Det nikkel Det er et hvidt overgangsmetal, hvis kemiske symbol er Ni. Dets hårdhed er større end jern, ud over at være en god leder af varme og elektricitet, og generelt betragtes det som et metal, der ikke er meget reaktivt og er meget modstandsdygtigt over for korrosion. I sin rene tilstand er den sølv med gyldne undertoner.
I 1751 formåede en svensk kemiker Axel Fredrik Cronsted at isolere det fra et mineral kendt som Kupfernickel (djævelens kobber), ekstraheret fra en koboltmine i en svensk landsby. Først troede Cronsted, at mineralet var kobber, men det isolerede element viste sig at være hvidt i farve, adskilt fra kobber..
Cronsted navngav elementet nikkel, og det blev senere fastslået, at mineralet kaldet kupfernickel var nicolit (nikkelarsenid).
Nikkel ekstraheres hovedsageligt fra to aflejringer: vulkanske klipper og andre adskillelser af jordens magma. Mineralerne er svovlholdige i naturen, ligesom pentladit. Den anden kilde til nikkel er lateritter med nikkelrige mineraler såsom garnierit.
Hovedanvendelsen af nikkel er dannelsen af legeringer med mange metaller; for eksempel er det involveret i produktionen af rustfrit stål, en industriel aktivitet, der forbruger ca. 70% af verdens nikkelproduktion.
Derudover anvendes nikkel i legeringer som alnico, en legering af magnetisk natur beregnet til fremstilling af elektriske motorer, højttalere og mikrofoner..
Nikkel begyndte at blive brugt til fremstilling af mønter i midten af det 19. århundrede. Imidlertid er dets anvendelse nu blevet erstattet af mindre dyre metaller; skønt det fortsat bruges i nogle lande.
Nikkel er et essentielt element for planter, da det aktiverer enzymet urease, der griber ind i nedbrydningen af urinstof til ammoniak, som kan bruges af planter som en nitrogenkilde. Derudover er urinstof en giftig forbindelse, der forårsager alvorlig skade på planter..
Nikkel er et element med stor toksicitet for mennesker, der er tegn på at være et kræftfremkaldende middel. Derudover forårsager nikkel kontaktdermatitis og udvikling af allergier..
Artikelindeks
Manden vidste siden oldtiden eksistensen af nikkel. For eksempel blev der fundet en nikkelprocent på 2% i bronzeobjekter (3500 f.Kr.), der findes i lande, der i øjeblikket tilhører Syrien..
Også kinesiske manuskripter antyder, at "hvidt kobber", kendt som baitong, blev brugt mellem 1700 og 1400 f.Kr. Mineralet blev eksporteret til Storbritannien i det 17. århundrede; men nikkelindholdet i denne legering (Cu-Ni) blev først opdaget i 1822.
I middelalderens Tyskland blev der fundet et rødligt mineral, der lignede kobber, og som havde grønne pletter. Minearbejderne forsøgte at isolere kobberet fra malmen, men mislykkedes i deres forsøg. Derudover producerede kontakt med mineralet sundhedsmæssige problemer.
Af disse grunde tildelte minearbejdere mineralet en ondartet tilstand og tildelte det forskellige navne, der illustrerede denne tilstand; som "Old Nick", også kupfernickel (djævelens kobber). Nu er det kendt, at det pågældende mineral var nikolit: nikkelarsenid, NiA'er.
I 1751 forsøgte Axel Fredrik Cronsted at isolere kobber fra kupfernickel, opnået fra en koboltmine nær Los Halsinglandt, en svensk landsby. Men han formåede kun at få et hvidt metal, der indtil da var ukendt og kaldte det nikkel..
Startende i 1824 blev nikkel opnået som et biprodukt fra produktionen af koboltblåt. I 1848 blev der etableret et smelter i Norge for at behandle det nikkel, der er til stede i mineralet pyrrhotit..
I 1889 blev nikkel introduceret i stålproduktion, og de aflejringer, der blev opdaget i Ny Kaledonien, gav nikkel til verdensforbrug..
Sølvhvid, skinnende og med en let gylden farvetone.
58,9344 u
28
1.455 ºC
2.730 ºC
-Ved stuetemperatur: 8,908 g / ml
-Ved smeltepunkt (væske): 7,81 g / ml
17,48 kJ / mol
379 kJ / mol
26,07 J / mol
1,91 på Pauling-skalaen
Første ioniseringsniveau: 737,1 kJ / mol
Andet ioniseringsniveau: 1.753 kJ / mol
Tredje ioniseringsniveau: 3.395 kJ / mol
Empirisk kl
124,4 ± 16:00
90,9 W / (m K)
69,3 nΩ · m ved 20 ºC
4.0 på Mohs-skalaen.
Nikkel er et duktilt, formbart metal og har en større hårdhed end jern og er en god elektrisk og termisk leder. Det er et ferromagnetisk metal ved normale temperaturer, hvis Curie-temperatur er 358 ºC. Ved højere temperaturer end dette er nikkel ikke længere ferromagnetisk.
Nikkel er et af de fire ferromagnetiske elementer, de andre tre er: jern, cobalt og gadolinium.
Der er 31 isotoper af nikkel, begrænset af 48Hverken og 78Ingen af dem.
Der er fem naturlige isotoper: 58Ni med en overflod på 68,27%; 60Ni med en overflod på 26,10%; 61Ni med en overflod på 1,13%; 62Ni med en overflod på 3,59%; Y 64Ni, med en overflod på 0,9%.
Atomvægten på ca. 59 u for nikkel viser, at der ikke er en markant overvægt i nogen af isotoperne (selvom 58Det er heller ikke den mest rigelige).
Nikkelmetallisk krystalliserer til en ansigt centreret kubisk (fcc) struktur. Denne fcc-fase er ekstremt stabil og forbliver uændret op til tryk tæt på 70 GPa; der er kun få bibliografiske oplysninger om nikkelfaser eller polymorfe under højt tryk.
Morfologien for nikkelkrystaller er variabel, da de kan arrangeres på en sådan måde, at de definerer et nanorør. Som en nanopartikel eller et makroskopisk fast stof forbliver den metalliske binding den samme (i teorien); det vil sige, det er de samme valenselektroner, der holder Ni-atomerne sammen.
Ifølge de to mulige elektroniske konfigurationer for nikkel:
[Ar] 3d8 4sto
[Ar] 3d9 4s1
Ti elektroner er involveret i den metalliske binding; enten otte eller ni i 3d-orbitalen sammen med to eller en i 4-orbitalen. Bemærk, at valensbåndet er næsten fuldt tæt på at transportere sine elektroner til ledningsbåndet; kendsgerning, der forklarer dens relativt høje elektriske ledningsevne.
Nikkels fcc-struktur er så stabil, at den endda vedtages af stål, når den tilsættes. Således er rustfrit jern med et højt nikkelindhold også fcc.
Selv om det måske ikke ser ud som det, har nikkel også et stort antal eller oxidationstilstande. Negativerne er åbenlyse vel vidende, at det kun mangler to elektroner til at fuldføre de ti af dens 3d-orbital; således kan den vinde en eller to elektroner med oxidationstal -1 (Ni-) eller -2 (Nito-), henholdsvis.
Det mest stabile oxidationsnummer for nikkel er +2, forudsat at Ni-kationen eksistererto+, som har mistet elektroner fra 4s orbital og har otte elektroner i 3d orbital (3d8).
Der er også to andre positive oxidationstal: +3 (Ni3+) og +4 (Ni4+). På skole- eller gymnasieniveau læres nikkel kun at eksistere som Ni (II) eller Ni (III), hvilket er fordi de er de mest almindelige oxidationstal, der findes i meget stabile forbindelser..
Og når det er det metalliske nikkel, der er en del af en forbindelse, det vil sige med dets neutrale atom Ni, siges det, at det deltager eller binder med et oxidationsnummer på 0 (Ni0).
Nikkel udgør 0,007% af jordskorpen, så dens overflod er lav. Men det er stadig det næstmest forekommende metal efter jern i jordens smeltede kerne, kendt som Nife. Havvand har en gennemsnitlig nikkelkoncentration på 5,6 · 10-4 mg / l.
Det findes normalt i vulkanske klipper, idet det er pentlandit, et mineral dannet af jern og nikkelsulfid [(Ni, Fe)9S8], en af de vigtigste kilder til nikkel:
Mineralet pentlandit er til stede i Sudbury, Ontario, Canada; en af de vigtigste aflejringer af dette metal i verden.
Pentlandit har en nikkelkoncentration mellem 3 og 5%, der er forbundet med pyrrhotit, et jernsulfid, der er rigt på nikkel. Disse mineraler findes i klipper, produkter fra adskillelser af jordbaseret magma.
Den anden vigtige kilde til nikkel er lateritter, der består af tørre jordarter i varme regioner. De er fattige med silica og har flere mineraler, herunder: garnierit, et magnesiumnikkel silikat; og limonit, en jernmalm [(Fe, Ni) O (OH) med et indhold mellem 1 og 2% nikkel.
Det anslås, at 60% nikkel ekstraheres fra lateritter, og de resterende 40% fra magmatisk svovlholdige aflejringer..
Nikkel findes også i jernmeteoritter med kamacit- og taenitlegeringer. Kamacita er en legering af jern og nikkel med en procentdel på 7% af det; mens taenit er den samme legering, men med en nikkelprocent mellem 20 og 65%.
Nikkel binder til organiske forbindelser, derfor findes den i høj koncentration i kul og olie.
Kina er verdens største nikkelproducent efterfulgt af Rusland, Japan, Australien og Canada.
Det bruges i legering med jern hovedsageligt til produktion af rustfrit stål, da 68% af nikkelproduktionen bruges til dette formål.
Det danner også en legering med kobber, der er modstandsdygtig over for korrosion. Denne legering består af 60% nikkel, 30% kobber og små mængder andre metaller, især jern..
Nikkel bruges i resistive, magnetiske og andre legeringer såsom nikkel sølv; og en legering bestående af nikkel og kobber, men indeholder ikke sølv. Ni-Cu-rør bruges i afsaltningsanlæg, afskærmning og ved fremstilling af mønter.
Nikkel giver sejhed og trækstyrke til legeringer, der bygger modstandsdygtighed over for korrosion. Ud over legeringer med kobber, jern og krom bruges det i legeringer med bronze, aluminium, bly, cobalt, sølv og guld..
Monel-legeringen består af 17% nikkel, 30% kobber og med spor af jern, mangan og silicium. Den er modstandsdygtig over for havvand, hvilket gør den ideel til brug på bådpropeller.
Nikkel, der reagerer med fluor, danner et beskyttende lag af grundstoffet fluor, hvilket muliggør anvendelse af metallisk nikkel eller monellegering i fluorgasledningerne.
Nikkel er modstandsdygtig over for virkningen af alkalier. Af denne grund bruges det i beholdere, der indeholder koncentreret natriumhydroxid. Det bruges også til galvanisering for at skabe en beskyttende overflade til andre metaller..
Nikkel bruges som reduktionsmiddel til seks metaller af platingruppen af mineraler, hvori det kombineres; hovedsageligt platin og palladium. Nikkelskum eller mesh anvendes til fremstilling af elektroder til alkaliske brændselsbatterier.
Nikkel bruges som en katalysator til hydrogenering af umættede vegetabilske fedtsyrer, der anvendes i processen til fremstilling af margarine. Kobber og Cu-Ni-legeringen har antibakteriel virkning på E. coli.
Nikkel nanopartikler (NPs-Ni) finder en bred vifte af anvendelse på grund af deres større overfladeareal sammenlignet med en makroskopisk prøve. Når disse NP'er-Ni syntetiseres fra planteekstrakter, udvikler de antimikrobielle og antibakterielle aktiviteter.
Årsagen til det foregående skyldes dens større tendens til at oxidere i kontakt med vand og danne Ni-kationer.to+ og stærkt reaktive iltede arter, som denaturerer mikrobielle celler.
På den anden side anvendes NPs-Ni som elektrodemateriale i faste brændselsceller, fibre, magneter, magnetiske væsker, elektroniske dele, gassensorer osv. De er også katalytiske bærere, adsorbenter, blegemidler og spildevandsrensere..
Nikkelchlorid, nitrat og sulfat anvendes i nikkelbade til galvanisering. Derudover anvendes dets sulfatsalt til fremstilling af katalysatorer og mordanter til farvning af tekstiler..
Nikkelperoxid bruges i opbevaringsbatterier. Nikkelferitter anvendes som magnetiske kerner i antenner i forskellige elektriske apparater.
Nikkel-tertracarbonyl tilvejebringer carbonmonoxid til syntese af acrylater fra acetylen og alkoholer. Barium nikkel kombineret oxid (BaNiO3) fungerer som råmateriale til fremstilling af katoder af mange genopladelige batterier, såsom Ni-Cd, Ni-Fe og Ni-H.
Planter kræver tilstedeværelse af nikkel for deres vækst. Det er kendt at blive anvendt som en cofaktor af forskellige planteenzymer, herunder urease; enzym, der omdanner urinstof til ammoniak, der er i stand til at bruge denne forbindelse i planternes funktion.
Derudover fremkalder ophobning af urinstof en ændring i planternes blade. Nikkel fungerer som en katalysator for at fremme nitrogenfiksering med bælgfrugter.
De mest følsomme afgrøder for nikkelmangel er bælgfrugter (bønner og lucerne), byg, hvede, blommer og ferskner. Dens mangel manifesteres i planter ved klorose, bladfald og vækstmangler.
I nogle bakterier er enzymet urease afhængig af nikkel, men det anses for, at disse kan have en virulent virkning i de organismer, der bebor.
Andre bakterieenzymer, såsom superoxiddismutase, såvel som glyxidasen, der er til stede i bakterier og nogle parasitter, for eksempel i trypanosomer, er afhængig af nikkel. Imidlertid er de samme enzymer i højere arter ikke afhængige af nikkel, men af zink.
Indtagelse af store mængder nikkel er forbundet med dannelsen og udviklingen af kræft i lunge, næse, strubehoved og prostata. Derudover forårsager det åndedrætsproblemer, åndedrætssvigt, astma og bronkitis. Nikkelgasser kan forårsage lungeirritation.
Kontakt med nikkel med huden kan forårsage sensibilisering, som efterfølgende frembringer en allergi, manifesteret som hududslæt.
Hudeksponering for nikkel kan forårsage dermatitis kendt som "nikkel kløe" hos tidligere sensibiliserede mennesker. Ved nikkel sensibilisering vedvarer det på ubestemt tid.
Det Internationale Agentur for Kræftforskning (IARC) har placeret nikkelforbindelser i gruppe 1 (der er tilstrækkelig dokumentation for kræftfremkaldende egenskaber hos mennesker). Imidlertid regulerer OSHA ikke nikkel som kræftfremkaldende..
Det anbefales, at eksponeringen for metallisk nikkel og dets forbindelser ikke må være større end 1 mg / m3 i otte timers arbejde i en fyrre-timers arbejdsuge. Nikkelcarbonyl og nikkelsulfid er meget giftige eller kræftfremkaldende forbindelser.
Endnu ingen kommentarer