Nickel(II)-oxid
| Kristallstruktur | |||||||||||||||||||
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| _ Ni2+ _ O2− | |||||||||||||||||||
| Kristallsystem | |||||||||||||||||||
| Gitterparameter |
a = 416,8 pm | ||||||||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Nickel(II)-oxid | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Verhältnisformel | NiO | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
geruchloses, dunkelgrünes bis schwarzes Pulver | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 74,69 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
6,72 g·cm−3 | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt |
1984 °C | ||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
praktisch unlöslich in Wasser | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| MAK |
kein Wert vergeben, da krebserzeugend | ||||||||||||||||||
| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||||||||
Nickel(II)-oxid ist eine chemische Verbindung des Metalls Nickel, die zur Gruppe der Oxide gehört. Es kommt in zwei Formen, einer grünen, stöchiometrischen und einer schwarzen, bei der mehr Sauerstoff als Nickel im Kristall enthalten ist. Diese weisen deutlich unterschiedliche Eigenschaften auf.
Vorkommen
Natürlich kommt Nickel(II)-oxid als Mineral Bunsenit vor. Das sehr seltene Mineral wurde 1859 von Carl Wilhelm Bergemann in einem Erz aus Johanngeorgenstadt entdeckt und 1868 von James Dwight Dana nach Robert Bunsen benannt.
Gewinnung und Darstellung
Generell kann Nickel(II)-oxid durch Reaktion von metallischem Nickel oder verschiedenen Nickelverbindungen mit Sauerstoff entstehen. Welches Produkt dabei entsteht, ist von den Reaktionsbedingungen, vor allem der Temperatur abhängig. Findet die Reaktion bei etwa 1000 °C statt, bildet sich das grüne Nickeloxid. Das schwarze Nickeloxid bildet sich dagegen bei der Zersetzung von Nickel(II)-nitrat oder Nickel(II)-carbonat bei 550–600 °C.
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Eigenschaften
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Physikalische Eigenschaften
Das grüne, stöchiometrische Nickel(II)-oxid ist antiferromagnetisch, oberhalb der Néel-Temperatur von 523 K (250 °C) paramagnetisch. Es ist ein Isolator mit einer Bandlücke von 4,3 eV. Da es nach theoretischen Berechnungen mit dem Bändermodell eigentlich ein elektrischer Leiter sein sollte, es aber real nicht ist, wird die Verbindung zu den Mott-Isolatoren gezählt. Beim nicht-stöchiometischen Nickeloxid ist ein Teil des zweiwertigen Nickels durch dreiwertiges ersetzt und ein Teil des Nickel-Gitters in der Struktur sind Leerstellen. Durch diese Defektstruktur ergeben sich deutlich andere elektrische Eigenschaften. So wird aus dem Isolator ein p-Halbleiter.
Nickel(II)-oxid kristallisiert in einer kubischen Kristallstruktur mit der Fm3m und dem Gitterparameter a = 4,17 Å. Es ist isotyp mit Natriumchlorid. Das antiferromagnetische Nickel(II)-oxid besitzt zudem eine monokline magnetische Struktur mit der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15). Als dünner Film konnte Nickeloxid auch in einer Zinkblende-Struktur dargestellt werden, die Verhältnisformel des Materials entsprach NiO1,2
Chemische Eigenschaften
Von den beiden Nickel(II)-oxiden ist das schwarze, nicht-stöchiometrische reaktiver als die grüne Variante. Beide sind unlöslich in Wasser, in Mineralsäuren löst sich das grüne Nickeloxid nur langsam, das schwarze schnell. So bildet sich mit heißer, verdünnter Schwefelsäure Nickelsulfat-Hexahydrat, ähnliches gilt für verdünnte Salz-, Salpeter- und Bromwasserstoffsäure.
Nickel(II)-oxid wird durch Wasserstoff, Kohlenstoff und Kohlenstoffmonoxid zu elementarem Nickel reduziert.
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Mit Natriumhydroxid reagiert es bei über 700 °C zu Natriumnickelat (Na2NiO2).
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Verwendung
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Der größte Teil des Nickeloxids wird nicht als reines Oxid hergestellt und verwendet. Als teilreduziertes, metallurgisches Nickeloxid wird es in der Stahlindustrie zur Herstellung von rostfreiem Stahl genutzt. Nickeloxid wird genutzt, damit der enthaltene Sauerstoff zur Entfernung von Kohlenstoff als Kohlenstoffdioxid dienen kann. Nickel(II)-oxid ist auch Zwischenprodukt bei der Nickelmetall-Produktion, etwa beim Rösten von Nickelsulfid zum Oxid oder als Ausgangsprodukt bei der Herstellung von Rohnickel-Anoden, mit denen Nickel elektrolytisch hergestellt wird. Die Reaktion von feingemahlenem Nickeloxid mit Wasserstoff zu elementarem Nickel läuft schon bei Raumtemperatur oder geringer Erwärmung ab und könnte daher eine energiegünstige und CO2-Emissions-arme Alternative zu bisherigen Produktionsverfahren sein.
Nickeloxid ist Ausgangsstoff für die Herstellung vieler anderer Nickelsalze. Dazu zählen insbesondere Ferrite, die in der Elektronikindustrie eingesetzt werden.
Nickel(II)-oxid spielt eine wichtige Rolle bei Beschichtungen von Stahloberflächen mit Email. Das Nickeloxid wird dabei vor dem Aufbringen der eigentlichen Emailmasse auf das Werkstück gesprüht und getrocknet. Es wirkt vor allem als Haftvermittler zwischen Eisen und dem glasartigen Email. Zudem verhindert es „Fischschuppen“, kleine, schuppenartige Abplatzungen im Email. Weiterhin dient es Pigment für das Färben von Keramik und Porzellan. Es färbt die Keramik gelb bis violett, wobei es durch polarisierte Retroreflexion zu Farbwechseln kommt.
Nickel(II)-oxid wirkt katalytisch und kann unter anderem die Verbrennung von Methan katalysieren. Zudem ist es, auch in Kombination mit anderen Metalloxiden, ein guter Katalysator für die Oxidation von Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid. Auch für Sensoren, etwa für toxische Gase oder zusammen mit Graphen als Temperatursensor kann Nickeloxid genutzt werden.
Dünne Nickel(II)-oxid-Filme zeigen elektrochrome Eigenschaften und können daher für intelligentes Glas eingesetzt werden.
Nickel(II)-oxid wird als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkumulatoren erforscht. Zudem wird es zusammen mit Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid (YSZ) in Anoden von Festoxidbrennstoffzellen verwendet.
Sicherheitshinweise
Wie auch viele andere Nickelverbindungen wird Nickel(II)-oxid als krebserzeugend eingestuft.
Einzelnachweise
- ↑ R.W. Cairns, E. Ott: X-Ray Studies of the System Nickel-Oxygen-Water. I. Nickelous Oxide and Hydroxide. In: Journal of the American Chemical Society, 55, 1933, S. 527–533, doi:10.1021/ja01329a013.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Eintrag zu Nickeloxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2023. (JavaScript erforderlich)
- ↑ Eintrag zu Nickel monoxide in der Datenbank ECHA CHEM der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
- ↑ C. Bergemann: XXVI. Ueber einige Nickelerze. In: Journal für Praktische Chemie. Band 75, 1858, S. 239–244, doi:10.1002/prac.18580750126.
- ↑ J. D. Dana, G. J. Brush: A System of Mineralogy. 5. Auflage. John Wiley and Sons, New York 1868, S. 134–135.
- ↑ Bunsenite. In: mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 18. Oktober 2026.
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- 1 2 3 4 5 6 Pradyot Patnaik: Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, New York 2002, ISBN 0-07-049439-8, S. 619–620.
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