Nikkelgeschiedenis, eigenschappen, structuur, gebruik, risico's

Hij nikkel Het is een wit overgangsmetaal waarvan het chemisch symbool de OK is. De hardheid is groter dan die van ijzer, bovendien is het een goede geleider van warmte en elektriciteit, en in het algemeen wordt het beschouwd als een klein reactief metaal en zeer bestand tegen corrosie. In zijn pure staat is hij zilver met gouden nuances.

In 1751 slaagde Axel Fredrik Cronsted, Zweedse chemicus, erin hem te isoleren van een mineraal dat bekend staat als Kupfernickel (Devil's Copper), geëxtraheerd uit een kobaltmijn uit een Zweeds dorp. In het begin dacht Cronsted dat het mineraal koper was, maar het geïsoleerde element bleek wit te zijn, anders dan koper.

Nikkelbollen waarin zijn gouden tonen worden geduwd. Bron: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

Cronsted noemde het element als een nikkel en vervolgens werd vastgesteld dat het mineraal genaamd Kupfernickel Nicolita was (Nickel Arseniuro).

Het nikkel wordt voornamelijk geëxtraheerd uit twee afzettingen: de stollingsgesteenten en andere segregaties van de magma van de aarde. Mineralen zijn zwavelachtig, zoals Pentladita. De tweede nikkelbron is de nieuwste, met nikkel -rijke mineralen zoals de Garnierita.

De belangrijkste toepassing van het nikkel ligt in de vorming van legeringen met talloze metalen; Het grijpt bijvoorbeeld in de uitwerking van roestvrij staal, industriële activiteiten die ongeveer 70 % van de wereldproductie verbruikt.

Bovendien wordt het nikkel gebruikt in legeringen zoals Alnicus, een legering van magnetische aard voor de uitwerking van elektrische motoren, luidsprekers en microfoons.

Het nikkel begon te worden gebruikt bij de uitwerking van munten in het midden van de Nineteenth eeuw. Het gebruik ervan is momenteel echter vervangen door minder dure metalen; Hoewel het in sommige landen nog steeds wordt gebruikt.

Nikkel is een essentieel element voor planten, omdat het het ureasa -enzym activeert dat tussenbeide komt in de afbraak van ureum tot ammoniak, bruikbaar door planten als een stikstofbron. Bovendien is ureum een ​​giftige verbinding die ernstige schade aan planten veroorzaakt.

Nikkel is een element van grote toxiciteit voor mensen, er zijn aanwijzingen dat een kankerverwekkend middel zijn. Bovendien veroorzaakt nikkel dermatitis en allergie -ontwikkeling.

[TOC]

Geschiedenis

Oudheid

De man wist sinds de oudheid het bestaan ​​van nikkel. Het werd bijvoorbeeld gevonden in bronzen objecten (3500 a.C.), aanwezig in landen die momenteel behoren tot Syrië, een nikkelpercentage van 2%.

Ook gaan Chinese manuscripten ervan uit dat het "witte koper", bekend als Baitong, werd gebruikt tussen 1700 en 1400 tot.C. Het mineraal werd in de zeventiende eeuw naar Groot -Brittannië geëxporteerd; Maar de nikkelinhoud van deze legering (Cu-Ni) werd pas in 1822 ontdekt.

In het middeleeuwse Duitsland werd een roodachtig erts gevonden, vergelijkbaar met koper, en presenteerde groene vlekken. De mijnwerkers probeerden het koper van het mineraal te isoleren, maar faalden in hun poging. Bovendien heeft contact met mineraal geproduceerde gezondheidsstoornissen.

Om deze redenen schreven de mijnwerkers aan het mineraal een kwade toestand toe en hebben verschillende namen toegewezen die deze voorwaarde illustreerden; Als "Old Nick", ook Kuppernickel (Devil's Copper). Nu is het bekend dat het mineraal in kwestie Nicolita was: Nickel Arseniuro, Nias.

Ontdekking en productie

In 1751 probeerde Axel Fredrik Cronsted koper van de Kupfernickel te isoleren, verkregen uit een kobaltmijn in de buurt van de Hassinglandt, een Zweeds dorp. Maar hij slaagde er alleen in om een ​​wit metaal te verkrijgen, dat tot die tijd onbekend was en noemde hem nikkel.

Vanaf 1824 werd nikkel verkregen als een bijproduct van Blue Cobalt -productie. In 1848 werd in Noorwegen een gieterij voor de verwerking van het nikkel in het pyrrotiet -mineraal gevestigd.

In 1889 werd het nikkel geïntroduceerd bij de productie van staal en de in Nueva Caledonia ontdekte deposito's voorzagen het nikkel voor wereldverbruik.

Eigenschappen

Verschijning

Zilver, glanzend en met een lichte gouden kleurstof.

Atoomgewicht

58.9344 u

Atoomnummer (z)

28

Smeltpunt

1.455 ºC

Kookpunt

2.730 ºC

Dikte

-Bij kamertemperatuur: 8.908 g/ml

Kan u van dienst zijn: violet glas

-Op het smeltpunt (vloeistof): 7,81 g/ml

Fusiewarmte

17.48 kJ/mol

Verdampingswarmte

379 kJ/mol

Molaire caloriecapaciteit

26.07 J/Mol

Elektronegativiteit

1.91 op de Pauling -schaal

Ionisatieenergie

Eerste ionisatieniveau: 737,1 kJ/mol

Tweede ionisatieniveau: 1.753 kJ/mol

Derde ionisatieniveau: 3.395 kJ/mol

Atomaire radio

Empirisch 124 uur

Radiocovolent

124,4 ± 16.00 uur

Warmtegeleiding

90,9 w/(m · k)

Elektrische weerstand

69,3 nω · m bij 20 ºC

Hardheid

4.0 op de mohs -schaal.

Kenmerken

Het nikkel is een ductiel, kneedbaar metaal en heeft een hardheid die groter is dan die van ijzer, een goede elektrische en thermische geleider. Het is een ferromagnetisch metaal bij normale temperaturen, zijnde de curie -temperatuur van 358 ºC. Bij hogere temperaturen houdt nikkel niet op ferromagnetisch te zijn.

Nikkel is een van de vier ferromagnetische elementen, de andere drie: Iron, Cobalt en Gadolinio.

Isotopen

Er zijn 31 nikkelisotopen, beperkt door de ⁴⁸Noch ⁷⁸Geen van beide.

Er zijn vijf natuurlijke isotopen: ⁵⁸Noch, met een overvloed van 68,27 %; ⁶⁰Noch, met een overvloed van 26,10 %; ⁶¹Noch, met een overvloed van 1,13 %; ⁶²Noch, met een overvloed van 3,59 %; En ⁶⁴Noch, met een overvloed van 0,9 %.

Het atoomgewicht van bijna 59 U voor het nikkel toont aan dat er geen duidelijke overheersing is in een van de isotopen (zelfs wanneer de ⁵⁸Het is ook niet de meest voorkomende).

Elektronische structuur en configuratie

Metallic nikkel kristalliseert in een kubieke structuur gecentreerd op gezichten (FCC). Deze FCC -fase is extreem stabiel en blijft ongewijzigd voor druk van bijna 70 GPa; Kleine bibliografische informatie over nikkelfasen of polymorfen onder hoge drukken.

De morfologie van nikkelkristallen is variabel, omdat deze op een zodanige manier kunnen worden gerangschikt dat ze een nanotubo definiëren. Als nanodeeltjes of macroscopische vaste stof blijft de metaalbinding hetzelfde (in theorie); dat wil zeggen, het zijn dezelfde elektronen van Valencia die de atomen van Ni bij elkaar houden.

Volgens de twee mogelijke elektronische configuraties voor nikkel:

[AR] 3D⁸ 4S²

[AR] 3D⁹ 4S¹

Er zijn tien elektronen betrokken bij de metalen binding; acht of negen in de 3D -orbital, samen met twee of één in de 4s orbital. Merk op dat de Valencia -band praktisch vol is, dicht bij het transport van hun elektronen naar de rijband; Feit dat de relatief hoge elektrische geleidbaarheid verklaart.

De FCC -structuur van Nickel is zo stabiel, dat staal zelfs wordt aangenomen wanneer het wordt toegevoegd. Zo is roestvrij ijzer met een hoog nikkelgehalte ook FCC.

Oxidatienummers

Het nikkel, zelfs als het lijkt, heeft ook overvloedige cijfers of oxidatietoestanden. De negatieven zijn duidelijk, wetende dat twee elektronen gewoon ontbreken om de tien van zijn 3D -orbitaal te voltooien; U kunt dus een of twee elektronen winnen, met oxidatienummers -1 (of^-) of -2 (of^2-), respectievelijk.

Het meest stabiele oxidatienummer voor nikkel is +2, uitgaande van het bestaan ​​van het kation of²⁺, die de elektronen van de 4s orbital heeft verloren en acht elektronen heeft in de 3D -orbital (3D⁸)).

Er zijn ook twee andere positieve oxidatienummers: +3 (of³⁺) en de +4 (of⁴⁺)). Op school- of middelbare schoolniveaus wordt alleen geleerd dat nikkel bestaat als Ni (II) of Ni (III), dat komt omdat ze de meest voorkomende oxidatienummers zijn en gevonden in zeer stabiele verbindingen.

En wanneer het het metalen nikkel is dat deel uitmaakt van een verbinding, dat wil zeggen met zijn neutrale atoom of wordt gezegd dat het deelneemt of verbindt met een oxidatienummer van 0 (of⁰)).

Waar is het nikkel?

Mineralen en zee

De nikkel vormt 0,007 % van de korst van de aarde, dus de overvloed ervan is laag. Maar is nog steeds het tweede metaal in overvloed na ijzer in de gesmolten kern van de aarde, bekend als Nife. Zeewater heeft een gemiddelde nikkelconcentratie van 5,6 · 10^-4 mg/l.

Kan u van dienst zijn: gluconeogenese

Het wordt normaal gevonden in stollingsgesteenten, het Pentland, een mineraal gevormd uit ijzersulfide en nikkel [(ni, ​​geloof)₉S₈], een van de belangrijkste bronnen van Nickel:

Roca samengesteld uit Pentland en Pyrrotite Minerals. Bron: John Sobolewski (JSS) [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]

Het Pentlandita Mineral is aanwezig in Sudbury, Ontario, Canada; Een van de belangrijkste afzettingen van dit metaal ter wereld.

Pentlands heeft een nikkelconcentratie tussen 3 en 5 %, geassocieerd met pyrrotiet, een ijzersulfide rijk aan nikkel. Deze mineralen bevinden zich in rotsenproducten van de segregaties van de magma van de aarde.

Lateritas

De andere belangrijke nikkelbron zijn de latereitas, bestaande uit dorre bodems van de warme gebieden. Ze zijn slecht in silica en hebben verschillende mineralen, waaronder: Garnierita, een magnesium en nikkelsilicaat; en de Lemonite, een ijzeren mineraal [(Faith, Ni) of (OH) met een inhoud tussen 1 en 2 % nikkel.

Naar schatting wordt 60 % van nikkel uit de nieuwste geëxtraheerd, en de resterende 40 % van de magmatische zwavelachtige afzettingen.

Meteorieten en olie

Het nikkel is ook te vinden in ijzeren meteorieten met de Kamacita- en Taenita -legeringen. Kamacita is een legering van ijzer en nikkel, met een percentage van 7 % ervan; Terwijl de Taenita dezelfde legering is, maar met een percentage nikkel tussen 20 en 65 %.

Het nikkel is vast aan organische verbindingen, om deze reden is het in hoge concentratie in steenkool en olie.

China is de grootste nikkelproducent ter wereld, gevolgd door Rusland, Japan, Australië en Canada.

Toepassingen

-Elementair nikkel

Legeringen

Klep vervaardigd met Monel -legering. Bron: Heather Smith [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]

Het wordt in legering gebruikt met ijzer, voornamelijk voor de uitwerking van roestvrij staal, omdat 68 % van de nikkelproductie voor dit doel wordt gebruikt.

Het vormt ook een legering met koper, corrosiebestendig. Deze legering bestaat uit 60 % nikkel, 30 % koper en kleine hoeveelheden andere metalen, vooral ijzer.

Het nikkel wordt gebruikt in resistieve, magnetische en andere doeleinden, zoals nikkelzilver; En een legering bestaande uit nikkel en koper, maar bevat geen geld. Ni-Cu-buizen worden gebruikt in ontziltingsinstallaties, pantser en munten.

Nikkel levert vasthoudendheid en weerstand tegen tractie tegen legeringen die corrosieweerstand vormt. Naast de legeringen met koper, ijzer en chroom, wordt het gebruikt in legering met brons, aluminium, lood, kobalt, zilver en goud.

Monel -legering bestaat uit 17 % nikkel, 30 % koper en met ijzer, mangaan en silicium. Het is zeewaterbestendig, waardoor het ideaal is voor gebruik in schepen.

Beschermende actie

Het nikkel bij het reageren met fluor vormt een beschermende laag van het fluorelement, waardoor de metalen nikkel of monellegering kan worden gebruikt in fluorkanalen.

Het nikkel is resistent tegen de werking van alkalis. Om deze reden wordt het gebruikt in containers die geconcentreerd natriumhydroxide bevatten. Het wordt ook gebruikt in galvanoplastiek om een ​​beschermend oppervlak te creëren voor andere metalen.

Andere gebruiken

Het nikkel wordt gebruikt als een reductiemiddel van zes metalen van de platinagroep van de mineralen waarin het wordt gecombineerd; voornamelijk uit platina en paladium. Nikkelschuim of gaas wordt gebruikt bij de uitwerking van alkalische brandstofbatterijen.

Het nikkel wordt gebruikt als een katalysator voor de hydrogenering van onverzadigde vetzuren, wordt gebruikt in het margarine -uitwerkingsproces. Koper en Cu-Ni-legering hebben antibacteriële werking op de E. coli.

Nanodeeltjes

Nikkel nanodeeltjes (NPS-NI), vind een breed scala van gebruik volgens het grootste oppervlak in vergelijking met een macroscopisch monster. Wanneer deze NPS-NI worden gesynthetiseerd uit plantenextracten, ontwikkelen ze antimicrobiële en antibacteriële activiteiten.

Het kan u van dienst zijn: natuurlijke chemische elementen

De reden voor het bovenstaande is te wijten aan de grootste neiging om te oxideren in contact met water, kationen te vormen of²⁺ en zeer reactieve geoxygeneerde soorten, die microbiële cellen denaturaliseren.

Aan de andere kant worden NPS-NI gebruikt als elektrodemateriaal in vaste brandstofcellen, vezels, magneten, magnetische vloeistoffen, elektronische onderdelen, gassensoren, enz. Ze zijn ook katalytische, adsorbens -steunen, bleekmiddelen en afvalwaterzuivering.

-Verbindingen

Chloride, nitraat en nikkelsulfaat worden gebruikt in nikkelbaden in galvanoplastiek. Bovendien wordt het sulfaatzout gebruikt bij de bereiding van katalysatoren en mordanten voor textielkleuring.

Nikkelperoxide wordt gebruikt in opslagbatterijen. Nikkel Ferritas worden gebruikt als magnetische kernen in de antennes in verschillende elektrische apparatuur.

Nikkel koppige Carbonil brengt koolmonoxide voor acrylaatsynthese, van acetyleen en alcoholen. Gecombineerd barium- en nikkeloxide (banium₃) Het dient als grondstof voor de productie van kathoden van veel oplaadbare batterijen, zoals Ni-CD, Ni-Fe en Ni-H.

Biologisch papier

Planten vereisen de aanwezigheid van Nickel voor groei. Het is bekend dat verschillende enzymen van planten het gebruiken als een cofactor, inclusief ureasa; Enzym dat ureum omzet in ammoniak, deze verbinding kan gebruiken bij het functioneren van de planten.

Bovendien produceert de accumulatie van ureum een ​​wijziging in de bladeren van planten. De nikkel werkt in de vorm van een katalysator om stikstoffixatie door peulvruchten te bevoordelen.

De meest gevoelige gewassen voor nikkelgebrek zijn peulvruchten (bonen en alfalfa), gerst, tarwe, pruimen en perziken. Het tekort is in planten gemanifesteerd door chlorose, dalende bladeren en groeitekorten.

In sommige bacteriën is het Ureasa -enzym nikkelafhankelijk, maar ze worden geacht dat ze een virulente actie kunnen hebben in de organismen die bewonen.

Andere bacterie -enzymen, zoals overroxidedysmutase, evenals glixidase aanwezig in bacteriën en sommige parasieten, bijvoorbeeld in tripanosomen, zijn afhankelijk van nikkel. Dezelfde enzymen bij hogere soorten zijn echter niet afhankelijk van nikkel maar zink.

Risico's

De inname van grote hoeveelheden nikkel wordt geassocieerd met de generatie en ontwikkeling van long-, nasale, strottenhoofd- en prostaatkankers. Bovendien veroorzaakt het ademhalingsproblemen, ademhalingsfalen, astma en bronchitis. Nikkeldampen kunnen longirritatie veroorzaken.

Nikkelcontact met de huid kan sensibilisatie veroorzaken, die vervolgens een allergie produceert, gemanifesteerd als een cutane uitbarsting.

Cutane nikkelblootstelling kan de oorzaak zijn van een dermatitis die bekend staat als "nikkel jeuk", bij eerder gesensibiliseerde mensen. Wanneer het bewustzijn van nikkel optreedt, blijft het voor onbepaalde tijd bestaan.

Het International Agency for Cancer Research (IARC), heeft nikkelverbindingen geplaatst in groep 1 (er is voldoende bewijs van carcinogeniteit bij mensen). OSHA reguleert Nikkel echter niet als kankerverwekkende.

Het wordt aanbevolen om blootstelling aan metalen nikkel en de verbindingen niet groter te zijn dan 1 mg/m³ voor acht uur werk in een werkweek van veertig uur. Het heeft nikkelcarbonyl en nikkelsulfide als zeer giftige of carcinogene verbindingen.

Referenties

1. Muhammad Imran Din en Anela Rani. (2016). Recente ontwikkelingen in de synthese en stabilisatie van nanodeeltjes van nikkel- en nikkeloxide: een groene vaardigheid. International Journal of Analytical Chemistry, Vol. 2016, artikel ID 3512145, 14 pagina's, 2016. doen.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Nikkelgebaseerde nano -deeltjes als adsorbentia in waterzuiveringsmethoden - een overzicht. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikkel. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
4. Nikkelinstituut. (2018). Roestvrij staal: de rol van nikkel. Hersteld van: Nickelinstitute.borg
5. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (20 maart 2019). Nikkel. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5 oktober 2018). Nikkelrol bij planten teelt. Promix. Hersteld van: pthorticulture.com
7. Lentech. (2019). Periodic tabel: nikkel. Hersteld van: Lentech.com
8. Belwentelijkheid. (28 juli 2019). Nikkelmetaalprofiel. Hersteld van: Thalance.com
9. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (22 juni 2018). 10 nikkel -elementenfeiten. Hersteld van: Thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad a. Korda. (2015). Het effect van nikkel toevoeging op antimicrobiële, fysieke en mechanische eigenschappen van koper-nickel legering tegen suspensies van Escherichia coli. AIP Conference Proceedings 1677, 070023. doen.org/10.1063/1.4930727