BÀI TIỂU LUẬN 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.
1
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 “
2
Microscope Picture of Nano Grade Nickel Carbonyle Powder
Granularity: D = 51.2 nm

x20,000
x100,000
Tính chất:
3
Khối lượng phân tử: 170,7 g/mol.
Tỉ khối d=1,3 g/ml(chất lỏng)
Nhiệt độ nóng chảy: t
0
= -19
0
C
Nhiệt độ sôi: t
0
= 43
0
C
Nhiệt độ bốc cháy:93
0
C (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 25
0
C
Ở thể rắn có màu trắng

Tính tan : Tan rất ít trong nước:0,18 g/l ở 9,8
0
C . Tan trong dung môi
hữu cơ như rượu, benzen, cloroform,axeton tetracloruacacbon …
Mômen lưỡng cực bằng không
Nhiệt hóa học:
Nhiệt sinh Entanpy chuẩn: ∆ H
o
298
= -632 kJ/mol
Nhiệt cháy Entanpi chuẩn: ∆H
o
c298
=

1180 kJ/mol
Entopy phân tử gam chuẩn S
o
298
=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.
4
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
(PPh
3
) và Ni(CO)
2
(PPh
3
)
2
22-

bipiridin và các phối tử liên quan cũng tương tự.
Cho Clo oxi hóa Nikel carbonyl thành NiCl
2
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 [ Ni
5
(CO)
12
]
2-
và [Ni
6
(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 CH
3
ONa. 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)
3
CONu]

.
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
5
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:
6

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 110-180
o
C, 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
7
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
8
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
9
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.

10
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.
11
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
87
o
C. 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 60
o
C 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 82-85
o
C áp
suất khoảng 0,05 bar. Khí hoà trộn chứa trong thiết bị 40, Ni(CO)
4
ngưng tụ ở
12
nhiệt độ -4 đến -15
o
C, 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 -55
o
C. 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.
13
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.
14
15
16