Óxido de níquel(II)

El óxido de níquel(II) es el compuesto químico con la fórmula NiO . Es el principal óxido de níquel . ^{[ 4 ]} Se clasifica como un óxido metálico básico. Se producen anualmente varios millones de kilogramos de calidad variable, principalmente como intermediario en la producción de aleaciones de níquel. ^{[ 5 ]} La forma mineralógica del NiO , la bunsenita , es muy rara. Se han propuesto otros óxidos de níquel(III) , por ejemplo: Ni₂ O₃ yNiO₂ , pero siguen sin probarse. ^{[ 4 ]}

El NiO se puede preparar mediante varios métodos. Al calentarlo 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 . ^{[ 6 ]} El método de preparación más sencillo y exitoso es mediante la pirólisis de compuestos de níquel(II), como el hidróxido, el nitrato y el carbonato , que producen un polvo 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 una no estequiometría . ^{[ 4 ]}

El NiO adopta la estructura del NaCl , con sitios octaédricos ^de Ni²⁺ y O²⁻ ^. Esta estructura, conceptualmente sencilla, se conoce comúnmente como estructura de sal de roca. Al igual que muchos otros óxidos metálicos binarios, ^el NiO suele ser no estequiométrico, lo que significa que la proporción Ni:O se desvía de 1:1. En el óxido de níquel, esta no estequiometría se acompaña de un cambio de color: el NiO estequiométricamente correcto es verde, mientras que el NiO no estequiométrico es negro.

El NiO tiene diversas aplicaciones especializadas y, por lo general, se distingue 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 emplea en la industria cerámica para fabricar 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 de 1920 por su trabajo sobre aleaciones de acero al níquel, a las que denominó invar y elinvar .

El NiO es un material de transporte de huecos comúnmente utilizado en células solares de película delgada. ^{[ 7 ]} También fue un componente en la batería de níquel-hierro , también conocida como batería Edison, y es un componente en celdas de combustible . Es el precursor de muchas sales de níquel, para uso como productos químicos especiales y catalizadores. 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. ^{[ 6 ]} 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 aproximadamente 4000 toneladas de NiO de grado químico. ^{[ 5 ]} El NiO negro es el precursor de las sales de níquel, que se obtienen mediante tratamiento con ácidos minerales. El NiO es un catalizador de hidrogenación versátil.

El calentamiento del óxido de níquel con hidrógeno, carbono o monóxido de carbono lo reduce a níquel metálico. Este se combina con los óxidos de sodio y potasio a altas temperaturas (>700 °C) para formar el niquelato  correspondiente . ^{[ 6 ]}

El NiO es un antiferromagneto prototípico , con los momentos magnéticos de los átomos de Ni alineados antiparalelamente entre sí por debajo de la temperatura de Néel del material , que se determinó en aproximadamente 523  K. ^{[ 8 ]} La estructura magnética consiste en láminas ferromagnéticas de átomos de Ni paralelas a los planos (111) del cristal, y la dirección de magnetización entre planos adyacentes es antiparalela, con un momento magnético de cada átomo de Ni determinado en aproximadamente 1,9 magnetones de Bohr . ^{[ 9 ]}

El NiO se cita a menudo como un buen ejemplo para ilustrar el fracaso de los enfoques teóricos de bandas convencionales , incluida la teoría del funcional de la densidad (DFT, que utiliza funcionales basados ​​en la aproximación de densidad local ) y la teoría de Hartree-Fock , para dar cuenta de las fuertes correlaciones asociadas con la localización.${\displaystyle 3d}$estados de Ni en el material. El término "correlación fuerte" se refiere al comportamiento de los electrones en sólidos que no se describe bien (a menudo ni siquiera de manera cualitativamente correcta) mediante teorías simples de un solo electrón, como la aproximación de densidad local (LDA) o la teoría de Hartree-Fock. ^{[ 10 ]} Por ejemplo, el material aparentemente simple NiO tiene una banda 3d parcialmente llena (el átomo de Ni tiene 8 de los 10 posibles electrones 3d) y, por lo tanto, se esperaría que fuera un buen conductor. Sin embargo, existe una fuerte repulsión de Coulomb (un efecto de correlación) entre${\displaystyle d}$-electrones hacen que el NiO sea un aislante de Mott de banda prohibida ancha . Por lo tanto, el NiO tiene una estructura electrónica que no es simplemente de tipo electrón libre ni completamente iónica, sino una mezcla de ambas. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Sin embargo, cálculos más sofisticados de la estructura electrónica del material pueden recuperar resultados que concuerdan bien con los datos experimentales. Por ejemplo, la teoría funcional de la densidad corregida por autointeracción, ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} el método DFT+ Hubbard U , ^{[ 16 ] [ 17 ]} la aproximación GW , ^{[ 18 ] [ 19 ]} DFT + teoría de campo medio dinámico (DMFT) , ^{[ 20 ]} y los funcionales híbridos de intercambio-correlación, ^{[ 21 ]} han demostrado reproducir con precisión la brecha de banda del NiO.

La inhalación prolongada de NiO es dañina para los pulmones, causando lesiones y, en algunos casos, cáncer. ^{[ 22 ]}

La vida media calculada de disolución de NiO en la sangre es de más de 90 días. ^{[ 23 ]} El NiO tiene una larga vida media de retención en los pulmones; después de su administración a roedores, persistió en los pulmones durante más de 3 meses. ^{[ 24 ] [ 23 ]} El óxido de níquel está clasificado como carcinógeno humano ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} basándose en el aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observados en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de mineral sulfurado. ^{[ 31 ]}

En un estudio de inhalación de NiO verde de 2 años del Programa Nacional de Toxicología, se observó cierta evidencia de carcinogenicidad en ratas F344/N, pero evidencia equívoca en ratones hembra B6C3F1; no hubo evidencia de carcinogenicidad en ratones macho B6C3F1. ^{[ 25 ]} Se observó inflamación crónica sin fibrosis en los estudios de 2 años.

• Bunsenita en mindat.org
• Datos del mineral bunsenita