Nichel

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Nichel (dezambiguizare) .

Nichel
28 Ni                                                                                                                                                                                                                                               cobalt ← nichel → cupru
Aspect
metal lucios
Linia spectrală
Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic	nichel, Ni, 28
Serie	metale de tranziție
Grup , punct , bloc	10 , 4 , d
Densitate	8 908 kg / m³
Duritate	4.0
Configurare electronică
Termen spectroscopic	3 F 4
Proprietăți atomice
Greutate atomica	58,6934
Raza atomică (calc.)	135 (149) pm
Raza covalentă	Ora 121
Raza Van der Waals	Ora 163
Configurare electronică	[ Ar ] 3d 8 4s 2
și - după nivelul de energie	2, 8, 16, 2
Stări de oxidare	2 , 3 (slab de bază )
Structură cristalină	cubic centrat pe față
Proprietăți fizice
Stare a materiei	solid ( feromagnetic )
Punct de fuziune	1 728 K (1 455 ° C )
Punct de fierbere	3 186 K (2913 ° C)
Volumul molar	6,59 × 10 −6 m³ / mol
Entalpia vaporizării	370,4 kJ / mol
Căldura de fuziune	17,47 kJ / mol
Presiunea de vapori	237 Pa a 1 726 K
Viteza sunetului	4 970 m / s la 293,15 K
Alte proprietăți
numar CAS	7440-02-0
Electronegativitate	1,91 ( scară Pauling )
Căldura specifică	440 J / (kg K)
Conductibilitate electrică	14,3 × 10 6 / (m Ω )
Conductivitate termică	90,7 W / (m K)
Energia primei ionizări	737,1 kJ / mol
A doua energie de ionizare	1 753 kJ / mol
A treia energie de ionizare	3 395 kJ / mol
Energia celei de-a patra ionizări	5 300 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP 56 Ni sintetic 6.077 zile ε 2.136 56 Co 58 Ni 68,077% Ni este stabil cu 30 de neutroni 59 Ni sintetic 76.000 de ani ε 1,072 59 Co 60 Ni 26,233% Ni este stabil cu 32 de neutroni 61 Ni 1,1399% Ni este stabil cu 33 de neutroni 62 Ni 3,6346% Ni este stabil cu 34 de neutroni 63 Ni sintetic 100,1 ani β - 2.137 63 Cu 64 Ni 0,9255% Ni este stabil cu 36 de neutroni
iso: izotop NA: abundență în natură TD: timpul de înjumătățire DM: modul de descompunere DE: energia de descompunere în MeV DP: produs de descompunere

Nichelul (sau nichelul ) este elementul chimic cu numărul atomic 28 și simbolul său este Ni .

Numele derivă din nichelul suedez , diminutiv al lui Nicolaus, în antichitate asociat cu o persoană mică, elf sau băiat neliniștit, prea plin de vitalitate ^[1] . Apoi, este derivatul german Kupfernickel („arama diavolului”), un nume dat de mineri care, în căutarea cuprului, au găsit în schimb acest element și l-au învinuit pe un geniu malefic ^[2] .

fundal

Nichelul a fost folosit din cel puțin 3500 î.Hr .: unele bronzuri din ceea ce este acum Siria conțin până la 2% nichel. În plus, există câteva manuscrise chineze care sugerează că „ cuprul alb” ( paitung ) a fost utilizat în Est între 1700 și 1400 î.Hr. Cu toate acestea, deoarece minereurile de nichel pot fi ușor confundate cu minereurile de argint , utilizarea conștientă a nichelului ca atare datează din epoca contemporană.

Mineralele care conțin nichel, cum ar fi niccolit sau cupru fals, erau apreciate anterior pentru culoarea verde pe care o dădeau sticlei . În 1751 mineralogistul suedez Axel Fredrik Cronstedt , încercând să extragă cuprul din niccolit, a obținut în schimb un metal alb-argintiu pe care l-a numit nickhel, din germanul Kupfernickel (cupru fals) sau din nichel ( elf , diavol mic).

Prima monedă de nichel pur a fost bătută în 1881 , în timp ce monedele de nichel-cupru au fost emise de trei conducători ai regatului indo-grec în secolul al II-lea î.Hr.

Caracteristici

Nichelul este un metal argintiu. Aparține blocului de fier și este dur, maleabil și ductil.

Nichelul este unul dintre cele cinci elemente feromagnetice . Este foarte des însoțită de cobalt : ambele pot fi găsite în fierul meteoritic . Este foarte apreciat pentru proprietățile pe care le conferă aliajelor metalice cărora le aparține. Moneda SUA numită „nichel” ^[3], datorită aliajului folosit, nu este feromagnetică, în timp ce echivalentul canadian a fost până în anul fabricării 1958 inclusiv.

Cea mai comună stare de oxidare a nichelului este +2, dar s-au observat și complexe de nichel în stările de oxidare 0, +1 și +3.

Disponibilitate

Mai ales nichelul este extras din două tipuri de depozite minerale; primul tip este format din laterite în care principalele minerale sunt limonitul nichelifer [(Fe, Ni) O (OH)] și garnierita (un silicat hidratat de nichel). Al doilea tip constă în depozite de sulf de origine magmatică în care mineralul principal este pentlanditul [(Ni, Fe) ₉ S ₈ ]. Nichelul se găsește și în kamacit , un aliaj natural de fier și nichel.

Cele mai mari rezerve de nichel se află în Australia și Noua Caledonie și se ridică la aproximativ 45% din totalul rezervelor cunoscute.

Se estimează că, începând din zonele apărute în care s-a observat o concentrație de cel puțin 1% nichel, resursele disponibile de nichel sunt de cel puțin 130 de milioane de tone , aproximativ dublu față de rezervele deja cunoscute. 60% se află în laterite și 40% în depozite de sulf .

În 2011, Rusia a fost cel mai mare producător de nichel, cu aproximativ 20% din producția mondială, urmată îndeaproape de Canada , Australia, Indonezia și Filipine , conform raportului „ US Geological Survey ” ^[4] .

Producția mondială de nichel în 2005.

Mari producători de nichel în 2019 [5]
Poziţie	țară	Producție (o mie de tone)
1	Indonezia	853
2	Filipine	323
3	Rusia	279
4	Noua Caledonie	208
5	Canada	181
6	Australia	159
7	China	120
8	Brazilia	60
9	Rep. Dominicane	57

Izotopi

Izotopii stabili existenți în natură sunt 5: ⁵⁸ Ni, ⁶⁰ Ni, ⁶¹ Ni, ⁶² Ni și ⁶⁴ Ni. ⁵⁸ Ni este cel mai abundent (68,077%).

Au fost de asemenea identificați 18 izotopi radioactivi ai nichelului, dintre care cel mai stabil este ⁵⁹ Ni cu un timp de înjumătățire de 76.000 ani, urmat de ⁶³ Ni (100,1 ani) și ⁵⁶ Ni (6.077 zile). Toți ceilalți izotopi au un timp de înjumătățire mai mic de 60 de ore și în majoritatea acestora mai puțin de 30 de secunde.

⁵⁶ Ni este produs în cantități mari în supernova de tip II; spectrul luminos al acestor supernove corespunde cu cel așteptat de la decăderea ⁵⁶ Ni în ⁵⁶ Co și ulterior în ⁵⁶ Fe .

⁵⁹ Ni este un radionuclid cosmic care, datorită timpului său de înjumătățire, este utilizat în geologie pentru datare. A fost folosit pentru a data epoca meteoriților și pentru a estima abundența prafului cosmic în gheața și sedimentele pământului.

⁶⁰ Ni este produsul de descompunere al radionuclidului stins ⁶⁰ Fe (timpul de înjumătățire: 2,6 milioane de ani). Abundența de ⁶⁰ Ni prezentă în materialele de origine extraterestră poate ajuta la luminarea originii și istoriei sistemului solar .

Aplicații

Aproximativ 77% din nichelul consumat în lumea occidentală este utilizat pentru fabricarea oțelului inoxidabil austenitic ; un alt 12% este utilizat în superaliaje . Restul de 23% din cerință este împărțit între alte tipuri de oțel , baterii reîncărcabile , catalizatori și alte substanțe chimice, monedă, produse de turnătorie și placare ^{[ fără sursă ]} .

Având în vedere rezistența sa excelentă la oxidare , nichelul este utilizat:

• în producția de oțel inoxidabil și alte aliaje rezistente la coroziune ;
• în producția de oțel nichelat, utilizat pentru aplicații la temperatură scăzută;
• în producția de alnico , un aliaj utilizat la magneți ;
• în producția de mumetal , care are o permeabilitate magnetică deosebit de mare și este utilizată pentru a proteja câmpurile magnetice ;
• în producția de monel , un aliaj de nichel extrem de rezistent la coroziune utilizat în elice pentru nave , echipamente de bucătărie și conducte chimice industriale;
• în producția de aliaje cu memorie de formă , cum ar fi nitinolul , utilizat în robotică și endodonție , o ramură a stomatologiei ;
• în producția de baterii reîncărcabile, cum ar fi baterii de nichel-metal hidrură și baterii de nichel-cadmiu ;
• în monede : în Statele Unite și Canada , nichelul este utilizat în monedele de un cent; în Italia monedele de 50 și 100 lire erau fabricate din acmonital sau cupronickel , două aliaje de nichel. Este conținut în monedele de 1 și 2 euro . Multe alte state folosesc sau au folosit nichel în monedele lor;
• în electrodepunere ;
• în construcția de creuzete pentru laboratoare chimice;
• în hidrogenarea uleiurilor vegetale: nichelul fin pulverizat este un catalizator ;
• în acoperirea fierului, alamei și a altor materiale metalice;
• în producția anumitor aliaje, cum ar fi de exemplu argintul german .

• 

  Monede ( florin olandez ) în nichel

• 

  Baterii nichel-cadmiu

• 

  Supapa cu bilă în monel

• 

  Diagrama unui cablu mumetal

Importanța biologică

Multe dintre enzimele de tip hidrogenază conțin nichel pe lângă agregatele de fier-sulf . Siturile de nichel din aceste hidrogenaze au sarcina de a oxida mai degrabă decât de a dezvolta hidrogen: se pare că situl de nichel își schimbă starea de oxidare în timpul acțiunii enzimei și au fost prezentate dovezi care să susțină ipoteza că centrele de nichel sunt siturile active reale din această clasă de enzime.

Co-F430 , o coenzimă de nichel-tetrapirol, este prezentă în metil-CoM-reductaza și bacteriile metanogene . Tetrapirolul este un intermediar în structura dintre porfirină și corină . Recent, s-au observat modificări atât în ​​starea de oxidare, cât și în tipul de coordonare a nichelului în cadrul acestei enzime.

Există, de asemenea, o monoxid de carbon dehidrogenază care conține nichel a cărei structură este foarte puțin cunoscută.

Toxicitate

Simboluri de pericol chimic
Pericol
fraze H	351 - 372 - 317 - 412
Expresii R.	R 40-43
sfat P	281 - 273 - 308 + 313 - 302 + 352 [6]
Fraze S.	S 2-22-36
Produsele chimice trebuie manipulat cu precauție
Avertizări

Principala sursă de expunere la nichel este aportul oral, deoarece acest metal se găsește atât în ​​alimente, cât și în apă și este prezent ca un element contaminant din cauze antropice. Câteva exemple: robinete de nichel care contaminează apa și solul, subproduse industriale din minerit și turnătorii, utilizarea vaselor și tigăilor în aliaje de nichel, utilizarea plăcilor vopsite cu vopsele care conțin nichel. Alte forme de expunere sunt cele prin aer: aerul poluat de la rafinăriile de nichel, arderea combustibililor fosili, fumul de tutun. O altă cale de expunere este contactul cu pielea cu bijuterii, monede, șampoane și detergenți. În cele din urmă, o formă mai puțin frecventă de expunere cronică este hemodializa, deoarece urme de ioni de nichel pot fi absorbite în plasmă datorită acțiunii chelatoare a albuminei . Cantitatea medie la care sunt expuși majoritatea oamenilor nu reprezintă un pericol pentru sănătatea umană. Majoritatea nichelului absorbit zilnic de oameni este îndepărtat de rinichi și eliminat în urină sau trece nemodificat prin tractul gastro-intestinal fără a fi absorbit. Nichelul nu provoacă otrăvire prin acumulare, cu toate că dozele mari sau expunerea cronică pot reprezenta un pericol profesional datorită toxicității sale acute și carcinogenității . ^[7]

Expunerea la nichel metalic și sărurile sale solubile nu trebuie să depășească (pentru populație) valoarea sanguină de 13 micrograme / litru, nu există ( TLV-TWA ); fumurile și pulberile de sulfură de nichel sunt considerate cancerigene; mulți alți compuși de nichel sunt suspectați de cancerigen.

Nichelul tetracarbonil ([Ni (CO) ₄ ]) este un gaz extrem de toxic a cărui toxicitate este combinația dintre toxicitatea metalului și tendința compusului de a se disocia, eliberând monoxid de carbon , care este, de asemenea, foarte toxic.

Unele persoane pot prezenta hipersensibilitate la nichel care apare pe zonele pielii expuse la acesta. Uniunea Europeană reglementează prin decret cantitatea de nichel care poate fi conținută în produsele care sunt în contact cu pielea. În 2002 , într-un articol din revista Nature, unii cercetători au arătat că monedele de 1 și 2 euro depășesc aceste limite. Acest lucru pare a fi datorat unei reacții galvanice. ^{[ neclar ]}

Aliaje de nichel

Nichelul este un element care are următoarele caracteristici

• ductilitate mare
• rezistență excelentă la coroziune în medii bogate în cloruri
• rezistență mecanică excelentă la temperaturi ridicate

Prin adăugarea unor elemente de aliere, este posibil să se sublinieze unele dintre aceste proprietăți. De exemplu, adăugarea de molibden și crom crește rezistența la coroziune a aliajului.

O aplicație obișnuită a aliajelor de nichel este în materialele structurale utilizate în construcția turbinelor cu gaz, deoarece în aceste instalații există condiții foarte nefavorabile pentru materiale, cum ar fi: temperaturi ridicate, mediu coroziv și solicitări ridicate.

În special, se disting trei aliaje de nichel diferite.

1. Comercial nichel pur
2. Aliaje de nichel-crom
3. Aliaje de nichel-crom-fier

Nichelul pur comercial este de obicei identificat cu o numerotare standard (Ex: 200, 201, 270). Aceste aliaje sunt întărite prin întărire, la aceste aliaje se adaugă adesea agenți de aliere speciali precum aluminiu și titan pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice.

Aliajele de nichel-crom, numite și nimonice , constau în general din aproximativ 80% nichel și aproximativ 20% crom, procente mai mici de alți agenți de aliere; sunt aliaje cu următoarele proprietăți

• Rezistență excelentă la coroziune datorată și prezenței cromului care prin oxidare generează o patină de protecție pe suprafața piesei
• Rezistență redusă la randament

Aliajele de nichel-crom-fier ( inconel sau hastelloy în funcție de elementele de aliaj dizolvate) sunt aliaje compuse de obicei din aproximativ 70% nichel, 20% crom, 10% fier plus procentaje mai mici de alți agenți de aliere. Fierul servește în special la înlocuirea nichelului, care este mult mai scump. În special hasteloy (prezența puternică a molibdenului) sunt deosebit de eficiente în rezistența la coroziune.

Cupronickelul este aliajul de cupru în care nichelul este principalul element adăugat. Acestea se caracterizează printr-o rezistență excelentă la coroziune în mediile marine (sunt utilizate în instalațiile de desalinizare și condensatoare marine); rezistența mecanică este remarcabilă, în special la eroziune.

Citate literare

• Una dintre poveștile lui Primo Levi din sistemul periodic este dedicată nichelului.

Notă

Bibliografie

• Francesco Borgese, Elementele tabelului periodic. Descoperire, proprietăți, utilizări. Manual chimic, fizic, geologic , Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1 .
• R. Barbucci, A. Sabatini și P. Dapporto, Tabel periodic și proprietăți ale elementelor , Florența, Edizioni V. Morelli, 1998 (arhivat din original la 22 octombrie 2010) .

Elemente conexe

• Aliaje de nichel
• Nichel nativ
• Nichelare
• London Metal Exchange - piața metalelor neferoase
• Azotat de nichel
• Sulfat de nichel
• Sindromul alergic sistemic la nichel

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « nickel »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe nichel

linkuri externe

• Nichel , pe Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
• ( EN ) Nickel , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• ( EN , FR ) Nichel , pe Enciclopedia canadiană .
• (EN) Ni , pe WebElements.com.
• (EN) Ni , pe EnvironmentalChemistry.com.
• Articol din „Natura” pe nichel emis de monedele euro , pe nature.com .
• ( EN ) London Metal Exchange , pe lme.co.uk. Adus pe 27 aprilie 2019 (depus de „url original 16 decembrie 2008).
• Alergie la nichel , pe verna.blog.tiscali.it . Adus la 21 septembrie 2008 (arhivat din original la 7 februarie 2009) .

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei