Nikkeli | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Koboltti | Kupari → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nikkelinäyte | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomin ominaisuudet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nimi, symboli, numero | Nikkeli/Niccolum (Ni), 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ryhmä , jakso , lohko |
10 (vanhentunut 8), 4, d-elementti |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomimassa ( moolimassa ) |
58.6934(4) [1] a. e. m ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroninen konfigurointi |
[Ar] 3p 8 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3p 8 4s 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomin säde | klo 124 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kemiallisia ominaisuuksia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalenttinen säde | klo 115 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionin säde | (+2e) 69 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegatiivisuus | 1,91 (Pauling-asteikko) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrodin potentiaali | -0,25V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hapetustilat | 0, +2, +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
736,2 (7,63) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tiheys ( n.a. ) | 8,902 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sulamislämpötila | 1726 K (1453 ° C , 2647 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kiehumislämpötila | 3005 K (2732 ° C , 4949 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. sulamisen lämpöä | 17,61 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. haihtumislämpö | 378,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 26,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molaarinen tilavuus | 6,6 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen kidehila | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hilarakenne | Cubic FCC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hilan parametrit | 3,524 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debye lämpötila | 375 000 _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Muut ominaisuudet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lämmönjohtokyky | (300 K) 90,9 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-numero | 7440-02-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
pisimpään eläneet isotoopit | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
28 | Nikkeli |
Ni58,6934 | |
3d 8 4s 2 |
Nikkeli ( kemiallinen symboli - Ni , lat. Ni ccolum ) - 10. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - kahdeksannen ryhmän sivualaryhmä, VIIIB), kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän neljäs jakso D. I. Mendelejev , atominumero 28.
Yksinkertainen aine nikkeli on sitkeä , muokattava , hopeanvalkoinen siirtymämetalli . _ Tavallisissa ilman lämpötiloissa se on peitetty ohuella oksidikalvolla . Kemiallisesti inaktiivinen.
Alkuaine on saanut nimensä saksalaisen mytologian vuorten hengen nimestä (vrt. saksalainen nikkeli - ilkikurinen), joka "heitti" kuparinetsijät kuparimalmia muistuttavalla punaisella mineraalilla (nykyään nikkeli ) .
Nikkeli löydettiin vuonna 1751. Saksilaiset kaivostyöläiset olivat kuitenkin hyvin tietoisia malmista, joka ulkoisesti muistutti kuparia ja jota käytettiin lasin valmistuksessa lasin vihreän värittämiseen. Kaikki yritykset saada kuparia tästä malmista epäonnistuivat ja siksi 1600-luvun lopussa. malmi nimettiin Kupfernickeliksi, joka tarkoittaa "Kuparin itsepäinen" tai "Kuparin ilkikurinen" [3] [4] [5] [6] . Nyt tiedetään, että kupfernikkeli on mineraali nikkeli - nikkeliarsenidi NiAs . Tätä malmia tutki vuonna 1751 ruotsalainen mineralogi A. Kronstedt . Hän onnistui saamaan malmista vihreää oksidia ja sen pelkistämisellä uuden valkoisen metallin, jonka hän nimesi hengen kunniaksi mineraali-nikkelin nimen mukaan [7] . Nykyaikaisessa saksassa "kupfernikkeliä" kutsutaan kupronikkelilejeeringiksi [8] .
Nikkel on kiroussana kaivostyöläisten kielessä. Se muodostettiin vääristetystä Nicolaus-sanasta, jolla oli useita merkityksiä. Mutta pääasiassa sana Nicolaus palveli luonnehtimaan kaksinaamaisia ihmisiä; Lisäksi se merkitsi "ilkikurista pientä henkeä", "petollista loaferia" jne. 1800-luvun alun venäläisessä kirjallisuudessa. käytettiin nimiä "nikolan" (Sherer, 1808 ja Zakharov, 1810), "nicol" ja "nikkeli" (Dvigubsky, 1824).
Nikkeli on hopeanvalkoinen metalli, joka ei tummu altistuessaan ilmalle. Siinä on kasvokeskeinen kuutiohila , jonka jakso a = 0,35238 nm, avaruusryhmä Fm3m . Puhtaassa muodossaan se on erittäin muovista ja sitä voidaan käsitellä paineella. Se on ferromagneetti , jonka Curie-piste on 358 °C.
Nikkeliatomeilla on ulkoinen elektroninen konfiguraatio 3d 8 4s 2 . Ni(II) :n hapetusaste on nikkelin vakain .
Nikkeli muodostaa yhdisteitä, joiden hapetusaste on +1, +2, +3 ja +4. Samaan aikaan nikkeliyhdisteet, joiden hapetusaste on +4, ovat harvinaisia ja epävakaita [10] . Nikkelioksidi Ni 2 O 3 on voimakas hapetin.
Nikkelille on ominaista korkea korroosionkestävyys - se on vakaa ilmassa , vedessä, emäksissä , useissa hapoissa [11] . Kemiallinen kestävyys johtuu sen taipumuksesta passivoida - tiheän oksidikalvon muodostumisesta sen pinnalle, jolla on suojaava vaikutus. Nikkeli liukenee aktiivisesti laimeaan typpihappoon :
ja kuumassa väkevässä rikkihapossa:
Kloorivetyhapolla ja laimealla rikkihapolla reaktio etenee hitaasti. Väkevä typpihappo passivoi nikkeliä, mutta kuumennettaessa reaktio etenee silti [12] (typen pelkistyksen päätuote on NO 2 ).
Hiilimonoksidin CO:n kanssa nikkeli muodostaa helposti haihtuvan ja erittäin myrkyllisen karbonyylin Ni(CO) 4 :n .
Hienojakoinen nikkelijauhe on pyroforista (syttyy itsestään ilmassa).
Nikkeli palaa vain jauheena. Muodostaa kaksi oksidia NiO ja Ni 2 O 3 ja vastaavasti kaksi hydroksidia Ni(OH) 2 ja Ni(OH) 3 . Tärkeimmät liukoiset nikkelisuolat ovat asetaatti, kloridi, nitraatti ja sulfaatti. Suolojen vesiliuokset ovat yleensä väriltään vihreitä ja vedettömät suolat keltaisia tai ruskeankeltaisia. Liukenemattomia suoloja ovat oksalaatti ja fosfaatti (vihreä), kolme sulfidia: NiS (musta), Ni 3 S 2 (keltaisen pronssi) ja Ni 3 S 4 (hopeavalkoinen). Nikkeli muodostaa myös lukuisia koordinaatio- ja monimutkaisia yhdisteitä. Esimerkiksi nikkelidimetyyliglyoksimaattia Ni(C 4 H 6 N 2 O 2 ) 2 , joka antaa kirkkaan punaisen värin happamissa väliaineissa, käytetään laajasti kvalitatiivisessa analyysissä nikkelin havaitsemiseksi.
Nikkeli(II)-suolojen vesiliuokset sisältävät heksaakvaanikkeli(II) -ionin [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . Kun näitä ioneja sisältävään liuokseen lisätään ammoniakkiliuosta, nikkeli(II)hydroksidi, vihreä hyytelömäinen aine, saostuu. Tämä sakka liukenee, kun siihen lisätään ylimäärä ammoniakkia heksaanikkeli(II)-ionien [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ muodostumisen vuoksi .
Nikkeli muodostaa komplekseja tetraedrisillä ja litteillä neliörakenteilla. Esimerkiksi tetrakloorinikelaatti(II) [NiCl 4 ] 2− -kompleksilla on tetraedrinen rakenne, kun taas tetrasyaaninikelaatti(II) [Ni(CN) 4 ] 2− -kompleksilla on tasomainen neliörakenne.
Kvalitatiivisessa ja kvantitatiivisessa analyysissä nikkeli(II)-ionien havaitsemiseen käytetään butaanidioksimin alkalista liuosta, joka tunnetaan myös nimellä dimetyyliglyoksiimi ja Chugaevin reagenssi . L. A. Chugaev totesi vuonna 1905 , että tämä aine on nikkelin reagenssi [13] [14] . Kun se on vuorovaikutuksessa nikkeli(II)-ionien kanssa, muodostuu punainen koordinaatioyhdiste bis(butaanidionidioksimato)nikkeli(II). Se on kelaattiyhdiste ja butaanidioksimaattiligandi on kaksihampainen.
Nikkeli on melko yleinen luonnossa - sen pitoisuus maankuoressa on n. 0,01 % (massa). Sitä esiintyy maankuoressa vain sidottuna, rautameteoriitit sisältävät alkuperäistä nikkeliä (5-25 %). Sen pitoisuus ultraemäksissä on noin 200 kertaa suurempi kuin happamissa (1,2 kg/t ja 8 g/t). Ultramafisissa kivissä nikkelin hallitseva määrä liittyy oliviineihin , jotka sisältävät 0,13–0,41 % Ni. Se korvaa raudan ja magnesiumin isomorfisesti . Pieni osa nikkelistä on läsnä sulfideina . Nikkelillä on siderofiilisiä ja kalkofiilisiä ominaisuuksia. Magman rikkipitoisuuden lisääntyessä ilmaantuu nikkelisulfideja kuparin , koboltin , raudan ja platinoidien ohella . Hydrotermisessä prosessissa nikkeli muodostaa koboltin, arseenin ja rikin ja joskus vismutin , uraanin ja hopean kanssa kohonneita pitoisuuksia nikkeliarsenideina ja sulfideina. Nikkeliä löytyy yleisesti sulfidi- ja arseenia sisältävistä kupari-nikkelimalmeista.
Kasveissa keskimäärin 5⋅10 -5 painoprosenttia nikkeliä, merieläimissä - 1,6⋅10 -4 , maaeläimissä - 1⋅10 -6 , ihmiskehossa - 1,2⋅10 -6 . Nikkelistä tiedetään paljon eliöissä. On esimerkiksi todettu, että sen pitoisuus ihmisen veressä muuttuu iän myötä, että eläimillä nikkelin määrä elimistössä lisääntyy ja lopuksi on olemassa joitakin kasveja ja mikro-organismeja - nikkelin "rikastimia", jotka sisältävät tuhansia ja jopa satoja tuhansia kertoja enemmän nikkeliä kuin ympäristö.
Nikkelimalmien tärkeimmät esiintymät sijaitsevat Kanadassa , Venäjällä ( Murmanskin alue , Norilskin alue, Ural , Voronežin alue [15] ), Etelä-Afrikassa, Albaniassa, Kreikassa, Uudessa-Kaledoniassa, Ukrainassa [16] ja Kuubassa.
Indonesialla on maailman suurimmat nikkelivarannot (21 miljoonaa tonnia). Se tuottaa eniten nikkeliä vuodessa (yli 340 tuhatta tonnia) [17] .
Luonnonnikkeli sisältää 5 stabiilia isotooppia: 58 Ni (68,27 %), 60 Ni (26,10 %), 61 Ni (1,13 %), 62 Ni (3,59 %), 64 Ni (0,91 %). On myös keinotekoisesti luotuja nikkeli-isotooppeja, joista stabiileimpia ovat 59 Ni (puoliintumisaika 100 tuhatta vuotta), 63 Ni (100 vuotta) ja 56 Ni (6 päivää).
Malmien nikkelin kokonaisvarannot vuoden 1998 alussa ovat arviolta 135 miljoonaa tonnia, joista luotettavat - 49 miljoonaa tonnia Tärkeimmät nikkelimalmit - nikkeli (kupfernikkeli) NiAs, milleriitti NiS, pentlandiitti (FeNi) 9 S 8 - myös sisältää arseenia , rautaa ja rikkiä; Pentlandiittia esiintyy myös magmaisessa pyrrotiitissa . Myös muut malmit, joista Ni louhitaan, sisältävät Co-, Cu-, Fe- ja Mg-epäpuhtauksia. Joskus nikkeli on jalostusprosessin päätuote, mutta useammin sitä saadaan sivutuotteena muissa metalliteknologioissa. Luotettavista varannoista eri lähteiden mukaan 40-66% nikkelistä on "hapettuneissa nikkelimalmeissa" (ONR), 33% - sulfidissa, 0,7% - muissa. Vuodesta 1997 OHP:n jalostuksessa tuotetun nikkelin osuus oli noin 40 % maailman tuotannosta. Teollisissa olosuhteissa OHP jaetaan kahteen tyyppiin: magnesiumoksidi ja rautapitoinen.
Tulenkestävät magnesiomalmit pääsääntöisesti sulatetaan sähköisesti ferronikkelille (5–50 % Ni + Co, riippuen raaka-aineen koostumuksesta ja teknisistä ominaisuuksista).
Rautapitoisimmat - lateriittiset malmit käsitellään hydrometallurgisilla menetelmillä käyttäen ammoniakki-karbonaattiliuotusta tai rikkihappo- autoklaaviliuotusta . Riippuen raaka-aineen koostumuksesta ja käytetyistä teknologisista kaavioista näiden teknologioiden lopputuotteita ovat: nikkelioksidi (76–90 % Ni), sintteri (89 % Ni), eri koostumukselliset sulfiditiivisteet sekä elektrolyyttinen metallinikkeli , nikkelijauheita ja kobolttia.
Vähemmän rautapitoisia nontroniittimalmeja sulatetaan mattapintaiseksi . Täydellä kierrolla toimivissa yrityksissä jatkokäsittelysuunnitelma sisältää nikkelioksidin muuntamisen, paahtamisen ja sähkösulatuksen metallisen nikkelin saamiseksi. Matkan varrella uutettua kobolttia tuotetaan metallin ja/tai suolojen muodossa [18] . Toinen nikkelin lähde: Etelä-Walesin hiilen tuhkassa Englannissa - jopa 78 kg nikkeliä tonnia kohti. Lisääntynyt nikkelipitoisuus joissakin hiileissä, öljyissä ja liuskeissa osoittaa, että fossiilisten orgaanisten aineiden nikkelipitoisuudet ovat mahdollisia. Tämän ilmiön syitä ei ole vielä selvitetty.
”Pitkään aikaan nikkeliä ei voitu saada muovisessa muodossa, koska siinä on aina pieni rikkiseos nikkelisulfidin muodossa, joka sijaitsee ohuissa, hauraissa kerroksissa metallin rajoilla. Pienen määrän magnesiumin lisääminen sulaan nikkeliin muuttaa rikin magnesiumin kanssa yhdisteeksi, joka vapautuu rakeiden muodossa häiritsemättä metallin plastisuutta” [19] .
Suurin osa nikkelistä saadaan garnieriitista ja magneettisista pyriiteistä.
Vuonna 2015 nikkelin kulutuksesta 67 % käytettiin ruostumattoman teräksen tuotantoon, 17 % rautattomiin metalliseoksiin, 7 % nikkelipinnoitukseen ja 9 % muihin sovelluksiin, kuten akkuihin, jauhemetallurgiaan ja kemikaaleihin [20] .
Nikkeli on useimpien superseosten , korkean lämpötilan materiaalien perusta, joita käytetään ilmailuteollisuudessa voimalaitosten osissa.
Nikkelöinti tarkoittaa nikkelipinnoitteen luomista toisen metallin pinnalle suojaamaan sitä korroosiolta. Se suoritetaan galvanoimalla käyttämällä elektrolyyttejä, jotka sisältävät nikkeli(II)sulfaattia, natriumkloridia, boorihydroksidia, pinta-aktiivisia aineita ja kiiltäviä aineita sekä liukoisia nikkelianodeja. Syntyneen nikkelikerroksen paksuus on 12–36 µm. Pinnan kiillon pysyvyys voidaan varmistaa seuraavalla kromauksella (kromikerroksen paksuus - 0,3 mikronia).
Virtaton nikkelipinnoitus suoritetaan liuoksessa, jossa on nikkeli(II)kloridin ja natriumhypofosfiitin seosta natriumsitraatin läsnä ollessa :
Prosessi suoritetaan pH:ssa 4-6 ja 95 °C:ssa [21] .
Rauta-nikkeli-, nikkeli-kadmium-, nikkeli-sinkki-, nikkeli-vety- akkujen valmistus .
Monissa kemiantekniikan prosesseissa käytetään Raney-nikkeliä katalysaattorina .
Nuklidi 63 Ni emittoivien β - hiukkasten puoliintumisaika on 100,1 vuotta, ja sitä käytetään krytroneissa sekä elektronin sieppausdetektoreissa (ECD) kaasukromatografiassa.
Nikkeliä käytetään laajasti kolikoiden valmistuksessa monissa maissa [22] . Yhdysvalloissa 5 sentin kolikkoa kutsutaan puhekielessä " nikkeliksi " [23] .
Nikkeliä käytetään myös soittimien jousikäämien valmistukseen .
Vuonna 2012 nikkelin hinta vaihteli 15 500 dollarista 17 600 dollariin tonnilta.
Lokakuussa 2021 hinnat Shanghaissa olivat 24 067,64 dollaria tonnilta ja Lontoossa 20 705 dollaria tonnilta [24] .
Nikkeli on yksi elävien organismien normaalille kehitykselle välttämättömistä hivenaineista. Sen roolista elävissä organismeissa tiedetään kuitenkin vähän. Nikkelin tiedetään osallistuvan eläinten ja kasvien entsymaattisiin reaktioihin. Eläimillä se kerääntyy keratinoituneisiin kudoksiin, erityisesti höyheniin.
1900-luvulla havaittiin, että haima on erittäin runsaasti nikkeliä. Kun nikkeli annetaan insuliinin jälkeen , se pidentää insuliinin vaikutusta ja lisää siten hypoglykeemistä aktiivisuutta. Nikkeli vaikuttaa entsymaattisiin prosesseihin, askorbiinihapon hapettumiseen , nopeuttaa sulfhydryyliryhmien siirtymistä disulfidiryhmiksi.
Nikkeli ja sen yhdisteet ovat myrkyllisiä ja syöpää aiheuttavia [25] [26] [27] [28] .
Nikkeli on tärkein allergioiden ( kosketusihottuman ) aiheuttaja metallille, joka joutuu kosketuksiin ihon kanssa (korut, kellot, farkut). American Contact Dermatitis Society valitsi nikkelin Vuoden allergeeniksi vuonna 2008 [29] . Euroopan unioni on rajoittanut nikkelipitoisuutta tuotteissa, jotka joutuvat kosketuksiin ihmisen ihon kanssa [30] .
Venäjällä ei ole kiellettyä käyttää nikkeliä koruissa ja lääketieteellisissä laitteissa sen kemiallisen inerttisyyden vuoksi [31] .
Nikkeli voi estää adrenaliinin toimintaa ja alentaa verenpainetta . Liiallinen nikkelin saanti kehossa aiheuttaa vitiligoa . Nikkeliä kertyy haimaan ja lisäkilpirauhasiin .
Maaperän lisääntynyt nikkelipitoisuus johtaa endeemisiin sairauksiin - rumia muotoja esiintyy kasveissa ja silmäsairauksia eläimillä, jotka liittyvät nikkelin kertymiseen sarveiskalvoon . Myrkyllinen annos (rotille) - 50 mg . Erityisen haitallisia ovat nikkelin haihtuvat yhdisteet, erityisesti sen tetrakarbonyyli Ni(CO) 4 . Nikkeliyhdisteiden MPC ilmassa vaihtelee välillä 0,0002 - 0,001 mg/m 3 (eri yhdisteille).
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja | |
---|---|
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 , |
kolikon metallit | |
---|---|
Metallit | |
Seokset |
|
Kolikkoryhmät | |
Metalliryhmät | |
Katso myös |