Óxido de níquel (II)

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El óxido de níquel (II) es un compuesto químico con la fórmula NiO. Es el óxido principal del níquel. Está clasificado como un óxido metálico básico. Anualmente se producen varios millones de kilogramos de calidad variable, principalmente como intermedio en la producción de aleaciones de níquel. La forma mineralógica de NiO, la bunsenita, es muy rara. Se han reivindicado otros óxidos de níquel (III), por ejemplo: Ni
2O
3 y NiO
2, pero aún no se han demostrado.

Producción

NiO se puede preparar mediante varios métodos. Al calentarlo a más de 400 °C, el polvo de níquel reacciona con el oxígeno para dar NiO. En algunos procesos comerciales, el óxido de níquel verde se obtiene calentando una mezcla de polvo de níquel y agua a 1000 °C; la velocidad de esta reacción se puede aumentar mediante la adición de NiO. El método de preparación más simple y exitoso es mediante la pirólisis de compuestos de níquel (II), como el hidróxido, el nitrato y el carbonato, que dan un polvo verde claro. La síntesis a partir de los elementos calentando el metal en oxígeno puede dar lugar a polvos grises o negros, lo que indica que no hay estequiometría.

Estructura

NiO adopta la estructura NaCl, con sitios octaédricos Ni2+ y O2−. La estructura conceptualmente simple se conoce comúnmente como la estructura de sal de roca. Al igual que muchos otros óxidos metálicos binarios, NiO a menudo no es estequiométrico, lo que significa que la relación Ni:O se desvía de 1:1. En el óxido de níquel, esta no estequiometría está acompañada por un cambio de color, siendo el NiO estequiométricamente correcto verde y el NiO no estequiométrico negro.

Aplicaciones y reacciones

NiO tiene una variedad de aplicaciones especializadas y, en general, las aplicaciones se distinguen entre "grado químico", que es un material relativamente puro para aplicaciones especiales, y "grado metalúrgico", que se utiliza principalmente para la producción de aleaciones. Se utiliza en la industria cerámica para fabricar fritas, ferritas y esmaltes de porcelana. El óxido sinterizado se utiliza para producir aleaciones de acero al níquel. Charles Édouard Guillaume ganó el Premio Nobel de Física en 1920 por su trabajo sobre aleaciones de acero al níquel que llamó invar y elinvar.

NiO es un material de transporte de huecos de uso común en las células solares de película fina. También fue un componente de la batería de níquel-hierro, también conocida como la batería de Edison, y es un componente de las pilas de combustible. Es el precursor de muchas sales de níquel, para su uso como productos químicos especiales y catalizadores. Más recientemente, NiO se utilizó para fabricar las baterías recargables de NiCd que se encuentran en muchos dispositivos electrónicos hasta el desarrollo de la batería de NiMH, superior desde el punto de vista medioambiental. NiO, un material electrocrómico anódico, se ha estudiado ampliamente como contraelectrodos con óxido de tungsteno, material electrocrómico catódico, en dispositivos electrocrómicos complementarios.

Se producen anualmente alrededor de 4000 toneladas de NiO de calidad química. El NiO negro es el precursor de las sales de níquel, que se generan mediante el tratamiento con ácidos minerales. El NiO es un catalizador de hidrogenación versátil.

El óxido de níquel se reduce al calentarlo con hidrógeno, carbono o monóxido de carbono y se convierte en níquel metálico. Se combina con los óxidos de sodio y potasio a altas temperaturas (>700 °C) para formar el niquelato correspondiente.

Estructura electrónica

El NiO es útil para ilustrar el fracaso de la teoría funcional de la densidad (que utiliza funcionales basados en la aproximación de densidad local) y la teoría de Hartree-Fock para explicar la fuerte correlación. El término fuerte correlación se refiere al comportamiento de los electrones en sólidos que no está bien descrito (a menudo ni siquiera de una manera cualitativamente correcta) por teorías simples de un electrón como la aproximación de densidad local (LDA) o la teoría de Hartree-Fock. Por ejemplo, el material aparentemente simple NiO tiene una banda 3d parcialmente llena (el átomo de Ni tiene 8 de 10 electrones 3d posibles) y, por lo tanto, se esperaría que fuera un buen conductor. Sin embargo, la fuerte repulsión de Coulomb (un efecto de correlación) entre los electrones d hace que el NiO sea un aislante de Mott de banda ancha. Por lo tanto, el NiO tiene una estructura electrónica que no es simplemente similar a la de los electrones libres ni completamente iónica, sino una mezcla de ambas.

Riesgos de salud

La inhalación prolongada de NiO es perjudicial para los pulmones y provoca lesiones y, en algunos casos, cáncer.

La semivida calculada de disolución del NiO en la sangre es de más de 90 días. El NiO tiene un largo tiempo de semivida de retención en los pulmones; después de la administración a roedores, persistió en los pulmones durante más de 3 meses. El óxido de níquel está clasificado como carcinógeno humano en función del aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observado en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de minerales sulfídicos.

En un estudio de inhalación de NiO verde de dos años del Programa Nacional de Toxicología, se observó cierta evidencia de carcinogenicidad en ratas F344/N, pero evidencia equívoca en ratones hembra B6C3F1; no hubo evidencia de carcinogenicidad en ratones macho B6C3F1. Se observó inflamación crónica sin fibrosis en los estudios de dos años.

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  • Bunsenite at mindat.org
  • Datos minerales de Bunsenite
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