Historia niklu, właściwości, struktura, zastosowania, ryzyko

On nikiel Jest to biały metal przejściowy, którego symbolem chemicznym jest OR. Jego twardość jest większa niż żelazo, oprócz tego jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności, i ogólnie jest uważany za nieco reaktywny metal i bardzo odporny na korozję. W swoim czystym stanie jest srebrny ze złotymi niuansami.

W 1751 r. Axel Fredrik Cronsted, szwedzki chemik, udało się wyodrębnić go od minerału znanego jako Kupfernickel (Diabelski miedź), wydobyty z kopalni kobaltu ze szwedzkiej wioski. Początkowo Cronsted pomyślał, że minerał jest miedzi, ale izolowany element okazał się biały, inny niż miedź.

Nikiel Sfery, w których jego złote odcienie są popychane. Źródło: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Cronsted nazwał ten element niklem, a następnie ustalono, że minerał o nazwie Kupfernickel był Nicolita (Nickel Arseniuro).

Nickel jest wydobywany głównie z dwóch złóż: skał magmowych i innych segregacji magmy Ziemi. Minerały są siarkowe, takie jak pentladita. Drugie źródło niklu to najnowsze, z minerałami o niklu, takich jak Garnierita.

Główne zastosowanie niklu leży w tworzeniu stopów z licznymi metaliami; Na przykład interweniuje w opracowaniu stali nierdzewnej, działalności przemysłowej, która zużywa około 70 % światowej produkcji niklu.

Ponadto nikiel jest używany w stopach takich jak Alnicus, stop o charakterze magnetycznym do opracowania silników elektrycznych, głośników i mikrofonów.

Nikiel zaczął być używany w opracowaniu monet w połowie NINEVII wieku. Jednak jego użycie zostało obecnie zastąpione tańszymi metaliami; Chociaż nadal jest używany w niektórych krajach.

Nikiel jest niezbędnym elementem dla roślin, ponieważ aktywuje enzym Ureasa, który interweniuje w degradacji mocznika do amoniaku, użytecznych przez rośliny jako źródło azotu. Ponadto mocznik jest toksycznym związkiem, który powoduje poważne uszkodzenie roślin.

Nikiel jest elementem wielkiej toksyczności dla ludzi, istnieją dowody na bycie czynnikiem rakotwórczym. Ponadto nikiel powoduje zapalenie skóry i rozwój alergii.

[TOC]

Historia

Antyk

Mężczyzna wiedział od starożytnych czasów istnienie niklu. Na przykład znaleziono go w obiektach brązowych (3500 a.C.), obecny na ziemiach należących obecnie do Syrii, co stanowi 2% nikiel.

Również chińskie rękopisy zakładają, że „biała miedź”, znana jako Baitong, została użyta między 1700 a 1400.C. Minerał został wyeksportowany do Wielkiej Brytanii w XVII wieku; Ale zawartość niklu tego stopu (Cu-Ni) została odkryta dopiero w 1822 roku.

W średniowiecznych Niemczech znaleziono czerwonawą rudę, podobną do miedzi i prezentowała zielone plamy. Górnicy próbowali odizolować miedź minerału, ale nie udało się w ich próbie. Ponadto kontakt z minerałami produkował zaburzenia zdrowia.

Z tych powodów górnicy przypisali minerałowi zły warunek i przypisali różne nazwy, które zilustrowały ten warunek; Jako „Old Nick”, także Kupphernicel (Diabelski Copper). Teraz wiadomo, że omawiany minerał to Nicolita: Nickel Arseniuro, Nias.

Odkrycie i produkcja

W 1751 r. Axel Fredrik Cronsted próbował odizolować miedź Kupfernickel, uzyskaną z kopalni kobaltu położonego w pobliżu Hassinglandt, szwedzkiej wioski. Ale udało mu się uzyskać biały metal, który do tej pory był nieznany i nazwał go nikiel.

Od 1824 r. Nickel uzyskano jako produkt uboczny produkcji niebieskiego kobaltu. W 1848 r. W Norwegii ustanowiono odlewnię do przetwarzania niklu obecnego.

W 1889 r.

Nieruchomości

Wygląd

Srebrny, błyszczący i z lekkim złotym barwnikiem.

Masa atomowa

58 9344 u

Liczba atomowa (z)

28

Temperatura topnienia

1.455 ° C

Punkt wrzenia

2.730 ° C

Gęstość

-W temperaturze pokojowej: 8 908 g/ml

Może ci służyć: fioletowe szkło

-W temperaturze topnienia (ciecz): 7,81 g/ml

Fusion Heat

17,48 kJ/mol

Ciepło parowe

379 kJ/mol

Pojemność kaloryczna trzonowa

26,07 J/mol

Elektronialiczność

1.91 na skali Pauling

Energia jonizacji

Pierwszy poziom jonizacji: 737,1 kJ/mol

Drugi poziom jonizacji: 1.753 kJ/mol

Trzeci poziom jonizacji: 3.395 kJ/mol

Radio atomowe

Empiryczne 124 PM

Radio Kowalencyjne

124,4 ± 16:00

Przewodność cieplna

90,9 W/(M · K)

Rezystancja

69,3 nω · m w 20 ° C

Twardość

4.0 w skali MOHS.

Charakterystyka

Nikiel jest plastycznym, plastycznym metalem i ma twardość większą niż żelazo, będąc dobrym przewodnikiem elektrycznym i termicznym. Jest to metal ferromagnetyczny w normalnych temperaturach, który jest jego temperaturą curie 358 ° C. W wyższych temperaturach nikiel przestaje być ferromagnetyczny.

Nickel jest jednym z czterech elementów ferromagnetycznych, będących pozostałymi trzema: żelazo, kobalt i gadolinio.

Izotopy

Istnieje 31 izotopów niklu, ograniczone przez ⁴⁸Ani ⁷⁸Żaden.

Istnieje pięć naturalnych izotopów: ⁵⁸Ani z obfitością 68,27 %; ⁶⁰Ani z obfitością 26,10 %; ⁶¹Ani z obfitością 1,13 %; ⁶²Ani z obfitością 3,59 %; I ⁶⁴Ani z obfitością 0,9 %.

Waga atomowa prawie 59 u dla niklu pokazuje, że w żadnym z izotopów nie ma znacznej przewagi ⁵⁸Nie jest to również najliczniejsze).

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Metalowy nikiel krystalizuje w strukturze sześciennej wyśrodkowanej na twarzach (FCC). Ta faza FCC jest wyjątkowo stabilna i pozostaje niezmieniona na presję blisko 70 GPa; Małe informacje bibliograficzne o fazach niklu lub polimorfach pod wysokim ciśnieniem.

Morfologia kryształów niklu jest zmienna, ponieważ można je ułożić w taki sposób, że definiują nanorurek. Jako nanocząstki lub makroskopowe ciało stałe, wiązanie metalowe pozostaje takie same (teoretycznie); to znaczy te same elektrony Walencji trzymają razem atomy Ni.

Według dwóch możliwych konfiguracji elektronicznych dla niklu:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

W wiązaniu metalicznym jest dziesięć elektronów; Osiem lub dziewięć w 3D Orbital, wraz z dwoma lub jeden w orbitalach 4S. Zauważ, że zespół Valencia jest praktycznie pełny, bliski transportu swoich elektronów do pasma napędowego; Fakt, że wyjaśnia jego stosunkowo wysoką przewodność elektryczną.

Struktura FCC niklu jest tak stabilna, że ​​stal jest nawet przyjęta po dodaniu. Zatem żelazo ze stali nierdzewnej o wysokiej zawartości niklu jest również FCC.

Liczby utleniania

Nikiel, nawet jeśli się wydaje, ma również obfite liczby lub stany utleniania. Negatywy są oczywiste, wiedząc, że brakuje dwóch elektronów, aby ukończyć dziesięć jego orbity 3D; W ten sposób możesz wygrać jedno lub dwa elektronom, mając liczby utleniania -1 (lub^-) lub -2 (lub^2-) odpowiednio.

Najbardziej stabilnym liczbą utleniania niklu jest +2, zakładając istnienie kationu lub²⁺, który stracił elektrony Orbital 4S i ma osiem elektronów na orbicie 3D (3D⁸).

Istnieją również dwie inne dodatnie liczby utleniania: +3 (lub³⁺) i +4 (lub⁴⁺). Na poziomie szkoły lub w szkole średniej nauczono tylko, że nikiel istnieje jako Ni (II) lub Ni (III), co jest tym, że są najczęstszymi liczbami utleniania i występując w bardzo stabilnych związkach.

A gdy jest to metalowy nikiel, który jest częścią związku, to znaczy z jego neutralnym atomem lub mówi się, że uczestniczy lub łączy z liczbą utleniania 0 (lub⁰).

Gdzie jest nikiel?

Minerały i morze

Nikiel stanowi 0,007 % skorupy Ziemi, więc jej obfitość jest niska. Ale nadal jest drugi metal pod względem obfitości po żelazie w stopionym jądrze ziemi, znany jako Nife. Woda morska ma średnie stężenie niklu 5,6,10^-4 Mg/L.

Może ci służyć: glukoneogeneza

Zwykle występuje w skałach magmowych, będąc Pentlandem, minerałem utworzonym z siarczku żelaza i niklu [(ni, ​​wiara)₉S₈], jedno z głównych źródeł niklu:

ROCA złożone z minerałów Pentland i pirotytu. Źródło: John Sobolewski (JSS) [CC przez 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Minerał Pentlandita jest obecny w Sudbury, Ontario, Kanada; Jeden z głównych złoża tego metalu na świecie.

Pentlands ma stężenie niklu między 3 a 5 %, związane z pirotytem, ​​siarczkiem żelaza bogatym w nikiel. Te minerały znajdują się w skałach produktów segregacji magmy Ziemi.

LaterItas

Innym ważnym źródłem niklu są LaterItas, składające się z suchych gleb ciepłych regionów. Są biedni w krzemionce i mają kilka minerałów, w tym: Garnierita, magnez i krzemian niklu; i cytryna, żelazny minerał [(wiara, ni) lub (OH) z zawartością od 1 do 2 % niklu.

Szacuje się, że 60 % niklu jest wyodrębnione z najnowszych, a pozostałe 40 % magmowych złóż siarkowych.

Meteoryty i olej

Nikiel znajduje się również w żelaznych meteorytach z stopami Kamacita i Taenita. Kamacita jest stopem żelaza i niklu, z odsetkiem 7 %; Podczas gdy Taenita jest tym samym stopem, ale z odsetkiem niklu od 20 do 65 %.

Nikiel jest ustalony na związkach organicznych, z tego powodu jest w wysokim stężeniu węgla i oleju.

Chiny są największym producentem niklu na świecie, a następnie Rosja, Japonia, Australia i Kanada.

Aplikacje

-Podstawowy nikiel

Stopy

Zawór wyprodukowany ze stopem Monel. Źródło: Heather Smith [CC przez 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Jest stosowany w stopie z żelazem głównie do opracowania stali nierdzewnej, ponieważ do tego celu stosuje się 68 % produkcji niklu.

Tworzy również stop z miedzią, odporną na korozję. Ten stop składa się z 60 % niklu, 30 % miedzi i niewielkich ilości innych metali, zwłaszcza żelaza.

Nikiel jest stosowany w celach rezystancyjnych, magnetycznych i innych, takich jak srebro nikiel; I stop składający się z niklu i miedzi, ale nie zawiera pieniędzy. Rurki NI-CU są stosowane w roślinach odsalania, zbroi i monetach.

Nikiel dostarcza wytrwałość i odporność na przyczepność na stopy, które tworzą odporność na korozję. Oprócz stopów z miedzią, żelazem i chromem jest stosowany w stopie z brązem, aluminium, ołów, kobaltu, srebra i złota.

Stop Monel składa się z 17 % niklu, 30 % miedzi i żelaza, manganu i krzemu. Jest odporny na wodę morską, co czyni ją idealną do użytku na statkach.

Działanie ochronne

Nikiel podczas reagowania z fluorem tworzy warstwę ochronną pierwiastka fluoru, umożliwiając stosowanie metalowego niklu lub stopu monelowego w kanałach fluorowych.

Nikiel jest odporny na działanie alkalis. Z tego powodu jest stosowany w pojemnikach zawierających skoncentrowany wodorotlenek sodu. Jest również stosowany w galwanoplastyce do stworzenia powierzchni ochronnej dla innych metali.

Inne zastosowania

Nikiel jest używany jako sześciogometalny środek redukujący platynową grupę minerałów, w której jest łączony; głównie z Platinum i Paladium. Nikielowa piana lub siatka jest używana do opracowania alkalicznych akumulatorów paliwowych.

Nikiel jest stosowany jako katalizator do uwodornienia warzyw nieznanych kwasów tłuszczowych, stosowany w procesie opracowania margaryny. Stop miedzi i cu-ni mają działanie przeciwbakteryjne na e. coli.

Nanocząstki

Nanocząsteczki niklu (NPS-NI), znajdź szeroką gamę użytkowania po jej największej powierzchni w porównaniu z próbką makroskopową. Kiedy te NPS-NI są syntetyzowane z ekstraktów roślinnych, rozwijają działalność przeciwdrobnoustrojową i przeciwbakteryjną.

Może ci służyć: naturalne pierwiastki chemiczne

Powodem powyższego jest jego największa tendencja do utleniania się w kontakcie z wodą, tworzeniem kationów lub²⁺ i bardzo reaktywne gatunki natlenione, które denaturalizują komórki drobnoustrojów.

Z drugiej strony NPS-NI są stosowane jako materiał elektrody w stałych ogniwach paliwowych, włókien, magnesach, płynach magnetycznych, części elektronicznych, czujnikach gazu itp. Są to również katalityczne, adsorbentowe wsporniki, środki wybielające i oczyszczanie ścieków.

-Związki

Chlorek, azotan i siarczan niklu jest stosowany w kąpielach niklu w galwanoplastyce. Ponadto jego sól siarczanowa jest stosowana w przygotowaniu katalizatorów i mordantów do barwienia tekstylnego.

Nadtlenek niklu jest używany w akumulatorach magazynowych. Ferritów niklu są stosowane jako jądra magnetyczne w antenach w różnych urządzeniach elektrycznych.

Nikiel uparty węgiel przynosi tlenek węgla do syntezy akrylanu, z acetylenu i alkoholi. Połączony bar barowy i niklu (BANUM₃) Służy jako surowiec do produkcji katod wielu akumulatorów, takich jak Ni-CD, Ni-Fe i Ni-H.

Artykuł biologiczny

Rośliny wymagają obecności niklu do wzrostu. Wiadomo, że kilka enzymów roślin używa go jako kofaktor, w tym Ureasa; enzym, który przekształca mocznik w amoniak, będąc w stanie użyć tego związku w funkcjonowaniu roślin.

Ponadto akumulacja mocznika powoduje zmianę liści roślin. Nikiel działa w postaci katalizatora, aby sprzyjać utrwalaniu azotu przez rośliny strączkowe.

Najbardziej wrażliwe uprawy na niedobór niklu to rośliny strączkowe (fasola i lucerna), jęczmień, pszenica, śliwki i brzoskwinie. Jego niedobór przejawia się w roślinach przez chlorozę, spadające liście i niedobory wzrostu.

W niektórych bakteriach enzym Ureasa jest zależny od niklu, ale uważa się, że mogą mieć zjadliwe działanie w organizmach, które zamieszkują.

Inne enzymy bakteryjne, takie jak dysmutaza o naprzód, a także glikooksydaza obecna w bakteriach i niektórych pasożytach, na przykład w tripanosomach, zależą od niklu. Jednak te same enzymy u wyższych gatunków nie zależą od niklu, ale cynku.

Ryzyko

Spożycie dużych ilości niklu wiąże się z wytwarzaniem i rozwojem nowotworów płucnych, nosowych, krtani i prostaty. Ponadto powoduje problemy z oddychaniem, niewydolność oddechową, astmę i zapalenie oskrzeli. Pary nikiel mogą powodować podrażnienie płuc.

Kontakt niklu ze skórą może powodować uczulenie, które następnie wytwarza alergię, objawianą jako erupcja skórna.

Ekspozycja na niklu skórne może być przyczyną zapalenia skóry znanego jako „Swędzenie niklu” u wcześniejszych osób. Kiedy pojawia się świadomość niklu, utrzymuje się w nieskończoność.

Międzynarodowa Agencja Badań nad rakiem (IARC) umieściła związki niklu w grupie 1 (istnieje wystarczający dowód na rakotwórczość u ludzi). Jednak OSHA nie reguluje niklu jako rakotwórczy.

Zaleca się, aby ekspozycja na metalowy nikiel i jego związki nie mogą być większe niż 1 mg/m³ przez osiem godzin pracy w tygodniu pracy trwającej czterdzieści godzin. Ma siarczk karbonylowy i niklu jako związki bardzo toksyczne lub rakotwórcze.

Bibliografia

1. Muhammad Imran Din i Anela Rani. (2016). Ostatnie postępy w syntezie i stabilizacji nanocząstek niklu i tlenku niklu: zielona bielizna. International Journal of Analytical Chemistry, t. 2016, identyfikator artykułu 3512145, 14 stron, 2016. doi.Org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Cząstki nano na bazie niklu jako adsorbenty w metodach oczyszczania wody - przegląd. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikiel. Źródło: w:.Wikipedia.org
4. Nickel Institute. (2018). Stal nierdzewna: rola niklu. Odzyskane z: Nickelinstitute.org
5. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (20 marca 2019 r.). Nikiel. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5 października 2018 r.). Rola niklu w uprawie roślin. PROMIX. Odzyskane z: pthorticulture.com
7. Lentech. (2019). Tabela okresowa: nikiel. Odzyskane z: lentech.com
8. Bell Terence. (28 lipca 2019 r.). Profil metalu niklu. Odzyskane z: balita.com
9. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (22 czerwca 2018 r.). 10 faktów z elementów niklu. Odzyskane z: Thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani i Akhmad a. Korda. (2015). Kontekst dodawania niklu do właściwości środków przeciwdrobnoustrojowych, fizycznych i mechanicznych stopu miedzi-Nickel przeciwko zawiesinom Escherichia coli. Postępowanie konferencyjne AIP 1677, 070023. doi.Org/10.1063/1.4930727