Nikkel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Kobolt | Kobber → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Udseende af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nikkelprøve | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Navn, symbol, nummer | Nikkel / Niccolum (Ni), 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe , punktum , blok |
10 (forældet 8), 4, d-element |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse ( molær masse ) |
58.6934(4) [1] a. e. m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfiguration |
[Ar] 3d 8 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius | 124 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kemiske egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radius | 115 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ion radius | (+2e) 69 kl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitet | 1,91 (Pauling-skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrodepotentiale | -0,25V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationstilstande | 0, +2, +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
736,2 (7,63) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tæthed ( i.a. ) | 8,902 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smeltetemperatur | 1726K (1453 ° C , 2647 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kogetemperatur | 3005K (2732 ° C , 4949°F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. fusionsvarme | 17,61 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. fordampningsvarme | 378,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molær varmekapacitet | 26,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molært volumen | 6,6 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystalgitteret af et simpelt stof | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gitterstruktur | Kubisk FCC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gitterparametre | 3.524 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatur | 375K _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre egenskaber | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varmeledningsevne | (300 K) 90,9 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS nummer | 7440-02-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
længst levede isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
28 | Nikkel |
Ni58,6934 | |
3d 8 4s 2 |
Nikkel ( kemisk symbol - Ni , fra lat. Ni ccolum ) - et kemisk grundstof af den 10. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den ottende gruppe, VIIIB), den fjerde periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 28.
Det simple stof nikkel er et duktilt , formbart , sølv - hvidt overgangsmetal . Ved almindelige temperaturer i luften er den dækket af en tynd oxidfilm . Kemisk inaktiv.
Grundstoffet har fået sit navn fra navnet på bjergenes ånd (jf. tysk nikkel - drilsk) i tysk mytologi, som "kastede" kobbersøgende med et rødt mineral svarende til kobbermalm (nu kendt som nikkelin )
Nikkel blev opdaget i 1751. Men længe før det var saksiske minearbejdere godt klar over malmen, som udadtil lignede kobber og blev brugt i glasfremstilling til at farve glas grønt. Alle forsøg på at få kobber fra denne malm var mislykkede, og derfor i slutningen af det 17. århundrede. malmen fik navnet Kupfernickel, hvilket kan oversættes som "Kobber stædig" eller "Kobber drilsk" [3] [4] [5] [6] . Det er nu kendt, at kupfernikkel er et mineral nikkelin - nikkelarsenid NiAs. Denne malm blev undersøgt i 1751 af den svenske mineralog A. Kronstedt . Det lykkedes ham at få grøn oxid fra malmen og ved hjælp af dens reduktion et nyt hvidt metal, som han navngav til ære for spiritus efter navnet på mineralet - nikkel [7] . På moderne tysk kaldes "kupfernikkel" for en legeret cupronickel [8] .
Nikkel er et bandeord i minearbejdernes sprog. Det blev dannet af den forvanskede Nicolaus, et generisk ord, der havde flere betydninger. Men først og fremmest tjente ordet Nicolaus til at karakterisere to-ansigtede mennesker; derudover betød det "en drilsk lille ånd", "bedragerisk loafer" osv. I russisk litteratur fra det tidlige 19. århundrede. navnene "nikolan" (Sherer, 1808 og Zakharov, 1810), "nicol" og "nikkel" (Dvigubsky, 1824) blev brugt.
Nikkel er et sølvskinnende hvidt metal, der ikke anløber, når det udsættes for luft. Den har et ansigtscentreret kubisk gitter med en periode a = 0,35238 nm, rumgruppe Fm3m . I sin rene form er den meget plastisk og kan bearbejdes ved tryk. Det er en ferromagnet med et Curie-punkt på 358 °C.
Nikkelatomer har en ekstern elektronisk konfiguration 3d 8 4s 2 . Oxidationstilstanden for Ni(II) er den mest stabile for nikkel .
Nikkel danner forbindelser med oxidationstilstande +1, +2, +3 og +4. Samtidig er nikkelforbindelser med en oxidationstilstand på +4 sjældne og ustabile [10] . Nikkeloxid Ni 2 O 3 er et stærkt oxidationsmiddel.
Nikkel er kendetegnet ved høj korrosionsbestandighed - det er stabilt i luft , i vand, i alkalier , i en række syrer [11] . Kemisk resistens skyldes dens tendens til passivering - dannelsen af en tæt oxidfilm på overfladen, som har en beskyttende effekt. Nikkel opløses aktivt i fortyndet salpetersyre :
og i varmt koncentreret svovlsyre:
Med saltsyre og fortyndede svovlsyrer forløber reaktionen langsomt. Koncentreret salpetersyre passiverer nikkel, men ved opvarmning fortsætter reaktionen stadig [12] (hovedproduktet af nitrogenreduktion er NO 2 ).
Med carbonmonoxid CO danner nikkel let det flygtige og meget giftige carbonyl Ni(CO) 4 .
Fint dispergeret nikkelpulver er pyrofor (selvantænder i luft).
Nikkel brænder kun i pulverform. Danner to oxider NiO og Ni 2 O 3 og henholdsvis to hydroxider Ni(OH) 2 og Ni(OH) 3 . De vigtigste opløselige nikkelsalte er acetat, chlorid, nitrat og sulfat. Vandige opløsninger af salte er normalt farvet grønne, og vandfri salte er gule eller brungule. Uopløselige salte omfatter oxalat og phosphat (grøn), tre sulfider: NiS (sort), Ni 3 S 2 (gullig-bronze) og Ni 3 S 4 (sølv-hvid). Nikkel danner også talrige koordinations- og komplekse forbindelser. For eksempel er nikkeldimethylglyoximat Ni(C 4 H 6 N 2 O 2 ) 2 , som giver en klar rød farve i sure medier, i vid udstrækning anvendt i kvalitativ analyse til påvisning af nikkel.
Vandige opløsninger af nikkel(II)-salte indeholder hexaaquanikkel(II) -ionen [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . Når en ammoniakopløsning tilsættes til en opløsning indeholdende disse ioner, udfældes nikkel(II)hydroxid, et grønt gelatinøst stof. Dette bundfald opløses, når en overskydende mængde ammoniak tilsættes på grund af dannelsen af hexaaminnikkel(II)-ioner [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ .
Nikkel danner komplekser med tetraedriske og flade firkantede strukturer. For eksempel har tetrachloronickelat(II) [NiCl 4 ] 2− komplekset en tetraedrisk struktur, mens tetracyanonickelat(II) [Ni(CN) 4 ] 2− komplekset har en plan kvadratisk struktur.
I kvalitativ og kvantitativ analyse bruges en alkalisk opløsning af butandioxim, også kendt som dimethylglyoxim og Chugaevs reagens , til at påvise nikkel(II)-ioner . Det faktum, at dette stof er et reagens for nikkel, blev fastslået i 1905 af L.A. Chugaev [13] [14] . Når det interagerer med nikkel(II)-ioner, dannes en rød koordinationsforbindelse bis(butandiondioxymato)nikkel(II). Det er en chelatforbindelse , og butandiondioxymato-liganden er bidentat.
Nikkel er ret almindeligt i naturen – dets indhold i jordskorpen er ca. 0,01 % (masse). Det findes kun i jordskorpen i bundet form; jernmeteoritter indeholder naturligt nikkel (fra 5 til 25%). Dens indhold i ultrabasiske bjergarter er cirka 200 gange højere end i sure (1,2 kg/t og 8 g/t). I ultramafiske bjergarter er den overvejende mængde nikkel forbundet med oliviner indeholdende 0,13-0,41% Ni. Det erstatter jern og magnesium isomorf . En lille del af nikkel er til stede som sulfider . Nikkel udviser siderofile og kalkofile egenskaber. Med et øget indhold af svovl i magmaen opstår nikkelsulfider sammen med kobber , kobolt , jern og platinoider . I en hydrotermisk proces , sammen med kobolt, arsen og svovl, og nogle gange med bismuth , uran og sølv , danner nikkel forhøjede koncentrationer som nikkelarsenider og sulfider. Nikkel findes almindeligvis i sulfid- og arsenholdige kobber-nikkelmalme.
I planter i gennemsnit 5⋅10 −5 vægtprocent nikkel, i havdyr - 1,6⋅10 −4 , hos landdyr - 1⋅10 −6 , i menneskekroppen - 1,2⋅10 −6 . Man ved meget om nikkel i organismer. Det er for eksempel blevet fastslået, at dets indhold i menneskeblod ændrer sig med alderen, at hos dyr øges mængden af nikkel i kroppen, og endelig er der nogle planter og mikroorganismer - "koncentratorer" af nikkel, der indeholder tusindvis og endda hundredtusindvis af gange mere nikkel end miljøet.
De vigtigste forekomster af nikkelmalm er placeret i Canada , Rusland ( Murmansk-regionen , Norilsk-regionen, Ural , Voronezh-regionen [15] ), Sydafrika, Albanien, Grækenland, Ny Kaledonien, Ukraine [16] og Cuba.
Indonesien har de største nikkelreserver i verden (21 millioner tons). Den producerer mest nikkel om året (mere end 340 tusinde tons) [17] .
Naturligt nikkel indeholder 5 stabile isotoper: 58 Ni (68,27%), 60 Ni (26,10%), 61 Ni (1,13%), 62 Ni (3,59%), 64 Ni (0,91%). Der er også kunstigt skabte nikkelisotoper, hvoraf de mest stabile er 59 Ni (halveringstid 100 tusind år), 63 Ni (100 år) og 56 Ni (6 dage).
De samlede reserver af nikkel i malme i begyndelsen af 1998 er anslået til 135 millioner tons, inklusive pålidelige - 49 millioner tons. De vigtigste nikkelmalme - nikkelin (kupfernickel) NiAs, millerit NiS, pentlandit (FeNi) 9 S 8 - også indeholder arsen , jern og svovl; Indeslutninger af pentlandit forekommer også i magmatisk pyrrhotit . Andre malme, hvorfra Ni også udvindes, indeholder Co-, Cu-, Fe- og Mg-urenheder. Nogle gange er nikkel hovedproduktet af raffineringsprocessen, men oftere opnås det som et biprodukt i andre metalteknologier. Af de pålidelige reserver, ifølge forskellige kilder, er fra 40 til 66% nikkel i "oxiderede nikkelmalme" (ONR), 33% - i sulfid, 0,7% - i andre. Fra 1997 var andelen af nikkel, der blev produceret ved forarbejdning af OHP, omkring 40% af verdens produktion. Under industrielle forhold er OHP opdelt i to typer: Magnesium og jernholdigt.
Ildfaste magnesianske malme udsættes som regel for elektrisk smeltning til ferronickel (5-50% Ni + Co, afhængig af sammensætningen af råmaterialet og teknologiske egenskaber).
De mest jernholdige - lateritiske malme behandles ved hydrometallurgiske metoder ved hjælp af ammoniakcarbonatudvaskning eller svovlsyreautoklaveudvaskning . Afhængigt af sammensætningen af råmaterialet og de anvendte teknologiske skemaer er slutprodukterne af disse teknologier: nikkeloxid (76–90 % Ni), sinter (89 % Ni), sulfidkoncentrater af forskellige sammensætninger samt elektrolytisk metalnikkel , nikkelpulver og kobolt.
Mindre jernholdige nontronitmalme smeltes til mat . I virksomheder, der opererer på en fuld cyklus, omfatter en yderligere forarbejdningsordning konvertering, ristning af mat, elektrisk smeltning af nikkeloxid for at opnå metallisk nikkel. Undervejs fremstilles den udvundne kobolt i form af metal og/eller salte [18] . En anden kilde til nikkel: i asken fra kullene i det sydlige Wales i England - op til 78 kg nikkel pr. ton. Det øgede nikkelindhold i nogle kul, olier og skifer indikerer muligheden for nikkelkoncentration af fossilt organisk stof. Årsagerne til dette fænomen er endnu ikke klarlagt.
”I lang tid kunne nikkel ikke fås i plastisk form, fordi det altid har en lille indblanding af svovl i form af nikkelsulfid, placeret i tynde, sprøde lag ved metallets grænser. Tilsætning af en lille mængde magnesium til smeltet nikkel omdanner svovl til form af en forbindelse med magnesium, som frigives i form af korn uden at forstyrre metallets plasticitet” [19] .
Størstedelen af nikkel opnås fra garnierit og magnetisk pyrit.
I 2015 var 67 % af nikkelforbruget til produktion af rustfrit stål, 17 % til jernfri legeringer, 7 % til fornikling og 9 % til andre applikationer såsom batterier, pulvermetallurgi og kemikalier [20] .
Nikkel er grundlaget for de fleste superlegeringer , højtemperaturmaterialer, der bruges i luft- og rumfartsindustrien til dele af kraftværker.
Nikkelbelægning er skabelsen af en nikkelbelægning på overfladen af et andet metal for at beskytte det mod korrosion. Det udføres ved galvanisering med elektrolytter indeholdende nikkel(II)sulfat, natriumchlorid, borhydroxid, overfladeaktive stoffer og blanke stoffer og opløselige nikkelanoder. Tykkelsen af det resulterende nikkellag er 12-36 µm. Stabiliteten af overfladeglansen kan sikres ved efterfølgende forkromning (kromlagtykkelse - 0,3 mikron).
Strømløs nikkelplettering udføres i en opløsning af en blanding af nikkel(II)chlorid og natriumhypophosphit i nærværelse af natriumcitrat :
Processen udføres ved pH 4-6 og 95 °C [21] .
Produktion af jern-nikkel, nikkel-cadmium, nikkel-zink, nikkel-brint batterier .
Mange kemiske ingeniørprocesser bruger Raney-nikkel som katalysator .
De nuklid 63 Ni - emitterende β - partikler har en halveringstid på 100,1 år og bruges i krytroner , samt elektronindfangningsdetektorer (ECD) i gaskromatografi.
Nikkel er meget udbredt til fremstilling af mønter i mange lande [22] . I USA kaldes 5 cent-mønten i daglig tale " nikkel " [23] .
Nikkel bruges også til fremstilling af strengeviklinger til musikinstrumenter .
I løbet af 2012 varierede nikkelpriserne fra $15.500 til $17.600 pr. ton.
I oktober 2021 nåede priserne i Shanghai $24.067,64 per ton, og i London $20.705 per ton [24] .
Nikkel er et af de sporstoffer, der er nødvendige for den normale udvikling af levende organismer. Der er dog lidt kendt om dens rolle i levende organismer. Nikkel er kendt for at deltage i enzymatiske reaktioner hos dyr og planter. Hos dyr akkumuleres det i keratiniseret væv, især i fjer.
I det 20. århundrede fandt man ud af, at bugspytkirtlen er meget rig på nikkel. Når det administreres efter insulin , forlænger nikkel virkningen af insulin og øger derved den hypoglykæmiske aktivitet. Nikkel påvirker enzymatiske processer, oxidation af ascorbinsyre , accelererer overgangen af sulfhydrylgrupper til disulfidgrupper.
Nikkel og dets forbindelser er giftigt og kræftfremkaldende [25] [26] [27] [28] .
Nikkel er hovedårsagen til allergi ( kontakteksem ) over for metaller, der kommer i kontakt med huden (smykker, ure, jeansnitter). Nikkel blev kåret til årets allergen i 2008 af Contact Dermatitis Society of America [29] . Den Europæiske Union har begrænset nikkelindholdet i produkter, der kommer i kontakt med menneskelig hud [30] .
I Rusland er der intet forbud mod brug af nikkel i smykker og medicinsk udstyr på grund af dets kemiske inertitet [31] .
Nikkel kan hæmme virkningen af adrenalin og sænke blodtrykket . Overdreven indtagelse af nikkel i kroppen forårsager vitiligo . Nikkel aflejres i bugspytkirtlen og biskjoldbruskkirtlerne .
Øget nikkelindhold i jorden fører til endemiske sygdomme - grimme former opstår i planter, og øjensygdomme hos dyr forbundet med ophobning af nikkel i hornhinden . Toksisk dosis (til rotter) - 50 mg . Særligt skadelige er flygtige forbindelser af nikkel, især dets tetracarbonyl Ni(CO) 4 . MPC for nikkelforbindelser i luft varierer fra 0,0002 til 0,001 mg/m 3 (for forskellige forbindelser).
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
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 , |
møntmetaller | |
---|---|
Metaller | |
Legeringer |
|
Møntgrupper | |
Metal grupper | |
se også |
|