Никель сернокислый

Никель сернокислый: химическая формула и форма выпуска

Никель сернокислый — неорганическая соль серной кислоты и двухвалентного никеля. В промышленных поставках и в нормативной документации России под этим названием понимают прежде всего семиводный кристаллогидрат с формулой NiSO₄·7H₂O (гептагидрат). В химической и гальванической литературе вещество также называют никелевым купоросом или сульфатом никеля(II).

Помимо семиводной формы существует шестиводный кристаллогидрат NiSO₄·6H₂O (MW 262,85 г/моль) — он более устойчив при температурах от 30 до 54°C и чаще используется при промышленном электроосаждении никеля. В зависимости от условий кристаллизации и хранения препарат может содержать смесь обеих форм. Безводная форма (NiSO₄, MW 154,76 г/моль) — жёлто-зелёные кристаллы — для гальваники не применяется.

Физические и химические свойства NiSO₄·7H₂O

Показатель	Значение
Молярная масса	280,86 г/моль
Содержание Ni в соли	~20,9% (по массе)
CAS	10101-98-1
Внешний вид	Кристаллы изумрудно-зелёного цвета
Плотность	1,95 г/см³
Растворимость в воде	Хорошо растворим; при нагреве растворимость резко возрастает
Растворимость в спиртах	Растворим в спиртах; нерастворим в эфире и ацетоне
Поведение на воздухе	Выветривается (постепенно теряет кристаллизационную воду)
Потеря кристаллизационной воды	При нагреве выше ~100°C; полное обезвоживание до 280°C
Разложение безводной формы	Выше 848°C с выделением SO3 и NiO
Горючесть	Негорюч, невзрывоопасен
Реакция водного раствора	Кислая, pH ~4,5

Характерный изумрудно-зелёный цвет семиводной формы — следствие d–d-переходов иона Ni²⁺ в октаэдрическом окружении молекул воды. Шестиводная форма при разных температурах кристаллизации даёт синие (тетрагональная α) или зелёные (моноклинная β) кристаллы, что важно учитывать при входном контроле поступающего сырья: смена цвета партии не всегда означает изменение чистоты — она может отражать переход между формами.

Нормативная документация и квалификации

В России на никель сернокислый семиводный как реактив распространяется ГОСТ 4465-2016 («Реактивы. Никель(II) сернокислый 7-водный. Технические условия»), введённый в действие с 1 января 2018 г. взамен ГОСТ 4465-74. Стандарт регламентирует предельное содержание примесей и методы их определения, в том числе спектральным эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой.

Квалификации по ГОСТ 4465-2016

Квалификация	Обозначение	Назначение
Химически чистый	х.ч.	Аналитические и научные работы, требующие минимального фона примесей
Чистый для анализа	ч.д.а.	Аналитические методики, лаборатории ОТК
Чистый	ч.	Лабораторное применение, менее критичные синтезы
Без кобальта	х.ч., ч.д.а. или ч. + метка «без кобальта»	Никелирование, где кобальтовая примесь нежелательна; приготовление специальных электролитов

Для промышленного электроосаждения никеля помимо реактивных квалификаций выпускается технический сульфат никеля — кристаллы зелёного цвета с допустимым содержанием примесей, определяемым соответствующей технической документацией производителя. При выборе квалификации для гальванической ванны следует ориентироваться на требования технологического регламента: для большинства стандартных сульфатных ванн достаточно технического сорта; квалификация ч.д.а. и выше востребована при прецизионном никелировании (электроника, оптика, медицинские изделия).

Гарантийный срок хранения по ГОСТ 4465-2016 — три года со дня изготовления (для ряда видов упаковки — шесть месяцев).

Применение в гальваническом никелировании

Никель сернокислый — главный источник ионов Ni²⁺ в гальванических ваннах никелирования. Около 80% всех никелевых покрытий в мире наносится из сульфатных электролитов. Никелевые покрытия обеспечивают защиту от коррозии, повышают износостойкость трущихся поверхностей и служат подслоем в многослойных системах медь–никель–хром и никель–хром. По отношению к железу никель является катодным покрытием, поэтому на сталь перед никелем нередко наносят промежуточный слой меди (25–35 мкм) — он закрывает поры.

Сульфатный электролит Уоттса

Наиболее распространён в промышленности сульфатный электролит, известный как электролит Уоттса. Его состав и типовые режимы по ГОСТ 9.305-84:

Компонент	Концентрация, г/л
Никель сернокислый NiSO4·7H2O	240–340
Никель хлористый NiCl2·6H2O	30–60
Борная кислота H3BO3	30–40

Рабочая температура — 45–60°C, pH — 3,5–4,5, средняя скорость осаждения никеля — около 20 мкм/ч. Хлорид никеля в составе необходим для равномерного растворения никелевых анодов и предотвращения их пассивации. Борная кислота буферирует pH как в общем объёме электролита, так и в прикатодном слое, где вследствие выделения водорода pH непрерывно растёт. При pH выше 4–4,5 начинается осаждение никеля через плёнку гидроксида Ni(OH)₂, что приводит к дефектам покрытия.

Для работы с никелевыми анодами и поддержания состава электролита см. также раздел никелевые аноды НПА1.

Роль кобальта в электролите и маркировка «без кобальта»

Кобальт — постоянная примесь никелевых солей, поскольку в природе никель и кобальт тесно ассоциированы. Даже доли процента Co²⁺ в электролите меняют структуру и свойства осадка: повышается твёрдость, но увеличиваются внутренние напряжения. Там, где это неприемлемо (функциональные покрытия с жёсткими допусками на механические свойства), применяют сульфат никеля с маркировкой «без кобальта».

Электролит химического никелирования

В электролитах химического никелирования (без внешнего тока) сульфат никеля является источником Ni²⁺, а осаждение металла происходит за счёт химического восстановителя — как правило, гипофосфита натрия. Типовой состав кислого электролита химического никелирования:

Компонент	Концентрация, г/л
Никель сернокислый NiSO4·7H2O	20
Гипофосфит натрия NaH2PO2	10–25

Температура — 88–92°C, pH — 4,1–4,3. Химический никель содержит фосфор (от 2 до 13% в зависимости от состава электролита и режима), что существенно влияет на его коррозионную стойкость, магнитные свойства и твёрдость после термообработки.

Другие области применения

Никель сернокислый применяется не только в гальванике. Основные промышленные направления:

• Производство аккумуляторов. Сульфат никеля служит прекурсором при синтезе активных материалов катодов для никель-кобальт-марганцевых (NCM) и никель-кобальт-алюминиевых (NCA) аккумуляторов, используемых в электротехнике и электромобилях. Требования к чистоте здесь наиболее жёсткие.
• Производство никелевых катализаторов. Соль служит исходным сырьём для получения активного никеля, применяемого в реакциях гидрирования органических соединений.
• Производство ферритов. В радиоэлектронике из сульфата никеля получают оксид никеля, входящий в состав никель-цинковых и никель-марганцевых ферритов.
• Протравливание тканей. В текстильной промышленности — как морилка при крашении и печати.

Охрана труда: класс опасности и меры защиты

При растворении никеля сернокислого в воде образуется гидроаэрозоль, который по ГОСТ 12.1.007 отнесён к 1-му классу опасности (чрезвычайно опасные вещества). ПДК аэрозоля в воздухе рабочей зоны в пересчёте на никель — 0,005 мг/м³. Соединения никеля классифицированы как канцерогены (Группа 1 МАИР — доказанный канцероген для человека при ингаляционном воздействии).

При попадании на слизистые оболочки и кожу оказывает раздражающее и сенсибилизирующее действие («зуд никелировщика»). В хронической форме возможно развитие контактного дерматита и поражений дыхательных путей. Никелесодержащие соединения экотоксичны: при попадании в водоёмы отравляют водную фауну, в отношении ряда гидробионтов — необратимо.

Обязательные средства индивидуальной защиты при работе с сульфатом никеля: перчатки (нитрил или латекс), защитные очки, респиратор, спецодежда. Рабочие помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, оборудование — герметизировано. Мониторинг воздуха рабочей зоны — по ГОСТ 12.1.007.

Упаковка, хранение, транспортировка

Никель сернокислый семиводный по реактивным квалификациям фасуется в стеклянные банки с притёртыми крышками. Технические сорта поставляются в полиэтиленовых мешках (внутренний вкладыш) или в бумажно-полиэтиленовых мешках, устанавливаемых на деревянные поддоны.

Хранение — в крытых складских помещениях, защищённых от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков, при положительных температурах. Вещество гигроскопично и выветривается на воздухе, поэтому вскрытая упаковка должна быть надёжно укупорена. Совместное хранение с сильными кислотами, щелочами и окислителями не допускается.

Транспортировка допускается всеми видами крытого транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов (класс 9 по ООН, номер ООН 3077). При транспортировке упаковка должна исключать контакт вещества с атмосферной влагой.

Поставка никеля сернокислого

Предлагаем никель сернокислый семиводный в реактивных квалификациях по ГОСТ 4465-2016 (х.ч., ч.д.а., ч., в том числе вариант «без кобальта»), а также технические марки для гальванических производств. Поставки по России.

Для никелирования также предлагаем никель НП2 в виде листов, прутков и проволоки, пригодных для изготовления растворимых анодов и оснастки гальванических ванн.