Tiểu luận Bài về phức Nickel Carbonyl

BÀI TIỂU LUẬN VỀ PHỨC NICKEL CARBONYL Nickel carbonyl Công thức phân tử:Ni(CO)4 Cấu tạo: Cấu trúc hình học & hình dạng phân tử : kiểu tứ diện. Tên UPAC: Tetracarbonylnickel. Tên khác: Nickel tetracarbonyl. Cấu trúc và liên kết Nickel carrbonyl có công thức phân tử là Ni(CO)4 bao gồm 1 nguyên tử Ni trung tâm và bao quanh là 4 phối tử carbonyl ( cacbon mono oxit CO ) sắp xếp trong một khối tứ diện. Phối tử CO gồm nguyên tử C và O liên kết với nhau bởi liên kết III ( thường mô tả như liên kết đôi và liên kết cộng hoá trị với Ni qua nguyên tử C ). Cấu trúc của những hợp chất này gây trở ngại cho những nhà hoá học trong nhiều năm và hầu như công bố trước 1980 mô tả Nikel carbonyl là chuỗi CO…Nikel carbonyl có 18 electron hoá trị giống như nhiều cacbonyl kim loại khác như pentacacbonyl sắt Fe(CO)5, hexacacbonyl molipden Mo(CO)6. Các carbonyl kim loại này có cấu trúc đối xứng và trung hoà điện tích dẫn đến nhiệt độ bay hơi của chúng cao. Trong Ni(CO)4 nguyên tử Ni có số oxi hoá thực chất bằng không. Nikel carbonyl là phức hữu cơ kim loại không màu là thuốc thử có nhiều tác dụng, được tìm ra đầu tiên vào năm 1890 bởi Ludwig Mond. Nó là phức carbonyl đơn kim loại đầu tiên được báo cáo. Nó dễ bay hơi ở nhiệt độ phòng và đặc tính độc đã làm cho hợp chất có biệt danh là “ chất lỏng chết người “ Microscope Picture of Nano Grade Nickel Carbonyle Powder Granularity: D = 51.2 nm x20,000 x100,000 Tính chất: Khối lượng phân tử: 170,7 g/mol. Tỉ khối d=1,3 g/ml(chất lỏng) Nhiệt độ nóng chảy: t0 = -190C Nhiệt độ sôi: t0 = 430C Nhiệt độ bốc cháy:930C (thể hơi).Bốc cháy với ngọn lửa màu vàng.Dưới ánh sáng mặt trời cả chất lỏng và khí đều lóe sáng Là chất lỏng không màu,mùi mốc,mùi bồ hóng Độ nhớt: 0,212 cp ở 250C Ở thể rắn có màu trắng Tính tan : Tan rất ít trong nước:0,18 g/l ở 9,80C . Tan trong dung môi hữu cơ như rượu, benzen, cloroform,axeton tetracloruacacbon … Mômen lưỡng cực bằng không Nhiệt hóa học: Nhiệt sinh Entanpy chuẩn: ∆ Ho298 = -632 kJ/mol Nhiệt cháy Entanpi chuẩn: ∆Hoc298 = 1180 kJ/mol Entopy phân tử gam chuẩn So298 =320 J.k-1.mol-1 Điều chế Nikel carbonyl được tổng hợp lần dầu tiên vào năm 1980 bởi Ludwig Mond bằng phản ứng trực tiếo giữa Ni và CO. Việc làm đầu tiên này nmowr đường cho việc điều chế nhiều carbonyl kim loại của: W, Cr, Mn, Fe, CO Ni tác dụng với khí cacbon monooxit CO ở nhiệt độ phòng tạo ra tetracarbonyl. Ở 323 K carbon monôxit với Ni nguyên chất. Đun nóng vừa phải như tiếp xúc với bề mặt cốc thuỷ tinh nóng. Ni(CO)4 phân huỷ trở lại thành carbomonoxit và kim loại Ni. Hai phản ứng này là nền tảng của qui trình Mond để tinh chế Ni. PTPƯ: Ni + 4 CO ↔ Ni(CO)4 Tính chất hoá học Nickel carbonyl phản ứng mãnh liệt với dinitro tetroxit ,có thể nổ khi tiếp xúc với brom hoặc hỗn hợp butan-oxy. Khi tiếp xúc với oxy không khí thì một lớp chất được tạo ra lên trên bề mặt Ni(CO)4 có thể cháy .Hổn hợp với không khí hoặc oxy ở áp suất thấp có thể nổ khi được kích thích. Giống như các carbonyl kim loại hóa trị thấp khác Ni(CO)4 phải trải qua phản ứng thay thế CO và có thể bị oxi hóa. Phối tử thay thế như tryphenylphotphin phản ứng tạo ra Ni(CO)3(PPh3) và Ni(CO)2(PPh3)2 22-bipiridin và các phối tử liên quan cũng tương tự. Cho Clo oxi hóa Nikel carbonyl thành NiCl2 giải phóng khí CO. Các halogen khác cũng tương tự. Phản ứng này cung cấp phương pháp thuận lợi để tiêu huỷ phần không nuốn của hợp chất độc hại.Khử và xử lý với hidroxit dẫn đến sự tổ hợp như [ Ni5(CO)12]2- và [Ni6(CO)12]2- Phản ứng của Ni(CO)4 với alkylarylhalogenua thường tạo ra sản phẩm carbonyl hữu cơ. Vinylhalogenua như PhCH=CHBr biến đổi thành este chưa bão hòa nhờ xử lý với Ni(CO)4 tiếp theo bằng CH3ONa. Như vậy các phản ứng hầu như đều đi qua Ni(CO)3. Carbonyl kim loại cũng dễ bị tấn công bởi các tác nhân nucleophyl. Vì vậy xử lý Ni(CO)4 với một số tác nhân nucleophyl (Nu-) dẫn đến dẫn xuất asin gồm [ Ni(CO)3CONu]--. Độc tính Ni(CO)4 có độ nguy hiểm cao hơn nhiều so với việc mặc nhiên nó bao hàm CO. Phản ánh hiệu ứng của Ni nếu nó bị bay hơi. Nikel carbonyl có thể gây tai hoạ nếu nó hấp thụ vào da và hơn nữa là hít vào vì nó có độ bay hơi cao. chỉ với 5 phần triệu đã có mùi như mùi mốc hay mùi bồ hóng. Những hợp chất cực kì độc phản ánh qua mùi gây nguy hiểm. Trong lịch sử, phòng thí nghiệm sử dụng Ni(CO)4 sẽ nuôi chim Hoàng Yến trong phòng như một chất chỉ thị độc tố Ni carbonyl nhờ tính nhạy cảm cao của loài chim với chất độc này. Hơi Ni(CO)4 có thể tự bốc cháy. Sự nhiễm độc Niken carbonyl như là hai giai đoạn của sự đau ốm. Đầu tiên là đầu và ngực đau kéo dài vài giờ thương kế tiếp các cơn giảm đau ngắn. Giai đoạn thứ hai là viêm phổi sau 16h với triệu chứng là ho, khó thở và mệt mỏi cực đô. Bệnh phát triển nặng sau 4 ngày có thể dẫn đến cái chết. Thời kì dưỡng bện cực kì dài thường phức tạp bởi tình trạng kiệt sức, suy nhược khó thở khi cố sức. Hệ hô hấp bị tổn thương lâu dài là bất thường. Ứng dụng: Nickel carbonyl là sản phẩm trung gian của qui trình Mond để tinh chế Ni và sử dụng làm xúc tác trong công nghiệp dầu mỏ, chất dẻo và cao su, được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ, sản xuất chất xúc tác và mạ hơi Nikel Sản phẩm ứng dụng của công nghệ mạ hơi nickel: sword Jewelry coins Tóm tắt qui trình ứng dụng Niken carbonyl vào công nghệ mạ hơi Nickel Ngưng tụ hơi hoá chất là một phương pháp nổi tiếng để kết tủa màng hoặc phủ lên lớp nền bề mặt . Một loại hoá chất được biết đến sử dụng trong ngưng tụ là màng Ni hay lớp nền phủ Nikel carbonyl gọi là qui trình ngưng tụ hơi Ni (Qui trình NVD). Chất nền được Ni phủ lên được đun nóng trong phản ứng hoặc ngưng tị ở nhiệt độ phản ứng thích hợp 110-180oC, 1at của Ni(CO)4. Ni(CO)4 phản ứng tạo bề mặt chất nền được đốt nóng để màng Ni bao phủ lên ngay sau đó. Nikel carbonyl từ một thùng chứa chất lỏng chảy vào bộ phận khí hoá nơi mà nó được biến đổi thành dòng hơi và dòng hơi này được biến đổi thêm vào một lượng nhỏ khí như khí cacbonmonoxit. Sau đó hơi Nikel carbonyl tiếo tục được đưa vào thùng ngưng tụ ở đó nó phản ứng mãnh liệt tạo ra Ni sản phẩm và cacbonmonoxit. Khí đã sử dụng tiếp tục được làm sạch từ thùng chứa để liên tục vận chuyển Nikel carrbonyl hoạt động trên bề mặt chất nền. Chất nền hoạt động theo phương pháp nổi tiếng như truyền nhiệt, bức xạ, cảm ứng. Khí dùng rồi chứa hơn 30% Niken carbonyl trải qua qui trình tái sinh Nikel carbonyl thực chất để tách Nikel carbonyl trước khi hơi đã sử dụng cho vào lò đốt. Lò đốt sử dụng để bảo đảm nhiệt thiêu huỷ Nikel carbonyl trước khi thải sản phẩm cháy vào môi trường. Thu lại Niken carbonyl vào thùng chứa chất lỏng. Nikel carbonyl được tạo ra trong thiết bị chứa bột Ni ở trạng thái phù hợp làm đầy cho đến khi chuyển thành khí cacbonmonoxit từ xi lanh tích trữ để tạo ra Nikel carbonyl mới. Khí trộn lẫn đi vào nơi mà Nikel carbonyl được trộn lẫn và đi vào thùng chứa. Máy nén tuần hoàn tổng hợp khí trở lại thiết bị Nikel carbonyl. Qui trình tổng quát ở trên có hai tác động đặc biệt tạo ra là phản ứng và lại tạo ra Nikel carbonyl không tái sinh cacbonmonoxit. Vì vậy qui trình ở trên gặp bất lợi là sự hao hụt CO tạo ra khi tác dụng phụ của lò đốt và ngoài ra nhu cầu lò đốt vẫn cần phải có để tiếp tục qui trình NVD. Hơn nữa Nikel oxit được tạo ra trong suốt quá trình đốt cháy Nikel ccarrbonyl. Bằng sáng chế Mĩ số 5766683 đưa ra vào ngày 6/6/1998 mô tả hệ thống tái chế đẻ làm lạnh khí công nhận bằng phương pháp mạ để làm lạnh chúng đến nhiệt độ vừa đủ trên điểm đông của Niken carrbonyl để ngưng tụ và thu hồi lại chất lỏng Nikel carbonyl. Qui trình tái chế bao gồm bình ngưng thu hồi và thu hồi khí vào bình chứa hơi từ qui trình tái chế. Hệ thống thu hồi hơi bao gồm bộ phận máy nén đầu tiên nối với bộ phận bình chứa đầu tiên để điều chỉnh áp suất hơi khoảng 25 PSIG và bộ phận bình ngưng đầu nối với máy nén đầu để làm lạnh hơi. Ống dẫn hơi từ hệ thồng tái chế đến lò phản ứng để hơi làm lạnh ở trên thu hồi vào bình chứa trong lò phản ứng. Thêm một máy nén trong lò phản ứng để nén khí từ bình thu hồi ở áp suất 65 PSIG. Hệ thống thu hồi và tái sinh một lượng đáng kể Nikel carbonyl và nhu cầu về cacbonmonoxit giảm bớt đáng kể. Tuy nhiên sáng chế không thỏa mãn việc thu hồi lại đầy đủ Nikel carbonyl trong qui trình tái chế. Vì vậy nhu cầu cần cải thiện qui rình NVD là kinh tế, an toàn, và đán tin cậy hơn. Bảng tóm tắt của phát minh: Nó là một phát minh thời đại cải thiện qui trình NVD mang tính kinh tế hơn, hiệu quả hơn, độ tin cậy, an toàn hơn qui trình NVD cũ. Hơn nữa nó là phát minh để cung cấp NVD không gây ô nhiễm môi trường làm giảm nhu cầu sử dụng lò đốt cacbonmonoxit trong quá trình hoạt động. Như vậy về mặt khái quát phát minh cung cấp một khâu khép kín. CO về bản chất trong quá trình để sản xuất Ni hoặc màng Ni bởi qui trình ngưng tụ hơi Ni bao gồm a. Nơi xử lý với Nikel carbonyl bằng qui trình ngưng tụ hơi Ni đã nói trong thùng lắng b. Cung cấp khí hoà trộn gồm Nikel carbonyl và CO trong thùng lắng đã nói c. Kết tủa Ni tạo ra Ni hoặc màng Ni trong thùng và Nikel carbonyl đã xả hết khí hoà trộn d. Tách Nikel carbonyl đã xả hết khí hoà trộn ra khỏi thùng e. Tách Niken từ Nikel carbonyl mục d để sản xuất đầu tiên, làm giảm bớt – cô đặc Ni carbonyl chứa khí f. Cải tiến gồm: Cô đặc Nikel carbonyl chứa khí CO kế tiếp làm tan đóng băng theo phương pháp bậc thang g. Tan băng để giảm bớt Nikel carbonyl cô đặc chứa khí tạo ra chất rắn Niken carbonyl h. Làm tan chất rắn Nikel carbonyl để tạo thành chất lỏng. i. Di chuyển chất lỏng Nikel carbonyl để tạo ra Nikel carbonyl chứa khí và cô đặc lần hai, cho phép Nikel carbonyl cô đặc 5% j. Cho thêm Niken carbonyl cô đặc lần hai vào lò phản ứng Nikel carbonyl chứa bột Nikel để sản xuất khí hoà trộn sạch gồm Nikel carbonyl sạch và CO Hai khâu qui trình: Nikel carbonyl sinh ra và phân huỷ được dẫn qua CO tái chế và liên kết với chất lỏng carbonyl. Hai khâu có thể hoạt động không phụ thuộc vào nhau liên kết nhau trong hệ thống. Nikel carbonyl tái chế được ưu tiên sử dụng trong phát minh đem lại thành công và sự thống nhất giữa hai khâu. Thùng lắng trong cô đặc lần đầu Nikel carbonyl được cô lại. tái sinh lần hai gồm hai giai đoạn trong cô đặc về cơ bản Nikel carbonyl dưới một trong hai giai đoạn như một sự lựa chọn và xảy ra đồng thời hai quá trình đông lại và làm tan Nikel carbonyl. Chuyển đổi từ cách này đến cách khác là cô lại Nikel carbonyl thích hợp trong hệ thống qui trình. Vì vậy phát minh cung cấp qui trình hữu ích như trên tiếp tục quá trình hoạt động của các quá trình cô đặc phụ liên kết trong một trật tự và hoạt động theo phương thức qua lại đông tụ, hoà tan. Trong khâu kế tiếp khí Nikel carbonyl hoà trộn bị nén và một lượng nhỏ Nikel carbonyl tách ra bởi hệ thống tái sinh 3 khâu, gồm hai khâu cô đặc thu hồi một lượng nhỏ Nikel carbonyl sinh ra CO nguyên chất. Ba hệ thống tái sinh hoạt động giống với nguyên tắc hai hệ thống tái chế. Vì vậy phát minh như phần trước đã giới thiệu gồm ngưng tụ để thu hồi hơi Nikel carbonyl chứa khí trong lần ngưng tụ thứ 3 hoạt động theo phương pháp qua lại làm đông hoà tan như bậc thang. Làm đông Nikel cacbonyl chứa khí để tạo ra chất rắn Nikel cacbonyl lần thứ 2, làm nóng chảy chất rắn Nikel cacbonyl để tạo ra chất lỏng Nikel cacbonyl laand thư 2, tách chất lỏng Nikel cacbonyl lần 2 từ giai đoạn ngưng tụ lần 3 để tạo ra Nikel ccacbonyl chứa khí thu hồi lần 3 có Ni cacbonyl nhỏ hơn 500 p.p.m. và cung cấp cho Nikel cacbonyl chứa khí thu hồi lần 3 và lò phản ứng Nikencacbonyl chứa bột Nikel để tạo hổn hộp khí sạch chứa Nikel cacbonyl và CO.Sự chọn lọc CO thích hựp bằng máy lén có màng ngăn để cho qui trình hoạt động an toàn hơn.Lò phản ứng trong khâu sinh ra Nikel cacbonyl có thể tiếp tục cho thêm bột Niikel. Điều chỉnh lò phản ứng thích hợp bằng hệ thống điều khiển riêng biệt. Cặn bã lò phản ứng độc tố cao được xử lý bằng hệ thống hút. Di chuyển chất lỏng Nikel carbonyl trong suốt qui trình giữa hai khâu sinh ra và phân huỷ không dùng bơm mà nén trong thùng nén. Trong điểm đặc trưng nữa, phát minh cung cấp phương pháp thu hồi Nikel carbonyl trong hệ thống ngưng tụ Nikel carbonyl gồm hệ thống lò phản ứng (hệ thống mạ, hệ thống thu hồi). Khi hệ thống tái sinh, hệ thống thu hồi hơi bao gồm sản xuất chất lỏng Nikel carbonyl hoá hơi chất lỏng này ứng dụng hơi Nikel carbonyl, phủ Nikel lên lớp nền giải phóng CO, làm lạnh khí sau khi Nikel trên chất nền ở nhiệt độ dưới điểm đông Nikel carbonyl để ngưng tụ thành chất rắn rồi sau đó cho Ni(CO)4 rắn tan ra và thu hồi Ni(CO)4 lỏng. Trong một khía cạnh phát minh cung cấp và cải tiến thiết bị lắng Nikel ở lò phản ứng Ni(CO)4, khi hệ thống lắng Ni, thu hồi Ni(CO)4 hơi, ngưng tụ sơ cấp và ngưng tụ thứ cấp. Sự cải tiến gồm có hóa rắn Ni(CO)4 không có giai đoạn ngưng tụ thứ cấp, làm tan Ni(CO)4 rắn thành lỏng thu hồi Ni(CO)4 lỏng và tháo hết khí hoà trộn. Tốt hơn, thiết bị nên có thêm giai đoạn ngưng tụ thứ 3 để làm ngưng tụ Ni(CO)4 và thu hồi Ni(CO)4 đã tháo hết khí hoà trộn thành thể rắn, làm tan Ni(CO)4 đóng băng thành Ni(CO)4 lỏng và được thu hồi. Mục đích để phát minh dễ hiểu hơn ta mô tả dưới dạng sơ đồ qui trình và thiết bị theo phát minh. Ni(CO)4 từ thùng chứa 12 đi qua ống dẫn 14 ở 40 PSI cùng với khí đồng hành CO vào bình bay hơi 18. Ni(CO)4 lỏng chảy trong ống dẫn 14 qua đồng hồ đo tốc độ 20 gửi thông tin đến van điều chỉnh 22, nhờ đó tốc độ được điều chỉnh khí đồng hành CO được như ý. Khí đồng hành CO từ thúng chứa 16 (84) được trộn lẫn với Ni(CO)4 từ ống dẫn 24 tạo ra hỗn hợp 10% CO, 90% Ni(CO)4. Thiết bị bay hơi 18 làm bay hơi Ni(CO)4 lỏng dẫn đến nhiệt độ xấp xỉ 87oC. Hơi hoà trộn đi qua ống truyền nhiệt 26 vào thùng ngưng tụ 28, ở đó khí được phân tán vào đường ống 30 và tiếp xúc với nồi cấp nhiệt 32. Nhiệt độ và thời gian khí hoà trộn ở trong thùng phụ thuộc tốc độ phân huỷ Ni(CO)4 60%. Còn lại Ni(CO)4 chưa phân huỷ khí đồng hành CO va CO tạo ra từ sự phân huỷ chứa trong thùng 28 qua ống truyền nhiệt 36 khoảng 60oC đến thiết bị làm lạnh 40. Ở đó Ni(CO)4 haafnhuw hoá lỏng và dẫn qua đường dẫn 42 đến thùng chứa 44. Ni(CO)4 ngưng 30-80% ở nhiệt độ khoảng 82-85oC áp suất khoảng 0,05 bar. Khí hoà trộn chứa trong thiết bị 40, Ni(CO)4 ngưng tụ ở nhiệt độ -4 đến -15oC, áp suất khoảng 0,05 bar đi qua ống dẫn 46 và sau đó đến một hoặc hai thiết bị làm lạnh thu hồi 48 hoặc 50, qua ống dẫn 52 hoặc 54 giải thích ở phần sau. Thiết bị 48-50 giống hệt nhau về cấu trúc và hoạt động và mô tả là một cặp thiết bị làm lanhj hoạt động song song theo chu kì làm lạnh “ phương pháp làm lạnh Ni(CO)4 và phương phasp làm tan NI(CO)4 “ Thiết bị trong phương pháp đông lạnh cung cấp Ni(CO)4 rắn ở nhiệt độ -58 đến -55oC. Trong hoạt động kkhi thiết bị 48 làm lạnh hoạt động ở nhiệt độ lạnh nhất, khí thải từ ống dẫn 16 qua ốn dẫn 52 đến thiết bị 48 ở đó đa số Ni(CO)4 khó đông lại. Vì vậy chúng ta có thể thấy phần trước tài liệu đã cung cấp đầy đủ hệ thống thu hồi CO khép kín nơi mà lúc đầu CO sử dụng như khí đồng hành bíên đổi thành Ni(CO)4 và sau đó lại được sinh ra từ Ni(CO)4. Chỉ các nguyên liệu thêm vào và sau đó tách ra từ hệ thống mà Nickel thêm vào ở dạng bột và tách ra ở dạng màng như tấm, lá Nickel. Ta chọn lọc nhiệt độ lò phản ứng, nhiệt độ phân huỷ ,nhiệt độ ống dẫn đúng đắn theo phản ứng hoá học. Áp suất buồng khí và tốc độ chảy được điều chỉnh hợp lý. Minh họa thiết bị máy: Tóm lại Nickel carbonyl tuy là một phức chất độc hại với con người và môi trường nhưng nó có ứng dụng rất lớn trong các nghành công nghiệp :làm xúc tác cho công nghiệp dầu mỏ, sản xuất chất dẻo và cao su,đặc biệt là trong công nghệ mạ hơi Nickel lên bề mặt nhiều loại vật liệu.Đây là một phương pháp mạ đặc biệt có tính mỹ thuật cho bề mặt vật liệu và kinh tế hơn những phương pháp mạ tốn kém khác như mạ điện.