Nikkelhistorie, egenskaper, struktur, bruk, risiko

Han nikkel Det er et hvitt overgangsmetall hvis kjemiske symbol er eller. Hardheten er større enn jern, i tillegg til at det er en god leder av varme og strøm, og generelt regnes det som et lite reaktivt metall og veldig motstandsdyktig mot korrosjon. I sin rene tilstand er han sølv med gyldne nyanser.

I 1751 klarte Axel Fredrik Cronsted, svensk kjemiker, å isolere ham fra et mineral kjent som Kupfernickel (Devil's Copper), hentet fra en koboltgruve fra en svensk landsbyby. Til å begynne med trodde Cronsted at mineralet var kobber, men det isolerte elementet viste seg å være hvitt, forskjellig fra kobber.

Nikkelfærer der de gylne tonene hans er skyver. Kilde: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Cronsted kalte elementet som et nikkel og deretter ble det slått fast at mineralet kalt Kupfernickel var Nicolita (Nickel Arseniuro).

Nikkel er hentet hovedsakelig fra to forekomster: de stollende bergartene og andre segregasjoner av jordens magma. Mineraler er svoveløse, for eksempel pentladita. Den andre nikkelkilden er den siste, med nikkel -rike mineraler som Garnierita.

Hovedpåføringen av nikkel ligger i dannelsen av legeringer med mange metaller; For eksempel griper det inn i utdyping av rustfritt stål, industriell aktivitet som bruker omtrent 70 % av verdensnikkelproduksjonen.

I tillegg brukes nikkel i legeringer som alnicus, en legering av magnetisk karakter for utdyping av elektriske motorer, høyttalere og mikrofoner.

Nikkel begynte å bli brukt i utdyping av mynter i midten av nittende århundre. Imidlertid er bruken for øyeblikket erstattet av rimeligere metaller; Selv om det fortsetter å bli brukt i noen land.

Nikkel er et essensielt element for planter, siden det aktiverer ureasa -enzymet som griper inn i nedbrytningen av urea til ammoniakk, brukbar av planter som en kilde til nitrogen. I tillegg er urea en giftig forbindelse som forårsaker alvorlig skade på planter.

Nikkel er et element av stor toksisitet for mennesker, det er bevis på å være et kreftfremkallende middel. I tillegg forårsaker nikkel dermatitt og allergiutvikling.

[TOC]

Historie

Antikken

Mannen visste siden eldgamle tider eksistensen av nikkel. For eksempel ble det funnet i bronseobjekter (3500 a.c.), til stede i land som for tiden tilhører Syria, en 2% nikkelprosent.

Også kinesiske manuskripter antar at "hvitt kobber", kjent som agn, ble brukt mellom 1700 og 1400 til.c. Mineralet ble eksportert til Storbritannia i det syttende århundre; Men nikkelinnholdet i denne legeringen (Cu-Ni) ble ikke oppdaget før i 1822.

I middelalderens Tyskland ble det funnet en rødlig malm, lik kobber og presenterte grønne flekker. Gruvearbeiderne prøvde å isolere kobberet av mineralet, men mislyktes i sitt forsøk. I tillegg produserte kontakt med mineralhelseforstyrrelser.

Av disse grunner tilskrev gruvearbeiderne mineralet en ond tilstand og tildelte forskjellige navn som illustrerte denne tilstanden; Som "Old Nick", også Kupphernickel (Devil's Copper). Nå er det kjent at det aktuelle mineralet var Nicolita: Nikkel Arseniuro, Nias.

Oppdagelse og produksjon

I 1751 prøvde Axel Fredrik Cronsted å isolere kobber av Kupfernickel, oppnådd fra en koboltgruve som ligger i nærheten av Hassinglandt, en svensk landsby. Men han klarte bare å skaffe seg et hvitt metall, som inntil da var ukjent og kalte ham nikkel.

Fra 1824 ble nikkel oppnådd som et biprodukt av blå koboltproduksjon. I 1848 ble det opprettet et støperi for behandlingen av nikkel som var til stede i pyrrotittmineralet i Norge.

I 1889 ble nikkel introdusert i produksjonen av stål, og avsetningene som ble oppdaget i Nueva Caledonia ga nikkel for verdensforbruk.

Egenskaper

Utseende

Sølv, skinnende og med et lite gyldent fargestoff.

Atomvekt

58.9344 u

Atomnummer (z)

28

Smeltepunkt

1.455 ºC

Kokepunkt

2.730 ºC

Tetthet

-Ved romtemperatur: 8.908 g/ml

Kan servere deg: fiolett glass

-Ved smeltepunktet (væske): 7,81 g/ml

Fusjonsvarme

17,48 kJ/mol

Fordampningsvarme

379 kJ/mol

Molar kalorikapasitet

26.07 J/mol

Elektronegativitet

1.91 på Pauling -skalaen

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsnivå: 737,1 kJ/mol

Andre ioniseringsnivå: 1.753 kJ/mol

Tredje ioniseringsnivå: 3.395 kJ/mol

Atomisk radio

Empirisk kl. 12.00

Radiokovalent

124,4 ± 16:00

Termisk ledningsevne

90,9 w/(m · k)

Elektrisk resistivitet

69,3 nΩ · m ved 20 ºC

Hardhet

4.0 på MOHS -skalaen.

Kjennetegn

Nikkel er et duktil, formbart metall og har en hardhet større enn jern, og er en god elektrisk og termisk leder. Det er et ferromagnetisk metall ved normale temperaturer, og er dens curie -temperatur på 358 ºC. Ved høyere temperaturer slutter nikkel å være ferromagnetisk.

Nikkel er et av de fire ferromagnetiske elementene, og er de tre andre: jern, kobolt og gadolinio.

Isotoper

Det er 31 nikkelisotoper, begrenset av ⁴⁸Eller ⁷⁸Ingen.

Det er fem naturlige isotoper: ⁵⁸Heller ikke med en overflod på 68,27 %; ⁶⁰Heller ikke med en overflod på 26,10 %; ⁶¹Heller ikke med en overflod på 1,13 %; ⁶²Heller ikke med en overflod på 3,59 %; og ⁶⁴Heller ikke med en overflod på 0,9 %.

Atomvekten på nesten 59 U for nikkel viser at det ikke er noen markant overvekt i noen av isotoper (selv når ⁵⁸Det er heller ikke det mest tallrike).

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Metallisk nikkel krystalliserer i en kubisk struktur sentrert på ansikter (FCC). Denne FCC -fasen er ekstremt stabil og forblir uendret til press nær 70 GPa; Liten bibliografisk informasjon om nikkelfaser eller polymorfer under høyt trykk.

Morfologien til nikkelkrystaller er variabel, da disse kan ordnes på en slik måte at de definerer en nanotubo. Som nanopartikler eller makroskopisk faststoff forblir metallbindingen den samme (i teorien); det vil si at det er de samme elektronene i Valencia som holder sammen atomene til Ni.

I henhold til de to mulige elektroniske konfigurasjonene for nikkel:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

Det er ti elektroner involvert i den metalliske bindingen; Enten åtte eller ni i 3D -orbitalen, sammen med to eller en i 4S -orbitalen. Merk at Valencia -båndet er praktisk talt fullt, i nærheten av å transportere elektronene sine til kjørebåndet; faktum som forklarer sin relativt høye elektriske ledningsevne.

Nickels FCC -struktur er så stabil at stål til og med blir lagt til når det blir lagt til. Dermed er rustfritt jern med høyt nikkelinnhold også FCC.

Oksidasjonstall

Nikkel, selv om det ser ut til, har også rikelig med antall eller oksidasjonstilstander. Negativene er åpenbare å vite at to elektroner bare mangler for å fullføre ti av 3D -orbitalen; Dermed kan du vinne ett eller to elektroner, med oksidasjonstall -1 (eller^-) eller -2 (eller^2-), henholdsvis.

Det mest stabile oksidasjonsnummeret for nikkel er +2, forutsatt at eksistensen av kationen eller²⁺, som har mistet elektronene i 4S -orbitalen og har åtte elektroner i 3D -orbitalen (3D⁸).

Det er også to andre positive oksidasjonstall: +3 (eller³⁺) og +4 (eller⁴⁺). På skole- eller videregående nivåer læres det bare at nikkel eksisterer som Ni (II) eller Ni (III), som er fordi de er de vanligste oksidasjonstallene og finnes i veldig stabile forbindelser.

Og når det er det metalliske nikkel som er en del av en forbindelse, det vil si med sitt nøytrale atom eller, sies det at det deltar eller lenker med et oksidasjonsnummer på 0 (eller⁰).

Hvor er nikkel?

Mineraler og sjø

Nikkel utgjør 0,007 % av jordskorpen, så overfloden er lav. Men er fremdeles det andre metallet i overflod etter jern i jordens smeltede kjerne, kjent som NIFE. Sjøvann har en gjennomsnittlig nikkelkonsentrasjon på 5,6 · 10^-4 mg/l.

Kan tjene deg: glukoneogenese

Det finnes normalt i stollende bergarter, å være pentland, et mineral dannet av jernsulfid og nikkel [(ni, ​​tro)₉S₈], en av Nickels hovedkilder:

Roca sammensatt av Pentland og pyrrotittmineraler. Kilde: John Sobolewski (JSS) [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

Pentlandita -mineralet er til stede i Sudbury, Ontario, Canada; En av hovedavsetningene i dette metallet i verden.

Pentlands har en nikkelkonsentrasjon mellom 3 og 5 %, og er assosiert med pyrrotitt, et jernsulfid rik på nikkel. Disse mineralene er i bergprodukter av segregasjonene av jordens magma.

Lateritas

Den andre viktige nikkelkilden er lateritas, bestående av tørre jordsmonn i de varme områdene. De er fattige i silika og har flere mineraler, inkludert: Garnierita, et magnesium og nikkel -silikat; og sitronitten, et jernmineral [(tro, ni) eller (OH) med et innhold mellom 1 og 2 % nikkel.

Det anslås at 60 % av nikkel blir trukket ut fra det siste, og de resterende 40 % av de magmatiske sulfurøse forekomstene.

Meteoritter og olje

Nikkel finnes også i jernmeteoritter med Kamacita og Taenita -legeringene. Kamacita er en jern- og nikkellegering, med en prosentandel på 7 % av den; Mens Taenita er den samme legeringen, men med en prosentandel av nikkel mellom 20 og 65 %.

Nikkel er festet til organiske forbindelser, av denne grunn er det i høy konsentrasjon i kull og olje.

Kina er den største nikkelprodusenten i verden, etterfulgt av Russland, Japan, Australia og Canada.

applikasjoner

-Elementær nikkel

Legeringer

Ventil produsert med monellegering. Kilde: Heather Smith [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

Det brukes i legering med jern hovedsakelig for utdyping av rustfritt stål, siden 68 % av nikkelproduksjonen brukes til dette formålet.

Det danner også en legering med kobber, korrosjonsbestandig. Denne legeringen består av 60 % nikkel, 30 % kobber og små mengder andre metaller, spesielt jern.

Nikkel brukes i resistive, magnetiske og andre formål, for eksempel nikkel sølv; Og en legering bestående av nikkel og kobber, men inneholder ikke penger. Ni-Cu-rør brukes i avsaltningsplanter, rustning og mynter.

Nikkel leverer iherdighet og motstand mot trekkraft til legeringer som danner korrosjonsmotstand. I tillegg til legeringene med kobber, jern og krom, brukes det i legering med bronse, aluminium, bly, kobolt, sølv og gull.

Monelegering består av 17 % nikkel, 30 % kobber og med jern, mangan og silisium. Det er sjøvannsavstandsdyktig, noe som gjør det ideelt for bruk i skip.

Beskyttende handling

Nikkel når den reagerer med fluor danner et beskyttende lag av fluorelementet, slik at metallnikkel eller monellegering kan brukes i fluorkanaler.

Nikkel er motstandsdyktig mot handlingen av alkalier. Av denne grunn brukes det i containere som inneholder konsentrert natriumhydroksyd. Det brukes også i galvanoplastikk for å skape en beskyttende overflate for andre metaller.

Andre bruksområder

Nikkel brukes som et seks -metall reduserende middel av platinogruppen til mineralene der det er kombinert; hovedsakelig fra platina og paladium. Nikkelskum eller nett brukes til utdyping av alkaliske drivstoffbatterier.

Nikkel brukes som katalysator for hydrogenering av grønnsaksmettede fettsyrer, og brukes i den margarine utdypingsprosessen. Kobber- og Cu-Ni-legering har antibakteriell virkning på E. coli.

Nanopartikler

Nickel nanopartikler (NPS-Ni), finn et bredt utvalg av bruk etter det største overflatearealet sammenlignet med en makroskopisk prøve. Når disse NPS-Ni blir syntetisert fra planteekstrakter, utvikler de antimikrobielle og antibakterielle aktiviteter.

Det kan tjene deg: naturlige kjemiske elementer

Årsaken til ovennevnte skyldes dens største tendens til å oksidere i kontakt med vann, danne kationer eller²⁺ og veldig reaktive oksygenerte arter, som denaturaliserer mikrobielle celler.

På den annen side brukes NPS-Ni som elektrodemateriale i faste brenselceller, fibre, magneter, magnetiske væsker, elektroniske deler, gasssensorer, etc. De er også katalytiske, adsorbent støtter, blekemidler og rensing av avløpsvann.

-Forbindelser

Klorid, nitrat og nikkel sulfat brukes i nikkelbad i galvanoplastikk. I tillegg brukes sulfatsaltet i fremstilling av katalysatorer og mordanter for tekstilfarging.

Nikkelperoksyd brukes i lagringsbatterier. Nikkelferritas brukes som magnetiske kjerner i antennene i forskjellige elektriske utstyr.

Nikkelstubborn Carbonil bringer karbonmonoksid for akrylatsyntese, fra acetylen og alkoholer. Kombinert barium og nikkeloksyd (banium₃) Det fungerer som råstoff for fremstilling av katoder av mange oppladbare batterier, for eksempel Ni-CD, Ni-FE og Ni-H.

Biologisk papir

Planter krever nikkelens tilstedeværelse for vekst. Det er kjent at flere enzymer av planter bruker det som en kofaktor, inkludert ureasa; enzym som konverterer urea til ammoniakk, og kan bruke denne forbindelsen i plantenes funksjon.

I tillegg produserer akkumulering av urea en endring i plantenes blader. Nikkel virker i form av en katalysator for å favorisere nitrogenfiksering av belgfrukter.

De mest følsomme avlingene for nikkelmangel er belgfrukter (bønner og alfalfa), bygg, hvete, plommer og fersken. Mangelen er manifestert i planter ved klorose, fallende blader og vekstmangel.

I noen bakterier er ureasa -enzymet nikkelavhengig, men de anses at de kan ha en virulent virkning i organismer som bor.

Andre bakterielle enzymer, så som overroksyddysmutase, samt glioxidase til stede i bakterier og noen parasitter, for eksempel i tripanosomer, er avhengig av nikkel. Imidlertid er de samme enzymer i høyere arter ikke avhengig av nikkel, men sink.

Risiko

Inntaket av store mengder nikkel er assosiert med generering og utvikling av kreft i lunge, nese, strupehode og prostata. I tillegg forårsaker det luftveisproblemer, respirasjonssvikt, astma og bronkitt. Nikkeldamp kan forårsake pulmonal irritasjon.

Nikkelkontakt med huden kan forårsake sensibilisering, som deretter produserer en allergi, manifestert som et kutanutbrudd.

Kutan nikkeleksponering kan være årsaken til en dermatitt kjent som "nikkel kløe", hos tidligere sensibiliserte mennesker. Når bevisstheten om nikkel oppstår, vedvarer det på ubestemt tid.

Det internasjonale byrået for kreftforskning (IARC), plasserte nikkelforbindelser i gruppe 1 (det er tilstrekkelig bevis på kreftfremkallende forhold hos mennesker). OSHA regulerer imidlertid ikke nikkel som kreftfremkallende.

Det anbefales at eksponering for metallisk nikkel og dets forbindelser ikke kan være større enn 1 mg/m³ i åtte timers arbeid i en arbeidsuke på førti timer. Den har nikkelkarbonyl og nikkel sulfid som veldig giftige eller kreftfremkallende forbindelser.

Referanser

1. Muhammad Imran Din og Anela Rani. (2016). Nyere fremskritt i syntese og stabilisering av nikel for nikkel og nikeloksid: en grønn adeptness. International Journal of Analytical Chemistry, Vol. 2016, artikkel ID 3512145, 14 sider, 2016. gjør jeg.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Nikkelbaserte nanopartikler som adsorbenter i vannrensemetoder - en gjennomgang. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikkel. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Nickel Institute. (2018). Rustfritt stål: Nikkelens rolle. Gjenopprettet fra: Nickelinstitute.org
5. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (20. mars 2019). Nikkel. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5. oktober 2018). Nikkelrolle i dyrking av planter. Promix. Gjenopprettet fra: Pthorticulture.com
7. Lentech. (2019). Periodisk bord: nikkel. Gjenopprettet fra: Lentech.com
8. Bell Terence. (28. juli 2019). Nikkelmetallprofil. Gjenopprettet fra: TheBalance.com
9. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (22. juni 2018). 10 Nikkelelementfakta. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani & akhmad a. Korda. (2015). Effekten av nikkeltilsetning på antimikrobielle, fysiske og mekaniske egenskaper til kobber-nikkellegering mot suspensjoner av Escherichia coli. AIP Conference Proceedings 1677, 070023. gjør jeg.org/10.1063/1.4930727