Nikkelihistoria, ominaisuudet, rakenne, käyttö, riskit

Hän nikkeli Se on valkoinen siirtymämetalli, jonka kemiallinen symboli on tai. Sen kovuus on suurempi kuin raudan, sen lisäksi se on hyvä lämmön ja sähkön johdin, ja yleensä sitä pidetään pienenä reaktiivisena metallina ja erittäin resistenttinä korroosiolle. Puhtaassa tilassaan hän on hopea kultaisilla vivahteilla.

Vuonna 1751 ruotsalainen kemisti Axel Fredrik Cronsted onnistui eristämään hänet Kupfernickelin (Devil's Copper) mineraalista, joka on uutettu kobolttikaivoksesta ruotsalaisesta kylästä. Aluksi Cronsted ajatteli, että mineraali oli kuparia, mutta eristetty elementti osoittautui valkoiseksi, erilainen kuin kupari.

Nikkelipallot, joissa hänen kultaiset sävyt ovat työntäneet. Lähde: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Cronsted kutsui elementtiä nikkeliksi ja myöhemmin todettiin, että Kupfernickel -niminen mineraali oli Nicolita (Nickel Arseniuro).

Nikkeli uutetaan pääasiassa kahdesta talletuksesta: Maan magman muusta kivestä ja muista erottelusta. Mineraalit ovat rikkaita, kuten Pentladita. Toinen nikkelilähde on viimeisin, nikkelikierriset mineraalit, kuten The Garnierita.

Nikkelin pääkäyttö on seosten muodostumisessa, jolla on lukuisia metalleja; Esimerkiksi se puuttuu ruostumattoman teräksen, teollisuuden toiminnan, joka kuluttaa noin 70 % maailman nikkelituotannosta.

Lisäksi nikkeliä käytetään seoksissa, kuten Alnicus, joka on magneettisen luonteen seos sähkömoottorien, kaiuttimien ja mikrofonien kehittämiseksi.

Nikkeliä alettiin käyttää kolikoiden kehittämisessä marraskuun vuosisadan puolivälissä. Sen käyttö on kuitenkin tällä hetkellä korvattu halvemmilla metalleilla; Vaikka sitä käytetään edelleen joissakin maissa.

Nikkeli on olennainen osa kasveja, koska se aktivoi urea -entsyymin, joka puuttuu urean hajoamiseen ammoniakkiin, jota kasvit voidaan käyttää typen lähteenä. Lisäksi urea on myrkyllinen yhdiste, joka aiheuttaa vakavia vaurioita kasveille.

Nikkeli on elementti ihmisille suurta myrkyllisyyttä, on todisteita siitä, että se on syöpää aiheuttava aine. Lisäksi nikkeli aiheuttaa ihottumaa ja allergian kehitystä.

[TOC]

Historia

Antiikki

Mies tiesi muinaisista ajoista lähtien nikkelin olemassaolon. Esimerkiksi se löytyi pronssiobjekteista (3500 a.c.), läsnä Syyriaan kuuluvissa maissa, 2%: n nikkeliprosentti.

Kiinalaiset käsikirjoitukset olettavat myös, että "valkoista kuparia", joka tunnetaan nimellä Baitong, käytettiin välillä 1700–1400.c. Mineraali vietiin Iso -Britanniaan 1700 -luvulla; Mutta tämän seoksen (cu-ni) nikkelipitoisuus löydettiin vasta vuonna 1822.

Keskiaikaisessa Saksassa löydettiin punertavan malmin, samanlainen kuin kupari, ja se esitti vihreitä kohtia. Kaivostyöläiset yrittivät eristää mineraalin kuparin, mutta epäonnistuivat heidän yrityksessään. Lisäksi kosketus mineraalien kanssa aiheutti terveyshäiriöitä.

Näistä syistä mineraalille annetut kaivostyöläiset ovat pahoja ehtoja ja osoittivat erilaisia ​​nimiä, jotka kuvaavat tätä ehtoa; "Vanha Nick", myös Kupphernickel (Devil's Copper). Nyt tiedetään, että kyseinen mineraali oli Nicolita: Nickel Arseniuro, NIAS.

Löytö ja tuotanto

Vuonna 1751 Axel Fredrik Cronsted yritti eristää Kupfernickelin kuparia, joka on saatu kobolttikaivoksesta, joka sijaitsee lähellä Hassinglandtia, ruotsalainen kylä. Mutta hän onnistui saamaan vain valkoisen metallin, joka oli siihen asti tuntematon ja kutsui häntä nikkeli.

Vuodesta 1824 lähtien nikkeli saatiin sinisen kobolttituotannon sivutuotteena. Vuonna 1848 Norjaan perustettiin valimo pyrrotiitin mineraalissa läsnä olevan nikkelin käsittelyyn.

Vuonna 1889 nikkeli otettiin käyttöön teräksen tuotannossa, ja Nueva Caledoniassa löydetyt talletukset tarjosivat nikkelin maailmankulutukseen.

Ominaisuudet

Ulkomuoto

Hopea, kiiltävä ja pienellä kultaisella väriaineella.

Atomipaino

58 9344 U

Atominumero (z)

28

Sulamispiste

1.455 ºC

Kiehumispiste

2.730 ºC

Tiheys

-Huoneenlämpötilassa: 8 908 g/ml

Voi palvella sinua: Violet lasi

-Sulamispisteessä (neste): 7,81 g/ml

Sulamislämpö

17,48 kJ/mol

Höyrystyslämpö

379 kJ/mol

Molaarinen kalorikapasiteetti

26,07 J/mol

Elektronegatiivisuus

1.91 Pauling -asteikolla

Ionisaatioenergia

Ionisaation ensimmäinen taso: 737,1 kJ/mol

Ionisaation toinen taso: 1.753 kJ/mol

Kolmas ionisaation taso: 3.395 kJ/mol

Atomiradio

Empiirinen klo 124 pm

Radiokovalenttinen

124,4 ± 4 pm

Lämmönjohtokyky

90,9 w/(m · k)

Sähkövastus

69,3 nω · m 20 ºC: n lämpötilassa

Kovuus

4.0 MOHS -asteikolla.

Ominaisuudet

Nikkeli on taipuisa, muokattava metalli ja sen kovuus on suurempi kuin rauta, joka on hyvä sähkö- ja lämpöjohdin. Se on ferromagneettinen metalli normaaleissa lämpötiloissa, sen curien lämpötila 358 ºC. Korkeammissa lämpötiloissa nikkeli lakkaa olemasta ferromagneettista.

Nikkeli on yksi neljästä ferromagneettisesta elementistä, jotka ovat kolme muuta: rauta, koboltti ja gadolinio.

Isotoopit

Nikkeli -isotooppeja on 31 ⁴⁸ei myöskään ⁷⁸Ei kumpikaan.

Isotooppeja on viisi: ⁵⁸Eikä runsaasti 68,27 %; ^{60 60}Eikä runsaasti 26,10 %; ⁶¹Eikä runsaasti 1,13 %; ⁶²Eikä runsaasti 3,59 %; ja ⁶⁴Eikä runsaasti 0,9 %.

Lähes 59 U: n atomipaino nikkelille osoittaa, että missään isotooppissa ei ole merkittävää hallintaa (jopa silloin, kun ⁵⁸Se ei ole myöskään runsain).

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Metallinen nikkeli kiteytyy kuutiometriä, joka on keskittynyt kasvoihin (FCC). Tämä FCC -vaihe on erittäin vakaa ja pysyy muuttumattomana paineisiin, jotka ovat lähellä 70 GPA: ta; Pieni bibliografinen tieto nikkelifaaseista tai polymorfeista korkeissa paineissa.

Nikkelikiteiden morfologia on muuttuva, koska ne voidaan järjestää siten, että ne määrittelevät nanopubo -alueen. Nanohiukkasina tai makroskooppisena kiinteänä aineena metallisidos pysyy samana (teoriassa); toisin sanoen samat Valencian elektronit pitävät yhdessä NI: n atomit.

Nikkelin kahden mahdollisen sähköisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D⁸ 4S²

[AR] 3D⁹ 4S¹

Metallisidokseen on mukana kymmenen elektronia; joko kahdeksan tai yhdeksän 3D -kiertoradalla yhdessä kahden tai yhden 4S: n kiertoradan kanssa. Huomaa, että Valencia -yhtye on käytännössä täynnä, lähellä elektroniensa kuljettamista ajokaistalle; tosiasia, joka selittää sen suhteellisen korkean sähkönjohtavuuden.

Nikkelin FCC -rakenne on niin vakaa, että teräs jopa otetaan käyttöön, kun lisätään. Siten ruostumaton rauta, jolla on korkea nikkelipitoisuus, on myös FCC.

Hapetusluvut

Nikkelillä, vaikka näyttää siltä, ​​on myös runsaasti lukuja tai hapettumistilat. Negatiivit ovat ilmeisiä tietäen, että kaksi elektronia puuttuu vain sen 3D -kiertoradan kymmenen suorittamiseksi; Siten voit voittaa yhden tai kaksi elektronia, joilla on hapettumisnumerot -1 (tai^-) tai -2 (tai^2-), vastaavasti.

Nikkelin vakain hapettumisnumero on +2, olettaen kationin olemassaolon tai²⁺, joka on menettänyt 4S -kiertoradan elektronit ja sillä on kahdeksan elektronia 3D -kiertoradalla (3D⁸-A.

On myös kaksi muuta positiivista hapettumisnumeroa: +3 (tai³⁺) ja +4 (tai⁴⁺-A. Koulun tai lukion tasolla opetetaan vain, että nikkeli on olemassa nimellä Ni (II) tai Ni (III), mikä johtuu siitä, että ne ovat yleisimpiä hapettumisnumeroita ja löytyvät erittäin stabiileista yhdisteistä.

Ja kun metallinen nikkeli on osa yhdistettä, toisin sanoen sen neutraalilla atomilla tai sanotaan, että se osallistuu tai liittyy hapettumismäärään 0 (tai tai^{0 -}-A.

Missä on nikkeli?

Mineraalit ja meri

Nikkeli on 0,007 % maapallon kuoresta, joten sen runsaus on alhainen. Mutta on edelleen toinen metalli, joka on runsaasti raudan jälkeen maan sulalla ytimessä, joka tunnetaan nimellä Nife. Meriveden keskimääräinen nikkelipitoisuus on 5,6,10^-4 mg/l.

Voi palvella sinua: glukoneogeneesi

Sitä esiintyy yleensä muurahaisissa kivissä, jotka ovat Pentland, mineraali, joka on muodostettu rautasulfidista ja nikkeliä [(ni, ​​usko))₉S₈], yksi nikkelin tärkeimmistä lähteistä:

Roca koostuu Pentlandista ja pyrrotiittimineraaleista. Lähde: John Sobolewski (JSS) [CC 3: lla.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]

Pentlandita -mineraali on läsnä Sudburyssa, Ontariossa, Kanadassa; Yksi tämän metallin päätalletuksista maailmassa.

Pentlandsilla on nikkelipitoisuus välillä 3 - 5 %, joka liittyy pyrrotiittiin, rautasulfidiin, jossa on runsaasti nikkeliä. Nämä mineraalit ovat maan magman segregaatioiden kivituotteita.

Lattiat

Toinen tärkeä nikkelilähde ovat lateritas, jotka koostuvat lämpimien alueiden kuivista maaperistä. Ne ovat köyhiä piidioksidissa ja niillä on useita mineraaleja, mukaan lukien: Garnierita, magnesium ja nikkeli -silikaatti; ja sitrniitti, rauta mineraali [(usko, ni) tai (OH) pitoisuudella 1 - 2 % nikkeliä.

Arvioidaan, että 60 % nikkelistä uutetaan viimeisimmästä ja loput 40 % magmaattisista rikkivarastoista.

Meteoriitit ja öljy

Nikkeliä löytyy myös rautameteoriiteista Kamacita- ja Taenita -seoksilla. Kamacita on rauta- ja nikkeliseos, jonka prosenttiosuus on 7 %; Vaikka Taenita on sama seos, mutta prosentuaalinen nikkeli välillä 20–65 %.

Nikkeli on kiinnitetty orgaanisiin yhdisteisiin, tästä syystä se on korkeassa pitoisuudessa hiilessä ja öljyssä.

Kiina on maailman suurin nikkelituottaja, jota seuraa Venäjä, Japani, Australia ja Kanada.

Sovellukset

-Alkeisnikkelikuva

Seokset

Venttiili, joka on valmistettu moneliseoksella. Lähde: Heather Smith [CC 3: lla.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]

Sitä käytetään seoksessa raudan kanssa pääasiassa ruostumattoman teräksen kehittämiseen, koska 68 % nikkelituotannosta käytetään tähän tarkoitukseen.

Se muodostaa myös seoksen kuparilla, korroosiokestävällä. Tämä seos koostuu 60 % nikkeliä, 30 % kuparia ja pieniä määriä muita metalleja, erityisesti rautaa.

Nikkeliä käytetään resistiivisiin, magneettisiin ja muihin tarkoituksiin, kuten nikkeli hopea; Ja seos, joka koostuu nikkelistä ja kuparista, mutta ei sisällä rahaa. Ni-Cu-putkia käytetään suolanpoistokasveissa, panssarissa ja kolikoilla.

Nikkeli toimittaa sitkeyden ja vetovoimankestävyyden seoksille, jotka muodostavat korroosionkestävyyden. Seosten lisäksi, joissa on kuparia, rautaa ja kromia.

Moneliseos koostuu 17 % nikkeliä, 30 % kuparia ja raudasta, mangaanista ja piistä. Se on merivedenkestävä, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi aluksissa.

Suojatoiminta

Nikkeli, kun reagoivat fluorin kanssa.

Nikkeli on kestävä alkalin vaikutukselle. Tästä syystä sitä käytetään säiliöissä, jotka sisältävät konsentroitua natriumhydroksidia. Sitä käytetään myös galvanoplastiassa suojaavan pinnan luomiseksi muille metalleille.

Muut käyttötarkoitukset

Nikkeliä käytetään mineraalien Platinum -ryhmän kuuden medial -pelkistävänä aineena, jossa se yhdistetään; lähinnä platinasta ja paladiumista. Nikkelivaahtoa tai verkkoa käytetään emäksisten polttoaineparistojen kehittämisessä.

Nikkeliä käytetään katalyyttinä vihannesten tyydyttymättömien rasvahappojen hydraamiseksi, jota käytetään margariinin yksityiskohtaisissa prosessissa. Kuparilla ja Cu-ni-seoksella on antibakteerinen vaikutus E. koli.

Nanohiukkaset

Nikkeli-nanohiukkaset (NPS-NI), löydä laaja käyttövalikoima sen suurimman pinta-alan jälkeen makroskooppiseen näytteeseen verrattuna. Kun nämä NPS-NI: tä syntetisoidaan kasviuutteista, niillä kehittyy antimikrobisia ja antibakteerisia vaikutuksia.

Se voi palvella sinua: luonnolliset kemialliset elementit

Edellä esitetyn syy johtuu sen suurimmasta taipumuksesta hapettaa kosketuksessa veden kanssa, muodostaa kationien tai²⁺ ja erittäin reaktiiviset hapetetut lajit, jotka denaturoivat mikrobisoluja.

Toisaalta NPS-NI: tä käytetään elektrodimateriaalina kiinteissä polttokennoissa, kuiduissa, magneeteissa, magneettisissa nesteissä, elektronisissa osissa, kaasuantureissa jne. Ne ovat myös katalyyttisiä, adsorbenttitukia, valkaisuagentit ja jätevedet puhdistavat.

-Yhdisteet

Kloridia, nitraattia ja nikkelisulfaattia käytetään galvanoplastian nikkelihauteissa. Lisäksi sen sulfaattisuolaa käytetään katalyyttien ja peittäjien valmistuksessa tekstiilivärjäykseen.

Nikkeliperoksidia käytetään säilytystiloissa. Nikkelien ferritasia käytetään magneettina ytiminä antenneissa erilaisissa sähkölaitteissa.

Nikkeli itsepäinen Carbonil tuo hiilimonoksidia akryylisynteesiä varten asetyleenistä ja alkoholista. Yhdistetty barium- ja nikkelioksidi (banium₃) Se toimii raaka-aineena monien ladattavien akkujen, kuten Ni-CD, Ni-Fe ja Ni-H: n katodien valmistukseen.

Biologinen paperi

Kasvit vaativat nikkelin kasvun läsnäoloa. On tiedossa, että useat kasvien entsyymit käyttävät sitä kofaktorina, mukaan lukien Ureasa; Entsyymi, joka muuntaa urean ammoniakkiksi, pystyy käyttämään tätä yhdistettä kasvien toiminnassa.

Lisäksi urean kertyminen tuottaa muutoksen kasvien lehdissä. Nikkeli toimii katalyytin muodossa typen kiinnittämisen suosimiseksi palkokasvien avulla.

Herkisimmät kasvit nikkelin puutteeseen ovat palkokasvit (pavut ja sinimailasen), ohra, vehnä, luumut ja persikat. Sen puute ilmenee kasveissa klooroosilla, putoamalla lehdet ja kasvuvajeet.

Joissakin bakteereissa Ureasa -entsyymi on nikkeliriippuvainen, mutta heidän katsotaan, että niillä voi olla virulentti vaikutusta organismeissa, jotka asuvat.

Muut bakteerientsyymit, kuten bakteereissa läsnä olevat glioksidaasi ja joissakin loisissa, esimerkiksi tripanosomeissa, ovat riippuvaisia ​​nikkelillä. Samat entsyymit korkeammissa lajeissa eivät kuitenkaan ole riippuvaisia ​​nikkelistä, vaan sinkistä.

Riskejä

Suurten nikkelien määrien saanti liittyy keuhko-, nenän-, kurkunpään ja eturauhassyöpien luomiseen ja kehittämiseen. Lisäksi se aiheuttaa hengitysvaikeuksia, hengitysvaurioita, astmaa ja keuhkoputkentulehdusta. Nikkelihöyryt voivat aiheuttaa keuhkojen ärsytystä.

Nikkeli -kosketus ihon kanssa voi aiheuttaa herkistämistä, joka myöhemmin tuottaa allergian, joka ilmenee ihoksi.

Ihon nikkeli -altistuminen voi olla syy dermatiittiin, joka tunnetaan nimellä "nikkeli kutina", aiemmin herkistyneissä ihmisissä. Kun nikkelin tietoisuus tapahtuu, se jatkuu toistaiseksi.

Kansainvälinen syöpätutkimusvirasto (IARC), asetti nikkeliyhdisteet ryhmään 1 (ihmisillä on riittävästi näyttöä syöpää aiheuttavista syöpää aiheuttavista). OSHA ei kuitenkaan säätele nikkeliä syöpää.

On suositeltavaa, että altistuminen metalliselle nikkelille ja sen yhdisteille ei voi olla yli 1 mg/m³ Kahdeksan tunnin työn ajan työviikolla neljäkymmentä tuntia. Siinä on nikkelikarbonyyli ja nikkelisulfidi erittäin myrkyllisinä tai syöpää aiheuttavina yhdisteinä.

Viitteet

1. Muhammad Imran Din ja Anela Rani. (2016). Viimeaikaiset edistykset nikkeli- ja nikkelioksidin nanohiukkasten synteesissä ja stabiloinnissa: vihreä taitavuus. International Journal of Analytical Chemistry, Vol. 2016, artikkeli ID 3512145, 14 sivua, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Nikkelipohjaiset nanohiukkaset adsorbentteina vedenpuhdistusmenetelmissä - katsaus. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikkeli. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. Nikkelin instituutti. (2018). Ruostumaton teräs: Nikkelin rooli. Toipunut: Nickelinstitute.org
5. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (20. maaliskuuta 2019). Nikkeli. Encyclopædia britannica. Toipunut: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5. lokakuuta 2018). Nikkelirooli kasvien viljelyssä. Promisi. Toipunut: Pitriculture.com
7. Lentech. (2019). Määräajoin taulukko: nikkeli. Toipunut: lentech.com
8. Bell Terence. (28. heinäkuuta 2019). Nikkelimetalliprofiili. Toipunut: Tasapaino.com
9. Helmestine, Anne Marie, PH.D -d. (22. kesäkuuta 2018). 10 nikkelielementtiä. Toipunut: Admingco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad a. Karda. (2015). Nikkeliä lisäyksen tehokkuus antimikrobisiin, fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin kuparin-nikkeliseoksella Escherichia colin suspensioita vastaan. AIP -konferenssin julkaisut 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727