المعرفة

أكسيد النيكل الثنائي

أكسيد النيكل الثنائي (إنگليزية: Nickel(II) oxide، هو مركب كيميائي صيغته الكيميائية NiO. وهو أكسيد النيكل الرئيسي.[4] يصنف كأكسيد فلز أساسي. يُنتج منه عدة ملايين من الكيلوجرامات سنويًا بجودة متفاوتة، ويستخدم بشكل أساسي كوسيط في إنتاج سبائك النيكل.[5] الشكل المعدني لأكسيد النيكل، البنزينيت، نادر للغاية. زُعم بوجود أكاسيد النيكل الثلاثي الأخرى، على سبيل المثال: Ni 2O 3 وNiO 2، لكن لم يُثبت وجودهما بعد بواسطة دراسة البلورات بالأشعة السينية.[4]

أكسيد النيكل الثنائي
أكسيد النيكل الثنائي
Nickel(II) oxide
الأسماء
اسم أيوپاك
Nickel(II) oxide
أسماء أخرى
Nickel monoxide
Oxonickel
Identifiers
رقم CAS
3D model (JSmol)
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.013.833 Edit this at Wikidata
رقم EC
  • 215-215-7
رقم RTECS
  • QR8400000
UNII
UN number 3288 3077
InChI InChI={{{value}}}
SMILES
الخصائص
الصيغة الجزيئية NiO
كتلة مولية 74.6928 گ/مول
المظهر مادة صلبة بلورية خضراء
الكثافة 6.67 g/cm3
نقطة الانصهار
قابلية الذوبان في الماء ضئيلة
قابلية الذوبان ينحل في سيانيد الپوتاسيوم
القابلية المغناطيسية +660.0·10−6 cm3/مول
معامل الانكسار (nD) 2.1818
الكيمياء الحرارية
الإنتالپية المعيارية
للتشكل ΔfHo298 		-240.0 kJ/mol
المخاطر
صفحة بيانات السلامة JT Baker
ن.م.ع. مخطط تصويري The exclamation-mark pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)رمز الخطر على الصحة في النظام المنسق عالمياً لتصنيف وعنونة الكيماويات (GHS)رمز البيئة في النظام المنسق عالمياً لتصنيف وعنونة الكيماويات (GHS)
ن.م.ع. كلمة الاشارة خطر
H317, H350, H372, H413
P201, P202, P260, P261, P264, P270, P272, P273, P280, P281, P285, P302+P352, P304+P341, P308+P313, P314, P321, P333+P313, P342+P311, P363, P391, P405, P501
NFPA 704 (معيـَّن النار)
نقطة الوميض غير قابل للاشتعال
الجرعة أو التركيز القاتل (LD, LC):
5000 ملگ/كگ (الجرذان، الفم)[1]
مركبات ذا علاقة
كبريتيد النيكل الثنائي
سيلينيد النيكل الثنائي
تلوريد النيكل الثنائي
أكسيد الپلاديوم الثنائي
ما لم يُذكر غير ذلك، البيانات المعطاة للمواد في حالاتهم العيارية (عند 25 °س [77 °ف]، 100 kPa).
YesY verify (what is YesYX mark.svgN ?)
مراجع الجدول

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الانتاج

يمكن تحضير أكسيد النيكل بطرق متعددة. عند تسخينه على درجة حرارة أكبر من 400 °س، يتفاعل مسحوق النيكل مع الأكسجين ليعطي أكسيد النيكل. في بعض العمليات التجارية، ينتج أكسيد النيكل الأخضر بتسخين مزيج من مسحوق النيكل والمياه عند درجة حرارة 1000 °س، يتزايد معدل هذا التفاعل بزيادة إضافة أكسيد النيكل.[6] إن أبسط وأنجح طريقة للتحضير هي من خلال الانحلال الحراري لمركبات النيكل (II) مثل الهيدروكسيد، النترات، والكربونات، والتي ينتج عنها مسحوق أخضر فاتح.[4] يمكن أن ينتج بواسطة التخليق من العناصر عن طريق تسخين المعدن في الأكسجين التي تنتج مساحيق رمادية إلى سوداء مما يشير إلى قياس غير متكافئ .[4]


البنية

يعتمد أكسيد النيكل بنية كلوريد الصوديوم، مع مواقع ثماني الأسطح Ni2+ وO2−. تُعرف البنية البسيطة من الناحية المفاهيمية باسم بنية الملح الصخري. مثل العديد من أكاسيد المعادن الثنائية الأخرى، غالبًا ما يكون أكسيد النيكل غير متكافئ، مما يعني أن نسبة Ni:O تنحرف عن 1: 1. في أكسيد النيكل، يترافق هذا القياس غير المتكافئ مع تغير في اللون، حيث يكون أكسيد النيكل أخضر اللون، ويكون أكسيد النيكل غير المتكافئ أسود اللون.

التطبيقات والتفاعلات

يتضمن أكسيد النيكل الثنائي مجموعة متنوعة من التطبيقات المتخصصة وعمومًا، تميز التطبيقات بين "الدرجة الكيميائية"، وهي مادة نقية نسبيًا للتطبيقات المتخصصة، و"الدرجة المعدنية"، والتي تستخدم بشكل أساسي في إنتاج السبائك. يستخدم أكسيد النيكل الثنائي في صناعة الخزف لصنع الفريت، والحديد، وطلاء البورسلين. يستخدم الأكسيد الملبد في إنتاج سبائك الصلب والنيكل. حصل شارل إدوار گيوم على جائزة نوبل في الفيزياء 1920 عن عمله على سبائك الفولاذ والنيكل التي سماها invar وelinvar.

أكسيد النيكل الثنائي هو مادة ناقلة مثبة شائعة الاستخدام في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.[7] وهو أيضاً مكون في بطارية النيكل-الحديد، المعروفة أيضاً ببطارية إديسون، وهو مكون في خلايا الوقود. وهو مركب طليعي في العديد من أملاح النيكل، التي تستخدم ككيماويات متخصصة ومحفزات. في الآونة الأخيرة، أستخدم أكسيد النيكل الثنائي في تصنيع بطاريات لصنع بطاريات النيكل-الكادميوم القابلة لإعادة الشحن الموجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية حتى تطوير بطارية النيكل-هيدريك الفلزية المتفوقة بيئيًا.[6] خضع أكسيد النيكل الثنائي للدراسة، وهو مادة مادة كهروميكانيكية أنودية، ويستخدم على نطاق واسع كأقطاب كهربائية مضادة بأكسيد التنجستن، مادة كهروميكانيكية كاثودية، في الأجهزة الكهربائية التكميلية.

يُنتج حوالي 4000 طن من أكسيد النيكل الثنائي سنوياً.[5] أكسيد النيكل الأسود هو مركب طليعي لأملاح النيكل، والتي تُحضر عن طريق المعالجة بالأحماض المعدنية. أكسيد النيكل هو محفز هدرجة متعدد الاستخدامات.

يؤدي تسخين أكسيد النيكل إما بالهيدروجين أو الكربون أو أول أكسيد الكربون إلى اختزاله إلى نيكل معدني. يتحد مع أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم عند درجات حرارة عالية (> 700 درجة مئوية) لتكوين النيكل المقابل.[6]

البنية الإلكترونية

أكسيد النيكل مفيداً لتوضيح فشل نظرية الكثافة الوظيفية (باستخدام الوظائف القائمة على تقريب الكثافة الموضعية) ونظرية هارتري-فوك في تفسير الارتباط القوي. يشير مصطلح الارتباط القوي إلى سلوك الإلكترونات في المواد الصلبة التي لم يتم وصفها جيدًا (غالبًا ليس حتى بطريقة صحيحة نوعياً) بواسطة نظريات بسيطة للإلكترون الواحد مثل تقريب الكثافة الموضعية (LDA) أو نظرية هارتري-فوك.[8][بحاجة لمصدر] على سبيل المثال، تحتوي المادة التي تبدو بسيطة على أكسيد النيكل على نطاق ثلاثي الأبعاد مملوء جزئيًا (تحتوي ذرة Ni على 8 من 10 إلكترونات ثلاثية الأبعاد محتملة) وبالتالي من المتوقع أن تكون موصلًا جيدًا. ومع ذلك، فإن التنافر القوي لـ Coulomb (تأثير الارتباط) بين الإلكترونات d يجعل NiO بدلاً من ذلك فجوة نطاق واسعة Mott insulator. وبالتالي، فإن المواد المترابطة بقوة لها هياكل إلكترونية ليست مجرد شبيهة بالإلكترون الحر ولا أيونية تمامًا، ولكنها خليط من كليهما.[9][10]

المخاطر الصحية

إن استنشاق أكسيد النيكل على المدى الطويل يضر بالرئتين، ويسبب الآفات وفي بعض الحالات السرطان.[11]

يبلغ العمر النصفي المحسوب لانحلال أكسيد النيكل في الدم أكثر من 90 يومًا.[12] يتمتع أكسيد النيكل بفترة احتباس-نصفي طويلة في الرئتين؛ بعد تناوله من قبل القوارض، استمر في الرئتين لأكثر من 3 أشهر.[13][12] يُصنف أكسيد النيكل كمسرطن بشري[14][15][16][17][18][19] بناءً على مخاطر الإصابة بسرطان الجهاز التنفسي المتزايدة التي لوحظت في الدراسات الوبائية لعمال مصفاة خام الكبريتيك.[20]

في دراسة عن استنشاق أكسيد النيكل الأخضر لمدة عامين، عقدها البرنامج الوطني لعلم السموم، لوحظت بعض الأدلة على السرطنة في الفئران F344 / N ولكن هناك أدلة ملتبسة في إناث الفئران B6C3F1؛ لم يكن هناك دليل على السرطنة في ذكور الفئران B6C3F1.[14] لوحظ التهاب مزمن بدون تليف في الدراسات التي استمرت عامين.

أبحاث

 
عند تعرض أكسيد النيكل لغاز الهيدروجين والهواء بالتناوب يتغير سلوكه.
جامعة پوردو/Kayla Wiles, CC BY-ND
 
تقوم موصلية أكسيد النيكل بتخزين المعلومات بشكل مشابه للطريقة التي تتعلم بها الرخويات.
جامعة پوردو/Kayla Wiles, CC BY-ND


يُظهر أكسيد النيكل، وهو مادة فريدة من نوعها، القدرة على تعلم أشياء عن بيئته بطريقة تحاكي قدرات التعلم الأساسية للحيوانات. لأكثر من نصف قرن، درس علماء الأعصاب الرخويات البحرية لفهم تعلم الحيوانات الأساسي. هناك مفهومان أساسيان للتعلم هما التعود والتحسس. يحدث التعود عندما تتناقص استجابة العضية للمنبه المتكرر باستمرار. عندما يلمس الباحثون لأول مرة حيوان رخوي بحري، تتراجع خياشيمها. ولكن كلما لامستها أكثر، قل تراجع خياشيمها. التحسس هو رد فعل متطرف للعضيات كاستجابة لمثير ضار أو غير متوقع. إذا قام الباحثون بعد ذلك بصدمة إحدى الرخويات البحرية، فسوف تتراجع خياشيمها بشكل أكبر بكثير مما كانت عليه عندما تم لمسها فقط، وهذا هو التحسس. [21]

يحتوي أكسيد النيكل على ميزات مشابهة بشكل لافت للنظر لسلوك التعلم هذا. بدلاً من تراجع الخياشيم، قام العلماء بقياس التغير في التوصيل الكهربائي للمادة. كان التحفيز بدلاً من وخز الإصبع، هو تعريض أكسيد النيكل بشكل متناوب للهواء الطبيعي وغاز الهيدروجين.

أكسيد النيكل مثير للاهتمام لأنه عند تعرضه لغاز الهيدروجين، يتغير هيكله البلوري بمهارة ويصبح المزيد من الإلكترونات متاحًا لتوليد تيار كهربائي. في هذه التجربة، واصل العلماء التبديل بين بيئة الهواء التي تحتوي على الهيدروجين فقط وبيئات الهواء العادية. من المتوقع أن تتأرجح الموصلية الكهربائية لأعلى ولأسفل بشكل مباشر فيما يتعلق بالتعرض للهيدروجين أو الهواء. ولكن تمامًا كما هو الحال مع الرخويات البحرية، فإن التغيير في موصلية أكسيد النيكل ينخفض ببطء كلما زاد تحفيزنا له، لقد اعتاد على الهيدروجين.

عندما تعريض المادة للضوء الساطع أو الأوزون، سرعان ما غيّرت موصليتها - بنفس الطريقة التي تستجيب بها البزاقة دائمًا بشكل كبير لصدمة صغيرة.

تعد القدرة على تعلم أو تذكر أو نسيان المعلومات حسب الحاجة مهارة قوية لأي حيوان أو آلة. حتى الآن، ركزت الغالبية العظمى من الأبحاث في مجال الذكاء الاصطناعي على الأساليب القائمة على البرمجيات للتعلم الآلي، مع جهد أقل بكثير مخصص لدراسة القدرات التعليمية للمواد.

يقع مجال أجهزة الحاسوب المستوحاة من المخ في مركز هذين المجالين المتصلين من البحث. لكي يتم تشفير الذكاء في أجهزة، يحتاج العلماء إلى أشباه موصلات يمكنها التعلم من التجارب السابقة والتكيف مع البيئات الديناميكية بطريقة مادية مشابهة لتلك الموجودة في الخلايا العصبية في أدمغة الحيوانات. يوضح بحثنا الجديد كيف يوضح أكسيد النيكل ميزات التعلم تلميحات حول كيف يمكن أن تعمل هذه المواد أو مواد مماثلة بمثابة لبنات بناء لأجهزة الحاسوب في المستقبل.

قبل أن يتم دمج هذه المواد في رقائق الحاسوب، هناك بعض الفجوات المعرفية التي يجب معالجتها. على سبيل المثال، لم يتضح بعد في أي مقاييس زمنية تحتاج المادة إلى تعلمها حتى تكون مفيدة في الأنظمة الكهربائية. ما مدى سرعة تعلم شيء ما أو نسيانه ليكون مفيدًا؟ غير معروف آخر هو كيف أو ما إذا كان من الممكن تغيير بنية أكسيد النيكل لإنتاج سلوكيات تعليمية مختلفة.

بالإضافة إلى المزيد من التجارب على المادة نفسها، هناك دروس نظرية يجب استكشافها. ألهمت ملاحظات السلوك الجماعي للحيوانات في الطبيعة - مثل قطعان الطيور وأسراب الأسماك - الباحثين لتطوير مجالات الذكاء الاصطناعي مثل ذكاء الأسراب. بطريقة مماثلة، يمكن للحركة الجماعية المثيرة للذرات والإلكترونات في المواد أن تلهم الذكاء الاصطناعي وتصميم الأجهزة في المستقبل.

المراجع

  1. ^ "Nickel metal and other compounds (as Ni)". Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  2. ^ "Nickel oxide". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (in الإنجليزية).
  3. ^ "Safety Data Sheet" (PDF). Northwest Missouri State University.
  4. ^ أ ب ت ث Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. pp. 1336–37. ISBN 978-0-08-022057-4.
  5. ^ أ ب Kerfoot, Derek G. E. (2000). "Nickel". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a17_157. {{cite encyclopedia}}: Cite has empty unknown parameter: |authors= (help)
  6. ^ أ ب ت "Handbook of Inorganic Chemicals", Pradniak, Pradyot; McGraw-Hill Publications,2002
  7. ^ Di Girolamo, Diego; Matteocci, Fabio; Kosasih, Felix Utama; Chistiakova, Ganna; Zuo, Weiwei; Divitini, Giorgio; Korte, Lars; Ducati, Caterina; Di Carlo, Aldo; Dini, Danilo; Abate, Antonio (August 2019). "Stability and Dark Hysteresis Correlate in NiO‐Based Perovskite Solar Cells". Advanced Energy Materials. 9 (31): 1901642. doi:10.1002/aenm.201901642. S2CID 199076776.
  8. ^ Hüfner, S. (1994-04-01). "Electronic structure of NiO and related 3d-transition-metal compounds". Advances in Physics. 43 (2): 183–356. Bibcode:1994AdPhy..43..183H. doi:10.1080/00018739400101495. ISSN 0001-8732.
  9. ^ Kuiper, P.; Kruizinga, G.; Ghijsen, J.; Sawatzky, G. A.; Verweij, H. (1989). "Character of Holes in LixNi1−xO and Their Magnetic Behavior". Physical Review Letters. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989PhRvL..62..221K. doi:10.1103/physrevlett.62.221. ISSN 0031-9007. PMID 10039954.
  10. ^ Mott, N. F. (1949). "The Basis of the Electron Theory of Metals, with Special Reference to the Transition Metals". Proceedings of the Physical Society. Section A (in الإنجليزية). 62 (7): 416–422. Bibcode:1949PPSA...62..416M. doi:10.1088/0370-1298/62/7/303. ISSN 0370-1298.
  11. ^ "Toxicology and Carcinogenesis Studies of Nickel Oxide", U.S. Dept. of Health and Human Services, No. 451, 07/1996
  12. ^ أ ب English, J.C., Parker, R.D.R., Sharma, R.P. & Oberg, S.G. (1981). Toxicokinetics of nickel in rats after intratracheal administration of a soluble and insoluble form. Am Ind Hyg Assoc J. 42(7):486-492.
  13. ^ Benson, J.M., Barr, E.B., Bechtold, W.E., Cheng, Y-S., Dunnick, J.K., Eastin, W.E., Hobbs, C.H., Kennedy, C.H. & Maples, K.R. (1994). The fate of inhaled nickel oxide and nickel subsurface in F344/N rats. Inhal Toxicol 6(2):167-183.
  14. ^ أ ب National Toxicology Program (NTP) (1996). Toxicology and Carcinogenesis Studies of Nickel Oxide (CAS No. 1313-99-1) in F344 Rats and B6C3F1 Mice (inhalation studies) US DHHS. NTP TR 451. NIH Publication No.96-3367.
  15. ^ Sunderman, F.W., Hopfer, S.M., Knight, J.A., Mccully, K.S., Cecutti, A.G., Thornhill, P.G., Conway, K., Miller, C., Patierno, S.R. & Costa, M. (1987). Physicochemical characteristics and biological effects of nickel oxides. Carcinogenesis 8(2):305-313.
  16. ^ IARC (2012). “Nickel and nickel compounds” IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum, Volume 100C: 169-218. (https://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol100C/mono100C-10.pdf).
  17. ^ Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of the Council of 16 December 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 July 13, 2017.
  18. ^ Globally Harmonised System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS), Fifth revised edition, United Nations, New York, and Geneva, 2013. PDF unece.org Accessed July 13, 2017.
  19. ^ 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 July 13, 2017.
  20. ^ 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.
  21. ^ "Nickel oxide is a material that can 'learn' like animals and could help further artificial intelligence research". theconversation.com. 2021-12-22. Retrieved 2021-12-22.

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=أكسيد_النيكل_الثنائي&oldid=2409724"