NIKKEL: HISTORIE, EGENSKAPER, STRUKTUR, BRUK, RISIKO - KJEMI - 2026

Den nikkel er et overgangsmetall hvit kjemiske betegnelsen er Ni. Hardheten er større enn jern, i tillegg til å være en god leder av varme og elektrisitet, og generelt anses det som et metall som ikke er veldig reaktivt og er meget motstandsdyktig mot korrosjon. I sin rene tilstand er det sølv med gyldne fargetoner.

I 1751 klarte Axel Fredrik Cronsted, en svensk kjemiker, å isolere det fra et mineral kjent som Kupfernickel (djevelens kobber), hentet fra en koboltgruve i en svensk landsby. Først trodde Cronsted at mineralet var kobber, men det isolerte elementet viste seg å være hvitt i fargen, forskjellig fra kobber.

Nikkelsfærer der de gyldne tonene lyser gjennom. Kilde: René Rausch

Cronsted benevnte elementet nikkel og det ble senere fastslått at mineralet kalt kupfernickel var nikolit (nikkelarsenid).

Nikkel trekkes hovedsakelig ut fra to forekomster: stollbergarter og andre segregeringer av jordas magma. Mineralene er svovelholdige i naturen, som pentladitt. Den andre kilden til nikkel er lateritter, med nikkelrike mineraler som garnieritt.

Den viktigste bruken av nikkel er i dannelsen av legeringer med mange metaller; for eksempel er det involvert i produksjonen av rustfritt stål, en industriell aktivitet som bruker rundt 70% av verdens nikkelproduksjon.

I tillegg brukes nikkel i legeringer som alnico, en legering av magnetisk karakter beregnet på produksjon av elektriske motorer, høyttalere og mikrofoner.

Nikkel begynte å bli brukt til å lage mynter på midten av 1800-tallet. Imidlertid er bruken nå erstattet av bruk av rimeligere metaller; selv om det fortsatt brukes i noen land.

Nikkel er et viktig element for planter, siden det aktiverer enzymet urease, som er involvert i nedbrytningen av urea til ammoniakk, som kan brukes av planter som en kilde til nitrogen. Videre er urea en giftig forbindelse som forårsaker alvorlig skade på planter.

Nikkel er et element av stor giftighet for mennesker, det er bevis på å være et kreftfremkallende middel. I tillegg forårsaker nikkel kontakteksem og utvikling av allergier.

Historie

antikken

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

På samme måte antyder kinesiske manuskripter at "hvitt kobber", kjent som baitong, ble brukt mellom 1700 og 1400 f.Kr. Mineralet ble eksportert til Storbritannia på 1600-tallet; men nikkelinnholdet i denne legeringen (Cu-Ni) ble ikke oppdaget før i 1822.

I middelalderens Tyskland ble det funnet et rødlig mineral, lik kobber, og som hadde grønne flekker. Gruvearbeiderne prøvde å isolere kobberet fra malmen, men mislyktes i sitt forsøk. I tillegg ga kontakt med mineralet helseproblemer.

Av disse grunner tilskrev gruvearbeiderne mineralet til en ondartet tilstand og tildelte det forskjellige navn som illustrerte denne tilstanden; som "Old Nick", også kupfernickel (djevelens kobber). Nå er det kjent at det aktuelle mineralet var nikolit: nikkelarsenid, NiAs.

Oppdagelse og produksjon

I 1751 prøvde Axel Fredrik Cronsted å isolere kobber fra kupfernickel, hentet fra en koboltgruve som ligger i nærheten av Los Halsinglandt, en svensk landsby. Men han klarte bare å skaffe et hvitt metall, som hittil var ukjent og kalte det nikkel.

Fra 1824 ble nikkel oppnådd som et biprodukt fra produksjonen av koboltblå. I 1848 ble det etablert et smelteverk i Norge for å bearbeide nikkel som var til stede i mineralet pyrrhotitt.

I 1889 ble nikkel introdusert i stålproduksjon, og forekomstene som ble oppdaget i Ny-Caledonia ga nikkelen til verdensforbruk.

Egenskaper

Utseende

Sølvhvit, skinnende og med en svak gylden fargetone.

Atomvekt

58.9344 u

Atomnummer (Z)

28

Smeltepunkt

1.455 ºC

Kokepunkt

2.730 ºC

tetthet

-I romtemperatur: 8,908 g / ml

-Ved smeltepunkt (væske): 7,81 g / ml

Fusjonsvarme

17,48 kJ / mol

Fordampingsvarme

379 kJ / mol

Molær kalorikapasitet

26.07 J / mol

elektro

1,91 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsnivå: 737,1 kJ / mol

Andre ioniseringsnivå: 1.753 kJ / mol

Tredje ioniseringsnivå: 3 395 kJ / mol

Atomradio

Empirisk 124 pm

Kovalent radius

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 duktilt, formbart metall og har en større hardhet enn jern, og er en god elektrisk og termisk leder. Det er et ferromagnetisk metall ved normale temperaturer, og Curie-temperaturen er 358 ºC. Ved temperaturer høyere enn dette er nikkel ikke lenger ferromagnetisk.

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

isotoper

Det er 31 isotoper av nikkel, begrenset av ⁴⁸ Ni og ⁷⁸ Ni.

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

Atomvekten på omtrent 59 u for nikkel viser at det ikke er en markant overvekt av noen av isotopene (selv om ⁵⁸ Ni er den mest tallrike).

Struktur og elektronisk konfigurasjon

Nikkelmetallisk krystalliserer seg til en ansiktssentrert kubisk (fcc) struktur. Denne fcc-fasen er ekstremt stabil, og forblir uendret opp til trykk nær 70 GPa; Det er lite bibliografisk informasjon om faser eller polymorfer av nikkel under høyt trykk.

Morfologien til nikkelkrystaller er variabel, siden de kan ordnes på en slik måte at de definerer en nanorør. Som en nanopartikkel eller et makroskopisk fast stoff, forblir den metalliske bindingen den samme (i teorien); det vil si at det er de samme valenselektronene som holder Ni-atomene sammen.

I henhold til de to mulige elektroniske konfigurasjonene for nikkel:

3d ⁸ 4s ²

3d ⁹ 4s ¹

Ti elektroner er involvert i den metalliske bindingen; enten åtte eller ni i 3d-bane, sammen med to eller en i 4-bane. Merk at valensbåndet er praktisk talt fullt, nær transportering av elektronene til ledningsbåndet; et faktum som forklarer den relativt høye elektriske ledningsevnen.

Nikkels fcc-struktur er så stabil at den til og med blir adoptert av stål når den legges til den. Dermed er også rustfritt jern med høyt nikkelinnhold fcc.

Oksidasjonsnummer

Selv om det kanskje ikke virker som nikkel, har det også rikelig antall eller oksidasjonstilstander. Negativene er åpenbare å vite at det bare mangler to elektroner for å fullføre ti av sin 3d-orbital; Dermed kan den få en eller to elektroner med henholdsvis oksidasjonsnummer -1 (Ni ^- ) eller -2 (Ni ^2- ).

Det mest stabile oksidasjonsnummeret for nikkel er +2, forutsatt at eksistensen er av Ni ²⁺ -kationen , som har mistet elektronene i 4s-bane og har åtte elektroner i 3d-bane (3d ⁸ ).

Det er også to andre positive oksidasjonsnummer: +3 (Ni ³⁺ ) og +4 (Ni ⁴⁺ ). På skole- eller videregående nivå læres nikkel bare å eksistere som Ni (II) eller Ni (III), noe som skyldes at de er de vanligste oksidasjonstallene som finnes i veldig stabile forbindelser.

Og når det er metallisk nikkel som er en del av en forbindelse, det vil si med det nøytrale Ni-atomet, sies det å delta eller binde med et oksidasjonsnummer på 0 (Ni ⁰ ).

Hvor finnes nikkel?

Mineraler og sjø

Nikkel utgjør 0,007% av jordskorpen, så overfloden er liten. Men det er fremdeles det nest rikeste metallet etter jern i jordens smeltede kjerne, kjent som Nife. Sjøvann har en gjennomsnittlig nikkelkonsentrasjon på 5,6 · 10 ^-4 mg / L.

Det er vanligvis funnet i stollede bergarter, med pentlanditt, et mineral dannet av jern og nikkelsulfid, og er en av de viktigste kildene til nikkel:

Berg sammensatt av mineraler pentlanditt og pyrrhotitt. Kilde: John Sobolewski (JSS)

Mineralet pentlanditt er til stede i Sudbury, Ontario, Canada; en av hovedinnskuddene til dette metallet i verden.

Pentlanditt har en nikkelkonsentrasjon mellom 3 og 5%, og er assosiert med pyrrhotitt, et jernsulfid rik på nikkel. Disse mineralene finnes i bergarter, produkter fra segregeringer av jordens magma.

lateritten

Den andre viktige kilden til nikkel er lateritter, som består av tørre jordarter i varme regioner. De er dårlige i silika og har flere mineraler, inkludert: garnieritt, et magnesiumsilikat; og limonitt, en jernmalm

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

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

Nikkel brukes i resistive legeringer, magnetiske og til andre formål, for eksempel nikkelsølv; og en legering bestående av nikkel og kobber, men inneholder ikke sølv. Ni-Cu-rør brukes i avsaltningsanlegg, skjerming og til å lage mynter.

Nikkel gir seighet og strekkfasthet til legeringer som bygger motstand mot korrosjon. I tillegg til legeringer med kobber, jern og krom, brukes det i legeringer med bronse, aluminium, bly, kobolt, sølv og gull.

Monel-legeringen består av 17% nikkel, 30% kobber og med spor av jern, mangan og silisium. Det er motstandsdyktig mot sjøvann, noe som gjør det ideelt for bruk på skip propeller.

Beskyttende handling

Nikkel som reagerer med fluor danner et beskyttende lag for fluorelementet, slik at metallisk nikkel eller Monel-legering kan brukes i fluorgassledningene.

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

Andre bruksområder

Nikkel brukes som reduksjonsmiddel for seks metaller fra platinagruppen av mineraler som det er kombinert; hovedsakelig platina og palladium. Nikkelskum eller nett brukes til fremstilling av elektroder for alkaliske drivstoffbatterier.

Nikkel brukes som katalysator for hydrogenering av umettede vegetabilske fettsyrer, og brukes i prosessen med å lage margarin. Kobber og Cu-Ni-legeringen har antibakteriell virkning på E. coli.

Nanopartikler

Nikkelpartikler (NPs-Ni) finner et bredt bruksområde på grunn av deres større overflate sammenlignet med en makroskopisk prøve. Når disse NPs-Ni blir syntetisert fra planteekstrakter, utvikler de antimikrobielle og antibakterielle aktiviteter.

Årsaken til det foregående skyldes dens større tendens til å oksidere i kontakt med vann, danne Ni ²⁺ kationer og sterkt reaktive oksygenerte arter, som denaturerer mikrobielle celler.

På den annen side brukes NPs-Ni som elektrodemateriale i faste brenselceller, fibre, magneter, magnetiske væsker, elektroniske deler, gasssensorer, etc. På samme måte er de katalytiske bærere, adsorbenter, blekemidler og avløpsrensere.

-Composites

Nikkelklorid, nitrat og sulfat brukes i nikkelbad i galvanisering. Videre brukes sulfatsaltet i fremstillingen av katalysatorer og mordanter for farging av tekstiler.

Nikkelperoksid brukes i lagringsbatterier. Nikkelferriter brukes som magnetiske kjerner i antenner i forskjellige elektriske utstyr.

Nikkel-tertrakarbonyl gir karbonmonoksid for syntese av akrylater, fra acetylen og alkoholer. Det kombinerte oksydet av barium og nikkel (BaNiO ₃ ) fungerer som råstoff for fremstilling av katoder av mange oppladbare batterier, som Ni-Cd, Ni-Fe og Ni-H.

Biologisk rolle

Planter krever tilstedeværelse av nikkel for deres vekst. Det er kjent å bli brukt som en kofaktor av forskjellige planteenzymer, inkludert urease; enzym som omdanner urea til ammoniakk, og som kan bruke denne forbindelsen til å fungere som planter.

Videre gir akkumulering av urea en endring i bladene til plantene. Nikkel fungerer som katalysator for å fremme nitrogenfiksering av belgfrukter.

Avlingene som er mest følsomme for nikkelmangel er belgfrukter (bønner og alfalfa), bygg, hvete, plommer og fersken. Dets mangel manifesteres i planter ved klorose, bladfall og vekstmangel.

Hos noen bakterier er enzymet urease avhengig av nikkel, men det anses at disse kan ha en virulent virkning på organismer de bor.

Andre bakterielle enzymer, så som superoksid-dismutase, så vel som glykidasen som er til stede i bakterier og noen parasitter, for eksempel i trypanosomer, er avhengig av nikkel. De samme enzymene i høyere arter er imidlertid ikke avhengig av nikkel, men av sink.

risiko

Inntak av store mengder nikkel er assosiert med generering og utvikling av kreft i lunger, nese, strupehode og prostata. I tillegg forårsaker det luftveisproblemer, respirasjonssvikt, astma og bronkitt. Nikkelgasser kan forårsake lungeirritasjon.

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

Hudeksponering for nikkel kan forårsake en dermatitt kjent som "nikkel kløe" hos tidligere sensibiliserte personer. Ved sensibilisering for nikkel vedvarer det på ubestemt tid.

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

Det anbefales at eksponering for metallisk nikkel og dets forbindelser ikke kan overstige 1 mg / m ³ i åtte timers arbeid i en førti timers arbeidsuke. Nikkelkarbonyl og nikkelsulfid er svært giftige eller kreftfremkallende forbindelser.

referanser

1. Muhammad Imran Din og Aneela Rani. (2016). Nyere fremskritt i syntese og stabilisering av nikkel- og nikkeloksid-nanopartikler: En grønn adeptness. International Journal of Analytical Chemistry, vol. 2016, artikkel-ID 3512145, 14 sider, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Nikkelbaserte nanopartikler som adsorbenter i vannrensningsmetoder - en gjennomgang. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikkel. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Nikkelinstitutt. (2018). Rustfritt stål: rollen som nikkel. Gjenopprettet fra: nickelinstitute.org
5. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (20. mars 2019). Nikkel. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
6. Troy Buechel. (05. oktober 2018). Nikkels rolle i plantedyrking. Promix. Gjenopprettet fra: pthorticulture.com
7. Lenntech. (2019). Periodisk bord: Nikkel. Gjenopprettet fra: lenntech.com
8. Bell Terence. (28. juli 2019). Nikkelmetallprofil. Gjenopprettet fra: thebalance.com
9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). 10 fakta om nikkelelement. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). Effekten av nikkeltilsetning på antimikrobielle, fysiske og mekaniske egenskaper av kobber-nikkellegering mot suspensjoner av Escherichia coli. AIP Conference Proceedings 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727