Niken tetracacbonyl (các tên gọi khác: cacbonyl niken, niken cacbonyl), là hợp chất cộng hóa trị của niken, nó là bất thường đối với các hợp chất của kim loại này, ở nhiệt độ phòng nó là một chất lỏng không màu. Công thức của nó là Ni(CO)4. Nó là một chất cực độc trong ngành hóa học niken[2] và có thể gây nguy hiểm cho tính mạng nếu uống nhầm hay qua đường da, do đó nó còn có tên gọi khác là "chất lỏng chết chóc". Niken tetracacbonyl cực kỳ dễ bay hơi. Nó bay hơi ngay ở nhiệt độ phòng. Hơi của nó có thể tự kích cháy ở nhiệt độ 60°C (333 K, 140°F).

Niken tetracacbonyl
Nickel-carbonyl-3D-balls.png
Nickel-carbonyl-3D-vdW.png
Nickel-carbonyl-2D.png
Nickel carbonyl
Danh pháp IUPACTetracarbonylnickel
Tên khácNickel tetracarbonyl
Nickel carbonyl
Nhận dạng
Số CAS13463-39-3
PubChem26039
Số EINECS236-669-2
ChEBI30372
Số RTECSQR6300000
Ảnh Jmol-3Dảnh
SMILES
InChI
Tham chiếu Beilstein6122797
Tham chiếu Gmelin3135
Thuộc tính
Công thức phân tửNi(CO)4
Khối lượng mol171,0046 g/mol
Bề ngoàichất lỏng không màu[1]
Mùimùi mốc,[1] như bụi gạch
Khối lượng riêng1,319 g/cm3
Điểm nóng chảy −17,2 °C (256,0 K; 1,0 °F)
Điểm sôi 43 °C (316 K; 109 °F)
Độ hòa tan trong nước18 mg/100mL (10°C)[cần dẫn nguồn]
Độ hòa tantrộn lẫn trong nhiều dung môi hữu cơ
hòa tan trong axit nitric, nước cường toan
Áp suất hơi315 mmHg (20 °C)[1]
Độ nhớt3,05 x 10−4 Pa s
Cấu trúc
Tọa độTứ phương
Hình dạng phân tửTứ phương
Mômen lưỡng cựckhông
Nhiệt hóa học
Entanpi
hình thành
ΔfHo298
−632 kJ/mol
DeltaHc−1180 kJ/mol
Entropy mol tiêu chuẩn So298320 J K−1 mol−1
Các nguy hiểm
NFPA 704

NFPA 704.svg

3
4
3
 
Giới hạn nổ2–34%
PELTWA 0,001 ppm (0.007 mg/m3)[1]
RELTWA 0,001 ppm (0.007 mg/m3)[1]
IDLHCa [2 ppm][1]
Các hợp chất liên quan
Nhóm chức liên quanSắt pentacacbonyl
Dicoban octacacbonyl
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Có  kiểm chứng (cái gì Có KhôngN ?)

Giống như sắt pentacacbonyl, niken tetracacbonyl là hợp chất có 18 điện tử cộng hóa trị.

Niken kim loại ở nhiệt độ phòng có thể phản ứng với cacbon monoxit (CO) để tạo ra niken tetracacbonyl. Khi bị nung nóng nhẹ thì niken tetracacbonyl bị phân hủy tạo ra cacbon oxit và niken kim loại. Hai phản ứng này tạo thành cơ sở cho quy trình Mond để sản xuất niken tinh khiết.

Cấu trúc và liên kếtSửa đổi

Trong niken tetracacbonyl, trạng thái oxi hóa của niken được coi là bằng 0. Công thức là phù hợp với quy tắc 18 điện tử. Phân tử là tứ phương, với 4 phối tử cacbonyl (cacbon monoxit). Các nghiên cứu nhiễu xạ electron đã được thực hiện với phân tử này, và các khoảng cách Ni–C và C–O được tính toán tương ứng là 1,838(2) và 1,141(2) Å.[3]

Điều chếSửa đổi

Ni(CO)4 được Ludwig Mond tổng hợp lần đầu tiên năm 1890 bằng phản ứng trực tiếp của niken kim loại với CO.[4] Công trình tiên phong này báo trước sự tồn tại của nhiều hợp chất cacbonyl kim loại khác, bao gồm các hợp chất của vanađi, crom, mangan, sắtcoban. Nó được sử dụng ở quy mô công nghiệp để tinh chế niken vào cuối thế kỷ 19.[5]

Người ta cho cacbon monoxit qua niken không tinh khiết ở nhiệt độ từ 50 °C (323 K; 122 °F) trở lên. Tốc độ tối ưu diễn ra ở 130°C.[6]

Phòng thí nghiệmSửa đổi

Ni(CO)4 không có sẵn ở quy mô thương mại. Nó được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cacbonyl hóa bis(cyclooctadien)niken(0) có sẵn ở quy mô thương mại.[7] Nó cũng có thể điều chế bằng phản ứng khử dung dịch amoniac của niken(II) sunfat với natri đithionit trong môi trường khí CO.[8]

Phản ứngSửa đổi

 
Các quả cầu niken sản xuất theo quy trình Mond.

Khử cacbonyl nhiệtSửa đổi

Khi nung nóng nhẹ thì Ni(CO)4 phân hủy thành cacbon monoxit và niken kim loại. Kết hợp với sự hình thành dễ dàng từ CO và ngay cả niken không tinh khiết, sự phân hủy này là cơ sở cho quy trình Mond để tinh chế niken. Sự phân hủy nhiệt diễn ra ở 180°C và tăng lên theo nhiệt độ.[6]

Phản ứng với tác nhân ưa hạt nhân và tác nhân khửSửa đổi

Giống như các cacbonyl kim loại khác, Ni(CO)4 dễ bị tấn công bởi các tác nhân ưa hạt nhân. Sự tấn công có thể xảy ra ở niken trung tâm dẫn tới sự thay thế phối tử CO, hoặc tại CO. Vì thế, các phối tử cho như triphenylphotphin phản ứng để tạo ra Ni(CO)3(PPh3) và Ni(CO)2(PPh3)2. Bipyridin và các phối tử có liên quan có phản ứng tương tự.[9] Sự thay thế đơn của niken tetracacbonyl với các phối tử khác có thể sử dụng để xác định tham số electron Tolman, một phép đo khả năng cho hay rút electron của một phối tử nào đó.

 

Xử lý với các hydroxit tạo ra các cụm như [Ni5(CO)12]2− và [Ni6(CO)12]2−. Các hợp chất này cũng có thể thu được bằng cách khử niken cacbonyl.

Vì thế, xử lý Ni(CO)4 với các chất ưa hạt nhân cacbon (Nu) tạo ra các dẫn xuất acyl, như [Ni(CO)3C(O)Nu)].[10]

Phản ứng với tác nhân ưa điện tử và tác nhân oxi hóaSửa đổi

Niken cacbonyl cũng có thể bị oxi hóa. Clo oxi hóa niken cacbonyl thành NiCl2, giải phóng khí CO. Các halogen khác có phản ứng tương tự. Phản ứng này là phương pháp thuận tiện để tiêu hủy phần không mong muốn còn lại của hợp chất độc hại này.

Phản ứng của Ni(CO)4 với alkyl và aryl halua thường tạo ra các sản phẩm hữu cơ cacbonyl hóa. Các halua vinyl, như PhCH=CHBr, được chuyển thành các este chưa bão hòa bằng xử lý với Ni(CO)4 và sau đó là bằng natri metoxit (CH3ONa). Các phản ứng như vậy cũng có thể tiến hành thông qua phản ứng cộng oxi hóa. Các haua allyl tạo ra các hợp chất π-allyl niken, như (allyl)2Ni2Cl2:[11]

2Ni(CO)4 + 2ClCH2CH=CH2 → Ni2(μ-Cl)2(η3-C3H5)2 + 8CO↑

Độc tínhSửa đổi

Biểu hiện ngộ độc niken tetracacbonyl được đặc trưng bởi hai giai đoạn của bệnh. Giai đoạn thứ nhất bao gồm đau đầu và tức ngực kéo dài vài giờ, thông thường được nối tiếp bằng sự thuyên giảm ngắn. Giai đoạn hai là viêm phổi do hóa chất, thông thường nó bắt đầu sau khoảng 16 giờ với các triệu chứng như ho, khó thở và cực kỳ mệt mỏi. Các triệu chứng này đạt đến độ nguy hiểm cao nhất sau khoảng 4 ngày, có thể gây tử vong do tổn thương tim mạch-hệ hô hấp hay suy thận cấp tính. Sự hồi phục thường là rất kéo dài, hay bị phức tạp hóa do sự kiệt sức, suy nhượckhó thở khi cố sức. Tổn thương vĩnh cửu hệ hô hấp là bất thường. Hiện vẫn còn tranh cãi về khả năng gây ung thư của niken tetracacbonyl dạng khí. Tiêu chuẩn IDLH (NIOSH) là vào khoảng 2 ppm (14 mg/m3).

Liên kết ngoàiSửa đổi

Tham khảoSửa đổi

  1. ^ a ă â b c d “NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0444”. Viện An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia Hoa Kỳ (NIOSH). 
  2. ^ The Merck Index (ấn bản 7). Merck & Co. 
  3. ^ Hedberg, L.; Iijima, T.; Hedberg, K. (1979). “Nickel tetracarbonyl, Ni(CO)4. I. Molecular Structure by Gaseous Electron Diffraction. II. Refinement of Quadratic Force Field”. The Journal of Chemical Physics 70 (7): 3224–3229. doi:10.1063/1.437911. 
  4. ^ Mond, L.; Langer, C.; Quincke, F. (1890). “Action of Carbon Monoxide on Nickel”. J. Chem. Soc. Trans. 57: 749–753. doi:10.1039/CT8905700749. 
  5. ^ “The Extraction of Nickel from its Ores by the Mond Process”. Nature 59 (1516): 63–64. 1898. doi:10.1038/059063a0. 
  6. ^ a ă Lascelles K.; Morgan L. G.; Nicholls D.; Beyersmann D. (2005), “Nickel Compounds”, Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a17_235.pub2 
  7. ^ Jolly, P. W. (1982). “Nickel Tetracarbonyl”. Trong Abel, Edward W.; Stone, F. Gordon A.; Wilkinson, Geoffrey. Comprehensive Organometallic Chemistry I. Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-025269-9. 
  8. ^ F. Seel (1963). “Nickel Carbonyl”. Trong G. Brauer. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, ấn bản lần 2 2. NY: Academic Press. tr. 1747–1748. 
  9. ^ Elschenbroich, C.; Salzer, A. (1992). Organometallics: A Concise Introduction (ấn bản 2). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-28165-7. 
  10. ^ Pinhas, A. R. (2003). “Tetracarbonylnickel”. Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 8 Volume Set. Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. John Wiley & Sons. ISBN 0471936235. doi:10.1002/047084289X.rt025m. 
  11. ^ Semmelhack M. F.; Helquist P. M. (1972). “Reaction of Aryl Halides with π-Allylnickel Halides: Methallylbenzene”. Organic Syntheses 52: 115. ; Collective Volume 6, tr. 722