрочем, это не противоречит гипотезе о возрастании содержания фосфора в составе сплава: содержание фосфора могло увеличиться во внешних слоях. За счет этого они могли потерять или не потерять ферромагнитные свойства - в зависимости от того, будет ли превышен предел в 10%. Но, даже, если этот предел превышен, и внешние слои сплава престали быть магнитными, во внутренних слоях образца (не затронутых реакцией) содержание фосфора осталось прежним и они сохранили магнитные свойства.

В заключение приведу еще один факт: никакого запаха фосфина, а тем более - вспышек не заметил (в процессе реакции сплава никеля и фосфора с соляной кислотой). Честно говоря, я и не надеялся - это вам не фосфид магния.

Реакция сплава никеля и фосфора ("фосфид никеля") с соляной кислотой (кипячение) / Reaction of alloy of nickel and phosphorus ("nickel phosphide") with hydrochloric acid (boiling)

Итак, сплав никеля и фосфора я дважды заливал избытком концентрированной соляной кислоты. В результате второй обработки через 1.5 суток образец так и не растворился, раствор - изумрудно-зеленый (цвет катиона никеля). Металл перестал притягиваться к ферритовому магниту (через стенки стакана), но все еще притягивался к неодимовому магниту.

Можно было на этом завершить эксперимент и перейти к опытам с полученным раствором хлорида никеля. Я не сомневался, что сплав фосфора и никеля НЕ раствориться в соляной кислоте полностью. Что останется? По видимому, - сплав никеля и фосфора с гораздо более высоким содержанием фосфора, чем исходный образец.

Так ли это? Вопрос не для "кухонных условий": нужно провести количественный химический анализ образца (определить массовое содержание никеля и фосфора после обработки кислотой) и применить несколько методов инструментальных исследования (например, рентгенофазовый анализ - РФА).

Но я сделал не все возможное, чтобы растворить образец в соляной кислоте. Решил провести третью обработку кислотой, на этот - раз при кипячении. Слил солянокислый раствор, немного промыл металл водой. Добавил 50 мл концентрированной соляной кислоты. Накрыл стакан чашкой Петри, поставил греться на электрическую плитку.

Кипятил примерно полтора часа. Раствор медленно стал желтоватым, потом - желтовато-зеленым, потом - изумрудно-зеленым. Кипело бурно, но из раствора летел в основном хлороводород и водяной пар. Избыток хлороводорода в воздухе кухни хорошо ощущался по запаху. Надышался знатно.

Зато водород выделялся не очень интенсивно. Это стало очевидно, когда я прекратил нагрев, чтобы раствор перестал кипеть - в результате выделение газа сначала было интенсивным, но вскоре ослабевало и практически прекратилось - при этом раствор еще оставался горячим. За время кипячения раствор потерял больше половины объема.

После этой процедуры образец существенно уменьшился в объеме, стал представлять собой черную пористую массу с блестящей пленкой с одной стороны. Образец перестал притягиваться даже к неодимовому магниту.

Слил кислоту, промыл образец водой. Залил его 25 мл концентрированной соляной кислоты, измельчил образец палочкой, повторно прокипятил (ранее было две обработки кислотой при комнатной температуре и одна при кипячении, это - вторая). В процессе кипячения добавил еще 30 мл кислоты. Кипятил более 30 минут, результат - лишь слабая окраска раствора.

Т.е., чем дольше шла реакция, тем сплав никеля и фосфора растворялся в кислоте хуже. Думаю, что причина в следующем: никель под действием соляной кислоты переходил в раствор, а фосфор - оставался в твердой фазе. В результате образовывалась твердая фаза с все более высоким содержанием фосфора, которая становилась все более устойчивой к действию соляной кислоты. Дополнительно, когда содержание фосфора превысило определенный предел, образец перестал притягиваться к магниту.