Nickelgeschichte, Eigenschaften, Struktur, Verwendungen, Risiken

Er Nickel Es ist ein weißes Übergangsmetall, dessen chemisches Symbol das ist oder. Seine Härte ist größer als die von Eisen, zusätzlich zu einem guten Leiter für Wärme und Elektrizität und im Allgemeinen wird es als wenig reaktives Metall angesehen und sehr resistent gegen Korrosion. In seinem reinen Zustand ist er Silber mit goldenen Nuancen.

1751 schaffte es Axel Fredrik Cronsted, schwedischer Chemiker, ihn von einem Mineral, das als Kupffernickel (Devil's Kupfer) bekannt ist. Zuerst dachte Cronsted, dass das Mineral Kupfer war, aber das isolierte Element erwies sich als weiß, anders als Kupfer.

Nickelkugeln, in denen seine goldenen Töne Schieben sind. Quelle: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Cronsted nannte das Element als Nickel und anschließend wurde festgestellt, dass das Mineral namens Kuffernickel Nicolita (Nickel Arseniuro) war.

Der Nickel wird hauptsächlich aus zwei Ablagerungen extrahiert: den magmatischen Felsen und anderen Segregationen des Erdmagmas. Mineralien sind schwefel wie Pentladita. Die zweite Nickelquelle ist die neueste, mit nickelreichen Mineralien wie The Garnierita.

Die Hauptanwendung des Nickels liegt in der Bildung von Legierungen mit zahlreichen Metallen; Zum Beispiel interveniert es in die Ausarbeitung von Edelstahl, industrielle Aktivitäten, die etwa 70 % der weltweiten Nickelproduktion verbraucht.

Darüber hinaus wird der Nickel in Legierungen wie Alnicus verwendet, einer Legierung einer magnetischen Natur zur Ausarbeitung von Elektromotoren, Lautsprechern und Mikrofonen.

Der Nickel begann bei der Ausarbeitung von Münzen in der Mitte des Jahrhunderts eingesetzt. Die Verwendung wurde derzeit jedoch durch günstigere Metalle ersetzt. Obwohl es in einigen Ländern weiterhin verwendet wird.

Nickel ist ein wesentliches Element für Pflanzen, da es das Hareasa -Enzym aktiviert, das in den Abbau von Harnstoff zu Ammoniak interveniert, die von Pflanzen als Stickstoffquelle verwendet werden können. Darüber hinaus ist Harnstoff eine toxische Verbindung, die Pflanzen schwerwiegende Schäden verursacht.

Nickel ist ein Element großer Toxizität für Menschen. Es gibt Hinweise darauf, ein krebserregendes Mittel zu sein. Darüber hinaus verursacht Nickel Dermatitis und Allergieentwicklung.

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Geschichte

Antike

Der Mann wusste seit der Antike die Existenz von Nickel. Zum Beispiel wurde es in Bronzeobjekten (3500 a) gefunden.C.), anwesend in Ländern, die derzeit zu Syrien gehören, einen 2% igen Nickelprozentsatz.

Auch chinesische Manuskripte gehen davon aus.C. Das Mineral wurde im 17. Jahrhundert nach Großbritannien exportiert; Aber der Nickelinhalt dieser Legierung (Cu-ni) wurde erst 1822 entdeckt.

Im mittelalterlichen Deutschland wurde ein rotes Erz gefunden, ähnlich wie Kupfer, und präsentierte grüne Flecken. Die Bergleute versuchten, das Kupfer des Minerals zu isolieren, scheiterten jedoch in ihrem Versuch. Darüber hinaus erzeugte der Kontakt mit Mineralstörungen Gesundheitsstörungen.

Aus diesen Gründen wurden die Bergleute, die dem Mineral einen bösen Zustand zugeschrieben wurden, unterschiedliche Namen zugewiesen, die diesen Zustand veranschaulichen; als "alter Nick", auch Kupphernickel (Kupfer des Teufels). Jetzt ist bekannt, dass das fragliche Mineral Nicolita war: Nickel Arseniuro, Nias.

Entdeckung und Produktion

1751 versuchte Axel Fredrik Cronsted, Kupfer des Kuffernickels zu isolieren, das aus einer Kobaltmine in der Nähe des Hassistlandt, einem schwedischen Dorf, erhalten wurde. Aber er schaffte es nur, ein weißes Metall zu erhalten, das bis dahin unbekannt war und ihn Nickel nannte.

Ab 1824 wurde Nickel als Nebenprodukt der blauen Kobaltproduktion erhalten. Im Jahr 1848 wurde in Norwegen eine Gießerei zur Verarbeitung des im Pyrrotitenminerals vorhandenen Nickels errichtet.

1889 wurde der Nickel in die Herstellung von Stahl eingeführt, und die in Nueva Caledonia entdeckten Einlagen sorgten für den weltweiten Verbrauch zu.

Eigenschaften

Aussehen

Silber, glänzend und mit einem leichten goldenen Farbstoff.

Atomares Gewicht

58.9344 u

Atomnummer (z)

28

Schmelzpunkt

1.455 ºC

Siedepunkt

2.730 ºC

Dichte

-Bei Raumtemperatur: 8.908 g/ml

Kann Ihnen dienen: violettes Glas

-Am Schmelzpunkt (Flüssigkeit): 7,81 g/ml

Fusionshitze

17.48 kJ/mol

Verdampfungswärme

379 kJ/mol

Molkalorienkapazität

26.07 j/mol

Elektronegativität

1.91 auf der Paulingskala

Ionisationsenergie

Erste Ionisationsstufe: 737.1 kJ/mol

Zweite Ionisationsstufe: 1.753 kJ/mol

Dritte Ionisationsstufe: 3.395 kJ/mol

Atomradio

Empirisch 124 PM

Radio kovalent

124,4 ± 16 Uhr

Wärmeleitfähigkeit

90,9 w/(m · k)

Elektrischer widerstand

69,3 nω · m bei 20 ºC

Härte

4.0 auf der MOHS -Skala.

Eigenschaften

Der Nickel ist ein duktiles, formbares Metall und hat eine größere Härte als der von Eisen, der ein guter elektrischer und thermischer Leiter ist. Es ist ein ferromagnetisches Metall bei normalen Temperaturen, die seine Curie -Temperatur von 358 ° C ist. Bei höheren Temperaturen hört Nickel auf, ferromagnetisch zu sein.

Nickel ist eines der vier ferromagnetischen Elemente, die die anderen drei sind: Eisen, Kobalt und Gadolinio.

Isotope

Es gibt 31 Nickelisotope, die durch die begrenzt sind ⁴⁸Noch ⁷⁸Weder.

Es gibt fünf natürliche Isotope: ⁵⁸Noch mit einer Fülle von 68,27 %; ⁶⁰Noch mit einer Fülle von 26,10 %; ⁶¹Noch mit einer Fülle von 1,13 %; ⁶²Noch mit einer Fülle von 3,59 %; Und ⁶⁴Noch mit einer Fülle von 0,9 %.

Das Atomgewicht von fast 59 U für den Nickel zeigt, dass es in keinem der Isotope eine ausgeprägte Überwendung gibt (auch wenn die ⁵⁸Auch ist es auch nicht die am häufigsten vorkommende).

Elektronische Struktur und Konfiguration

Metallic Nickel kristallisiert in einer Kubikstruktur auf Gesichtern (FCC). Diese FCC -Phase ist extrem stabil und bleibt dem Druck nahe 70 GPa unverändert. Kleine bibliografische Informationen über Nickelphasen oder Polymorphe unter hohem Druck.

Die Morphologie von Nickelkristallen ist variabel, da diese so angeordnet werden können, dass sie einen Nanotubo definieren. Als Nanopartikel oder makroskopischem Feststoff bleibt die Metallbindung gleich (theoretisch); Das heißt, es sind die gleichen Elektronen Valencia, die die Atome von Ni zusammenhalten.

Nach den beiden möglichen elektronischen Konfigurationen für Nickel:

[Ar] 3d⁸ 4s²

[Ar] 3d⁹ 4s¹

Es gibt zehn Elektronen an der metallischen Bindung; entweder acht oder neun im 3D -Orbital, zusammen mit zwei oder einem im 4S -Orbital. Beachten Sie, dass das Valencia -Band praktisch voll ist und ihre Elektronen in das Fahrband transportiert hat. Tatsache, die seine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit erklärt.

Die FCC -Struktur von Nickel ist so stabil, dass Stahl sogar angewendet wird, wenn sie hinzugefügt werden. Daher ist Edelstahleisen mit hohem Nickelgehalt auch FCC.

Oxidationszahlen

Der Nickel hat, auch wenn es scheint, auch viele Zahlen oder Oxidationszustände. Die Negative sind offensichtlich, dass zwei Elektronen nur fehlen, um die zehn seines 3D -Orbitals zu vervollständigen. So können Sie ein oder zwei Elektronen mit Oxidationsnummern -1 (oder gewinnen^-) oder -2 (oder^2-), bzw.

Die stabilste Oxidationszahl für Nickel ist +2, unter der Annahme der Existenz des Kation oder²⁺, das hat die Elektronen des 4S -Orbitals verloren und hat acht Elektronen im 3D -Orbital (3D⁸).

Es gibt auch zwei weitere positive Oxidationszahlen: +3 (oder³⁺) und die +4 (oder⁴⁺). In der Schule oder in der High School wird nur gelehrt, dass Nickel als Ni (II) oder Ni (III) existiert, was daran liegt, dass sie die häufigsten Oxidationszahlen sind und in sehr stabilen Verbindungen vorkommen.

Und wenn es das metallische Nickel ist, das Teil einer Verbindung ist, dh mit seinem neutralen Atom oder, wird gesagt, dass es teilnimmt oder mit einer Oxidationszahl von 0 (oder verbindet⁰).

Wo ist der Nickel??

Mineralien und Meer

Der Nickel macht 0,007 % der Erdkruste aus, so dass seine Fülle niedrig ist. Aber immer noch das zweite Metall im Häufigkeit nach Eisen im geschmolzenen Kern der Erde, bekannt als Nife. Meerwasser hat eine durchschnittliche Nickelkonzentration von 5,6 · 10^-4 mg/l.

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Es ist normalerweise in magmatischen Felsen vorhanden, das Pentland, ein Mineral aus Eisensulfid und Nickel [(Ni, Glaube)₉S₈], eine von Nickels Hauptquellen:

Roca aus Pentland- und Pyrrotit -Mineralien. Quelle: John Sobolewski (JSS) [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Das Pentlandita Mineral ist in Sudbury, Ontario, Kanada, anwesend. Eine der Hauptablagerungen dieses Metalls der Welt.

Pentlands hat eine Nickelkonzentration zwischen 3 und 5 %, die mit Pyrrotit assoziiert ist, einem Eisensulfid, der reich an Nickel ist. Diese Mineralien sind in Felsenprodukten der Segregationen des Erdmagmas.

Lateritas

Die andere wichtige Nickelquelle sind die Lateritas, die aus trockenen Böden der warmen Regionen bestehen. Sie sind arm in Kieselsäure und haben mehrere Mineralien, darunter: Garnierita, ein Magnesium und ein Nickel Silicat; und der Lemonit, ein Eisenmineral [(Glaube, Ni) oder (OH) mit einem Inhalt zwischen 1 und 2 % Nickel.

Es wird geschätzt, dass 60 % des Nickels aus dem neuesten und den verbleibenden 40 % der magmatischen schwefeligen Ablagerungen extrahiert werden.

Meteoriten und Öl

Der Nickel ist auch in Eisenmeteoriten mit den Kamacita- und Taenita -Legierungen vorkommt. Kamacita ist eine Eisen- und Nickellegierung mit einem Prozentsatz von 7 % davon; Während die Taenita die gleiche Legierung ist, aber mit einem Prozentsatz von Nickel zwischen 20 und 65 %.

Der Nickel ist an organischen Verbindungen fixiert, aus diesem Grund ist es in hoher Konzentration in Kohle und Öl.

China ist der größte Nickelproduzent der Welt, gefolgt von Russland, Japan, Australien und Kanada.

Anwendungen

-Elementary Nickel

Legierungen

Ventil mit Monellegierung hergestellt. Quelle: Heather Smith [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Es wird in Legierung mit Eisen hauptsächlich zur Ausarbeitung von Edelstahl verwendet, da 68 % der Nickelproduktion für diesen Zweck verwendet werden.

Es bildet auch eine Legierung mit Kupfer, korrosionsbeständig. Diese Legierung besteht aus 60 % Nickel, 30 % Kupfer und kleinen Mengen anderer Metalle, insbesondere Eisen.

Der Nickel wird in resistiven, magnetischen und anderen Zwecken wie Nickelsilber verwendet; Und eine Legierung, die aus Nickel und Kupfer besteht, enthält aber kein Geld. Ni-Cu-Röhrchen werden in Entsalzungsanlagen, Rüstung und Münzen verwendet.

Nickel liefert Hartnäckigkeit und Widerstand gegen Traktion gegenüber Legierungen, die Korrosionsbeständigkeit bilden. Zusätzlich zu den Legierungen mit Kupfer, Eisen und Chrom wird es in Legierung mit Bronze, Aluminium, Blei, Kobalt, Silber und Gold verwendet.

Monel -Legierung besteht aus 17 % Nickel, 30 % Kupfer und mit Eisen, Mangan und Silizium. Es ist Meerwasserresistent, was es ideal für die Verwendung in Schiffen macht.

Schutzmaßnahme

Der Nickel bei Reaktion mit Fluor bildet eine Schutzschicht des Fluorelements, sodass die Metallnickel- oder Monellegierung in Fluorkanälen verwendet werden kann.

Der Nickel ist resistent gegen die Wirkung von Alkalis. Aus diesem Grund wird es in Behältern verwendet, die konzentriertes Natriumhydroxid enthalten. Es wird auch in der Galvanoplastik verwendet, um eine Schutzoberfläche für andere Metalle zu erzeugen.

Andere Verwendungen

Der Nickel wird als sechs Metall -Reduktionsmittel der Platingruppe der Mineralien verwendet, in denen es kombiniert wird; Hauptsächlich aus Platin und Paladium. Nickelschaum oder -netz wird zur Ausarbeitung alkalischer Kraftstoffbatterien verwendet.

Der Nickel wird als Katalysator für die Hydrierung von ungesättigten Fettsäuren pflanzlichen Fettsäuren verwendet, die im Margarine -Ausarbeitungsprozess verwendet werden. Kupfer- und Cu-Ni-Legierung haben antibakterielle Wirkung auf das e. coli.

Nanopartikel

Nickel-Nanopartikel (NPS-NI) finden nach ihrer größten Oberfläche eine Vielzahl von Verwendung im Vergleich zu einer makroskopischen Probe. Wenn diese NPS-NI aus Pflanzenextrakten synthetisiert werden, entwickeln sie antimikrobielle und antibakterielle Aktivitäten.

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Der Grund dafür ist auf die größte Tendenz, in Kontakt mit Wasser zu oxidieren, Kationen zu bilden oder²⁺ und sehr reaktive sauerstoffhaltige Spezies, die mikrobielle Zellen denaturieren.

Andererseits werden NPS-NI als Elektrodenmaterial in festen Brennstoffzellen, Fasern, Magneten, Magnetflüssigkeiten, elektronischen Teilen, Gassensoren usw. verwendet. Sie sind auch katalytisch, Adsorbensunterstützung, Bleichmittel und Abwasserreinigungen.

-Verbindungen

Chlorid, Nitrat und Nickelsulfat werden in Nickelbädern in Galvanoplastik verwendet. Darüber hinaus wird sein Sulfatsalz bei der Herstellung von Katalysatoren und Unterbringung für Textilfärbung verwendet.

Nickelperoxid wird in Lagerbatterien verwendet. Nickelferritas werden als magnetische Kerne in den Antennen in verschiedenen elektrischen Geräten verwendet.

Nickel hartnäckiger Carbonil bringt Kohlenmonoxid zur Acrylatsynthese von Acetylen und Alkoholern. Kombiniertes Barium und Nickeloxid (Banium₃) Es dient als Rohstoff für die Herstellung von Kathoden vieler wiederaufladbarer Batterien wie Ni-CD, Ni-Fe und Ni-H.

Biologisches Papier

Pflanzen erfordern Nickels Anwesenheit für das Wachstum. Es ist bekannt, dass mehrere Pflanzenenzyme es als Cofaktor verwenden, einschließlich Hareasa; Enzym, das Harnstoff in Ammoniak umwandelt und diese Verbindung bei der Funktion der Pflanzen verwenden kann.

Darüber hinaus erzeugt die Ansammlung von Harnstoff zu einer Veränderung der Blätter der Pflanzen. Der Nickel wirkt in Form eines Katalysators, um die Stickstofffixierung durch Hülsenfrüchte zu bevorzugen.

Die empfindlichsten Pflanzen gegenüber Nickelmangel sind Hülsenfrüchte (Bohnen und Alfalfa), Gerste, Weizen, Pflaumen und Pfirsiche. Sein Mangel manifestiert sich in Pflanzen durch Chlorose, fallende Blätter und Wachstumsstörungen.

In einigen Bakterien ist das Herasa -Enzym nickelabhängig, aber sie werden davon ausgegangen, dass sie eine virulente Wirkung in den Bewohnern haben können.

Andere bakterielle Enzyme wie Overroxid -Dysmutase sowie in Bakterien und einigen Parasiten vorhandene Glioxidase, beispielsweise in Tripanosomen, sind von Nickel abhängig. Die gleichen Enzyme bei höheren Arten sind jedoch nicht von Nickel, sondern von Zink abhängig.

Risiken

Die Aufnahme großer Mengen an Nickel ist mit der Erzeugung und Entwicklung von Lungen-, Nasen-, Kehlkopf- und Prostatakrebs verbunden. Darüber hinaus verursacht es Atemprobleme, Atemversagen, Asthma und Bronchitis. Nickeldämpfe können Lungenreizungen verursachen.

Nickelkontakt mit der Haut kann Sensibilisierung verursachen, die anschließend eine Allergie erzeugt, die sich als Hautausbruch manifestiert.

Haut -Nickel -Exposition kann die Ursache einer Dermatitis sein. Wenn das Bewusstsein für Nickel auftritt, bleibt es auf unbestimmte Zeit bestehen.

Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat Nickelverbindungen in Gruppe 1 aufgestellt (es gibt ausreichende Hinweise auf Karzinogenität beim Menschen). OSHA reguliert Nickel jedoch nicht als Karzinogen.

Es wird empfohlen, dass die Exposition gegenüber Metallic Nickel und seinen Verbindungen nicht größer als 1 mg/m betragen kann³ für acht Stunden Arbeit in einer Arbeitswoche von vierzig Stunden. Es hat Nickelcarbonyl- und Nickelsulfid als sehr giftige oder krebserzeugte Verbindungen.

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