Nickelhistoria, egenskaper, struktur, användningsområden, risker

1338
David Holt

De nickel Det är en vit övergångsmetall vars kemiska symbol är Ni. Dess hårdhet är större än järn, förutom att den är en bra ledare för värme och elektricitet, och i allmänhet anses den vara en metall som inte är särskilt reaktiv och är mycket motståndskraftig mot korrosion. I sitt rena tillstånd är det silver med gyllene undertoner.

1751 lyckades Axel Fredrik Cronsted, en svensk kemist, isolera den från ett mineral som kallas Kupfernickel (djävulskoppar), extraherat från en koboltgruva i en svensk by. Först trodde Cronsted att mineralet var koppar, men det isolerade elementet visade sig vara vitt till skillnad från koppar..

Nickelsfärer där dess gyllene toner lyser igenom. Källa: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Cronsted namngav grundämnet nickel och det konstaterades senare att mineralet som kallades kupfernickel var nikolit (nickelarsenid).

Nickel extraheras huvudsakligen från två avlagringar: vulkaniska bergarter och andra segregeringar av jordens magma. Mineralerna är svavelaktiga, som pentladit. Den andra källan till nickel är lateriter, med nickelrika mineraler som garnierit.

Huvudanvändningen av nickel är bildandet av legeringar med många metaller; till exempel är det involverat i produktionen av rostfritt stål, en industriell aktivitet som förbrukar cirka 70% av världens nickelproduktion.

Dessutom används nickel i legeringar som alnico, en legering av magnetisk natur avsedd för tillverkning av elmotorer, högtalare och mikrofoner..

Nickel började användas vid tillverkning av mynt i mitten av 1800-talet. Emellertid har dess användning nu ersatts med användning av billigare metaller; även om den fortsätter att användas i vissa länder.

Nickel är ett väsentligt element för växter, eftersom det aktiverar enzymet ureas som ingriper i nedbrytningen av urea till ammoniak, som kan användas av växter som kvävekälla. Dessutom är urea en giftig förening som orsakar allvarliga skador på växter..

Nickel är ett element med stor toxicitet för människor, det finns bevis för att det är cancerframkallande medel. Dessutom orsakar nickel kontaktdermatit och utvecklingen av allergier..

Artikelindex

  • 1 Historia
    • 1.1 Antiken
    • 1.2 Upptäckt och produktion
  • 2 fastigheter
    • 2.1 Utseende
    • 2.2 Atomvikt
    • 2.3 Atomnummer (Z)
    • 2.4 Smältpunkt
    • 2.5 Kokpunkt
    • 2.6 Densitet
    • 2.7 Fusionsvärme
    • 2.8 Förångningsvärme
    • 2.9 Molär värmekapacitet
    • 2.10 Elektronegativitet
    • 2.11 Joniseringsenergi
    • 2.12 Atomradie
    • 2.13 Kovalent radie
    • 2.14 Värmeledningsförmåga
    • 2.15 Elektrisk resistivitet
    • 2.16 Hårdhet
    • 2.17 Funktioner
    • 2.18 Isotoper
  • 3 Struktur och elektronisk konfiguration
    • 3.1 oxidationstal
  • 4 Var finns nickel?
    • 4.1 Mineraler och hav
    • 4.2 Lateriter
    • 4.3 Meteoriter och olja
  • 5 användningsområden
    • 5.1 -Elementärt nickel
    • 5.2 -Sammansättningar
  • 6 Biologisk roll
  • 7 risker
  • 8 Referenser

Berättelse

Antiken

Mannen visste sedan urminnes tider förekomsten av nickel. Till exempel hittades en nickelprocent på 2% i bronsföremål (3500 f.Kr.), närvarande i länder som för närvarande tillhör Syrien..

Dessutom föreslår kinesiska manuskript att "vit koppar", känd som baitong, användes mellan 1700 och 1400 f.Kr. Mineralet exporterades till Storbritannien på 1600-talet; men nickelhalten i denna legering (Cu-Ni) upptäcktes inte förrän 1822.

I medeltida Tyskland hittades ett rödaktigt mineral som liknade koppar och som hade gröna fläckar. Gruvarbetarna försökte isolera koppar från malmen, men misslyckades i sitt försök. Dessutom gav kontakt med mineralet hälsoproblem.

Av dessa skäl tilldelade gruvarbetarna mineralet ett malignt tillstånd och tilldelade det olika namn som illustrerade detta tillstånd. som "Old Nick", också kupfernickel (djävulens koppar). Nu är det känt att mineralet i fråga var nikolit: nickelarsenid, NiA.

Upptäckt och produktion

År 1751 försökte Axel Fredrik Cronsted isolera koppar från kupfernickel, erhållen från en koboltgruva som ligger nära Los Halsinglandt, en svensk by. Men han lyckades bara skaffa en vit metall, som hittills var okänd och kallade den nickel..

Från och med 1824 erhölls nickel som en biprodukt från produktionen av koboltblått. 1848 inrättades ett smältverk i Norge för att bearbeta det nickel som finns i mineralet pyrrhotit..

1889 infördes nickel i stålproduktion, och de fyndigheter som upptäcktes i Nya Kaledonien gav nickel för världskonsumtion..

Egenskaper

Utseende

Silvervitt, glänsande och med en lätt gyllene nyans.

Atomvikt

58,9344 u

Atomnummer (Z)

28

Smältpunkt

1 455 ºC

Kokpunkt

2,730 ºC

Densitet

-Vid rumstemperatur: 8,908 g / ml

-Vid smältpunkt (flytande): 7,81 g / ml

Fusionsvärme

17,48 kJ / mol

Förångningsvärme

379 kJ / mol

Molär värmekapacitet

26,07 J / mol

Elektronnegativitet

1,91 på Pauling-skalan

Joniseringsenergi

Första joniseringsnivån: 737,1 kJ / mol

Andra joniseringsnivån: 1 753 kJ / mol

Tredje joniseringsnivån: 3 395 kJ / mol

Atomradio

Empirisk kl

Kovalent radie

124,4 ± 16:00

Värmeledningsförmåga

90,9 W / (m K)

Elektrisk resistans

69,3 nΩ · m vid 20 ºC

Hårdhet

4.0 på Mohs-skalan.

Egenskaper

Nickel är en duktil, formbar metall och har en större hårdhet än järn, och är en bra elektrisk och termisk ledare. Det är en ferromagnetisk metall vid normala temperaturer, dess Curie-temperatur är 358 ºC. Vid högre temperaturer än detta är nickel inte längre ferromagnetiskt.

Nickel är ett av de fyra ferromagnetiska elementen, de andra tre är: järn, kobolt och gadolinium.

Isotoper

Det finns 31 isotoper av nickel, begränsade av 48Varken och 78Varken.

Det finns fem naturliga isotoper: 58Ni, med ett överflöd på 68,27%; 60Ni, med ett överflöd av 26,10%; 61Ni, med ett överflöd av 1,13%; 62Ni, med ett överflöd på 3,59%; Y 64Ni, med ett överflöd på 0,9%.

Atomvikten på cirka 59 u för nickel visar att det inte finns någon markant övervägande i någon av isotoperna (även om 58Det är inte heller det mest förekommande).

Struktur och elektronisk konfiguration

Nickelmetall kristalliserar till en ansiktscentrerad kubisk (fcc) struktur. Denna fcc-fas är extremt stabil och förblir oförändrad upp till tryck nära 70 GPa; det finns lite bibliografisk information om nickelfaser eller polymorfer under högt tryck.

Morfologin hos nickelkristaller är varierande, eftersom de kan ordnas på ett sådant sätt att de definierar ett nanorör. Som en nanopartikel eller makroskopisk fast substans förblir metallbindningen densamma (i teorin); det vill säga det är samma valenselektroner som håller samman Ni-atomerna.

Enligt de två möjliga elektroniska konfigurationerna för nickel:

[Ar] 3d8 4stvå

[Ar] 3d9 4s1

Tio elektroner är inblandade i metallbindningen; antingen åtta eller nio i 3d-banan, tillsammans med två eller en i 4-banan. Observera att valensbandet är praktiskt taget fullt, nära att transportera sina elektroner till ledningsbandet; faktum som förklarar dess relativt höga elektriska ledningsförmåga.

Nickels fcc-struktur är så stabil att den till och med antas av stål när den tillsätts. Således är rostfritt järn med högt nickelinnehåll också fcc.

Oxidationsnummer

Nickel, även om det kanske inte verkar som det, har också ett stort antal eller oxidationstillstånd. Negativen är uppenbara att veta att det bara saknar två elektroner för att slutföra de tio av dess 3d-omlopp; sålunda kan den få en eller två elektroner, med oxidationstal -1 (Ni-) eller -2 (Nitvå-), respektive.

Det mest stabila oxidationsantalet för nickel är +2, förutsatt att Ni-katjonen finnstvå+, som har tappat elektroner från 4s-banan och har åtta elektroner i 3d-banan (3d8).

Det finns också två andra positiva oxidationsnummer: +3 (Ni3+) och +4 (Ni4+). På skol- eller gymnasienivå lärs nickel bara att det finns som Ni (II) eller Ni (III), vilket beror på att de är de vanligaste oxidationsnumren som finns i mycket stabila föreningar..

Och när det är metalliskt nickel som är en del av en förening, det vill säga med sin neutrala atom Ni, sägs det att den deltar eller binder med ett oxidationsnummer på 0 (Ni0).

Var finns nickel?

Mineraler och hav

Nickel utgör 0,007% av jordskorpan, så dess överflöd är lågt. Men det är fortfarande den näst vanligaste metallen efter järn i jordens smälta kärna, känd som Nife. Havsvatten har en genomsnittlig nickelkoncentration på 5,6 · 10-4 mg / L..

Det finns normalt i vulkaniska bergarter, eftersom det är pentlandit, ett mineral bildat av järn och nickelsulfid [(Ni, Fe)9S8], en av de viktigaste källorna till nickel:

Berg bestående av mineraler pentlandit och pyrrhotit. Källa: John Sobolewski (JSS) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Mineralen pentlandit finns i Sudbury, Ontario, Kanada; en av de viktigaste insättningarna i denna metall i världen.

Pentlandit har en nickelkoncentration mellan 3 och 5%, förknippad med pyrrhotit, en järnsulfid rik på nickel. Dessa mineraler finns i stenar, produkter från segregeringar av den markbundna magma.

Lateriter

Den andra viktiga källan till nickel är lateriter, som består av torra jordar i heta områden. De har dålig kiseldioxid och har flera mineraler, inklusive: garnierit, ett magnesium nickelsilikat; och limonit, en järnmalm [(Fe, Ni) O (OH) med ett innehåll mellan 1 och 2% nickel.

Det beräknas att 60% nickel extraheras från lateriter och de återstående 40% från magmatiska svavelhaltiga avlagringar..

Meteoriter och olja

Nickel finns också i järnmeteoriter med kamacit- och taenitlegeringar. Kamacita är en legering av järn och nickel, med en procentandel av 7% av den. medan taenit är samma legering, men med en nickelprocent mellan 20 och 65%.

Nickel binder till organiska föreningar, av denna anledning finns det i hög koncentration i kol och olja.

Kina är världens största nickelproducent, följt av Ryssland, Japan, Australien och Kanada.

Applikationer

-Elementärt nickel

Legeringar

Ventil gjord av monellegering. Källa: Heather Smith [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Den används i legering med järn främst för produktion av rostfritt stål, eftersom 68% av nickelproduktionen används för detta ändamål.

Det bildar också en legering med koppar som är motståndskraftig mot korrosion. Denna legering består av 60% nickel, 30% koppar och små mängder andra metaller, särskilt järn..

Nickel används i resistiva, magnetiska och andra legeringar som nickelsilver; och en legering bestående av nickel och koppar, men innehåller inte silver. Ni-Cu-rör används i avsaltningsanläggningar, avskärmning och vid tillverkning av mynt.

Nickel ger seghet och draghållfasthet för legeringar som bygger motståndskraft mot korrosion. Förutom legeringar med koppar, järn och krom används den i legeringar med brons, aluminium, bly, kobolt, silver och guld..

Monel-legeringen består av 17% nickel, 30% koppar och med spår av järn, mangan och kisel. Den är motståndskraftig mot havsvatten, vilket gör den idealisk för användning på båtpropeller.

Skyddsåtgärder

Nickel som reagerar med fluor bildar ett skyddande skikt av elementet fluor, vilket gör att metalliskt nickel eller monellegering kan användas i fluorgasledningarna.

Nickel är resistent mot alkalins verkan. Av denna anledning används den i behållare som innehåller koncentrerad natriumhydroxid. Det används också vid galvanisering för att skapa en skyddande yta för andra metaller..

Andra användningsområden

Nickel används som reduktionsmedel för sex metaller av platinagruppen av mineraler i vilka det kombineras; främst platina och palladium. Nickelskum eller nät används vid tillverkning av elektroder för alkaliska bränslebatterier.

Nickel används som en katalysator för hydreringen av omättade vegetabiliska fettsyror och används vid framställningen av margarin. Koppar och Cu-Ni-legeringen har antibakteriell verkan på E. coli.

Nanopartiklar

Nickelnanopartiklar (NPs-Ni) hittar en mängd olika användningar på grund av deras större ytarea jämfört med ett makroskopiskt prov. När dessa NP-Ni syntetiseras från växtextrakt utvecklar de antimikrobiella och antibakteriella aktiviteter.

Anledningen till det föregående beror på dess större tendens att oxidera i kontakt med vatten och bilda nikationer.två+ och mycket reaktiva syresatta arter, som denaturerar mikrobiella celler.

Å andra sidan används NPs-Ni som elektrodmaterial i fasta bränsleceller, fibrer, magneter, magnetiska vätskor, elektroniska delar, gassensorer etc. De är också katalytiska bärare, adsorbenter, blekmedel och avloppsrenare..

-Föreningar

Nickelklorid, nitrat och sulfat används i nickelbad vid galvanisering. Dessutom används dess sulfatsalt vid framställning av katalysatorer och mordanter för färgning av textilier..

Nickelperoxid används i förvaringsbatterier. Nickelfrit används som magnetkärnor i antenner i olika elektriska apparater.

Nickeltertrakarbonyl ger kolmonoxid för syntes av akrylater från acetylen och alkoholer. Barium Nickel Combined Oxide (BaNiO3) fungerar som råmaterial för tillverkning av katoder för många uppladdningsbara batterier, såsom Ni-Cd, Ni-Fe och Ni-H.

Biologisk roll

Växter kräver närvaro av nickel för deras tillväxt. Det är känt att det används som en kofaktor av olika växtenzymer, inklusive ureas; enzym som omvandlar urea till ammoniak, att kunna använda denna förening för att växterna fungerar.

Dessutom producerar ackumuleringen av urea en förändring i växternas löv. Nickel fungerar som en katalysator för att främja kvävefixering med baljväxter.

De grödor som är mest känsliga för nickelbrist är baljväxter (bönor och alfalfa), korn, vete, plommon och persikor. Dess brist manifesteras i växter av kloros, bladfall och tillväxtbrister.

I vissa bakterier är enzymet ureas beroende av nickel, men det anses att dessa kan ha en virulent verkan i de organismer som lever.

Andra bakterieenzymer, såsom superoxiddismutas, liksom glyxidaset som finns i bakterier och vissa parasiter, till exempel i trypanosomer, är beroende av nickel. Samma enzymer i högre arter är emellertid inte beroende av nickel utan av zink.

Risker

Intag av stora mängder nickel är associerat med alstring och utveckling av lung-, näs-, struphuvud och prostatacancer. Dessutom orsakar det andningsbesvär, andningssvikt, astma och bronkit. Nickelrök kan orsaka lungirritation.

Kontakt med nickel med huden kan orsaka sensibilisering, som därefter producerar en allergi, manifesterad som hudutslag.

Hudexponering för nickel kan orsaka en dermatit som kallas "nickel klåda" hos tidigare sensibiliserade personer. Vid nickelsensibilisering kvarstår det på obestämd tid.

International Agency for Research on Cancer (IARC) har placerat nickelföreningar i grupp 1 (det finns tillräckliga bevis på cancerframkallande effekter hos människor). OSHA reglerar dock inte nickel som cancerframkallande..

Det rekommenderas att exponeringen för metalliskt nickel och dess föreningar inte får vara större än 1 mg / m3 för åtta timmars arbete under en fyrtio timmars arbetsvecka. Nickelkarbonyl och nickelsulfid är mycket giftiga eller cancerframkallande föreningar.

Referenser

  1. Muhammad Imran Din och Aneela Rani. (2016). Senaste framstegen i syntesen och stabiliseringen av nanopartiklar av nickel och nickeloxid: en grön skicklighet. International Journal of Analytical Chemistry, vol. 2016, artikel-ID 3512145, 14 sidor, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
  2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Nickelbaserade nanopartiklar som adsorbenter i vattenreningsmetoder - En recension. Orient J Chem 2017-33 (4).
  3. Wikipedia. (2019). Nickel. Återställd från: en.wikipedia.org
  4. Nickel Institute. (2018). Rostfritt stål: Nickels roll. Återställd från: nickelinstitute.org
  5. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (20 mars 2019). Nickel. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
  6. Troy Buechel. (05 oktober 2018). Nickels roll i växtodling. Promix. Återställd från: pthorticulture.com
  7. Lenntech. (2019). Periodiskt system: Nickel. Återställd från: lenntech.com
  8. Bell Terence. (28 juli 2019). Nickelmetallprofil. Återställd från: thebalance.com
  9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). 10 fakta om nickelelement. Återställd från: thoughtco.com
  10. Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). Effekten av nickeltillsats på antimikrobiella, fysiska och mekaniska egenskaper hos koppar-nickellegering mot suspensioner av Escherichia coli. AIP-konferensförfaranden 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727

Ingen har kommenterat den här artikeln än.