Никель

Химические параметры

Электронная формула атомов никеля выглядит так - 3d⁸4s². Окисление – самое стабильное состояние металла

Смеси с никелем имеют уровни оксидирования +1, +2, +3 и +4. Последний тип встречается очень редко и является неустойчивым.

Одна из важнейших особенностей никеля – устойчивость к окислению. Еще одно отличительное свойство металла его устойчивость к коррозии. Никель не ржавеет практически не в одной среде. Это касается нахождения в воде, воздухе, а также кислотах и щелочах. Никель обладает данным свойствам, благодаря появляющейся на поверхности оксидной пленки. Она и защищает никель от коррозии. Но металл хорошо взаимодействует с азотной или серной кислотой.

С соляной и серной кислотой никель взаимодействует медленно. Из-за азотной кислоты на никеле и деталях из него появляется оксидный слой.

Если никель будет взаимодействовать с оксидом углерода, то итогом химической реакции будет вещество карбонил, имеющее химическую формулу Ni(CO)₄. Данное вещество ядовито и представляет опасность для человека.

Никель в форме мелкого порошка может гореть на открытом воздухе. Но в любом другом виде данный процесс невозможен. После горения из никеля образуются два оксида NiO и Ni₂O₃ и два гидроксида Ni(OH)₂ и Ni(OH)₃. Они безопасны и не представляют никакой опасности для человека. Также всем известны такие вещества, как хлорид, ацетат, сульфат и нитрат. Это все соли никеля, которые можно растворить в воде. Итоговые смеси обладают зеленым цветом. Сухие соли, в свою очередь, имеют желтый окрас.

После взаимодействия с никелем получаются самые разные соединения. Самый яркий пример – диметилглиоксимат Ni(C₄H₆N₂O₂)₂. В кислой среде, данной соединение, обладает красным цветом. Используется для поиска никеля в соединениях.

Интересным свойством обладают водяные смеси, содержащие никель. Если в них добавить аммиак, то после взаимодействия получится гидроксид. Итоговое вещество будет похоже на зеленое желе. Это происходит из-за содержания в смесях ионов гексаакваникеля [Ni(H₂O)₆]²⁺.

В зависимости от проведенной реакции никель может обладать квадратной или тетраэдрической структурой.

Для нахождения никеля в природе используют смесь вещества под названием бутандиондиоксим. Это бесцветнее кристаллы, которые растворяются в спирте или эфире. Используется реактив Чунаева (второй название смеси в честь ученого, который ее открыл) для нахождения никель. Это происходит за счет образования красного нерастворимого осадка. Аналогичным образом можно обнаружить и палладий.

История открытия

Мир узнал о никеле в середине 18 века, а точнее – в 1751 году. Но саксонские шахтеры немного знали о никеле из-за его похожести на медь. Данную руду использовали для покраски продукции в зеленый цвет и для создания стекла. Медь из никеля получить не удалось.

Как раз в 1751 году ученый по фамилии Кронштедт изучал никель. После некоторого количества экспериментов он обнаружил, что после окисления минерал приобретает зеленый цвет. Впоследствии металл был назван никелем. Исследователь отметил, что некоторые свойства никеля очень близки к железу.

Стоит отметить, что само по себе слово никель встречается у шахтеров довольно часто, но в основном в качестве ругательного.

Как появилось название «Никель»

Название металла - «никель» взялось из немецкого фольклора. По сказкам немцев существовал дух, который подкидывал искателем медной руды камень. Камень имел мышьяково-никелевые свойства. Искатели подбирали металл, потому что думали, что это медь, а тот активно выделял мышьяковистые газы. Из-за них никель приобрел плохую славу.

Нахождение в природе

В природе содержится большое количество никеля. В земной коре находится порядка 0,01% вещества. Чаще всего никель находится в природе не в чистом виде, а в метеоритах, прилетающих на планету, он может занимать порядка 25% от общей массы.

Никелин

Если в магме находится большое количество серы, в итоге образуются соли никеля. После теплового воздействия появится соединения по типу арсенидов или сульфидов.

Как уже говорилось, никель в чистом виде встречается редко, чаще всего его вырабатывают из руд. Чаще всего он находится в мышьяк-содержащих и сульфидных рудах. К ним относятся:

• гарниерит;
• никелин;
• магнитный колчедан;
• хлоантит;
• пентландит.
• мышьяково-никелевый блеск;

Существует даже интересная теория, согласно которое земное ядро целиком состоит из никелистого железа.

Залежи руд

Никелевые руды можно найти по всему свету. Больше всего этот металл добывают в России, Канаде и на Кубе.

Натуральные изотопы никеля

Никель, находящийся в природе, имеет все 5 постоянных изотопов. Но также существуют и синтезированные. Самый стабильный – 59Ni, период его полураспада составляет сто тысяч лет.

Добыча никеля

По различным оценкам руды, содержащей данный металл, в мире существует порядка 135 миллионов тонн. Точно известно, что 49 миллионов из них существует на самом деле. Больше всего никеля добывают из миллерит и никелина. В остальных рудах, содержащих никель, присутствуют также медь, железо или кобальт.

Сама часто используемая технология для добычи никеля – рафинирование. Также нередко его получают при добыче других различных металлов. Есть информация о том, что в различных окисленных рудах также содержится данный металл. В 1997 году из обогащенных руд было добыто около 40% от мирового количества добытого металла.

В промышленности выделяют две группы никелевых руд – железистые и магнезиальные. Первые перерабатывают при помощи методов гидрометаллургии. В основном применяют сернокислотное или аммиачно-карбонатное выщелачивание.

Из мегнезиальных руд никель получают путем плавки в мощных электрических печах из-за тугоплавкости металла. При помощи этого способа получают так называемый ферроникель.

Из латеритовых руд никель получают так же, как и из железистых руд, при помощи различных видов выщелачивания.

После переработки разных руд с использованием технологий, описанных выше, остаются продукты переработки. К ним относятся закись никеля, различные концентраты и синтер. Также могут образоваться порошки кобальта, никеля, железа и другие продукты.

Из нонтронитовых руд получают штейн. Это смесь сульфидов железа, никеля, кобальта, меди и других элементов. На металлургических комбинатах данный промежуточный продукт конвертируют и обжигают, а затем – плавят закись никеля в электрических печах. После данных процедур получается чистый металлический никель. Чаше всего при такой добыче никеля в качестве побочного продукта образуется кобальт. На одну тонну руды может быть получено до 80 кг данного металла.

В некоторых породах каменного угля содержится огромное количество никеля. Данный факт говорит о том, что металл содержится в ископаемой органике. Но в наше время не могут объяснить, из-за чего это происходит.

Очень продолжительное время никель не было возможности получить в чистом виде. Дело было в том, что в виде солей в металле постоянно находилась сера. Она выглядела как тонкие прослойки по краям металла. При этом соли обладали определенной хрупкостью. В расплав требуется добавить некоторое количество магния, благодаря чему сера вступает в реакцию с металлов и образуются зерна, никак не влияющие на пластичность никеля.

Больше всего никеля получают из веществ, получаемых путем соединения железа с серой, а также из гарниерита. Благодаря использованию угольной пыли никель получают из силикатной руды. Для этого используются специальные вращающиеся печи. После данной процедуры образовываются железно – никелевые зерна. Из них выделяют серу, а после прокаливают и заливают раствором аммиака. После этого аммиачный раствор с металлом окисляют и получают металл, который можно в дальнейшем использовать для нужных целей.

Также часто используется метод Монда. Суть его в следующем. Сначала из сульфидов получают медно-никелевую смесь. Ее считают промежуточным продуктом. После этого над сульфидом продувают углекислый газ. Результатом этих процессов становится получение тетракарбонилникеля. Это бесцветная ядовитая жидкость, поэтому к ней относятся с высокой осторожностью. Затем смесь обрабатывают высокой температурой и в конце получают очень чистый металл.

Практическое использование

Большая часть полученного металла использовалась для создания коррозионностойкой стали. В начале XX века для этих целей было задействовано около двух третей всего никеля. Для сплавов без железа использовалось 17% металла, а 7% - для покрытия изделий никелем. На аккумуляторные батареи было потрачено 9% всего добытого никеля.

Соединения никеля с другими металлами

Чаще всего на основе никеля создают специальные сплавы. К ним относят соединения, обладающие жаропрочными, коррозионностойкими и другими характеристиками, которые нужны строительство ракет и авиации. Из таких сплавов изготавливают различные детали и механизмы для летательных аппаратов. Ниже будут кратко описаны сплавы, которые используются чаще всего.

Монель – смесь никеля, марганца и меди. Данный сплав обладает высокой стойкостью к коррозии и стойкостью к высоким температурам. Он может выдержать температуру до полутысячи градусов по Цельсию.

Белое золото. В состав этого сплава входит никель, серебро и золото. Последний металл составляет порядка 58% от общего объема соединения. Серебро и никель в некоторых случаях меняют на палладий для получения такого же эффекта.

Пермаллой. Смесь никеля, меди и хрома. Отличительное качества – хорошая магнитная восприимчивость.

Нихром. Из названия понятно, что этот сплав состоит из никеля и хрома. Особенность соединения – большое электрическое сопротивление. В основном его используют в различных тепловых приборах.

Сплав никеля и железа. Отличается тем, что при нагреве до высоких температур не происходит деформация соединения.

Никелирование

Это процесс, во время которого покрытие из никеля покрывают любой другой материал. Благодаря этому у исходного материала повышаются коррозионностойкие свойства. Никелирование проводится только в гальванической ванной. Для этого используют электролиты из солей бора, натрия, а также разные поверхностно-активные компоненты и глянцующие элементы. Максимальная толщина данного покрытия может быть 36 микрометров. Поверх никеля иногда наносится хром для повышения качества.

Также возможно производить никелирование без электричества. Это происходит за счет использования смесей с солями натрия и никеля.

Никель и природа

Абсолютно живой организм не может обойтись без присутствия данного элемента в природе. К сожалению, современная наука не может полностью объяснить необходимость использовать никель для нормальной жизнедеятельности организмов. Точно известно о том, что никель важен для ферментативной деятельности различных живых организмов.

Влияние на организм

Чаще всего никель находят в ороговевших тканях. К ним относятся перья и ногти.

Если данный металл в больших количествах находится в почках, у организма могут возникнуть эндемические заболевания. Из-за этого у животных появляется боль в глазах, а растения принимают уродливые формы. Максимально возможная доза никеля в организме крысы, которая используется для опытов, составляет 50 миллиграмм. В воздухе – всего 0,001 мг/м³.

Никель и физиология

Отличительная особенность данного металла и сплавов на его основе – повышенные канцерогенность и токсичность. Часто из-за никеля у человека появляется аллергия на все металлы, находящиеся в близком контакте с кожей человека. К ним относятся часы, цепочки и прочая бижутерия. В начале XX века металл получил звание аллергеном года. В Евросоюзе на уровне законодательства введены максимально допустимые нормы на использования никеля в продукции, которая взаимодействует с человеческой кожей.

В том же веке было обнаружено, что в поджелудочной железе содержится большое количество никеля. Если после инъекции инсулина ввести в организм металл, то инсулин будет действовать дольше.