El óxido de níquel (II) es el compuesto químico de fórmula NiO . Es el principal óxido del níquel . [4] Está clasificado como un óxido metálico básico. Anualmente se producen varios millones de kilogramos de diferente calidad, principalmente como producto intermedio en la producción de aleaciones de níquel. [5] La forma mineralógica del NiO , bunsenita , es muy rara. Se han reivindicado otros óxidos de níquel, por ejemplo: Óxido de níquel (III) ( Ni
2oh
3) y NiO
2, pero aún no se han demostrado mediante cristalografía de rayos X en masa. [4] Las nanopartículas de óxido de níquel (III) se han caracterizado recientemente (2015) mediante difracción de rayos X en polvo y microscopía electrónica. [6]
El NiO se puede preparar mediante múltiples métodos. Al calentarse por encima 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 añadiendo NiO . [7] El método de preparación más simple y exitoso es mediante pirólisis de compuestos de níquel (II) como el hidróxido, nitrato y carbonato , que producen un polvo de color verde claro. [4] La síntesis a partir de los elementos calentando el metal en oxígeno puede producir polvos de color gris a negro, lo que indica no estequiometría . [4]
NiO adopta la estructura de NaCl , con sitios octaédricos de Ni 2+ y O 2− . La estructura conceptualmente simple se conoce comúnmente como estructura de sal gema. Como muchos otros óxidos metálicos binarios, el NiO suele ser no estequiométrico, lo que significa que la relación Ni:O se desvía de 1:1. En el óxido de níquel, esta no estequiometría va acompañada de un cambio de color, siendo el NiO estequiométricamente correcto verde y el NiO no estequiométrico negro.
El NiO tiene una variedad de aplicaciones especializadas y, en general, las aplicaciones 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 elaborar 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 de níquel a las que llamó invar y elinvar .
NiO es un material de transporte de huecos comúnmente utilizado en células solares de película delgada. [8] También era un componente de la batería de níquel-hierro , también conocida como batería Edison, y es un componente de las pilas de combustible . Es el precursor de muchas sales de níquel, para su uso como catalizadores y productos químicos especiales . Más recientemente, el NiO se utilizó para fabricar las baterías recargables de NiCd que se encuentran en muchos dispositivos electrónicos hasta el desarrollo de la batería NiMH ambientalmente superior. [7] El NiO , un material electrocrómico anódico , ha sido ampliamente estudiado como contraelectrodos con óxido de tungsteno, material electrocrómico catódico, en dispositivos electrocrómicos complementarios .
Anualmente se producen alrededor de 4.000 toneladas de NiO de calidad química . [5] El NiO negro es el precursor de las sales de níquel, que surgen del tratamiento con ácidos minerales. NiO es un catalizador de hidrogenación versátil.
Calentar el óxido de níquel con hidrógeno, carbono o monóxido de carbono lo reduce a níquel metálico. Se combina con los óxidos de sodio y potasio a altas temperaturas (>700 °C) para formar el correspondiente niquelato . [7]
NiO es útil para ilustrar el fracaso de la teoría del funcional de densidad (utilizando funcionales basados en la aproximación de densidad local ) y la teoría de Hartree-Fock para explicar la fuerte correlación. El término correlación fuerte se refiere al comportamiento de los electrones en sólidos que no está bien descrito (a menudo ni siquiera de manera cualitativamente correcta) mediante teorías simples de un electrón, como la aproximación de densidad local (LDA) o la teoría de Hartree-Fock. [9] [ cita necesaria ] Por ejemplo, el material aparentemente simple NiO tiene una banda 3d parcialmente llena (el átomo de Ni tiene 8 de 10 posibles electrones 3d) 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 convierte al NiO en un aislante de Mott de banda prohibida amplia . Por tanto, el NiO tiene una estructura electrónica que no es simplemente similar a un electrón libre ni completamente iónica, sino una mezcla de ambas. [10] [11]
La inhalación prolongada de NiO es perjudicial para los pulmones y provoca lesiones y, en algunos casos, cáncer. [12]
La vida media calculada de disolución del NiO en la sangre es de más de 90 días. [13] El NiO tiene un tiempo medio de retención prolongado en los pulmones; después de la administración a roedores, persistió en los pulmones durante más de 3 meses. [14] [13] El óxido de níquel está clasificado como carcinógeno humano [15] [16] [17] [18] [19] [20] basándose en el aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observado en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de minerales sulfídicos. [21]
En un estudio de dos años de duración sobre la inhalación de NiO verde del Programa Nacional de Toxicología, se observaron algunas pruebas de carcinogenicidad en ratas F344/N, pero pruebas equívocas en ratones hembra B6C3F1; no hubo evidencia de carcinogenicidad en ratones macho B6C3F1. [15] Se observó inflamación crónica sin fibrosis en los estudios de 2 años.