Никель

                                              Никель 

Ни́кель / Niccolum (Ni)

Атомный номер 

28

Внешний вид простого вещества 

 

Свойства атома

Атомная масса

(молярная масса) 

58,6934 а. е. м. (г/моль)

Радиус атома 

124 пм

Энергия ионизации

(первый электрон) 

736,2 (7,63) кДж/моль (эВ)

Электронная конфигурация 

[Ar] 3d8 4s2

Химические свойства

Ковалентный радиус 

115 пм

Радиус иона (+2e) 69 пм

Электроотрицательность

(по Полингу) 

1,91

Электродный потенциал 

-0,25 В

Степени окисления 

3, 2, 0

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность 

8,902 г/см³

Молярная теплоёмкость 

26,1[1] Дж/(K·моль)

Теплопроводность 

90,9 Вт/(м·K)

Температура плавления 

1 726 K

Теплота плавления 

17,61 кДж/моль

Температура кипения 

3 005 K

Теплота испарения 

378,6 кДж/моль

Молярный объём 

6,6 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки 

кубическая гранецентрированая

Параметры решётки 

3,524 Å

Отношение c/a —

Температура Дебая 

375 K

Ni 28

58,6934

[Ar]3d84s2

Никель

 

 

Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой защитной пленкой оксида. Химически малоактивен.Содержание [убрать]

1 История

2 Нахождение в природе

3 Получение

4 Физические свойства

5 Химические свойства

6 Применение 

6.1 Сплавы

6.2 Никелирование

6.3 Производство аккумуляторов

6.4 Радиационные технологии

6.5 Медицина

7 Биологическая роль

8 Физиологическое действие

9 Примечания

10 См. также

11 Ссылки

 

 

История

 

Схема атома никеля

 

Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стекол в зеленый цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «дьявольская руда». Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зеленый окисел и путем восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста. Никкел — ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искаженного Nicolaus — родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824).

 

Нахождение в природе

 

Никель довольно распространён  в природе — его содержание в земной коре составляет ок. 0,01 %(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8 %). Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.

никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs

хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As2

гарниерит (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O и другие силикаты

магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S

мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,

пентландит (Fe,Ni)9S8

 

В растениях в среднем 5•10−5 весовых  процентов никеля, в морских животных — 1,6•10−4, в наземных — 1•10−6, в человеческом организме — 1…2•10−6. О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы — «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда.

 

Получение

 

Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн т., в том числе достоверные — 49 млн.т. Основные руды никеля — никелин (купферникель) NiAs, миллерит NiS, пентландит (FeNi)9S8 — содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают Ni, содержат примеси Co, Cu, Fe и Mg. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в «окисленных никелевых рудах» (ОНР), 33 % — в сульфидных, 0,7 % — в прочих. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые.

 

Тугоплавкие магнезиальные руды, как  правило, подвергают электроплавке  на ферроникель (5-50 % Ni+Co, в зависимости  от состава сырья и технологических  особенностей).

 

Наиболее железистые — латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % Ni), синтер (89 % Ni), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические никель электролитный, никелевые порошки и кобальт.

 

Менее железистые — нонтронитовые  руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла и/или солей.[2] Еще один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Англии — до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, пефтях, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены.

 

Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.

Силикатную руду восстанавливают  угольной пылью во вращающихся трубчатых  печах до железо-никелевых окатышей (5—8 % Ni), которые затем очищают  от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.

Карбонильный способ (метод Монда). Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым  пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.

Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3

 

Физические свойства

 

Металлический никель имеет серебристый  цвет с желтоватым оттенком, очень тверд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом, проявляя магнитные свойства при температурах ниже 340 °C.

 

Химические свойства

 

Атомы никеля имеют внешнюю электронную  конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II).

 

Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом никель со степенью окисления +3 только в виде комплексных солей. Для соединений никеля +2 известно большое количество обычных и комплексных соединений. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем.

 

Никель характеризуется высокой  коррозионной стойкостью — устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в  ряде кислот. Химическая стойкость  обусловлена его склонностью  к пассивированию — образованию  на его поверхности плотной оксидной пленки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте.

 

С оксидом углерода CO никель легко  образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO)4.

 

Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).

 

Никель горит только в виде порошка. Образует два оксида NiO и Ni2O3 и соответственно два гидроксида Ni(OH)2 и Ni(OH)3. Важнейшие  растворимые соли никеля — ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Растворы окрашены обычно в зеленый цвет, а безводные соли — желтые или коричнево-желтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зеленые), три сульфида NiS (черный), Ni2S3 (желтовато-бронзовый) и Ni3S4 (черный). Никель также образует многочисленные координационные и комплексные соединения. Например, диметилглиоксимат никеля Ni(HC4H6N2O2)2, дающий четкую красную окраску в кислой среде, широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля

 

Водный раствор сульфата никеля в банке, имеет зелёный цвет. Этот раздел не завершён.

Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. 

 

 

Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) [Ni(H2O)6]2+. При добавлении к раствору, содержащему  эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждение гидроксида никеля (II), зеленого желатинообразного вещества. Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля(II) [Ni(NH3)6]2+.

 

Никель образует комплексы с  тетраэдрической и с плоской  квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) [NiCl4]2- имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат(II) [Ni(CN)4]2- имеет плоскую квадратную структуру.

 

В качественном и количественном анализе  для обнаружения ионов никеля (II) используется щелочной раствор бутандиондиоксима, известного также под названием диметилглиоксима. При его взаимодействии с ионами никеля (II) образуется красное координационное соединение бис(бутандиондиоксимато)никель(II). Это — хелатное соединение и бутандиондиоксимато-лиганд является бидентатным.

 

Применение

Сплавы

 

Никель является основой большинства  суперсплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической  промышленности для деталей силовых  установок.

монель-металл (65 — 67 % Ni + 30 — 32 % Cu + 1 % Mn), жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив;

нихром, сплав сопротивления (60 % Ni + 40 % Cr);

пермаллой (76 % Ni + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис;

инвар (65 % Fe + 35 % Ni), почти не удлиняется при нагревании.

Кроме того, к сплавам никеля относятся  никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления  типа константана, никелина и манганина.[3]

 

Никелирование

 

Никелирование — создание никелевого покрытия на поверхности другого  металла с целью предохранения его от коррозии. Проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля(II), хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов. Толщина получаемого никелевого слоя составляет 12 — 36 мкм. Устойчивость блеска поверхности может быть обеспечена последующим хромированием (толщина слоя хрома 0,3 мкм).

 

Бестоковое никелирование проводится в растворе смеси хлорида никеля(II) и гипофосфита натрия в присутствии цитрата натрия:

 

NiCl2 + NaH2PO2 + H2O = Ni + NaH2PO3 + 2HCl

 

Процесс проводят при рН 4 — 6 и 95 °C.[3]

 

Производство аккумуляторов

 

Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

 

Радиационные технологии

 

Изотоп 63Ni, излучающий β+-частицы, имеет  период полураспада 100,1 года и применяется  в крайтронах.

 

Медицина

Применяется при изготовлении брекет-систем.

Протезирование

 

Биологическая роль Этот раздел не завершён.

Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. 

 

 

Биологическая роль: никель относится  к числу микроэлементов, необходимых  для нормального развития живых  организмов. Однако о его роли в  живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие  в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).

 

Физиологическое действие

 

Никель — основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В Евросоюзе  ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека [4].

 

Карбонил никеля [Ni(CO)4] — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0.0005 мг/м³.

 

В XX веке было установлено, что поджелудочная  железа очень богата никелем. При  введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давления. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах.