Nickelhistoria, egenskaper, struktur, användningsområden, risker

han nickel Det är en vit övergångsmetall vars kemiska symbol är OR. Dess hårdhet är större än järn, utöver att det är en bra ledare av värme och elektricitet, och i allmänhet anses det vara lite reaktiv metall och mycket resistent mot korrosion. I sitt rena tillstånd är han silver med gyllene nyanser.

1751 lyckades Axel Fredrik Cronsted, svensk kemist, isolera honom från ett mineral som kallas Kupfernickel (Devil's Copper), extraherad från en koboltgruva från en svensk by. Till att börja med tänkte Cronsted att mineralet var koppar, men det isolerade elementet visade sig vara vitt, annorlunda än koppar.

Nickelfärer där hans gyllene toner skjuter. Källa: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Cronsted kallade elementet som ett nickel och därefter konstaterades att mineralet kallade Kupfernickel var Nicolita (Nickel Arseniuro).

Nickelen extraheras främst från två avlagringar: de stolliga klipporna och andra segregeringar av jordens magma. Mineraler är svavel, såsom pentladita. Den andra nickelkällan är den senaste, med nickel -rika mineraler som Garnierita.

Nickelens huvudsakliga tillämpning ligger i bildningen av legeringar med många metaller; Till exempel ingriper det i utarbetandet av rostfritt stål, industriell aktivitet som förbrukar cirka 70 % av världens nickelproduktion.

Dessutom används nickeln i legeringar som Alnicus, en legering av magnetisk natur för utarbetande av elmotorer, högtalare och mikrofoner.

Nickeln började användas vid utarbetandet av mynt i mitten av nittonhundratalet. Emellertid har dess användning för närvarande ersatts av billigare metaller; Även om det fortsätter att användas i vissa länder.

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

Nickel är ett element av stor toxicitet för människor, det finns bevis på att det är ett cancerframkallande medel. Dessutom orsakar nickel dermatit och allergiutveckling.

[TOC]

Historia

Antikvitet

Mannen visste sedan forntiden förekomsten av nickel. Till exempel hittades det i bronsobjekt (3500 a.c.), närvarande i länder som för närvarande tillhör Syrien, en 2% nickelprocent.

Kinesiska manuskript antar också att den "vita koppar", känd som Baitong, användes mellan 1700 och 1400 till.c. Mineralet exporterades till Storbritannien på sjuttonhundratalet; Men nickelinnehållet i denna legering (Cu-Ni) upptäcktes inte förrän 1822.

I medeltida Tyskland hittades en rödmalm, liknande koppar, och presenterade gröna fläckar. Gruvarbetarna försökte isolera mineralets koppar, men misslyckades i deras försök. Dessutom kontakt med mineralproducerade hälsoproblem.

Av dessa skäl tilldelades gruvarbetarna till mineralet ett ondt tillstånd och tilldelade olika namn som illustrerade detta tillstånd; Som "Old Nick", också Kupphernickel (Devil's Copper). Nu är det känt att mineralet i fråga var Nicolita: Nickel Arseniuro, NIAS.

Upptäckt och produktion

1751 försökte Axel Fredrik Cronsted isolera koppar av Kupfernickel, erhållen från en koboltgruva som ligger nära Hassinglandt, en svensk by. Men han lyckades bara få en vit metall, som fram till dess var okänd och kallade honom nickel.

Från 1824 erhölls nickel som en biprodukt av blå koboltproduktion. 1848 etablerades ett gjuteri för bearbetning av nickel som var närvarande i Pyrrotite Mineral i Norge i Norge.

1889 introducerades nickeln vid produktion av stål, och de avsättningar som upptäcktes i Nueva Caledonia tillhandahöll nickel för världskonsumtion.

Egenskaper

Utseende

Silver, glansig och med ett litet gyllene färgämne.

Atomvikt

58.9344 U

Atomantal (z)

28

Smältpunkt

1.455 ºC

Kokpunkt

2.730 ºC

Densitet

-Vid rumstemperatur: 8 908 g/ml

Kan tjäna dig: Violet Glass

-Vid smältpunkten (vätska): 7,81 g/ml

Fusionsvärme

17,48 kJ/mol

Förångningsvärme

379 kJ/mol

Molorisk kapacitet

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 124 pm

Radiokovalent

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

Nickelen är en duktil, formbar metall och har en hårdhet som är större än järn, som är en bra elektrisk och termisk ledare. Det är en ferromagnetisk metall vid normala temperaturer, som är dess curie -temperatur på 358 ºC. Vid högre temperaturer upphör nickel att vara ferromagnetisk.

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

Isotoper

Det finns 31 nickelisotoper, begränsade av ⁴⁸Inte heller ⁷⁸Varken.

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

Den atomiska vikten av nästan 59 U för nickeln visar att det inte finns någon markant övervägande i någon av isotoperna (även när ⁵⁸Det är inte heller det vanligaste).

Elektronisk struktur och konfiguration

Metallisk nickel kristalliserar i en kubisk struktur centrerad på ansikten (FCC). Denna FCC -fas är extremt stabil och förblir oförändrad till tryck nära 70 GPA; Liten bibliografisk information om nickelfaser eller polymorfer under högt tryck.

Morfologin hos nickelkristaller är varierande, eftersom dessa kan ordnas på ett sådant sätt att de definierar en nanotubo. Som nanopartiklar eller makroskopiskt fast ämne förblir metallbindningen densamma (i teorin); Det vill säga det är samma elektroner i Valencia som håller ihop Atomerna i NI.

Enligt de två möjliga elektroniska konfigurationerna för nickel:

[AR] 3D⁸ 4S²

[AR] 3D⁹ 4S¹

Det finns tio elektroner involverade i den metalliska bindningen; Antingen åtta eller nio i 3D -omloppet, tillsammans med två eller en i 4s orbital. Observera att Valencia -bandet är praktiskt taget fullt, nära att transportera sina elektroner till körbandet; faktum som förklarar dess relativt höga elektriska konduktivitet.

Nickels FCC -struktur är så stabil att stål till och med antas när det läggs till. Således är rostfritt järn med högt nickelinnehåll också FCC.

Oxidationsnummer

Nickelen, även om det verkar, har också rikliga antal eller oxidationstillstånd. Negativen är uppenbara med att veta att två elektroner bara saknas för att slutföra de tio av dess 3D -orbital; Således kan du vinna en eller två elektroner, med oxidationsnummer -1 (eller^-) eller -2 (eller^2-), respektive.

Det mest stabila oxidationsnumret för nickel är +2, förutsatt att katjonen finns eller²⁺, som har tappat elektronerna i 4s orbital och har åtta elektroner i 3D -orbitalen (3D⁸).

Det finns också två andra positiva oxidationsnummer: +3 (eller³⁺) och +4 (eller⁴⁺). På skolan eller gymnasiet lärs det bara att nickel finns som Ni (II) eller Ni (III), vilket beror på att de är de vanligaste oxidationsnumren och finns i mycket stabila föreningar.

Och när det är det metalliska nickel som är en del av en förening, det vill säga med dess neutrala atom eller, sägs det att den deltar eller länkar med ett oxidationsnummer på 0 (eller⁰).

Var är nickeln?

Mineraler och hav

Nickeln utgör 0,007 % av jordskorpan, så dess överflöd är låg. Men är fortfarande den andra metallen i överflöd efter järn i jordens smälta kärna, känd som Nife. Havsvatten har en genomsnittlig nickelkoncentration på 5,6 · 10^-4 mg/l.

Kan tjäna dig: gluconeogenesis

Det finns normalt i stolliga bergarter, som är Pentland, ett mineral som bildas av järnsulfid och nickel [(Ni, Faith)₉S₈], en av Nickels huvudsakliga källor:

Roca består av pentland och pyrrotitmineraler. Källa: John Sobolewski (JSS) [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

Pentlandita Mineral finns i Sudbury, Ontario, Kanada; En av de viktigaste avlagringarna i denna metall i världen.

Pentlands har en nickelkoncentration mellan 3 och 5 %, som är associerad med pyrrotit, en järnsulfid rik på nickel. Dessa mineraler finns i stenprodukter från segregeringarna av jordens magma.

Lateritas

Den andra viktiga nickelkällan är lateritas som består av torra jordar i de varma regionerna. De är dåliga i kiseldioxid och har flera mineraler, inklusive: Garnierita, ett magnesium- och nickelsilikat; och citroniten, ett järnmineral [(tro, ni) eller (OH) med ett innehåll mellan 1 och 2 % nickel.

Det uppskattas att 60 % av nickeln extraheras från det senaste och de återstående 40 % av de magmatiska svavelavlagringarna.

Meteoriter och olja

Nickeln finns också i järnmeteoriter med Kamacita- och Taenita -legeringarna. Kamacita är en järn- och nickellegering, med en procentandel av 7 % av den; Medan Taenita är densamma legeringen, men med en procentandel av nickel mellan 20 och 65 %.

Nickeln är fixerad på organiska föreningar, av denna anledning är den i hög koncentration i kol och olja.

Kina är den största nickelproducenten i världen, följt av Ryssland, Japan, Australien och Kanada.

Ansökningar

-Elementär nickel

Legeringar

Ventil tillverkad med monellegering. Källa: Heather Smith [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

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

Det bildar också en legering med koppar, korrosionsbeständig. Denna legering består av 60 % nickel, 30 % koppar och små mängder andra metaller, särskilt järn.

Nickelen används i resistiva, magnetiska och andra ändamål, såsom nickelsilver; Och en legering som består av nickel och koppar, men innehåller inte pengar. Ni-Cu-rör används i avsaltningsanläggningar, rustningar och mynt.

Nickel ger hållbarhet och motstånd mot dragkraft mot legeringar som bildar korrosionsmotstånd. Förutom legeringarna med koppar, järn och krom används det i legering med brons, aluminium, bly, kobolt, silver och guld.

Monel Alloy består av 17 % nickel, 30 % koppar och med järn, mangan och kisel. Det är havsvattenbeständigt, vilket gör det idealiskt för användning i fartyg.

Skyddsåtgärd

Nickelen vid reagering med fluor bildar ett skyddande skikt av fluorelementet, vilket gör att metallnickel- eller monellegeringen kan användas i fluorkanaler.

Nickeln är resistent mot ALKALIS -verkan. Av denna anledning används den i behållare som innehåller koncentrerad natriumhydroxid. Det används också i galvanoplastik för att skapa en skyddande yta för andra metaller.

Andra användningsområden

Nickelen används som ett sex -metallreducerande medel för platinagruppen för mineralerna där det kombineras; främst från Platinum och Paladium. Nickelskum eller nät används i utarbetandet av alkaliska bränslebatterier.

Nickeln används som en katalysator för hydrering av vegetabiliska omättade fettsyror, som används i margarinutarbetandeprocessen. Koppar- och Cu-Ni-legering har antibakteriella verkan på E. coli.

Nanopartiklar

Nickel nanopartiklar (NPS-NI), hitta en mängd olika användningsområden efter dess största ytarea jämfört med ett makroskopiskt prov. När dessa NPS-Ni syntetiseras från växtextrakt utvecklar de antimikrobiella och antibakteriella aktiviteter.

Det kan tjäna dig: naturliga kemiska element

Anledningen till ovanstående beror på dess största tendens att oxidera i kontakt med vatten, bilda katjoner eller²⁺ 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, adsorbentstöd, blekmedel och rening av avloppsvatten.

-Föreningar

Klorid, nitrat och nickelsulfat används i nickelbad i galvanoplastik. Dessutom används dess sulfatsalt vid framställning av katalysatorer och mordanter för textilfärgning.

Nickelperoxid används i lagringsbatterier. Nickelferritas används som magnetkärnor i antennerna i olika elektriska utrustning.

Nickel envis kol med kolmonoxid för akrylatsyntes, från acetylen och alkoholer. Kombinerad barium- och nickeloxid (Banium₃) Det fungerar som råmaterial för tillverkning av katoder av många laddningsbara batterier, såsom Ni-CD, Ni-Fe och Ni-H.

Biologiskt papper

Växter kräver nickels närvaro för tillväxt. Det är känt att flera enzymer av växter använder den som en kofaktor, inklusive Ureasa; Enzym som omvandlar urea till ammoniak och kan använda denna förening i växternas funktion.

Dessutom ger ackumulering av urea en förändring i växternas blad. Nickelen verkar i form av en katalysator för att gynna kvävefixering av baljväxter.

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

I vissa bakterier är ureasa -enzymet nickelberoende, men de anses att de kan ha en virulent handling i de organismer som bor.

Andra bakteriella enzymer, såsom överroxiddysmutas, såväl som glioxidas som finns i bakterier och vissa parasiter, till exempel i tripanosomer, är beroende av nickel. Samma enzymer i högre arter är emellertid inte beroende av nickel utan zink.

Risker

Intaget av stora mängder nickel är associerat med generering och utveckling av lung-, näs-, strostcancer och prostatacancer. Dessutom orsakar det andningsproblem, andningsfel, astma och bronkit. Nickelångor kan orsaka pulmonell irritation.

Nickelkontakt med huden kan orsaka sensibilisering, som därefter producerar en allergi, manifesterad som ett kutanutbrott.

Kutan nickelexponering kan vara orsaken till en dermatit känd som "nickelklåda", hos tidigare sensibiliserade människor. När medvetenheten om nickel inträffar kvarstår den på obestämd tid.

Internationella byrån för cancerforskning (IARC) placerade nickelföreningar i grupp 1 (det finns tillräckligt bevis på cancerframkallande hos människor). OSHA reglerar emellertid inte nickel som en cancerframkallande.

Det rekommenderas att exponering för metallisk nickel och dess föreningar inte kan vara större än 1 mg/m³ i åtta timmars arbete under en arbetsvecka på fyrtio timmar. Den har nickelkarbonyl och nickelsulfid som mycket giftiga eller cancerframkallande föreningar.

Referenser

1. Muhammad Imran Din och Anela Rani. (2016). Nya framsteg inom syntesen och stabiliseringen av nickel- och nickeloxid -nanopartiklar: en grön adeptness. International Journal of Analytical Chemistry, Vol. 2016, artikel ID 3512145, 14 sidor, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Nickelbaserade nano -partiklar som adsorbenter i vattenreningsmetoder - en översyn. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nickel. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Nickelinstitut. (2018). Rostfritt stål: Nickels roll. Återhämtat sig från: nickelinstitut.org
5. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (20 mars 2019). Nickel. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5 oktober 2018). Nickelroll i växter odling. Promix. Återhämtat sig från: pthorticulture.com
7. Lentech. (2019). Periodisk tabell: nickel. Återhämtat sig från: Lentech.com
8. Klocka. (28 juli 2019). Nickelmetallprofil. Återhämtat sig från: TheBalance.com
9. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (22 juni 2018). 10 fakta om nickelelement. Återhämtat sig från: tankco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad a. Korsta. (2015). EFECT av nickeltillägg på antimikrobiella, fysiska och mekaniska egenskaper hos kopparnicklegering mot suspensioner av Escherichia coli. AIP Conference Proceedings 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727