Никель является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 28 и условным обозначением Ni. Никель в свободном виде представляет собой серебристо-белый блестящий металл с легким золотистым оттенком, который относится к группе переходных металлов.
Открытие
Никель является одним из химических элементов, который составляет основу нашей планеты. По оценкам ученых, ядро Земли является расплавленной смесью железа и никеля, а так же большое количество метеоритов отмечено высоким содержанием этого химического элемента. Ученые проследили непреднамеренное использование никеля вплоть до 3500 года до Нашей Эры и с учетом вышеперечисленных факторов это не является удивительным.
Как самостоятельный химический элемент никель был выделен и классифицирован шведским минералогом и химиком Акселем Фредриком Кронштедтом в 1751 году. Он извлек новый химический элемент из руды на кобальтовом руднике около деревни Лос в Швеции. Данную руду местные шахтеры называли «купферникель», которое состоит из двух слов: «купфер» — в переводе означает медь и от слова «никель», которым обычно называли озорное мифическое существо, которое по мнению местных шахтеров мешало выделять медь из данного минерала. В конце концов за химическим элементом закрепилось данное название — «Никель».
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 1455 ° С |
| Точка кипения | 2730°С |
| Плотность при Н.У. | 8,907 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 4.0 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 17,61 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 378,6 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 26,1 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 6,6 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 28 |
| Атомная масса | 58,6934 |
| Электронная конфигурация | 3d⁸4s² |
| Радиус атома | 124 пм |
| Ковалентный радиус | 115 пм |
| Степени окисления | 0, +2, +3 |
| Радиус иона | 69 пм |
| Электроотрицательность | 1.91 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 736,2 кДж/моль |
| Изотопы | ⁵⁸Ni; ⁵⁹Ni; ⁶⁰Ni; ⁶¹Ni; ⁶²Ni; ⁶³Ni; ⁶⁴Ni |
Интересное:
Добыча и производство
Никель явлляется весьма важным химическим элемментом который используется во многих сферах жизнедеятельности человека. Ежегодная мировая добыча никеля превышает значение в 3 миллиона тонн. Самыми важными никельсодержащими рудами является купферникель (NiAs), миллерит (NiS) и пентландит [(Fe, Ni)9S8]. Выделение никеля чистотой около 75% из вышеперечисленных минералов осуществляется обычными методами обжига и восстановления, которые обеспечивают большую часть возможных применений.
Для получения никеля чистотой выше 99% используется так называемый процесс Монда, который основан на обработке очищеного никеля оксидом углерода и состоит из трех этапов:
1. Оксид никеля реагирует с синтез-газом при температуре 200 °C, образуя никель вместе с примесями, включая железо и кобальт.
NiO + H2 → Ni + H2O
2. Неочищенный никель реагирует с оксидом углерода при температуре 50 – 60 °C, образуя газ карбонил никеля, оставляя примеси в виде твердых веществ.
Ni + 4 CO → Ni(CO)4
3. Смесь карбонила никеля и синтез-газа нагревают до 220 – 250 °C, что приводит к обратному разложению на никель и оксид углерода:
Ni(CO)4 → Ni + 4CO
Этот метод был запатентован Людвигом Мондом и уже использовался в промышленности еще до начала 20-го века. Никель высокой чистоты иногда называют карбонильным никелем. Средняя цена за тонну никеля чистотой 99% составляет порядка 20 тысяч долларов США.
Интересное:
Применение
Применение такого химического элемента как никель очень разнообразно. Большая его часть используется для производства сплавов и нержавеющей стали.
Наиболее известными и распространенными сплавами являются:
1. Константан — сплав , состоящий из 55% меди и 45% никеля, который имеет примерно постоянное удельное электрическое сопротивление в широком диапазоне температур. В основном он используется для изготовления точных резисторов.
2. Никель Ренея — никель-алюминиевый сплав, который является важным катализатором гидрирования органических соединений.
3. Никель-серебро — медно-никель-цинковый сплав с содержанием никеля 10 –26%, обладающий особой коррозионной стойкостью и в основном используемый для изготовления столовых приборов и электрооборудования.
4. Монель — медно-никелевый сплав с содержанием около 65% никеля, 33% меди и 2% железа, который характеризуется особой химической стойкостью, в том числе к фтору. Его используют для изготовления баллонов для транспортировки газообразного фтора.
5. Аустенитный чугун с шаровидным графитом — специальный сферолитовый чугун с содержанием никеля до 20%, для использования в агрессивных средах и при высоких температурах.
Кроме того сегодня существует большое количество суперсплавов на основе никеля, специально созданные для работы в агрессивных средах при высоких температурах, которые применяются в авиационных турбинах и газовых турбинах электростанций.
Никель так же используется во многих специфических и узнаваемых промышленных и потребительских товарах которые включают магниты, монеты, аккумуляторные батареи, струны электрогитар, микрофонные капсюли, покрытие сантехнических приборов и специальные сплавы, такие как пермаллой, элинвар и инвар. Данный химический элемент используется для покрытия и в качестве зеленого оттенка стекла.
Чистый металлический никель используется в мелкоизмельченной форме в качестве катализатора при гидрировании ненасыщенных жирных кислот. Благодаря своей химической стойкости никель используется в оборудовании в химических лабораториях и химической промышленности (например, никелевые тигли для разложения ). Никелевые сплавы изготавливаются из чистого металлического никеля, которые впоследствие испрльзуются по различного рода направлениям.
Никель применяется в качестве металлического покрытия для защиты металлических предметов от коррозии. Данный процесс в производстве имеет термин никелирование. Из-за его защитных свойств от окисления металлы (особенно железо ) покрывают слоем никеля с использованием гальванической технологии для различных технических целей.
Данный химический элемент имеет большое количество разнообразных применений. Очищенный никель также используется для изготовления оправ никелированных очков. Изотоп никеля ⁶³Ni используется в качестве бета-излучателя в детекторах электронного захвата газовых хроматографов. Так же никель является отличным легирующим агентом для некоторых драгоценных металлов и используется при испытаниях на огнестойкость в качестве коллектора элементов платиновых металлов. Кроме того он способен полностью собирать из руд все шесть платиновых металлов, в первую очередь платину и палладий, но так же частично способен собирать золото.
Пенопласт никеля или никелевая сетка используются в газодиффузионных электродах щелочных топливных элементов
Интересное:
Безопасность
Никель во многих учебных пособиях классифицируется как аллергенное, канцерогенное и мутагенное вещество, которое в форме металлической пыли представляет особую опасность для здоровьья людей. По данным европейского агенства по безопасности пищевых продуктов, допустимая суточная норма потребления никеля составляет 2,8 микрограмма (0,0028 миллиграмма) на килограмм массы тела. Вдыхание неорганических соединений никеля связано с повышенным риском плоскоклеточного рака легких и верхних дыхательных путей. В Германии такие злокачественные новообразования признаются профессиональными заболеваниями, возникающими вследствие профессионального воздействия (ВК 4109). Среднесуточное воздействие не представляет угрозы для здоровья человека. Большая часть никеля, поглощаемого человеком, удаляется почками и выводится из организма с мочой или выводится через желудочно-кишечный тракт без всасывания. Никель не является кумулятивным ядом, но большие дозы или хроническое воздействие могут представлять собой существенную опасность для здоровья.