Grupa 10 – Niklowce

Nikiel

Nikiel jest srebrzystym, szarym metalem z bloku metali przejściowych. Jest twardym, ciągliwym i kowalnym metalem. Tworzy dwie odmiany alotropowe. Można go polerować na wysoki połysk. Jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Silnie rozdrobniony wykazuje własności piroforyczne. Jest ferromagnetykiem o temperaturze Curie 357°C. Pierwiastek ten występuje jako pięć trwałych izotopów.  Jest słabo reaktywnym pierwiastkiem. Rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach mineralnych. W stężonym kwasie azotowym(V) pasywuje. Główny stopień utlenienia w związkach +2. Jest dość rozpowszechnionym pierwiastkiem, ale jego złoża są bardzo rozproszone. Czysty metal występuje tylko w meteorytach. Bogate złoża niklu występują w Kanadzie, na Kubie, w Rosji, Chinach i Australii. Zawartość  w skorupie ziemskiej 0,0075% wagowego. Minerałami niklu są: pentlandyt (FeNi)S; chloantyt NiAs₂; gersdorfit NiAsS; garnieryt będący krzemianem niklu. Metalurgia niklu jest dość skomplikowana. Rudę przekształca się najczęściej w siarczek niklu (II) (NiS), który oddziela się mechanicznie od lżejszego siarczku miedzi(I) (Cu₂S). Czysty nikiel otrzymuje się wykorzystując redukcję tlenkiem węgla (tzw. metoda Monda). Powstały w reakcji redukcji tetrakarbonylnikiel (Ni(CO)₄) rozkłada się po podgrzaniu na czysty nikiel (99,99%) i tlenek węgla. Nikiel wykorzystuje się głównie jako pokrycie mniej szlachetnego żelaza i stali (elektroliza), gdzie zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję. Stale takie wykorzystuje się w przemyśle samochodowym.  Sieć krystaliczna niklu posiada właściwość "pochłaniania" atomów wodoru. W silnie rozdrobnionym metalu może się zmieści około 17 razy więcej wodoru niż wynosi jego objętość. Właściwość ta wykorzystywana jest jako katalizator w wielu procesach m.in. w hydrogenizacji (chemicznym utwardzaniu) tłuszczów. Jest składnikiem baterii niklowo-kadmowych. Jego stopy z miedzią służą do produkcji monet.

Związki niklu:

tlenek niklu(II) – NiO – wykazuje odstępstwa od stechiometrii odznaczające się niedoborem metalu. Zachowanie obojętności związku jest możliwe dzięki obecności w sieci krystalicznej atomów Ni⁺³. Skład tlenku kobaltu można wyrazić wzorem: Ni^II_1-3xNi^III_2xO. Preparaty o składzie stechiometrycznym można otrzymać przez rozkład wodorotlenków  lub węglanów niklu(II) w próżni. Otrzymany tlenek niklu ma barwę zieloną. Preparaty zawierające nadmiar tlenu mają barwę brunatnoszarą do czarnej. Są one rozpuszczalne we wrzącym kwasie solnym z wydzieleniem chloru.
wodorotlenek niklu(II) – Ni(OH)₂ – strąca się pod działaniem NaOH z roztworów soli, ma barwę jasnozieloną. Pod działaniem utleniaczy powstaje czarny uwodniony tlenek NiO₂·xH₂O.
siarczek niklu(II) – NiS – strąca się z roztworów soli niklu(II) zakwaszonych kwasem octowym pod wpływem siarkowodoru w postaci czarnych osadów. W obecności powietrza siarczek ten przechodzi w związek niestechiometryczny zawierający nadmiar siarki i nierozpuszczalny w kwasach.
chlorek niklu(II) – NiCl₂ – bezwodny związek powstaje w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków. Ma barwę złotożółtą. Związek uwodniony (sześciowodny) jest zielony.
siarczan(VI) niklu(II) – NiSO₄ – z roztworów wodnych wydziela się jako siedmiowodna sól o barwie zielonej. W podwyższonej temperaturze traci jedną cząsteczkę wody przechodząc w sól sześciowodną. Tworzy sole podwójne z siarczanem(VI) amonowym (NH₄)₂SO₄·NiSO₄·6H₂O znajduje zastosowanie przy elektrolitycznym niklowaniu metali.
azotan(V) niklu(II) – Ni(NO₃)₂ – tworzy, w temperaturze pokojowej, sześciohydrat o barwie zielonej. Ogrzewany traci wodę a następnie ulega rozkładowi do tlenku.
węglan niklu(II) – NiCO₃·6H₂O – daje się otrzymać w wyniku strącania z roztworu soli niklu wodorowęglanem sodu.

Pallad

Pallad jest względnie rzadkim, srebrzystobiałym, miękkim metalem przejściowym zaliczanym do podgrupy platynowców.  Pallad, jak platyna, jest kowalnym, ciągliwym, odpornym na korozję metalem. Bardzo łatwo stapia się z platyną. Jest świetnym absorbentem niektórych gazów np. wodoru. Podgrzany do temperatury około 100°C potrafi zaabsorbować objętość wodoru czy acetylenu ok. 3000 razy większą niż swoją własną. Pallad rozpuszcza się w wodzie królewskiej i tworzy dwu- i czterowartościowe związki przypominające związki platyny. Występuje najczęściej w postaci czystej razem z rudami platyny oraz jako związek z rudami niklu. Zawartość w skorupie ziemskiej 1·10^–6% wagowych.  Największe ilości palladu wykorzystywane są w przemyśle telekomunikacyjnym, gdzie produkuje się z niego specjalistyczne styczniki i przełączniki. Używa się go także w dentystyce, do produkcji zegarków oraz specjalnych luster. Stop złota z palladem to tzw. białe złoto. Pallad jest ważnym katalizatorem wielu reakcji.

Związki palladu:

halogenki – pallad tworzy halogenki na +2 i +4 stopniu utlenienia. Ceglasty PdF₄ i fioletowy PdF₂. Jako jedyny platynowiec, pallad tworzy difluorek Pd^IIPd^IVF₆, który jest jedynym paramagnetycznym związkiem tego pierwiastka. Na +2 stopniu utlenienia istnieją ciemnofioletowy chlorek, czerwono-czarny bromek i czarny jodek palladu.

PdCl₂ – występuje w dwóch odmianach. W wyniku chlorowania palladu w temperaturze powyżej 500°C powstaje odmiana α o strukturze łańcuchowej, natomiast w niższych temperaturach tworzy się odmiana β zbudowana z wielościanów Pd₆Cl₁₂. Obydwa chlorki są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach o właściwościach donorowych.

tlenki –

PdO –  powstaje w reakcji stopionych chlorku palladu(II) z węglanem sodu jak również w bezpośredniej reakcji palladu z tlenem.

PdO·nH₂ – żółty, galaretowaty związek strącający się pod wpływem wodorotlenków z roztworów soli.

sole –

Pd(NO₃ – otrzymuje się w wyniku działania ciekłym N₂O₅ na uwodniony azotan(V) palladu(II).

Pd(NO₃)₄ – powstaje w wyniku reakcji pomiędzy  uwodnionym azotanem(V) palladu(II) a N₂O₄ w temperaturze –78°C. Silny utleniacz, zdolny do utlenienia jonów jodkowych.

PdI₂ – strąca się z roztworów soli palladu pod działaniem KI jako czarny, nierozpuszczalny w zasadach osad, tworzący pod działaniem nadmiaru jodku potasu czerwony roztwór zawierający jony PdI₄^2–

uwodnione siarczany palladu(II)  – czerwonobrunatny PdSO₄·2H₂O i oliwkowozielony PdSO₄·H₂O (bezwodny siarczan ma barwę czerwoną) otrzymuje się przez rozpuszczanie wodorotlenku palladu(II) w kwasie siarkowym(VI). Obydwa związki są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

PdCl₄^2– – jasnożółty jon powstający w wyniku rozpuszczenia chlorku palladu(II) w kwasie solnym

Pd(CN)₄^2– – bezbarwny; stanowi bardzo trwały związek koordynacyjny palladu, który nawet pod działaniem mocnych kwasów nie ulega rozkładowi z wydzieleniem HCN

Pd(NO₃)₂(OH)₂ – powstaje w wyniku rozpuszczenia palladu w stężonym kwasie azotowym(V)

H₂[PdCl₆] – powstaje podczas roztwarzania palladu w wodzie królewskiej

M₂[PdCl₆] – gdzie M = K, Rb, Cs, NH₄, czerwone sole koordynacyjne palladu(IV) powstają w wyniku wprowadzenia chloru do roztworów PdCl₄^2–; są nietrwałe, gorąca woda rozkłada je do soli palladu(II) i chlorowodoru

Platyna

Platyna jest stosunkowo rzadkim, chemicznie obojętnym metalem przejściowym. Jest cenniejsza niż złoto. Wykorzystywano ją już w starożytności w Grecji i Cesarstwie Rzymskim w formie stopu z innymi metalami które jej zwykle towarzyszą (ruten, rod, pallad, osm, iryd). Znali ją także Indianie prekolumbijscy. Wzmianki o użyciu platyny w Europie pochodzą z XVI wieku. Po raz pierwszy udało się ją wyizolować w XIX wieku. Platyna jest szarobiałym metalem. Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, jest kowalna i plastyczna, ma względnie duży właściwy opór elektryczny. Jest bardzo odporna na chemiczne działanie większości substancji. Rozpuszcza się bardzo powoli w wodzie królewskiej. Reaguje z chlorowcami. Tworzy związki na szeregu stopni utlenienia.  Platyna - odkryta ponownie w Nowym Świecie przez hiszpańskich konkwistadorów i początkowo niedoceniana, nazywana była platina, co oznacza: małe srebro, sreberko. W stanie wolnym występuje najczęściej jako stop z innymi podobnymi jej metalami (ruten, rod, pallad, osm, iryd). Największe znalezione samorodki platyny ważyły około 9,5 kg. Duże złoża tego metalu występują w Rosji, RPA, Kanady, Kolumbii i USA. Minerałami, w których występuje platyna są: sparelit PtAs₂, kuperyt PtS, bragit (Pt, Pd, Ni)S. Pod względem występowania w wierzchniej warstwie skorupy ziemskiej (litosfera, hydrosfera, atmosfera) zajmuje 78 miejsca (procenty wagowe). Platyna znalazła zastosowanie głównie w jubilerstwie i w technice dentystycznej. Wysoką temperaturę topnienia platyny i jej obojętność chemiczną wykorzystuje się w technice laboratoryjnej do produkcji różnego rodzaju przyrządów. Dodaje się do niej wtedy nieco irydu. Stop taki charakteryzuje się znacznie zwiększoną twardością i wytrzymałością. Wykorzystuje się ją także do produkcji styków elektrycznych i czujników narażanych na wysokie temperatury. Bardzo rozdrobniona, spulchniona i następnie lekko nadtopiona tworzy strukturę gąbczastą. W tej formie (zwiększona powierzchnia czynna) używana jest szeroko w przemyśle chemicznym jako katalizator w wielu reakcjach. Stop platyny z kobaltem ma ciekawe własności magnetyczne.

Związki platyny:

halogenki – tworzy związki na +2, +4 i +6 stopniu utlenienia

PtF₆ – ciemnoczerwony związek o temperaturze topnienia 61,3°C jest jednym z najsilniejszych znanych utleniaczy; działa korodująco na szkło

PtCl₄ – czerwonobrunatny związek otrzymywany przez chlorowanie platyny w temperaturze 250 – 300°C lub też przez ogrzewanie H₂PtCl₆·6H₂O w strumieniu chloru do temperatury 300°C. Związek jest rozpuszczalny w wodzie i organicznych rozpuszczalnikach polarnych

PtCl₄^2– – czerwony jon otrzymywany w wyniku redukcji PtCl₆^2– stechiometryczną ilością reduktora. W roztworach wodnych ulega on hydrolizie:
PtCl₄^2– + H₂O ↔ [PtCl₃(H₂O)]^– + Cl^–
[PtCl₃(H₂O)]^– + H₂O ↔ [PtCl₂(H₂O)₂] + Cl^–

tlenki –

PtO – czarny związek rozkładający się w temperaturze 560°C, wytrącający się z roztworu H₂[PtCl₄] pod działaniem wodorotlenku sodu

PtO₂ – brunatny otrzymywany przez ogrzewanie uwodnionego tlenku platyny(IV); ulega rozkładowi w temperaturze 380 – 400°C

K₂[Pt(CN)₄]·3H₂O – żółty związek tworzący rombowe igły, które wykazują zabarwienie niebieskie wzdłuż osi symetrii. Jego analog Ba[Pt(CN)₄]^.4H₂O fluoryzuje pod wpływem promieni rentgenowskich, kanalikowych czy też promieniowania substancji radioaktywnych.

[Pt(NH₃)₄][PtCl₄] – zielona sól Magnusa powstająca w wyniku połączenia roztworów bezbarwnego [Pt(NH₃)₄]Cl₂ z czerwonym K₂PtCl₄

[Pt(NH₃)₄]Cl₂ – bezbarwny związek powstający w wyniku gotowania kwasu tetrachloroplatynowego z nadmiarem amoniaku. Tzw. "pierwszy chlorek Reiseta". W wyniku ogrzewania go do temperatury 523K następuje odszczepienie 2 cząsteczek amoniaku i tworzy się żółty, słabo rozpuszczalny proszek o składzie [PtCl₂(NH₃)₂] "drugi chlorek Reiseta". Ligandy w tym związku ułożone są w pozycji trans względem siebie. Natomiast po wprowadzeniu amoniaku do roztworu kwasu tetrachloroplatynowego strąca się zielonożółty związek o konfiguracji cis znany jako chlorek Peyrona.

H₂PtCl₆ – otrzymuje się przez rozpuszczenie chlorku platyny(IV) w kwasie solnym lub roztworzenie platyny w wodzie królewskiej. Z roztworu wodnego wydzielają się żółte sześciowodne kryształy. Barwa anionu [PtX₆]^2- zależy od rodzaju chlorowca: X = F jasnożółty; X = Cl ciemnożółty; X = Br ciemnoczerwony; X = I brunatnoczerwony.