Nichel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Cobalt | Cupru → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aspectul unei substanțe simple | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Probă de nichel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proprietățile atomului | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nume, simbol, număr | Nichel / Niccolum (Ni), 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grup , punct , bloc |
10 (învechit 8), 4, element d |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomica ( masa molara ) |
58.6934(4) [1] a. e. m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuratie electronica |
[Ar] 3d 8 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raza atomului | ora 124 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proprietăți chimice | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
raza covalentă | ora 115 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raza ionică | (+2e) 69 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegativitatea | 1,91 (scara Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Potențialul electrodului | -0,25V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stări de oxidare | 0, +2, +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energia de ionizare (primul electron) |
736,2 (7,63) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densitate (la n.a. ) | 8,902 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatură de topire | 1726K (1453 ° C , 2647°F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura de fierbere | 3005K (2732 ° C , 4949°F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. căldură de fuziune | 17,61 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. căldură de evaporare | 378,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacitate de căldură molară | 26,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumul molar | 6,6 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Structura de zăbrele | Cubic FCC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Parametrii rețelei | 3,524 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatura | 375K _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alte caracteristici | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductivitate termică | (300 K) 90,9 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
numar CAS | 7440-02-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
izotopii cei mai longevivi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
28 | Nichel |
Ni58,6934 | |
3d 8 4s 2 |
Nichel ( simbol chimic - Ni , din lat. Ni ccolum ) - un element chimic din al 10-lea grup (conform clasificării învechite - un subgrup lateral al celui de-al optulea grup, VIIIB), a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 28.
Substanța simplă nichel este un metal de tranziție ductil , maleabil , alb - argintiu . La temperaturi obișnuite în aer, acesta este acoperit cu o peliculă subțire de oxid . Inactiv din punct de vedere chimic.
Elementul și-a primit numele de la numele spiritului munților (cf. German Nickel - răutăcios) al mitologiei germane, care „arunca” căutătorilor de cupru cu un mineral roșu asemănător minereului de cupru (cunoscut acum sub numele de nichelină ).
Nichelul a fost descoperit în 1751. Cu toate acestea, cu mult înainte de asta, minerii sași erau bine conștienți de minereu, care în exterior semăna cu cuprul și era folosit în fabricarea sticlei pentru a colora sticla în verde. Toate încercările de a obține cupru din acest minereu au fost eșuate și, prin urmare, la sfârșitul secolului al XVII-lea. minereul a fost numit Kupfernickel, ceea ce se traduce prin „Cupru încăpățânat” sau „Cupru răutăcios” [3] [4] [5] [6] . Acum se știe că kupfernickelul este o nichelină minerală - arseniură de nichel NiAs. Acest minereu a fost studiat în 1751 de mineralogul suedez A. Kronstedt . Din minereu a reușit să obțină oxid verde și, prin reducerea acestuia, un nou metal alb, pe care l-a numit în cinstea spiritului după numele mineralului - nichel [7] . În germană modernă, „kupfernickel” se numește un aliaj de cupronichel [8] .
Nikkel este un blestem în limba minerilor. S-a format din Nicolaus distorsionat, un cuvânt generic care avea mai multe sensuri. Dar, în principal, cuvântul Nicolaus a servit pentru a caracteriza oamenii cu două fețe; în plus, însemna „un spirit mic răutăcios”, „loafer înșelător” etc. În literatura rusă de la începutul secolului al XIX-lea. au fost folosite denumirile „nikolan” (Sherer, 1808 și Zakharov, 1810), „nicol” și „nichel” (Dvigubsky, 1824).
Nichelul este un metal alb argintiu care nu se pătește atunci când este expus la aer. Are o rețea cubică centrată pe fețe cu o perioadă a = 0,35238 nm, grup spațial Fm3m . În forma sa pură, este foarte plastic și poate fi prelucrat prin presiune. Este un feromagnet cu un punct Curie de 358 °C.
Atomii de nichel au o configurație electronică externă 3d 8 4s 2 . Starea de oxidare a Ni(II) este cea mai stabilă pentru nichel .
Nichelul formează compuși cu stări de oxidare +1, +2, +3 și +4. În același timp, compușii de nichel cu o stare de oxidare de +4 sunt rari și instabili [10] . Oxidul de nichel Ni 2 O 3 este un agent oxidant puternic.
Nichelul se caracterizează prin rezistență ridicată la coroziune - este stabil în aer , în apă, în alcalii , într-un număr de acizi [11] . Rezistența chimică se datorează tendinței sale la pasivare - formarea unui film dens de oxid pe suprafața sa, care are un efect protector. Nichelul se dizolvă activ în acid azotic diluat :
și în sulfuric concentrat la cald:
Cu acizi clorhidric și sulfuric diluat, reacția se desfășoară lent. Acidul azotic concentrat pasivează nichelul, dar atunci când este încălzit, reacția continuă [12] (produsul principal al reducerii azotului este NO 2 ).
Cu monoxidul de carbon CO, nichelul formează ușor carbonilul volatil și foarte toxic Ni(CO) 4 .
Pulberea de nichel fin dispersată este piroforică (se auto-aprinde în aer).
Nichelul arde numai sub formă de pulbere. Formează doi oxizi NiO și Ni 2 O 3 și, respectiv, doi hidroxizi Ni(OH) 2 și Ni(OH) 3 . Cele mai importante săruri solubile de nichel sunt acetatul, clorura, nitratul și sulfatul. Soluțiile apoase de săruri sunt de obicei colorate în verde, iar sărurile anhidre sunt galbene sau maro-galben. Sărurile insolubile includ oxalat și fosfat (verde), trei sulfuri: NiS (negru), Ni 3 S 2 (gălbui-bronz) și Ni 3 S 4 (argintiu-alb). Nichelul formează, de asemenea, numeroși compuși de coordonare și complecși. De exemplu, dimetilglioximatul de nichel Ni(C4H6N2O2 ) 2 , care dă o culoare roșie limpede în mediile acide, este utilizat pe scară largă în analiza calitativă pentru detectarea nichelului .
Soluțiile apoase de săruri de nichel(II) conțin ionul hexaaquanichel(II) [Ni( H2O ) 6 ] 2+ . Când se adaugă o soluție de amoniac la o soluție care conține acești ioni, precipită hidroxidul de nichel (II), o substanță gelatinoasă verde. Acest precipitat se dizolvă atunci când se adaugă o cantitate în exces de amoniac datorită formării ionilor de hexaaminenichel(II) [Ni( NH3 ) 6 ] 2+ .
Nichelul formează complexe cu structuri tetraedrice și pătrate plate. De exemplu, complexul tetracloronicchelat(II) [NiCl 4 ] 2− are o structură tetraedrică, în timp ce complexul tetracianonichelat(II) [Ni(CN) 4 ] 2− are o structură pătrată plană.
În analiza calitativă și cantitativă , o soluție alcalină de butandioximă, cunoscută și sub numele de dimetilglioximă și reactiv Chugaev , este utilizată pentru a detecta ionii de nichel (II) . Faptul că această substanță este un reactiv pentru nichel a fost stabilit în 1905 de L.A. Chugaev [13] [14] . Când interacționează cu ionii de nichel(II), se formează un compus de coordonare roșu bis(butandiodioximato)nichel(II). Este un compus chelat , iar ligandul butandiodioximato este bidentat.
Nichelul este destul de comun în natură - conținutul său în scoarța terestră este de cca. 0,01% (masă). Se găsește în scoarța terestră numai sub formă legată; meteoriții de fier conțin nichel nativ (de la 5 la 25%). Conținutul său în rocile ultrabazice este de aproximativ 200 de ori mai mare decât în cele acide (1,2 kg/t și 8 g/t). În rocile ultramafice, cantitatea predominantă de nichel este asociată cu olivine care conțin 0,13–0,41 % Ni. Înlocuiește izomorfic fierul și magneziul . O proporție mică de nichel este prezentă sub formă de sulfuri . Nichelul prezintă proprietăți siderofile și calcofile. Cu un continut crescut de sulf in magma apar sulfuri de nichel alaturi de cupru , cobalt , fier si platinoizi . Într -un proces hidrotermal , împreună cu cobalt, arsen și sulf și uneori cu bismut , uraniu și argint , nichelul formează concentrații ridicate sub formă de arseniuri și sulfuri de nichel. Nichelul se găsește în mod obișnuit în minereurile de cupru-nichel purtătoare de sulfuri și arsenic.
La plante, în medie, 5⋅10 −5 procente în greutate de nichel, la animalele marine - 1,6⋅10 −4 , la animalele terestre - 1⋅10 −6 , în corpul uman - 1,2⋅10 −6 . Se cunosc multe despre nichel din organisme. S-a stabilit, de exemplu, că conținutul său în sângele uman se modifică odată cu vârsta, că la animale cantitatea de nichel din organism crește și, în sfârșit, că există unele plante și microorganisme - „concentratoare” de nichel, care conțin mii. și chiar de sute de mii de ori mai mult nichel decât mediul.
Principalele zăcăminte de minereuri de nichel sunt situate în Canada , Rusia ( regiunea Murmansk , regiunea Norilsk, Ural , regiunea Voronezh [15] ), Africa de Sud, Albania, Grecia, Noua Caledonie, Ucraina [16] și Cuba.
Indonezia are cele mai mari rezerve de nichel din lume (21 de milioane de tone). Produce cel mai mult nichel pe an (mai mult de 340 de mii de tone) [17] .
Nichelul natural conține 5 izotopi stabili: 58 Ni (68,27%), 60 Ni (26,10%), 61 Ni (1,13%), 62 Ni (3,59%), 64 Ni (0,91%). Există, de asemenea, izotopi de nichel creați artificial, dintre care cei mai stabili sunt 59 Ni (timp de înjumătățire 100 de mii de ani), 63 Ni (100 de ani) și 56 Ni (6 zile).
Rezervele totale de nichel din minereuri la începutul anului 1998 sunt estimate la 135 milioane de tone, inclusiv cele de încredere - 49 milioane de tone Principalele minereuri de nichel - nichelină (kupfernickel) NiAs, milerită NiS , pentlandită (FeNi) 9 S 8 - de asemenea conțin arsenic , fier și sulf; Incluziunile de pentlandite apar și în pirotita magmatică . Alte minereuri din care se extrage Ni, conțin impurități de Co, Cu, Fe și Mg. Uneori, nichelul este produsul principal al procesului de rafinare, dar mai des este obținut ca produs secundar în alte tehnologii metalice. Din rezervele de încredere, conform diverselor surse, de la 40 la 66% din nichel se află în „minereuri de nichel oxidat” (ONR), 33% - în sulfură, 0,7% - în altele. Începând cu 1997, ponderea nichelului produsă prin prelucrarea OHP era de aproximativ 40% din producția mondială. În condiții industriale, OHP este împărțit în două tipuri: magneziu și feruginos.
Minereurile magneziene refractare, de regulă, sunt supuse topirii electrice pentru feronic (5–50% Ni + Co, în funcție de compoziția materiei prime și de caracteristicile tehnologice).
Cele mai feruginoase - minereuri lateritice sunt prelucrate prin metode hidrometalurgice prin levigare cu amoniac-carbonat sau cu acid sulfuric în autoclav . În funcție de compoziția materiei prime și de schemele tehnologice aplicate, produsele finale ale acestor tehnologii sunt: oxid de nichel (76–90% Ni), sinter (89% Ni), concentrate de sulfuri de diferite compoziții, precum și nichel metalic electrolitic , pulberi de nichel și cobalt.
Minereurile mai puțin feruginoase-nontronite sunt topite în mată . La întreprinderile care operează pe un ciclu complet, o schemă de procesare suplimentară include transformarea, prăjirea matei, topirea electrică a oxidului de nichel pentru a obține nichel metalic. Pe parcurs, cobaltul extras este produs sub formă de metal și/sau săruri [18] . O altă sursă de nichel: în cenușa cărbunilor din Țara Galilor de Sud din Anglia - până la 78 kg de nichel pe tonă. Conținutul crescut de nichel din unele cărbuni, uleiuri și șisturi indică posibilitatea concentrării de nichel de către materia organică fosilă. Motivele acestui fenomen nu au fost încă elucidate.
„De mult timp, nichelul nu a putut fi obținut sub formă plastică din cauza faptului că are întotdeauna un mic amestec de sulf sub formă de sulfură de nichel, situat în straturi subțiri, casante, la limitele metalului. Adăugarea unei cantități mici de magneziu la nichelul topit transformă sulful în forma unui compus cu magneziu, care este eliberat sub formă de boabe fără a perturba plasticitatea metalului” [19] .
Cea mai mare parte a nichelului este obținută din garnierită și pirite magnetice.
În 2015, 67% din consumul de nichel a fost pentru producția de oțel inoxidabil, 17% pentru aliaje fără fier, 7% pentru placarea cu nichel și 9% pentru alte aplicații precum baterii, metalurgia pulberilor și produse chimice [20] .
Nichelul este baza majorității superaliajelor , materialelor de înaltă temperatură utilizate în industria aerospațială pentru părțile centralelor electrice.
Placarea cu nichel este crearea unui strat de nichel pe suprafața altui metal pentru a-l proteja de coroziune. Se realizează prin galvanizare folosind electroliți care conțin sulfat de nichel (II), clorură de sodiu, hidroxid de bor, agenți tensioactivi și substanțe lucioase și anozi de nichel solubili. Grosimea stratului de nichel rezultat este de 12–36 µm. Stabilitatea luciului suprafeței poate fi asigurată prin cromarea ulterioară (grosimea stratului de crom - 0,3 microni).
Placarea cu nichel fără curent se realizează într-o soluție dintr-un amestec de clorură de nichel (II) și hipofosfit de sodiu în prezența citratului de sodiu :
Procesul se realizează la pH 4-6 și 95 °C [21] .
Producția de baterii fier-nichel, nichel-cadmiu, nichel-zinc, nichel- hidrogen .
Multe procese de inginerie chimică folosesc nichelul Raney ca catalizator .
Nuclidul 63 Ni care emite particule β are un timp de înjumătățire de 100,1 ani și este utilizat în krytroni , precum și în detectoare de captare a electronilor (ECD) în cromatografia gazoasă.
Nichelul este utilizat pe scară largă în producția de monede în multe țări [22] . În Statele Unite, moneda de 5 cenți este numită colocvial „ nichel ” [23] .
Nichelul este, de asemenea, utilizat pentru producerea de înfășurări de coarde pentru instrumente muzicale .
În 2012, prețurile nichelului au variat între 15.500 USD și 17.600 USD pe tonă.
În octombrie 2021, prețurile în Shanghai au ajuns la 24.067,64 USD pe tonă, iar în Londra, la 20.705 USD pe tonă [24] .
Nichelul este unul dintre oligoelementele necesare pentru dezvoltarea normală a organismelor vii. Cu toate acestea, se știe puțin despre rolul său în organismele vii. Se știe că nichelul participă la reacțiile enzimatice la animale și plante. La animale, se acumulează în țesuturile keratinizate, în special în pene.
În secolul al XX-lea, s-a constatat că pancreasul este foarte bogat în nichel. Atunci când este administrat după insulină , nichelul prelungește acțiunea insulinei și, prin urmare, crește activitatea hipoglicemiante. Nichelul afectează procesele enzimatice , oxidarea acidului ascorbic , accelerează tranziția grupărilor sulfhidril la cele disulfurate.
Nichelul și compușii săi sunt toxici și cancerigeni [25] [26] [27] [28] .
Nichelul este principala cauză a alergiilor ( dermatite de contact ) la metalele care vin în contact cu pielea (bijuterii, ceasuri, știfturi de blugi). Nichelul a fost numit alergenul anului în 2008 de către Contact Dermatitis Society of America [29] . Uniunea Europeană a restricționat conținutul de nichel în produsele care vin în contact cu pielea umană [30] .
În Rusia, nu există nicio interdicție privind utilizarea nichelului în bijuterii și echipamente medicale din cauza inerției sale chimice [31] .
Nichelul poate inhiba acțiunea adrenalinei și poate scădea tensiunea arterială . Aportul excesiv de nichel în organism cauzează vitiligo . Nichelul este depus în pancreas și glandele paratiroide .
Conținutul crescut de nichel în sol duce la boli endemice - la plante apar forme urâte, iar la animale boli oculare asociate cu acumularea de nichel în cornee . Doza toxică (pentru șobolani) - 50 mg . Deosebit de nocivi sunt compușii volatili ai nichelului, în special, tetracarbonilul său Ni(CO) 4 . MPC al compușilor de nichel în aer variază de la 0,0002 la 0,001 mg/m3 ( pentru diferiți compuși).
Dicționare și enciclopedii |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Seria de activitate electrochimică a metalelor | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
metale monede | |
---|---|
Metalele | |
Aliaje |
|
Grupuri de monede | |
Grupuri metalice | |
Vezi si |
|