Никель и его соединения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  НАУКИ МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

Кафедра « Прикладная экология и 

охрана окружающей среды»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему: «Никель и его  соединения»

 

 

 

Выполнила

ст. группы           __________________________________    Максимова  Е.Н.

 

 

Проверила          __________________________________    Мнускина Ю.В.

 

 

 

 

 

 

Донецк, 2013г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

1. Физические и химические свойства Никеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Источники образования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

3. Поступление и миграция в окружающую среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4. Химические  превращения токсикантов в воде, почве и атмосфере . . . . . 6

5. Пути поступления токсикантов в организм, их   влияние на животных

и человека. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8

 Вывод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13

 Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Никель входит в состав многих сплавов, которые широко используются в сотнях промышленных отраслей. Это  один из самых полезных металлов, известных  человеку. Но в старину, когда с  ним пытались работать химики, он доставлял  им немало хлопот. Ведь недаром название "никель" происходит от немецкого  слова, означающего "чертенок"!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физические и химические свойства Никеля

 

Никель − ковкий и пластичный металл. Он обладает кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Температура плавления 1455°C, температура кипения около 2900°C, плотность 8,90 кг/ дм³. Никель − ферромагнетик, точка Кюри около 358°C

Растворяется в разбавленных минеральных кислотах. В компактном состоянии устойчив. Образует комплексные  соединения. Никель относится к разряду тяжелых металлов.

Тяжелые металлы − это приоритетные загрязняющие вещества, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В качестве критериев  принадлежности к тяжелым  металлам используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в  природной среде, степень вовлеченности  в природные и техногенные  циклы. В некоторых случаях под  определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

 

 

2. Источники образования

 

Никель - элемент земных глубин (в  ультраосновных породах мантии его 0,2% по массе). Существует гипотеза, что  земное ядро состоит из никелистого  железа; в соответствии с этим среднее  содержание Н. в земле в целом  по оценке около 3%.

В биосфере никель – сравнительно слабый мигрант. Его мало в поверхностных  водах, в живом веществе. Миграция никеля носит сложный характер. С  одной стороны, никель мигрирует  из почвы в растения, поверхностные  и подземные воды, с другой –  его количество в почве постоянно пополняется вследствие разрушения почвенных минералов, отмирания и распада растений и микроорганизмов, а также за счет внесения в почву с атмосферными осадками, удобрениями и т.д. Исследование содержания металла в различных гранулометрических фракциях почвы показало, что значительная его часть концентрируется в мелких, илистых, богатых гумусом фракциях почвы.

 

 

3.  Поступление и миграция в окружающую среду

 

Важнейшими источниками загрязнения  никелем окружающей среды являются предприятия горнорудной промышленности, цветной металлургии (89% общего поступления  в окружающую среду), машиностроительные, металлообрабатывающие, химические предприятия. Сюда можно отнести также ТЭС, работающие на мазуте и каменном угле и другие производства, использующие в качестве источника энергии  ископаемые углеводородные топливные  материалы.

В промышленном городе поступление  никеля в окружающую среду складывается из атмосферных выпадений 5,669 мг/сут., твердых отходов – 1126 мг/сут. и  сточных вод 9,05 мг/сут. на человека.

Курение также является антропогенным  источником загрязнения атмосферы. Одна сигарета содержит никеля 2,2-2,3 мкг, около 10-20% которого высвобождается в  газовой фазе в струе сигаретного  дыма при курении.

Никель мигрирует от источника  загрязнения на частицах пыли. По исследованиям  ученых, в районе работы топливно-энергетических предприятий рассеяние металлов, в том числе и никеля, наблюдается  в радиусе до 50 км. Причем, по некоторым  исследованиям, отмечается увеличение содержания никеля в пыли по мере удаления от источника. Интенсивность загрязнения никелем окружающей среды характеризуется также выпадением металла с атмосферными осадками даже в относительно чистых районах Земли (Антарктида, районы Индийского и Тихого океанов).

Источников никеля очень  много, он проникает в организм как  с пищей, так и через кожу и  слизистые оболочки: никелированная посуда, столовые приборы и приборы  для приготовления пищи, пастеризованное  молоко и другие продукты, загрязненные овощи и фрукты, коронки, табакокурение, а также профессиональный контакт  в машиностроении, металлургии, угледобыче, гальванике и других отраслях промышленности. Наибольшие выбросы никеля в атмосферу  отмечены при сжигании каменного  угля. По данным ВОЗ, никель − один из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды.

 

 

4. Химические  превращения токсикантов в воде, почве и атмосфере

 

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. Для  понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных  водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и  токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных  и связанных форм металла.

В природе никель находится  преимущественно в виде соединений с S, Аs, SЬ. Присутствие никеля в природных  водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений  сульфидных медно-никелевых руд  и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими  типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции.

В поверхностных водах  соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между  которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид  железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным  образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в  виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах  соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni3+ образуются обычно в  щелочной среде.

Загрязнения атмосферного воздуха  соединениями никеля происходит в результате выбросов предприятиями по его производству и переработке; при сжигании твердого и жидкого топлива. Никель поступает  в воздух с выхлопными газами автотранспорта в количествах, зависящих от вида используемого топлива, а также  в виде продуктов износа автомобильных  шин и деталей автомобилей.

Содержание никеля в почве  составляет в среднем 4х10–3 % и колеблется в зависимости от вида почвы: в  черноземных – 4,6х10–3 %; в каштановых – 5,9х10–3 %, в красноземе субтропиков  – 6,5х10–3 %.

Загрязняя почву, никель и  его соединения вызывают изменения  микробных ценозов: снижается количество бактерий в поверхностном слое почвы  и возрастает на глубине 10–15 см; уменьшается  количество актиномицетов и возрастает численность грибов.

 

 

 

 

5. Пути поступления токсикантов  в организм, их влияние на животных и человека

 

Цельный металлический никель – не опасен для живых организмов. Пыль, пары никеля и его соединений – токсичны. Никель является канцерогенным веществом и ПДКмр никеля – 0,001 мг/м3.

В организм никель поступает  в основном через дыхательные  пути, желудочно-кишечный тракт, кроме того, никель поступает в организм с атмосферным воздухом, через кожу – при контактах с никелированными предметами обихода.

Но также, не нужно забывать, что никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).

Животные.

Длительное поступление NiSO4 с водой при суточной дозе 0,54 мг/кг вызывало у кроликов резкие дегенеративные изменения в печени, почках, сердечной мышце и гиперплазию  селезенки. У крыс, получавших в течение 13 недель NiCI по 0,3 мг/кг и NiС12 в течение 200 дней переносится кошками и собаками без видимых проявлений токсического действия . Исхудание, снижение содержания аскорбиновой . кислоты и щелочной фосфатазы во внутренних органах и слизистой кишечника отмечали у крыс при ежедневной дозе NiCI2 0,5—5 мг/кг (по Ni) в течение 7 месяцев .

Круглосуточное вдыхание в течение 3 месяцев аэрозоля металлического NI в концентрации 0,02—0,5 мг/м3 сказалось  у крыс повышением артериального  давления, эритроцитозом, .сдвигом в  активности аргиназы, каталазы, нарушением выделительной функции печени, повышением копропорфирина в моче. Аэрозоль NiCl2 в концентрации 0,1 мг/м3 при вдыхании крысами по 12 ч в день 6 раз в  неделю уже через 2 недели вызвал разрастание  бронхиального эпителия, клеточную  инфильтрацию альвеолярных перегородок. Круглосуточное воздействие концентраций 0,005—0,5 мг/м3 (по Ni) сопровождалось также  угнетением иодфиксирующей функпии  щитовидной железы .

Разные виды животных имеют  разную чувствительность к загрязнению  воздуха соединениями никеля. При  высоких концентрациях никеля (для  данного вида) в воздухе интоксикация развивалась в первые же часы, что  сопровождалось появлением одышки, апатией, потерей аппетита, рвотой, диареей  и симптомами поражения нервной  системы; признаки легочной недостаточности  нарастали вплоть до гибели животных через несколько часов. При хроническом  воздействии, как и при остром, в первую очередь нарушения происходили  в легочной ткани.

Абсолютно смертельная доза металлического никеля (взвесь металлической  пыли) для крыс и мышей составляет 1200 мг/кг, минимальная смертельная  доза – 500 мг/кг. У животных наблюдались  снижение массы тела, лейкоцитоз, повышение  температуры тела, изменение проницаемости  сосудов кожи, нарушение функции  печени и почек и изменения  в ЭКГ. В большинстве случаев  животные погибали через 3–5 дней после  введения никеля.

Человек.

У рабочих, занятых в производстве никеля и его соединений, распространены заболевания верхних дыхательных путей и бронхолегочной системы: бронхиты, эмфизема (расширение) легких, снижение жизненной емкости легких, астма. Как хронические, так и острые отравления никелем и его соединениями могут приводить к летальному исходу. Известен случай гибели рабочего, выполнявшего сварочные работы в течение 90 мин без респиратора.

Описан случай смерти двухлетнего  ребенка, проглотившего 570 мг/кг сульфата никеля, через 8 ч в результате остановки  сердца.

Интоксикация никелем  и его соединениями наблюдается  и при попадании его в организм с продуктами питания или водой.

Хроническое воздействие  хлорида никеля (до 8,6 мг/кг) на людей  в течение 3 месяцев приводило  к проявлению клинических симптомов  интоксикации: летаргии, атаксии (расстройству координации движений), нарушению  дыхания, снижению температуры тела, слюнотечению, косоглазию, запору. Снижался баланс и всасывание кальция, магния и фосфора, меди, уменьшалась фиксация йода (воздействие на функциональное состояние щитовидной железы), были отмечены признаки развития белковой дистрофии.

При электролитическом получении Ni у людей работающих на цехах электролитического рафинирования Ni, основных специальностей, были обнаружены частые носовые кровотечения, полнокровие зева и бронхов, резкие изменения слизистой носа и даже прободение носовой перегородки, трудно снимаемый серый налет на краю десен, темные налеты на языке.

Растения.

Никель поступает в растения в виде иона Ni2⁺, но может также находиться в виде Ni⁺ и Ni3⁺, Роль никеля для высших растений как микроэлемента была доказана недавно. До этого считали никель необходимым микроэлементом многих бактерий. У высших растений никель входит в состав фермента уреазы, который осуществляет реакцию разложения мочевины. Показано, что в растениях, обеспеченных никелем, активность уреазы выше и соответственно ниже содержание мочевины по сравнению с необеспеченными. Никель активирует ряд ферментов, в т. ч. нитратредуктазу и другие, оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом. Имеются еще и такие элементы, которые усиливают рост лишь определенных групп растений.

Содержание никеля в почвах составляет 0,004%, в природных поверхностных  водах — 0,000 000 34%. В растениях в  среднем содержится 0,00005% на живой  вес (в зависимости от вида растения, местности, почвы, климата и др.). Растения в районе никелевых месторождений  могут накоплять в себе значительные количества никеля. При этом наблюдаются  явления эндемического заболевания  растений, например уродливые формы  астр, что может быть биологическим  и видовым индикатором в поисках  никелевых месторождений. Морфологически измененные анемоны в обогащенных  никелем биогеохимических провинциях концентрируют никель в 30-кратном  размере; повышенное содержание никеля в почвенных растворах и в  почвах Южного Урала, обогащенных никелем  в 50-кратном размере, является причиной появления уродливых форм у сон-травы (семейство лютиковых) и грудницы (семейство сложноцветных).

Критические значения концентрации никеля в питательном растворе—1,5 мг/кг и в сухой массе ячменя, выращенного на такой среде — 26 мг/кг. Токсический уровень этого  элемента в листьях растений начинается с превышения 1,0 мг/кг сухой массы.

При усвоении никеля растениями происходит взаимодействие с содержащимися  в почве железом, кобальтом, хромом, магнием, медью, цинком, марганцем; при  этом ионы марганца и магния не ингибируют, а ионы кобальта, меди, железа и цинка  — ингибируют абсорбцию никеля на 25—42%. Существуют указания на то, что  растения, произрастающие на серпентиновых  почвах, не проявляют признаков токсического повреждающего воздействия никеля, в случаях, если соотношение медь: никель равно или более 1, или соотношение  железо: никель равно или более 5. Среди растений существует различие в чувствительности по отношению  к воздействию никеля. Токсические уровни никеля в листве растений (млн -1 сухой массы): рис 20—25, ячмень 26, виды твердой древесины 100—150, цитрусовые 55—140, сорняки 154. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях — гибель всего растения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

Никель является одним  из чрезвычайно важных металлов; он имеет свою замечательную историю  и заманчивые перспективы дальнейшего  применения.

Но следует помнить, что  избыточное количество соединений никеля оказывают пагубное влияние на живой  организм и проявляют токсическое  действие. Для веществ в различных средах существуют максимальные концентрации, при которых эти вещества не оказывают неблагоприятного действия на людей ни на производстве, ни в быту. В нашей стране установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в производственных условиях и в окружающей среде.

ПДК в воздухе рабочей  зоны – это концентрации, при  которых вредные вещества не вызывают у работающих (при средней 8-часовой  рабочей смене на протяжении всего  рабочего стажа) заболеваний или  отклонений в состоянии здоровья непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки.

Для никеля и его солей  установлены следующие ПДК.

1. Для водоемов санитарно-бытового  водопользования – 0,1 мг/л.

2. Для атмосферного воздуха  населенных мест: растворимые соли  никеля – 0,0002 мг/м3; никель металлический  и окись никеля – 0,001 мг/м3.

3. Для воздуха рабочей  зоны: карбонил никеля – 0,0005 мг/м3; соли никеля в виде гидроаэрозоля  в пересчете на никель –  0,005 мг/м3; никель металлический, его  окиси, сульфид и смеси этих  соединений в пересчете на  никель – 0,05 мг/м3.

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. “Вредные вещества в промышленности”, том 3.Химия 1977г.

2.  Антоньев, А. Гигиена труда / А. А. Антоньев.1964г.

3. Михеев, М. Материалы по токсикологии карбонила никеля / М. И. Михеев. 1970г.

4.  Ицкова А. Фармакология и токсикология / А. И. Ицкова. т. 32 1969г.