Das Nickel Es ist ein weißes Übergangsmetall, dessen chemisches Symbol Ni ist. Seine Härte ist größer als die von Eisen und ein guter Wärme- und Stromleiter. Im Allgemeinen wird es als ein Metall angesehen, das nicht sehr reaktiv und sehr korrosionsbeständig ist. In seinem reinen Zustand ist es Silber mit goldenen Untertönen.
1751 gelang es Axel Fredrik Cronsted, einem schwedischen Chemiker, es aus einem Mineral zu isolieren, das als Kupfernickel (Teufelskupfer) bekannt ist und aus einer Kobaltmine in einem schwedischen Dorf gewonnen wurde. Zuerst dachte Cronsted, das Mineral sei Kupfer, aber das isolierte Element hatte eine weiße Farbe, die sich von Kupfer unterschied..
Cronsted nannte das Element Nickel und es wurde später festgestellt, dass das Mineral Kupfernickel Nikolith (Nickelarsenid) war..
Nickel wird hauptsächlich aus zwei Lagerstätten gewonnen: magmatischen Gesteinen und anderen Entmischungen des Erdmagmas. Die Mineralien sind von Natur aus schwefelhaltig wie Pentladit. Die zweite Nickelquelle sind Laterite mit nickelreichen Mineralien wie Garnierit.
Die Hauptanwendung von Nickel ist die Bildung von Legierungen mit vielen Metallen; Zum Beispiel ist es an der Herstellung von Edelstahl beteiligt, einer industriellen Tätigkeit, die etwa 70% der weltweiten Nickelproduktion verbraucht.
Darüber hinaus wird Nickel in Legierungen wie Alnico verwendet, einer Legierung magnetischer Natur, die zur Herstellung von Elektromotoren, Lautsprechern und Mikrofonen bestimmt ist..
Nickel wurde Mitte des 19. Jahrhunderts zur Herstellung von Münzen verwendet. Seine Verwendung wurde jedoch inzwischen durch die Verwendung billigerer Metalle ersetzt. obwohl es in einigen Ländern weiterhin verwendet wird.
Nickel ist ein wesentliches Element für Pflanzen, da es das Enzym Urease aktiviert, das in den Abbau von Harnstoff zu Ammoniak eingreift, das von Pflanzen als Stickstoffquelle verwendet werden kann. Darüber hinaus ist Harnstoff eine giftige Verbindung, die Pflanzen schwer schädigt..
Nickel ist ein Element von großer Toxizität für den Menschen, es gibt Hinweise darauf, dass es ein krebserregendes Mittel ist. Darüber hinaus verursacht Nickel Kontaktdermatitis und die Entwicklung von Allergien..
Artikelverzeichnis
Der Mann kannte seit der Antike die Existenz von Nickel. Zum Beispiel wurde ein Nickelanteil von 2% in Bronzeobjekten (3500 v. Chr.) Gefunden, die in Ländern vorhanden sind, die derzeit zu Syrien gehören..
Chinesische Manuskripte legen auch nahe, dass "weißes Kupfer", bekannt als Köder, zwischen 1700 und 1400 v. Chr. Verwendet wurde. Das Mineral wurde im 17. Jahrhundert nach Großbritannien exportiert; Der Nickelgehalt dieser Legierung (Cu-Ni) wurde jedoch erst 1822 entdeckt.
Im mittelalterlichen Deutschland wurde ein rötliches Mineral gefunden, das Kupfer ähnelte und grüne Flecken aufwies. Die Bergleute versuchten, das Kupfer vom Erz zu isolieren, scheiterten jedoch bei ihrem Versuch. Darüber hinaus verursachte der Kontakt mit dem Mineral gesundheitliche Probleme.
Aus diesen Gründen führten die Bergleute dem Mineral einen bösartigen Zustand zu und wiesen ihm verschiedene Namen zu, die diesen Zustand veranschaulichten. als "Old Nick" auch Kupfernickel (Teufelskupfer). Nun ist bekannt, dass es sich bei dem fraglichen Mineral um Nikolit handelte: Nickelarsenid, NiAs.
1751 versuchte Axel Fredrik Cronsted, Kupfer aus Kupfernickel zu isolieren, das aus einer Kobaltmine in der Nähe des schwedischen Dorfes Los Halsinglandt gewonnen wurde. Es gelang ihm jedoch nur, ein bis dahin unbekanntes Weißmetall zu erhalten, das er Nickel nannte..
Ab 1824 wurde Nickel als Nebenprodukt bei der Herstellung von Kobaltblau gewonnen. 1848 wurde in Norwegen eine Schmelze gegründet, um das im Mineral Pyrrhotit enthaltene Nickel zu verarbeiten..
1889 wurde Nickel in die Stahlproduktion eingeführt, und die in Neukaledonien entdeckten Lagerstätten lieferten das Nickel für den weltweiten Verbrauch..
Silberweiß, glänzend und mit einer leichten goldenen Tönung.
58.9344 u
28
1.455 ºC
2.730 ºC
-Bei Raumtemperatur: 8,908 g / ml
-Am Schmelzpunkt (flüssig): 7,81 g / ml
17,48 kJ / mol
379 kJ / mol
26,07 J / mol
1,91 auf der Pauling-Skala
Erster Ionisationsgrad: 737,1 kJ / mol
Zweiter Ionisationsgrad: 1.753 kJ / mol
Dritter Ionisationsgrad: 3.395 kJ / mol
Empirisch 124 Uhr
124,4 ± 16 Uhr
90,9 W / (m K)
69,3 nΩ · m bei 20 ºC
4,0 auf der Mohs-Skala.
Nickel ist ein duktiles, formbares Metall und hat eine größere Härte als Eisen, da es ein guter elektrischer und thermischer Leiter ist. Es ist ein ferromagnetisches Metall bei normalen Temperaturen, seine Curie-Temperatur beträgt 358 ºC. Bei höheren Temperaturen ist Nickel nicht mehr ferromagnetisch.
Nickel ist eines der vier ferromagnetischen Elemente, die anderen drei sind: Eisen, Kobalt und Gadolinium.
Es gibt 31 Isotope von Nickel, begrenzt durch die 48Weder noch 78Weder.
Es gibt fünf natürliche Isotope: 58Ni mit einer Häufigkeit von 68,27%; 60Ni mit einer Häufigkeit von 26,10%; 61Ni mit einer Häufigkeit von 1,13%; 62Ni mit einer Häufigkeit von 3,59%; Y. 64Ni mit einer Häufigkeit von 0,9%.
Das Atomgewicht von etwa 59 u für Nickel zeigt, dass in keinem der Isotope eine deutliche Vorherrschaft besteht (obwohl die 58Es ist auch nicht das am häufigsten vorkommende..
Nickelmetall kristallisiert zu einer flächenzentrierten kubischen (fcc) Struktur. Diese fcc-Phase ist extrem stabil und bleibt bis zu Drücken nahe 70 GPa unverändert; Es gibt nur wenige bibliografische Informationen zu Nickelphasen oder Polymorphen unter hohem Druck.
Die Morphologie von Nickelkristallen ist variabel, da sie so angeordnet werden können, dass sie eine Nanoröhre definieren. Als Nanopartikel oder makroskopischer Feststoff bleibt die Metallbindung (theoretisch) gleich; das heißt, es sind dieselben Valenzelektronen, die die Ni-Atome zusammenhalten.
Nach den zwei möglichen elektronischen Konfigurationen für Nickel:
[Ar] 3d8 4szwei
[Ar] 3d9 4s1
An der Metallbindung sind zehn Elektronen beteiligt; entweder acht oder neun im 3D-Orbital, zusammen mit zwei oder eins im 4s-Orbital. Es ist zu beachten, dass das Valenzband praktisch voll ist und nahe daran ist, seine Elektronen zum Leitungsband zu transportieren. Tatsache, die seine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit erklärt.
Die fcc-Struktur von Nickel ist so stabil, dass sie beim Hinzufügen sogar von Stahl übernommen wird. Somit ist auch rostfreies Eisen mit einem hohen Nickelgehalt fcc.
Nickel hat, obwohl es nicht so scheint, auch reichlich Zahlen oder Oxidationsstufen. Die Negative sind offensichtlich, wenn man weiß, dass nur zwei Elektronen fehlen, um die zehn seiner 3D-Umlaufbahn zu vervollständigen. somit kann es ein oder zwei Elektronen mit Oxidationszahlen -1 (Ni) gewinnen-) oder -2 (Nizwei-), beziehungsweise.
Die stabilste Oxidationszahl für Nickel ist +2, vorausgesetzt, das Ni-Kation existiertzwei+, das Elektronen aus dem 4s-Orbital verloren hat und acht Elektronen im 3d-Orbital hat (3d8).
Es gibt auch zwei andere positive Oxidationszahlen: +3 (Ni3+) und die +4 (Ni4+). In der Schule oder im Gymnasium wird gelehrt, dass Nickel nur als Ni (II) oder Ni (III) existiert, da dies die häufigsten Oxidationszahlen sind, die in sehr stabilen Verbindungen zu finden sind..
Und wenn es das metallische Nickel ist, das Teil einer Verbindung ist, dh mit seinem neutralen Atom Ni, dann heißt es, dass es an einer Oxidationszahl von 0 (Ni) teilnimmt oder daran bindet0).
Nickel macht 0,007% der Erdkruste aus, daher ist seine Häufigkeit gering. Aber es ist immer noch das zweithäufigste Metall nach Eisen im geschmolzenen Erdkern, bekannt als Nife. Meerwasser hat eine durchschnittliche Nickelkonzentration von 5,6 · 10-4 mg / l.
Es kommt normalerweise in magmatischen Gesteinen vor, nämlich Pentlandit, einem Mineral aus Eisen und Nickelsulfid [(Ni, Fe)].9S.8], eine der Hauptquellen für Nickel:
Das Mineral Pentlandit ist in Sudbury, Ontario, Kanada, vorhanden. eine der Hauptvorkommen dieses Metalls in der Welt.
Pentlandit hat eine Nickelkonzentration zwischen 3 und 5%, die mit Pyrrhotit, einem nickelsicheren Eisensulfid, assoziiert ist. Diese Mineralien kommen in Gesteinen vor, Produkten der Entmischung des terrestrischen Magmas.
Die andere wichtige Nickelquelle sind Laterite, die aus trockenen Böden in heißen Regionen bestehen. Sie sind arm an Kieselsäure und enthalten mehrere Mineralien, darunter: Garnierit, ein Magnesium-Nickelsilikat; und Limonit, ein Eisenerz [(Fe, Ni) O (OH) mit einem Gehalt zwischen 1 und 2% Nickel.
Es wird geschätzt, dass 60% des Nickels aus Lateriten und die restlichen 40% aus magmatischen schwefelhaltigen Ablagerungen gewonnen werden..
Nickel kommt auch in Eisenmeteoriten mit Kamazit- und Taenitlegierungen vor. Kamacita ist eine Legierung aus Eisen und Nickel mit einem Anteil von 7%; Taenit ist zwar die gleiche Legierung, jedoch mit einem Nickelanteil zwischen 20 und 65%.
Nickel bindet an organische Verbindungen, daher kommt es in hoher Konzentration in Kohle und Öl vor.
China ist der weltweit größte Nickelproduzent, gefolgt von Russland, Japan, Australien und Kanada.
Es wird in Legierungen mit Eisen hauptsächlich zur Herstellung von Edelstahl verwendet, da 68% der Nickelproduktion für diesen Zweck verwendet werden.
Es bildet auch eine Legierung mit Kupfer, die korrosionsbeständig ist. Diese Legierung besteht aus 60% Nickel, 30% Kupfer und geringen Mengen anderer Metalle, insbesondere Eisen..
Nickel wird in resistiven, magnetischen und anderen Legierungen wie Neusilber verwendet; und eine Legierung, die aus Nickel und Kupfer besteht, aber kein Silber enthält. Ni-Cu-Röhren werden in Entsalzungsanlagen, zur Abschirmung und zur Herstellung von Münzen verwendet.
Nickel verleiht Legierungen Zähigkeit und Zugfestigkeit, wodurch Korrosionsbeständigkeit aufgebaut wird. Neben Legierungen mit Kupfer, Eisen und Chrom wird es in Legierungen mit Bronze, Aluminium, Blei, Kobalt, Silber und Gold verwendet..
Die Monel-Legierung besteht aus 17% Nickel, 30% Kupfer und weist Spuren von Eisen, Mangan und Silizium auf. Es ist beständig gegen Meerwasser, was es ideal für den Einsatz auf Bootspropellern macht.
Mit Fluor reagierendes Nickel bildet eine Schutzschicht des Elements Fluor, wodurch die Verwendung von metallischem Nickel oder einer Monel-Legierung in den Fluorgasleitungen ermöglicht wird.
Nickel ist beständig gegen Alkalien. Aus diesem Grund wird es in Behältern verwendet, die konzentriertes Natriumhydroxid enthalten. Es wird auch beim Galvanisieren verwendet, um eine Schutzfläche für andere Metalle zu schaffen..
Nickel wird als Reduktionsmittel für sechs Metalle der Platingruppe von Mineralien verwendet, in denen es kombiniert ist; hauptsächlich Platin und Palladium. Nickelschaum oder -gewebe wird bei der Herstellung von Elektroden für Batterien mit alkalischem Kraftstoff verwendet.
Nickel wird als Katalysator für die Hydrierung ungesättigter pflanzlicher Fettsäuren verwendet und bei der Herstellung von Margarine verwendet. Kupfer und die Cu-Ni-Legierung wirken antibakteriell auf E. coli.
Nickel-Nanopartikel (NPs-Ni) finden aufgrund ihrer größeren Oberfläche im Vergleich zu einer makroskopischen Probe eine große Verwendung. Wenn diese NPs-Ni aus Pflanzenextrakten synthetisiert werden, entwickeln sie antimikrobielle und antibakterielle Aktivitäten.
Der Grund für das Vorstehende liegt in seiner größeren Neigung, bei Kontakt mit Wasser zu oxidieren und Ni-Kationen zu bilden.zwei+ und hochreaktive sauerstoffhaltige Spezies, die mikrobielle Zellen denaturieren.
Andererseits werden NPs-Ni als Elektrodenmaterial in festen Brennstoffzellen, Fasern, Magneten, magnetischen Flüssigkeiten, elektronischen Teilen, Gassensoren usw. verwendet. Sie sind auch katalytische Träger, Adsorbentien, Bleichmittel und Abwasserreiniger..
Nickelchlorid, Nitrat und Sulfat werden in Nickelbädern beim Galvanisieren verwendet. Darüber hinaus wird sein Sulfatsalz zur Herstellung von Katalysatoren und Beizmitteln zum Färben von Textilien verwendet..
Nickelperoxid wird in Speicherbatterien verwendet. Nickelferrite werden als Magnetkerne in Antennen in verschiedenen elektrischen Geräten verwendet.
Nickel-tertracarbonyl liefert Kohlenmonoxid für die Synthese von Acrylaten aus Acetylen und Alkoholen. Barium-Nickel-kombiniertes Oxid (BaNiO3) dient als Rohstoff für die Herstellung von Kathoden vieler wiederaufladbarer Batterien wie Ni-Cd, Ni-Fe und Ni-H.
Pflanzen benötigen für ihr Wachstum die Anwesenheit von Nickel. Es ist bekannt, dass es von verschiedenen Pflanzenenzymen, einschließlich Urease, als Cofaktor verwendet wird; Enzym, das Harnstoff in Ammoniak umwandelt und diese Verbindung für die Funktion von Pflanzen verwenden kann.
Zusätzlich führt die Anreicherung von Harnstoff zu einer Veränderung der Blätter der Pflanzen. Nickel wirkt als Katalysator zur Förderung der Stickstofffixierung durch Hülsenfrüchte.
Die Pflanzen, die am empfindlichsten gegen Nickelmangel sind, sind Hülsenfrüchte (Bohnen und Luzerne), Gerste, Weizen, Pflaumen und Pfirsiche. Sein Mangel manifestiert sich in Pflanzen durch Chlorose, Laubfall und Wachstumsmängel.
Bei einigen Bakterien ist das Enzym Urease von Nickel abhängig, es wird jedoch angenommen, dass diese in den lebenden Organismen eine virulente Wirkung haben können.
Andere bakterielle Enzyme wie Superoxiddismutase sowie die in Bakterien und einigen Parasiten, beispielsweise in Trypanosomen, vorhandene Glyxidase sind von Nickel abhängig. Dieselben Enzyme in höheren Spezies sind jedoch nicht von Nickel, sondern von Zink abhängig.
Die Aufnahme großer Mengen Nickel ist mit der Entstehung und Entwicklung von Lungen-, Nasen-, Kehlkopf- und Prostatakrebs verbunden. Darüber hinaus verursacht es Atemprobleme, Atemversagen, Asthma und Bronchitis. Nickeldämpfe können Lungenreizungen verursachen.
Der Kontakt von Nickel mit der Haut kann zu einer Sensibilisierung führen, die anschließend eine Allergie hervorruft, die sich als Hautausschlag manifestiert.
Die Exposition der Haut gegenüber Nickel kann bei zuvor sensibilisierten Personen eine Dermatitis verursachen, die als "Nickeljuckreiz" bekannt ist. Bei der Nickelsensibilisierung bleibt es auf unbestimmte Zeit bestehen.
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat Nickelverbindungen in Gruppe 1 eingestuft (es gibt ausreichende Hinweise auf Karzinogenität beim Menschen). OSHA reguliert Nickel jedoch nicht als Karzinogen..
Es wird empfohlen, dass die Exposition gegenüber metallischem Nickel und seinen Verbindungen nicht größer als 1 mg / m sein darf3 für acht Stunden Arbeit in einer vierzigstündigen Arbeitswoche. Nickelcarbonyl und Nickelsulfid sind hochtoxische oder krebserregende Verbindungen.
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