Nikkel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Kobalt | Réz → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nikkel minta | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Az atom tulajdonságai | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Név, szimbólum, szám | Nikkel/Niccolum (Ni), 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Csoport , időszak , blokk |
10 (elavult 8), 4, d-elem |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
58.6934 (4) [1] a. e.m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronikus konfiguráció |
[Ar] 3d 8 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom sugara | 124 óra | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kémiai tulajdonságok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalens sugár | 115 óra | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ion sugara | (+2e) 69 óra | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitás | 1,91 (Pauling skála) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektróda potenciál | -0,25V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidációs állapotok | 0, +2, +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionizációs energia (első elektron) |
736,2 (7,63) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sűrűség ( n.a. ) | 8,902 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Olvadási hőmérséklet | 1726 K (1453 ° C , 2647 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Forráshőmérséklet | 3005 K (2732 ° C , 4949 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. fúzió hője | 17,61 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. párolgási hő | 378,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Moláris hőkapacitás | 26,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Moláris térfogat | 6,6 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rácsszerkezet | Cubic FCC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rács paraméterei | 3,524 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debye hőmérséklet | 375 ezer _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egyéb jellemzők | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hővezető | (300 K) 90,9 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS szám | 7440-02-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
leghosszabb életű izotópjai | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
28 | Nikkel |
Ni58.6934 | |
3d 8 4s 2 |
Nikkel ( vegyjele - Ni , lat. Ni ccolum ) - a 10. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint - a nyolcadik, VIIIB csoport mellék alcsoportja), a kémiai elemek periódusos rendszerének negyedik periódusa . D. I. Mengyelejev , 28- as rendszámmal .
Az egyszerű anyag , a nikkel , képlékeny , képlékeny , ezüstfehér átmeneti fém . Normál hőmérsékleten a levegőben vékony oxidréteg borítja . Kémiailag inaktív.
Az elem nevét a német mitológia hegyi szellemének (vö. német Nickel - huncut) nevéről kapta, amely a rézérchez hasonló vörös ásványt (ma nikkelin néven ismert ) „dobta meg” a rézkeresőket .
A nikkelt 1751-ben fedezték fel. Azonban jóval azelőtt a szász bányászok jól ismerték az ércet, amely külsőleg rézre hasonlított, és az üveggyártásban az üveg zöld színezésére használták. Minden kísérlet, hogy réz nyerhető ebből az ércből , sikertelen volt, ezért a 17. század végén. az ércet Kupfernickelnek nevezték el, ami fordításban "Rézmakacs" vagy "Réz pajkos" [3] [4] [5] [6] . Ma már ismert, hogy a kupfernickel egy ásványi nikkelin - nikkel - arzenid NiAs. Ezt az ércet 1751-ben A. Kronstedt svéd ásványkutató tanulmányozta . Sikerült az ércből zöld oxidot nyernie, redukciójával pedig egy új fehér fémet, amelyet a szellem tiszteletére az ásvány - nikkel nevéről nevezett el [7] . A modern németben a "kupfernickel"-t réz-nikkel ötvözetnek nevezik [8] .
A Nikkel átokszó a bányászok nyelvében. Az eltorzított Nicolaus szóból alakult ki, amely több jelentése is volt. De főként a Nicolaus szó szolgált a kétarcú emberek jellemzésére; ezen kívül "huncut kis szellemet", "megtévesztő naplopót" stb. jelentett. A 19. század eleji orosz irodalomban. a "nikolan" (Sherer, 1808 és Zakharov, 1810), a "nicol" és a "nikkel" (Dvigubsky, 1824) elnevezéseket használták.
A nikkel egy ezüstös fehér fém, amely nem fakul el, ha levegővel érintkezik. Arcközpontú köbös rácsával rendelkezik a = 0,35238 nm periódussal , Fm3m tércsoporttal . Tiszta formájában nagyon képlékeny és nyomással feldolgozható. Ez egy ferromágnes , amelynek Curie-pontja 358 °C.
A nikkelatomok külső elektronikus konfigurációval rendelkeznek 3d 8 4s 2 . A Ni(II) oxidációs állapota a legstabilabb a nikkel esetében .
A nikkel +1, +2, +3 és +4 oxidációs állapotú vegyületeket képez. Ugyanakkor a +4 oxidációs állapotú nikkelvegyületek ritkák és instabilok [10] . A nikkel-oxid Ni 2 O 3 erős oxidálószer.
A nikkelt nagy korrózióállóság jellemzi - levegőben , vízben, lúgokban , számos savban stabil [11] . A kémiai ellenállás a passzivációra való hajlamnak köszönhető - a felületén sűrű oxidfilm képződése, amely védő hatást fejt ki. A nikkel aktívan oldódik híg salétromsavban :
és forró tömény kénsavban:
Sósavval és híg kénsavval a reakció lassan megy végbe. A tömény salétromsav passziválja a nikkelt, de hevítéskor a reakció továbbra is lezajlik [12] (a nitrogénredukció fő terméke az NO 2 ).
A szén-monoxid CO-val a nikkel könnyen illékony és nagyon mérgező karbonil - Ni(CO) 4 -et képez .
A finoman diszpergált nikkelpor piroforos (levegőn öngyullad).
A nikkel csak por formájában ég. Két NiO és Ni 2 O 3 oxidot , illetve két Ni(OH) 2 és Ni(OH) 3 hidroxidot képez . A legfontosabb oldható nikkelsók az acetát, a klorid, a nitrát és a szulfát. A sók vizes oldatai általában zöld színűek, a vízmentes sók pedig sárgák vagy barnássárgák. Az oldhatatlan sók közé tartozik az oxalát és a foszfát (zöld), három szulfid: NiS (fekete), Ni 3 S 2 (sárgás-bronz) és Ni 3 S 4 (ezüst-fehér). A nikkel emellett számos koordinációs és összetett vegyületet képez. Például a nikkel-dimetil-glioximát Ni(C 4 H 6 N 2 O 2 ) 2 -t, amely savas közegben tiszta vörös színt ad, széles körben használják a nikkel kimutatására szolgáló kvalitatív elemzésben.
A nikkel(II)-sók vizes oldatai hexaaquanikkel(II) -iont tartalmaznak [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . Ha ezeket az ionokat tartalmazó oldathoz ammóniaoldatot adunk, nikkel(II)-hidroxid, egy zöld színű kocsonyás anyag válik ki. Ez a csapadék feloldódik, ha többletmennyiségű ammóniát adagolunk a hexamicikkel(II)-ionok képződése miatt [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ .
A nikkel tetraéderes és lapos négyzetes szerkezetekkel alkot komplexeket. Például a tetraklór-nikkelát(II) [NiCl 4 ] 2− komplex tetraéderes szerkezetű, míg a tetraciano-nikelát(II) [Ni(CN) 4 ] 2− komplex sík, négyzet alakú szerkezetű.
A kvalitatív és kvantitatív elemzés során a bután-dioxim lúgos oldatát, más néven dimetil -glioxim és Chugaev-reagensként használják a nikkel(II)-ionok kimutatására . Azt a tényt, hogy ez az anyag a nikkel reagense , L. A. Chugaev állapította meg 1905 -ben [13] [14] . Amikor kölcsönhatásba lép a nikkel(II)-ionokkal, vörös koordinációs vegyület , bisz(butándion-dioximato)nikkel(II) képződik. Ez egy kelátvegyület , és a bután-dion-dioximato ligandum kétfogú.
A nikkel meglehetősen gyakori a természetben – a földkéregben kb. 0,01% (tömeg). A földkéregben csak kötött formában található meg, a vasmeteoritok natív nikkelt tartalmaznak (5-25%). Tartalma az ultrabázikus kőzetekben körülbelül 200-szor magasabb, mint a savas kőzetekben (1,2 kg/t és 8 g/t). Az ultramafikus kőzetekben a nikkel túlnyomó része a 0,13–0,41 % Ni-t tartalmazó olivinekhez kötődik. Izomorf módon helyettesíti a vasat és a magnéziumot . A nikkel kis része szulfidként van jelen . A nikkel sziderofil és kalkofil tulajdonságokat mutat. A magma megnövekedett kéntartalmával nikkel-szulfidok jelennek meg rézzel , kobalttal , vassal és platinoidokkal együtt . A hidrotermikus folyamatokban a kobalttal, arzénnel és kénnel, valamint néha bizmuttal , uránnal és ezüsttel együtt a nikkel megnövekedett koncentrációt képez nikkel-arzenidek és szulfidok formájában. A nikkel általában szulfid- és arzéntartalmú réz-nikkel ércekben található.
Növényekben átlagosan 5⋅10-5 tömegszázalék nikkel, tengeri állatokban 1,6⋅10-4 , szárazföldi állatokban 1⋅10-6 , emberi szervezetben 1,2⋅10-6 . Sokat tudunk az élőlényekben található nikkelről. Megállapították például, hogy az emberi vérben az életkor előrehaladtával változik a nikkeltartalma, hogy állatoknál megnövekszik a nikkel mennyisége a szervezetben, és végül, hogy vannak olyan növények és mikroorganizmusok - a nikkel "koncentrátorai", amelyek ezreket tartalmaznak. és akár több százezerszer több nikkelt, mint a környezet.
A nikkelércek fő lelőhelyei Kanadában , Oroszországban ( Murmanszki régió , Norilszki régió, Urál , Voronyezsi régió [15] ), Dél-Afrikában, Albániában, Görögországban, Új-Kaledóniában, Ukrajnában [16] és Kubában találhatók.
Indonézia rendelkezik a világ legnagyobb nikkelkészleteivel (21 millió tonna). Évente termeli a legtöbb nikkelt (több mint 340 ezer tonnát) [17] .
A természetes nikkel 5 stabil izotópot tartalmaz: 58 Ni (68,27%), 60 Ni (26,10%), 61 Ni (1,13%), 62 Ni (3,59%), 64 Ni (0,91%). Léteznek mesterségesen előállított nikkelizotópok is, amelyek közül a legstabilabbak az 59 Ni (felezési idő 100 ezer év), a 63 Ni (100 év) és az 56 Ni (6 nap).
Az ércekben lévő nikkel teljes készletét 1998 elején 135 millió tonnára becsülik, beleértve a megbízhatóakat is - 49 millió tonnát. A fő nikkelércek - nikkelin (kupfernickel) NiAs, millerit NiS , pentlandit (FeNi) 9 S 8 - szintén tartalmaznak arzént , vasat és ként; A pentlandit zárványai a magmás pirrotitban is előfordulnak . Más ércek, amelyekből Ni-t is bányásznak, Co-, Cu-, Fe- és Mg-szennyeződéseket tartalmaznak. Néha a nikkel a finomítási folyamat fő terméke, de gyakrabban más fémtechnológiák melléktermékeként nyerik. A megbízható készletek közül különböző források szerint a nikkel 40-66% -a az "oxidált nikkelércekben" (ONR), 33% -a szulfidban, 0,7% - máshol található. 1997-ben az OHP feldolgozása során előállított nikkel részesedése a világ termelésének mintegy 40%-át tette ki. Ipari körülmények között az OHP két típusra oszlik: magnézium- és vastartalmú.
A tűzálló magnéziumérceket általában ferronikkel (5–50% Ni + Co, a nyersanyag összetételétől és a technológiai jellemzőktől függően) elektromos olvasztásának vetik alá .
A leginkább vastartalmú - laterites érceket hidrometallurgiai módszerekkel dolgozzák fel ammónia-karbonátos vagy kénsavas autoklávos kilúgozással. A nyersanyag összetételétől és az alkalmazott technológiai sémáktól függően ezen technológiák végtermékei: nikkel-oxid (76-90% Ni), szinter (89% Ni), különböző összetételű szulfidkoncentrátumok, valamint elektrolitikus fémnikkel. , nikkelporok és kobalt.
Kevésbé vastartalmú - nontronit ércek olvadnak mattra . A teljes ciklusban működő vállalkozásoknál a további feldolgozási séma magában foglalja a nikkel-oxid átalakítását, matt pörkölését, elektromos olvasztását fémes nikkel előállítására. Útközben a kivont kobalt fém és/vagy sók formájában keletkezik [18] . Egy másik nikkelforrás: a dél-walesi szén hamujában Angliában - akár 78 kg nikkel tonnánként. Egyes szénben, olajban és agyagpalában a megnövekedett nikkeltartalom azt jelzi, hogy a fosszilis szerves anyagok nikkelkoncentrációját okozhatják. Ennek a jelenségnek az okai még nem tisztázottak.
„A nikkelt sokáig nem lehetett plasztikus formában előállítani, mivel mindig van benne egy kis mennyiségű kén nikkel-szulfid formájában, amely vékony, rideg rétegekben helyezkedik el a fém határain. Kis mennyiségű magnézium hozzáadása az olvadt nikkelhez a ként a magnéziummal vegyületté alakítja, amely szemcsék formájában szabadul fel anélkül, hogy megzavarná a fém plaszticitását” [19] .
A nikkel nagy részét garnieritből és mágneses piritekből nyerik.
2015-ben a nikkelfogyasztás 67%-a rozsdamentes acélgyártásra, 17%-a vasmentes ötvözetek, 7%-a nikkelezésre és 9%-a egyéb alkalmazásokra, például akkumulátorokra, porkohászatra és vegyszerekre irányult [20] .
A nikkel a legtöbb szuperötvözet , a repülőgépiparban az erőművek részeihez használt magas hőmérsékletű anyagok alapja.
A nikkelezés egy nikkel bevonat létrehozása egy másik fém felületén, hogy megvédje a korróziótól. Nikkel(II)-szulfátot, nátrium-kloridot, bór-hidroxidot, felületaktív anyagokat és fényes anyagokat, valamint oldható nikkel anódokat tartalmazó elektrolitokat galvanizálással hajtják végre. A keletkező nikkelréteg vastagsága 12-36 µm. A felületi fényesség stabilitása utólagos krómozással biztosítható (krómréteg vastagság - 0,3 mikron).
Az árammentes nikkelezést nikkel(II)-klorid és nátrium-hipofoszfit keverékének oldatában végezzük nátrium-citrát jelenlétében :
Az eljárást 4-6 pH-n és 95 °C-on hajtják végre [21] .
Vas-nikkel, nikkel-kadmium, nikkel-cink, nikkel-hidrogén akkumulátorok gyártása .
Számos vegyipari technológiai folyamat Raney-nikkelt használ katalizátorként .
A 63 Ni -t kibocsátó β - részecskéket kibocsátó nuklid felezési ideje 100,1 év, és kritronokban , valamint a gázkromatográfiás elektronbefogási detektorokban (ECD) használják.
A nikkelt számos országban széles körben használják érmék előállítására [22] . Az Egyesült Államokban az 5 centes érmét a köznyelvben " nikkelnek " nevezik [23] .
A nikkelt hangszerek húrtekercseinek előállítására is használják .
2012-ben a nikkel ára tonnánként 15 500 és 17 600 dollár között mozgott.
2021 októberében az árak Sanghajban elérték a 24 067,64 dollárt tonnánként, Londonban pedig a 20 705 dollárt [24] .
A nikkel az élő szervezetek normális fejlődéséhez szükséges nyomelemek egyike. Az élő szervezetekben betöltött szerepéről azonban keveset tudunk. A nikkelről ismert, hogy részt vesz az állatok és növények enzimatikus reakcióiban. Állatoknál a keratinizált szövetekben halmozódik fel, különösen a tollakban.
A 20. században kiderült, hogy a hasnyálmirigy nagyon gazdag nikkelben. Ha inzulin után adják be , a nikkel meghosszabbítja az inzulin hatását, és ezáltal fokozza a hipoglikémiás aktivitást. A nikkel befolyásolja az enzimatikus folyamatokat, az aszkorbinsav oxidációját , felgyorsítja a szulfhidril-csoportok diszulfid csoportokká történő átalakulását.
A nikkel és vegyületei mérgezőek és rákkeltőek [25] [26] [27] [28] .
A nikkel a bőrrel érintkező fémekre (ékszerek, órák, farmer szegecsek) szembeni allergiák ( kontakt dermatitisz ) fő oka . A nikkelt 2008-ban az év allergénjének választotta az Amerikai Contact Dermatitis Society [29] . Az Európai Unió korlátozta az emberi bőrrel érintkezésbe kerülő termékek nikkeltartalmát [30] .
Oroszországban nincs tilalom a nikkel ékszerekben és orvosi berendezésekben való felhasználására kémiai tehetetlensége miatt [31] .
A nikkel gátolja az adrenalin hatását és csökkenti a vérnyomást . A nikkel túlzott bevitele a szervezetben vitiligo -t okoz . A nikkel a hasnyálmirigyben és a mellékpajzsmirigyben rakódik le .
A talajok megnövekedett nikkeltartalma endémiás betegségekhez vezet - csúnya formák jelennek meg a növényekben, és szembetegségek az állatokban, amelyek a nikkel szaruhártya felhalmozódásával kapcsolatosak. . Mérgező dózis (patkányoknak) - 50 mg . Különösen károsak a nikkel illékony vegyületei, különösen a tetrakarbonil - Ni(CO) 4 . A levegőben lévő nikkelvegyületek MPC-értéke 0,0002 és 0,001 mg/m 3 között van (különböző vegyületek esetében).
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
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 , |
érme fémek | |
---|---|
Fémek | |
Ötvözetek |
|
Érmecsoportok | |
Fémcsoportok | |
Lásd még |
|