أكسيد النيكل (II)

أكسيد النيكل (II) هو المركب الكيميائي ذو الصيغة NiO . وهو الأكسيد الرئيسي للنيكل . ^{[ 4 ]} يُصنف ضمن أكاسيد المعادن القاعدية. يُنتج منه سنوياً عدة ملايين من الكيلوغرامات بجودات متفاوتة، ويُستخدم بشكل أساسي كوسيط في إنتاج سبائك النيكل. ^{[ 5 ]} يُعدّ البونسينيت ، وهو الشكل المعدني لأكسيد النيكل ، نادراً جداً. وقد تم اكتشاف أكاسيد أخرى للنيكل (III) ، على سبيل المثال: Ni₂ O₃ وNiO₂ ، لكنها لا تزال غير مثبتة. ^{[ 4 ]}

يمكن تحضير أكسيد النيكل (NiO) بعدة طرق. عند تسخين  مسحوق النيكل فوق 400 درجة مئوية، يتفاعل مع الأكسجين لإنتاج NiO . في بعض العمليات التجارية، يُصنع أكسيد النيكل الأخضر بتسخين خليط من مسحوق النيكل والماء عند 1000  درجة مئوية؛ ويمكن زيادة سرعة هذا التفاعل بإضافة NiO . ^{[ 6 ]} أبسط الطرق وأكثرها نجاحًا للتحضير هي التحلل الحراري لمركبات النيكل (II) مثل الهيدروكسيد والنترات والكربونات ، والتي تُنتج مسحوقًا أخضر فاتحًا. ^{[ 4 ]} قد ينتج عن التخليق من العناصر بتسخين المعدن في الأكسجين مساحيق رمادية إلى سوداء، مما يدل على عدم التكافؤ الكيميائي . ^{[ 4 ]}

يتخذ أكسيد النيكل (NiO) بنية كلوريد الصوديوم (NaCl) ، حيث تتوزع أيونات النيكل ^(Ni²⁺) والأكسجين (O²⁻ ^{) في مواقع ثمانية} السطوح. تُعرف هذه البنية البسيطة ببنية ملح الطعام. ومثل العديد من أكاسيد المعادن الثنائية الأخرى، غالبًا ما يكون أكسيد النيكل غير متكافئ، أي أن نسبة النيكل إلى الأكسجين فيه لا تتطابق مع النسبة 1:1. في أكسيد النيكل، يصاحب هذا الاختلاف في النسبة تغير في اللون، حيث يكون أكسيد النيكل المتكافئ أخضر اللون، بينما يكون أكسيد النيكل غير المتكافئ أسود.

يُستخدم أكسيد النيكل (NiO) في تطبيقات متخصصة متنوعة، وعادةً ما تُصنّف تطبيقاته إلى نوعين: "الدرجة الكيميائية"، وهي مادة نقية نسبيًا تُستخدم في تطبيقات خاصة، و"الدرجة المعدنية"، التي تُستخدم بشكل أساسي في إنتاج السبائك. يُستخدم أكسيد النيكل في صناعة السيراميك لإنتاج الفريت والفريتات وطلاءات البورسلين. كما يُستخدم الأكسيد المُلبّد في إنتاج سبائك فولاذ النيكل. وقد فاز شارل إدوارد غيوم بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1920 لأبحاثه حول سبائك فولاذ النيكل التي أطلق عليها اسمي إنفار وإلينفار .

يُعدّ أكسيد النيكل (NiO) مادة شائعة الاستخدام لنقل الثقوب في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. ^{[ 7 ]} كما كان مكونًا في بطارية النيكل والحديد ، المعروفة أيضًا باسم بطارية إديسون، وهو مكون في خلايا الوقود . وهو المادة الأولية للعديد من أملاح النيكل، التي تُستخدم كمواد كيميائية متخصصة ومحفزات. في الآونة الأخيرة، استُخدم أكسيد النيكل في صناعة بطاريات النيكل والكادميوم القابلة لإعادة الشحن، الموجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية، إلى حين تطوير بطارية النيكل-معدن الهيدريد (NiMH) الصديقة للبيئة. ^{[ 6 ]} وقد دُرِسَ أكسيد النيكل ، وهو مادة كهروكرومية أنودية ، على نطاق واسع كأقطاب مضادة مع أكسيد التنجستن، وهو مادة كهروكرومية كاثودية، في الأجهزة الكهروكرومية التكميلية .

يُنتج سنوياً حوالي 4000 طن من أكسيد النيكل (NiO) ذي الجودة الكيميائية. ^{[ 5 ]} يُعدّ أكسيد النيكل الأسود (NiO) المادة الأولية لأملاح النيكل، التي تُنتج بدورها من خلال المعالجة بالأحماض المعدنية. ويُعتبر أكسيد النيكل (NiO) عاملاً حفازاً متعدد الاستخدامات في عمليات الهدرجة.

يؤدي تسخين أكسيد النيكل مع الهيدروجين أو الكربون أو أول أكسيد الكربون إلى اختزاله إلى نيكل فلزي. ويتحد مع أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم عند درجات حرارة عالية (>700  درجة مئوية) لتكوين النيكلات المقابلة . ^{[ 6 ]}

يُعدّ أكسيد النيكل (NiO) نموذجًا أوليًا للمواد المضادة للمغناطيسية ، حيث تصطف العزوم المغناطيسية لذرات النيكل بشكل متعاكس تحت درجة حرارة نيل للمادة ، والتي تُقدّر بحوالي 523  كلفن. ^{[ 8 ]} يتكون التركيب المغناطيسي من صفائح مغناطيسية حديدية من ذرات النيكل موازية لمستويات (111) للبلورة، ويكون اتجاه التمغنط بين المستويات المتجاورة متعاكسًا، ويُقدّر العزم المغناطيسي لكل ذرة نيكل بحوالي 1.9 مغنيتون بور . ^{[ 9 ]}

كثيراً ما يُستشهد بأكسيد النيكل (NiO) كمثال جيد لتوضيح فشل مناهج نظرية النطاقات التقليدية - بما في ذلك نظرية الكثافة الوظيفية (DFT، باستخدام الدوال الوظيفية القائمة على تقريب الكثافة المحلية ) ونظرية هارتري-فوك - في تفسير الارتباطات القوية المرتبطة بالكثافة المحلية.${\displaystyle 3d}$حالات النيكل في المادة. يشير مصطلح "الترابط القوي" إلى سلوك الإلكترونات في المواد الصلبة الذي لا يمكن وصفه بدقة (غالبًا ليس حتى بطريقة صحيحة نوعيًا) بواسطة نظريات الإلكترون الواحد البسيطة مثل تقريب الكثافة المحلية (LDA) أو نظرية هارتري-فوك. ^{[ 10 ]} على سبيل المثال، تحتوي مادة NiO، التي تبدو بسيطة، على نطاق 3d مملوء جزئيًا (تحتوي ذرة النيكل على 8 من أصل 10 إلكترونات 3d ممكنة)، وبالتالي يُتوقع أن تكون موصلًا جيدًا. ومع ذلك، فإن التنافر الكولومبي القوي (تأثير الترابط) بين${\displaystyle d}$إن وجود الإلكترونات يجعل أكسيد النيكل (NiO) عازلاً ذا فجوة نطاق واسعة . وبالتالي، فإن البنية الإلكترونية لأكسيد النيكل ليست شبيهة بالإلكترونات الحرة تمامًا ولا أيونية بالكامل، بل هي مزيج من الاثنين. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

مع ذلك، فإن الحسابات الأكثر تعقيدًا للبنية الإلكترونية للمادة قادرة على استعادة نتائج تتوافق بشكل جيد مع البيانات التجريبية. على سبيل المثال، أثبتت نظرية الكثافة الوظيفية المصححة للتفاعل الذاتي، ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]،} وطريقة DFT+ Hubbard U ، ^{[ 16 ] [ 17 ]} ، وتقريب GW ، ^{[ 18 ] [ 19 ]،} ونظرية الكثافة الوظيفية + نظرية المجال المتوسط ​​الديناميكي (DMFT) ، ^{[ 20 ]} ، ودوال التبادل والترابط الهجينة، ^{[ 21 ]} قدرتها على إعادة إنتاج فجوة النطاق لـ NiO بدقة.

يؤدي استنشاق أكسيد النيكل لفترات طويلة إلى تلف الرئتين، مما يسبب آفات وفي بعض الحالات السرطان. ^{[ 22 ]}

يُقدّر عمر النصف المحسوب لذوبان أكسيد النيكل في الدم بأكثر من 90 يومًا. ^{[ 23 ]} يتميز أكسيد النيكل بفترة بقاء طويلة في الرئتين؛ فبعد إعطائه للقوارض، استمر وجوده في الرئتين لأكثر من 3 أشهر. ^{[ 24 ] [ 23 ]} يُصنّف أكسيد النيكل كمادة مسرطنة للإنسان ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] استنادًا إلى زيادة مخاطر الإصابة بسرطان الجهاز التنفسي التي لوحظت في الدراسات الوبائية التي أُجريت} على عمال مصافي خامات الكبريتيد. ^{[ 31 ]}

في دراسة استمرت عامين أجراها البرنامج الوطني لعلم السموم حول استنشاق أكسيد النيكل الأخضر، لوحظت بعض الأدلة على التسبب بالسرطان في فئران F344/N، بينما كانت الأدلة غير قاطعة في إناث فئران B6C3F1؛ ولم يُلاحظ أي دليل على التسبب بالسرطان في ذكور فئران B6C3F1. ^{[ 25 ]} كما لوحظ التهاب مزمن دون تليف في الدراسات التي استمرت عامين.

• بونسنيت على موقع mindat.org
• بيانات معدن البونسينيت