Никель

Никель это химический элемент, простое вещество, выделенный из латеритов двух руд и магматических сульфидов, никель является переходным металлом.

Название никель происходит от немецкого термина «Kupfernickel», что означает дьявольская медь.

Скорее всего, его можно найти в ядре Земли, а не в земной коре. Этот элемент является одним из самых универсальных природных веществ, добываемых на планете.

Химическое название никеля — Ni; таким образом, этот металл также называют элементом Ni.

Что такое никель

Это (Niccolum; от нем. Nickel — горный дух, гном), Ni — химический элемент 10 группы, (устаревшая VIII группы) периодической системы элементов; ат. н. 28, ат. м. 58,70. Серебристо-белый металл.

В соединениях проявляет в основном степень окисления 2, другие степени окисления (+ 1, + 3 и + 4) редки.

Природный никель состоит из смеси стабильных изотопов 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (12,25%), 62Ni (3,66%) и 64Ni (1,16%). Искусственный радиоактивный изотоп 58 Ni имеет период полураспада 10⁵ лет .

Известны   искусственные   радиоактивные изотопы с массовыми числами 56, 57, 59, 63, 65 и 66. Впервые никель получил (1751) швед, химик А. Кронштедт.

Производство никеля развивается с начала 19 в., в конце 19 в. его начали использовать в качестве легирующей составляющей в сталях. Содержание никеля в земной коре 8•10^-3%.

Содержание в литосфере никеля около 0,02 масс.%. Важные руды — никелевый колчедан NiS и мышьяково-никелевый блеск NiAsS .

Чистый никель — желтовато — белый , пластичный , ковкий и тягучий металл , хорошо полируется , ферромагнитен.

Более того, этот металл является пятым по распространенности элементом в мире.

Использование никеля чрезвычайно ценно при производстве целого ряда материалов, начиная от военного снаряжения и проволоки и заканчивая монетами.

Удивительные свойства никеля также делают его отличным источником для создания многих других сплавов путем плавления и смешивания двух или более металлов.

Существует около 3000 никельсодержащих сплавов в предметах повседневного обихода. Они выпускаются в различных формах, таких как шарики, трубы, уголки, катушки, стержни, листы, пластины, бруски, трубки и многое другое.

Минералы никеля

Известно более 100 минералов, содержащих никель. Из них важнейшие: миллерит, пентландит (железоникелевый колчедан) (Fe, Ni)₉S₈, никелин Ni As, аннаберчит Ni₃(AsО₄)₂ • 8Н₂О, ревдинскит (Ni, Mg)₆• (Si₄O₁₀)(ОН)₈, гарниерит (гидросиликат никеля) Ni₄(Si₄O₁₀)(ОН)₈ • 4Н₂О.

Самородный никель (в виде сплава с железом) часто входит в состав метеоритов.

Открытие никеля

Работая над новым металлом, добытым на руднике в Лос, Хельсингланд, Швеция, барон Аксель Фредрик Кронштедт первоначально подумал, что он может состоять из меди.

Поэтому раньше никель называли «Никель Купфера».

Но в 1751 году шведский химик и минералог попробовал нагревать «Купферникель» с использованием древесного угля; он заметил множество различных свойств, таких как магнитность и белый цвет.

Таким образом, Кронштедт является первым человеком, который извлек и выделил никель в качестве нового элемента.

В конце концов он убрал термин «Купфер» и переименовал этот новый элемент в никель.

Крупнейшим производителем никеля в мире является Россия, однако Китай является крупнейшим потребителем этого металла.

Физические свойства никеля

Кристаллическая решетка никеля кубическая гранецентрированная с периодом а = 3,5238 А (т-ра 20° С). Плотность (т-ра 20° С) 8,90 г/см; t_пл 1453° С; t_кип 2730° С.

Температурный коэфф. линейного расширения (т-ра 20—100° С) 1,3 • 10^-5 град-1; коэфф. теплопроводности (т-ра 20° С) 0,220 кал/см • сек • град.

Удельная теплоемкость (т-ра 25° С) 0,106 кал/г • град; удельное электрическое сопротивление (т-ра 20 С) 6,8 • 10 ом-бм.

Никель ферромагнитен, его Кюри точка 358° С. Мех. св-ва Н. (т-ра 20° С); предел прочности на растяжение 40 — 50 кгс/мм²; предел упругости 8 кгс/мм²; предел текучести 12 кгс/мм².

Относительное удлинение 40%; относительное сужение 70%; модуль   норм,   упругости   20 500 кгс/мм²; НВ = 60—80; модуль сдвига 7300 кгс/мм²; ударная вязкость 18 кгс-м/мм².

Предел усталости (на базе 107 циклов) отожженного Н. 16,6 кгс/мм₂, деформированного никеля 29 кгс/мм₂.

Никель— металл средней активности. Медленно растворяется в разбавленных к-тах, щелочи на него не действуют.

5-центовая монета США представляет собой комбинацию 75% меди и 25% никеля.

Основные свойства никеля

• Никель ферромагнитен, что означает, что он легко намагничивается при комнатной температуре.
• Она одновременно податлива и пластична.
• Одним из лучших свойств никеля является то, что он устойчив к нагреванию, окислению и коррозии.
• Он имеет химическое название ni и серебристо-белый цвет с золотистым оттенком.
• Атомный номер никеля равен 28.
• Температура плавления никеля составляет 2,831 ° F (1,555 ° C), тогда как его температура кипения составляет приблизительно 5,135 ° F (2,835 ° C).
• Чистая форма никеля вступает в реакцию с кислородом.

Электронная конфигурация Ni в основном состоянии

Электронная конфигурация никеля Ni в основном состоянии — это состав электронов вокруг ядра атома с более низкими энергетическими уровнями.

Электроны, получающие орбитали с различными уровнями энергии, обычно падают в основное состояние или состояние с самой низкой энергией.

Элемент Ni находится в блоке d, 7-м столбце и 4-м энергетическом уровне.

Следовательно, это указывает на то, что электронная конфигурация Ni завершится 3d⁸ с d-орбитой, которая будет на один уровень меньше по сравнению с ее энергетическим уровнем.

(Ni) Атомный номер никеля = 28

Электронная конфигурация никеля Ni : [Ar] 3d⁸4s² полная электронная никеля 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²

Вы потребляете соединения никеля с некоторыми продуктами, такими как морская фасоль, фрукты и орехи.

Химические свойства никеля

В компактном состоянии никель устойчив к действию воздуха и воды , менее активен чем железо , хуже растворяется в разбавленных кислотах и нерастворим в щелочах.

Концентрированная азотная кислота и серная кислота пассивируют никель .

У никеля два оксида — оксид никеля ( II ) NiO и оксид никеля ( III )Ni₂O₃ и соответственно два ряда соединений.

Наиболее устойчивы соединения никеля ( II ) . Соединения никеля ( III ) проявляют окислительные свойства , они нестойкие .

Гидроксид никеля ( II ) Ni(OH)₂ осаждают , действуя щелочами на соли :

NiSO₄ + 2NaOH = Ni(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Зелёный осадок гидроксида никеля ( II ) Ni(OH)₂ растворяется в кислотах .

Гидроксид никеля ( III ) Ni(OH)₃ получается в виде чёрного — бурого осадка при действии окислителей на гидроксид никеля ( II ) .

Широко распространены только соли никеля ( II ) , имеющие зеленый цвет в кристаллическом состоянии и в растворах.

Чаще всего применяют никелевый купорос NiSO₄ • 7H₂O , который необходим при никелировании металлов , а также для получения чистого никеля .

Подобно железо и кобальт , никель образует комплексные соединения . Например , действием избытка аммиака на сульфат никеля ( II ) получаем аммиакаты :

NiSO₄ + 6NH₄OH = [Ni(NH₃)6]SO₄ + 6H₂O

Эта соль растворима в воде , сообщает раствору интенсивную синюю окраску .

При никелировании используют комплексные соединения никеля ( II ) с цианид — ионами в качестве лигандов , например K₂[Ni(CN)₄] .

Органический реагент диметилглиоксим [CH₃CNOH]₂ выделяет из аммиачных растворов солей никеля ( II ) ало — красный осадок внутрикомплексной соли.

Эту реакцию применяют  аналитической химии.

В организмах никель активирует многие ферменты , усиливает синтез серосодержащих аминокислот .

При одновременном присутствии железа и никеля улучшается образование гемоглобина в крови животных.

Основная масса никеля в промышленности расходуется на производство сплавов для электротехнике : инвара , платинита , нихрома , никелина.

Образование соединений никеля

Концентрированная азотная к-та пассивирует никель не взаимодействует с благородными газами и металлами I подгрупп (за исключением бериллия и магния).

Железо, кобальт, палладий, платина, марганец, родий, иридий, медь и золото образуют с никелем непрерывные ряды, а рутений, осмий, рений, хром, молибден, вольфрам и ванадий — широкие, но ограниченные области твердых растворов.

Серебро, таллий и свинец с никелем в жидком состоянии расслаиваются, но в незначительных количествах взаимно растворяются.

С остальными металлами никель образует интерметаллические соединения. Поглощает значительные количества водорода, подвержен «водородной хрупкости».

Устойчивых карбидов не образует, но в твердом состоянии растворяет до 2,7 ат.% углерода. С бором образует устойчивые бориды (Ni₃B,  Ni₂B,  NiB),  с кремнием — силициды  (Ni₂Si,NiSi, NiSi₂).

С азотом не реагирует до т-ры 1000° С, взаимодействует при повышенной т-ре с фосфором и серой, образуя фосфиды (Ni₃P, Ni₂P) и сульфиды (NiS, Ni₃S₂, NiS₂).

С теллуром и селеном образует селениды и теллуриды переменного состава. Компактный никель не окисляется на воздухе при комнатной т-ре.

Окись никеля NiO — порошок зеленого цвета, нерастворимый в воде, легко восстанавливается до металла.

Известны также малоустойчивые высшие окислы Ni₂О₃ и NiО₂.

Галогены при обычной т-ре и при отсутствии влаги с никелем не взаимодействуют, но при нагревании никеля в виде порошка легко соединяются с ним, образуя галогениды NiГ₂.

При взаимодействии высокодисперсного никеля с окисью углерода при т-ре 50 — 100° С  образуется  карбонил Ni(СО)₄ — бесцветная жидкость, кипящая при т-ре 43° С.

Для металла характерно образование комплексных соединений,     например     аммиакатов [Ni(NH₃)₆]Г₂. Никель добывают из сульфидных и силикатных (окисленных) руд.

Получение никеля

Качественная реакция на никель позволяет определить концентрацию и некоторые примеси, для этого используют неорганические и органические реагенты.

Сульфидную руду, содержащую, кроме никеля железо, медь, кобальт и платиновые металлы, обогащают и плавят, при этом расплав расслаивается на штейн (смесь сульфидов) и шлак (окислы).

Штейн конвертируют, в процессе конвертирования железо окисляется и отшлаковывается с кремнеземом.

Полученный файнштейн (смесь сульфидов никеля и меди) измельчают и флотационным методом разделяют на медный и никелевый концентраты.

• Другой метод переработки файнштейна заключается в переплавке с сульфидом натрия (смесью сульфата и бисульфата натрия с углем), в результате к-рой происходит расслоение расплава с концентрированием никеля в нижней части.

Никелевый сульфидный концентрат обжигают и подвергают восстановительной плавке.

• По третьему методу файнштейн обжигают, медь выщелачивают, остаток переплавляют с коксом и направляют на дальнейшее рафинирование.

Никель от меди и примесей отделяют также карбонильным способом, основанном на образовании легколетучего тетракарбонила никеля и его последующем термическом разложении.

Этим методом получают металл чистотой 99,99%. Силикатные руды перерабатывают пиро- или гидрометаллургическим методом.

• Пирометаллургический метод включает восстановительную плавку на штейн с серосодержащими добавками к руде. Последующая переработка штейна аналогична описанной.
• Гидрометаллургический метод основан на выщелачивании металла из восстановленной руды растворами аммиака и аммонийных солей.

Никель в виде комплексных солей переходит в раствор, из которого осаждается в виде карбоната при удалении аммиака.

Карбонат обжигают до закиси никеля и подвергают восстановительной плавке. Черновой никель рафинируют электролитическим способом.

Окисленные руды иногда восстанавливают в твердом состоянии с получением ферроникеля (кричный способ) или переплавляют с коксом и древесным углем в электр. печах, получая никелистый чугун.

Никель поставляют в виде листов, пластин, слитков и гранул.

Применение никеля

Никель отличается хорошей пластичностью, что позволяет изготовлять из него различные изделия деформированием в холодном и горячем состоянии.

Используют преимущественно для получения легированных сталей, жаропрочных, коррозионностойких, электротехнических и магнитных материалов.

Кроме того, его применяют в качестве защитных покрытий различных материалов (стали, чугуна, алюминия и др.), наносимых методом плакирования и гальванопластикой .

Из никеля изготовляют различную аппаратуру с высокой коррозионной стойкостью (котлы, тигли, емкости для хранения и транспортирования пищевых продуктов и хим. реактивов), электроды щелочных аккумуляторов.

Никелевые трубы используют в хим. произ-ве. Никелевую проволоку и тонкостенные никелевые трубы применяют для изготовления   деталей   электровакуумных приборов.

Никелевый порошок используют в качестве катализатора в реакциях гидрогенизации органических соединений. На основе порошков чистого никеля изготовляют пористые фильтры.

Никелевые сплавы применяются также в химической и авиационной промышленности , в судостроении . Как легирующий металл никель сообщает сталям вязкость , механическую прочность , жаростойкость , устойчивость к коррозии.

Хромоникелевые стали ( 1 — 4% никеля и 0,5 — 2% хрома ) идут на изготовление брони , бронебойных снарядов , артиллерийских орудий.

Никель используется в щелочных аккумуляторах. Давно известен как катализатор.

Негативное воздействие никеля

Как и многие другие металлы на Земле, если в организм человека попадает слишком много никеля, это также оказывает неблагоприятное воздействие на человека.

Во-первых, во время добычи полезных ископаемых вдыхание некоторых соединений никеля может вызвать у шахтеров неизлечимую аллергию.

Такие работники более склонны к фиброзу, раку легких и т.д.

Кроме того, существует риск токсичности для людей, когда большое количество никеля скапливается в воздухе, почве, продуктах питания или воде.

Часто задаваемые вопросы по Никелю ?

Является ли никель хорошим проводником электричества?

Да, никель, как и любой другой металл, является относительно хорошим проводником электричества.

Именно по этой причине вы увидите применение никелевых элементов в различных электронных изделиях.

Кроме того, никелевые провода проводят электроны почти так же эффективно, как медные провода.

Что такое никель — чистый металл или Сплав?

Никель — это прежде всего металл. Но применение никеля с различными другими материалами повышает такие свойства никеля, как коррозионная и термостойкость, долговечность и т.д.

Таким образом, вы получаете новые вещества, которые известны как никелевые сплавы, например, сплавы никель-железо, сплавы никель-медь, сплавы никель-хром, сплавы никель — хром-железо и другие.

Статья на тему никель