Storia del nichel, proprietà, struttura, usi, rischi

Lui nichel È un metallo di transizione bianca il cui simbolo chimico è il. La sua durezza è maggiore di quella del ferro, oltre a che è un buon conduttore di calore ed elettricità e, in generale, è considerato un po 'di metallo reattivo e molto resistente alla corrosione. Nel suo stato puro, è argento con sfumature dorate.

Nel 1751, Axel Fredrik Cronsted, chimico svedese, riuscì a isolarlo da un minerale noto come Kupfernickel (DEVIL'S COPPER), estratto da una miniera di cobalto da un villaggio svedese. Inizialmente, Cronsted pensava che il minerale fosse rame, ma l'elemento isolato si rivelò bianco, diverso dal rame.

Sfere di nichel in cui sono spinte i suoi toni dorati. Fonte: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Cronsted ha chiamato l'elemento come un nichel e successivamente è stato stabilito che il minerale chiamato Kupfernickel era Nicolita (Nickel Arseniuro).

Il nichel viene estratto principalmente da due depositi: le rocce ignee e altre segregazioni del magma terrestre. I minerali sono solforosi, come la pentladita. La seconda fonte di nichel è l'ultima, con minerali ricchi di nichel come la Garnierita.

La principale applicazione del nichel sta nella formazione di leghe con numerosi metalli; Ad esempio, interviene nell'elaborazione di attività industriale in acciaio inossidabile che consuma circa il 70 % della produzione mondiale di nichel.

Inoltre, il nichel viene utilizzato in leghe come Alnicus, una lega di natura magnetica per l'elaborazione di motori elettrici, altoparlanti e microfoni.

Il nichel iniziò ad essere usato nell'elaborazione di monete a metà del nord. Tuttavia, il suo utilizzo è stato attualmente sostituito da metalli meno costosi; sebbene continui ad essere usato in alcuni paesi.

Il nichel è un elemento essenziale per le piante, poiché attiva l'enzima ureasa che interviene nel degrado dell'urea in ammoniaca, utilizzabile dalle piante come fonte di azoto. Inoltre, l'urea è un composto tossico che provoca gravi danni alle piante.

Il nichel è un elemento di grande tossicità per gli esseri umani, ci sono prove di essere un agente cancerogeno. Inoltre, il nichel provoca dermatite e sviluppo delle allergie.

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Storia

Antichità

L'uomo lo sapeva dai tempi antichi l'esistenza di nichel. Ad esempio, è stato trovato negli oggetti in bronzo (3500 A.C.), presente nelle terre attualmente appartenenti alla Siria, una percentuale di nichel del 2%.

Inoltre, i manoscritti cinesi presumono che il "rame bianco", noto come Baitong, fosse usato tra il 1700 e il 1400 a.C. Il minerale fu esportato in Gran Bretagna nel diciassettesimo secolo; Ma il contenuto di nichel di questa lega (Cu-Ni) non fu scoperto fino al 1822.

Nella Germania medievale è stato trovato un minerale rossastro, simile al rame, e ha presentato macchie verdi. I minatori hanno cercato di isolare il rame del minerale, ma hanno fallito nel loro tentativo. Inoltre, il contatto con i disturbi sanitari prodotti minerali.

Per questi motivi, i minatori attribuivano al minerale una condizione malvagia e assegnavano nomi diversi che illustravano questa condizione; Come "Old Nick", anche Kupphenickel (Devil's Copper). Ora è noto che il minerale in questione era Nicolita: Nickel Arseniuro, Nias.

Scoperta e produzione

Nel 1751, Axel Fredrik Cronsted cercò di isolare il rame del Kupfernickel, ottenuto da una miniera di cobalto situata vicino a Hassinglandt, un villaggio svedese. Ma riuscì solo a ottenere un metallo bianco, che era fino ad allora sconosciuto e lo chiamò nichel.

A partire dal 1824, il nichel fu ottenuto come sottoprodotto della produzione di cobalto blu. Nel 1848, fu istituita una fonderia per l'elaborazione del nichel presente nel minerale della pirrotite in Norvegia.

Nel 1889, il nichel fu introdotto nella produzione di acciaio e i depositi scoperti a Nueva Caledonia hanno fornito il nichel per il consumo mondiale.

Proprietà

Aspetto

Argento, brillante e con una leggera colorante dorato.

Peso atomico

58.9344 u

Numero atomico (Z)

28

Punto di fusione

1.455 ºC

Punto di ebollizione

2.730 ºC

Densità

-A temperatura ambiente: 8.908 g/ml

Può servirti: vetro viola

-Al punto di fusione (liquido): 7,81 g/ml

Calore di fusione

17,48 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

379 kJ/mol

Capacità calorica molare

26,07 J/mol

Elettronegatività

1.91 sulla scala Pauling

Energia ionizzata

Primo livello di ionizzazione: 737,1 kJ/mol

Secondo livello di ionizzazione: 1.753 kJ/mol

Terzo livello di ionizzazione: 3.395 kJ/mol

Radio atomica

Empirico 124 pm

Radio covalente

124,4 ± 4 pm

Conduttività termica

90,9 W/(M · K)

Resistività elettrica

69,3 nω · m a 20 ºC

Durezza

4.0 sulla scala MOHS.

Caratteristiche

Il nichel è un metallo duttile e malleabile e ha una durezza maggiore di quella del ferro, essendo un buon conduttore elettrico e termico. È un metallo ferromagnetico a temperature normali, essendo la sua temperatura di Curie di 358 ºC. A temperature più elevate, il nichel cessa di essere ferromagnetico.

Il nichel è uno dei quattro elementi ferromagnetici, essendo gli altri tre: ferro, cobalto e gadolinio.

Isotopi

Ci sono 31 isotopi di nichel, limitati da ⁴⁸Né ⁷⁸Nessuno dei due.

Ci sono cinque isotopi naturali: ⁵⁸Né, con un'abbondanza del 68,27 %; ⁶⁰Né, con un'abbondanza del 26,10 %; ⁶¹Né, con un'abbondanza dell'1,13 %; ⁶²Né, con un'abbondanza del 3,59 %; E ⁶⁴Né, con un'abbondanza dello 0,9 %.

Il peso atomico di quasi 59 U per il nichel dimostra che non esiste una marcata predominanza in nessuno degli isotopi (anche quando il ⁵⁸Né è il più abbondante).

Struttura elettronica e configurazione

Il nichel metallico si cristallizza in una struttura cubica centrata su facce (FCC). Questa fase FCC è estremamente stabile e rimane invariata a pressioni vicine a 70 GPa; Piccole informazioni bibliografiche su fasi di nichel o polimorfi sotto le alte pressioni.

La morfologia dei cristalli di nichel è variabile, in quanto possono essere disposti in modo tale da definire un nanotubo. Come nanoparticelle o solido macroscopico, il legame metallico rimane lo stesso (in teoria); Cioè, sono gli stessi elettroni di Valencia che tengono insieme gli atomi di Ni.

Secondo le due possibili configurazioni elettroniche per il nichel:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

Ci sono dieci elettroni coinvolti nel legame metallico; Otto o nove nell'orbitale 3D, insieme a due o uno nell'orbitale 4S. Si noti che la banda di Valencia è praticamente piena, vicino al trasporto dei loro elettroni nella fascia di guida; fatto che spiega la sua conduttività elettrica relativamente alta.

La struttura FCC di Nickel è così stabile, che l'acciaio viene persino adottato quando aggiunto. Pertanto, il ferro inossidabile con alto contenuto di nichel è anche FCC.

Numeri di ossidazione

Il nichel, anche se sembra, ha anche numeri abbondanti o stati di ossidazione. I negativi sono ovvi sapendo che mancano due elettroni per completare i dieci del suo orbitale 3D; Pertanto, puoi vincere uno o due elettroni, con numeri di ossidazione -1 (o^-) o -2 (o^2-), rispettivamente.

Il numero di ossidazione più stabile per il nichel è +2, assumendo l'esistenza del catione o²⁺, che ha perso gli elettroni dell'orbitale 4S e ha otto elettroni nell'orbitale 3D (3D⁸).

Ci sono anche altri due numeri di ossidazione positivi: +3 (o³⁺) e il +4 (o⁴⁺). A livello scolastico o di scuola superiore, viene insegnato solo che il nichel esiste come Ni (II) o Ni (III), che è perché sono i numeri di ossidazione più comuni e si trovano in composti molto stabili.

E quando è il nichel metallico che fa parte di un composto, cioè con il suo atomo neutro o, si dice che partecipa o si colleghi con un numero di ossidazione di 0 (o⁰).

Dov'è il nichel?

Minerali e mare

Il nichel costituisce lo 0,007 % della crosta terrestre, quindi la sua abbondanza è bassa. Ma, è ancora il secondo metallo in abbondanza dopo il ferro nel nucleo fuso della terra, noto come Nife. L'acqua di mare ha una concentrazione media di nichel di 5,6 · 10^-4 mg/l.

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Si trova normalmente nelle rocce ignee, essendo la Pentland, un minerale formato da solfuro di ferro e nichel [(Ni, Faith)₉S₈], una delle principali fonti di nichel:

Roca composto da minerali Pentland e pirrotite. Fonte: John Sobolowski (JSS) [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

Il minerale di Pentlandita è presente a Sudbury, Ontario, Canada; Uno dei principali depositi di questo metallo nel mondo.

Pentlands ha una concentrazione di nichel tra il 3 e il 5 %, essendo associata alla pirrotite, un solfuro di ferro ricco di nichel. Questi minerali sono nei prodotti delle rocce delle segregazioni del magma terrestre.

Lateritas

L'altra importante fonte di nichel è la laterita, costituita da terreni aridi delle regioni calde. Sono poveri in silice e hanno diversi minerali, tra cui: Garnierita, un silicato di magnesio e nichel; e la limonite, un minerale di ferro [(Faith, Ni) o (OH) con un contenuto tra l'1 e il 2 % di nichel.

Si stima che il 60 % del nichel venga estratto dall'ultimo e il restante 40 % dei depositi di solfori magmatici.

Meteoriti e olio

Il nichel si trova anche nei meteoriti di ferro con le leghe Kamacita e Taenita. Kamacita è una lega di ferro e nichel, con una percentuale del 7 %; Mentre la Taenita è la stessa lega, ma con una percentuale di nichel tra il 20 e il 65 %.

Il nichel è fissato ai composti organici, per questo motivo è ad alta concentrazione nel carbone e nell'olio.

La Cina è il più grande produttore di nichel al mondo, seguito da Russia, Giappone, Australia e Canada.

Applicazioni

-Nichel elementare

Leghe

Valvola prodotta con lega monal. Fonte: Heather Smith [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

Viene utilizzato in lega con ferro principalmente per l'elaborazione dell'acciaio inossidabile, poiché il 68 % della produzione di nichel viene utilizzato a questo scopo.

Forma anche una lega con rame, resistente alla corrosione. Questa lega è composta da 60 % di nichel, 30 % di rame e piccole quantità di altri metalli, in particolare il ferro.

Il nichel è usato in scopi resistivi, magnetici e di altro tipo, come l'argento di nichel; E una lega composta da nichel e rame, ma non contiene denaro. I tubi Ni-Cu sono usati in piante di desalinizzazione, armature e monete.

Il nichel fornisce tenacia e resistenza alla trazione alle leghe che forma la resistenza alla corrosione. Oltre alle leghe con rame, ferro e cromo, viene utilizzato in lega con bronzo, alluminio, piombo, cobalto, argento e oro.

La lega Monel è composta da nichel del 17 %, 30 % di rame e con ferro, manganese e silicio. È resistente all'acqua di mare, il che lo rende ideale per l'uso nelle navi.

Azione protettiva

Il nichel quando reagisce con fluoro forma uno strato protettivo dell'elemento di fluoro, che consente di utilizzare il nichel metallico o la lega di monel.

Il nichel è resistente all'azione degli alcali. Per questo motivo viene utilizzato in contenitori contenenti idrossido di sodio concentrato. Viene anche usato in galvanoplastica per creare una superficie protettiva per altri metalli.

Altri usi

Il nichel è usato come agente a sei meteli del gruppo di platino dei minerali in cui è combinato; Principalmente da platino e paladio. La schiuma di nichel o la mesh viene utilizzata nell'elaborazione delle batterie alcaline a combustibile.

Il nichel viene usato come catalizzatore per l'idrogenazione degli acidi grassi insaturi vegetali, utilizzati nel processo di elaborazione della margarina. La lega di rame e Cu-Ni ha un'azione antibatterica sulla E. coli.

Nanoparticelle

Nickel Nanoparticles (NPS-NI), trova un'ampia varietà di utilizzo a seguito della sua più grande superficie rispetto a un campione macroscopico. Quando questi NPS-NI sono sintetizzati da estratti di piante, sviluppano attività antimicrobiche e antibatteriche.

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La ragione di quanto sopra è dovuta alla sua maggiore tendenza a ossidarsi in contatto con l'acqua, formando cationi o²⁺ e specie ossigenate molto reattive, che denaturalizzano le cellule microbiche.

D'altra parte, gli NPS-Ni sono usati come materiale elettrodo in celle a combustibile solido, fibre, magneti, fluidi magnetici, parti elettroniche, sensori di gas, ecc. Sono anche supporti catalitici, adsorbenti, agenti candeggina e purificazione delle acque reflue.

-Composti

Cloruro, nitrato e nichel solfato sono usati nei bagni di nichel in galvanoplastica. Inoltre, il suo sale di solfato viene utilizzato nella preparazione di catalizzatori e mordenti per la colorazione tessile.

Il perossido di nichel viene utilizzato nelle batterie di conservazione. Le ferritas di nichel sono usate come nuclei magnetici nelle antenne in varie apparecchiature elettriche.

Nichel, il carbonilo testardo porta il monossido di carbonio per la sintesi di acrilato, da acetilene e alcoli. Bario combinato e ossido di nichel (banio₃) Funge da materia prima per la produzione di catodi di molte batterie ricaricabili, come Ni-CD, Ni-Fe e Ni-H.

Carta biologica

Le piante richiedono la presenza di nichel per la crescita. È noto che diversi enzimi delle piante lo usano come cofattore, incluso ureasa; enzima che converte l'urea in ammoniaca, essendo in grado di usare questo composto nel funzionamento delle piante.

Inoltre, l'accumulo di urea produce un'alterazione delle foglie delle piante. Il nichel agisce sotto forma di un catalizzatore per favorire la fissazione dell'azoto da parte dei legumi.

Le colture più sensibili alla carenza di nichel sono i legumi (fagioli e alfalfa), orzo, grano, prugne e pesche. La sua carenza si manifesta nelle piante da clorosi, foglie che cadono e carenze di crescita.

In alcuni batteri l'enzima ureasa dipende dal nichel, ma si ritiene che possano avere un'azione virulenta negli organismi che abitano.

Altri enzimi batterici, come la dismutasi di overroxido, nonché la glioxidasi presente nei batteri e alcuni parassiti, ad esempio nei tripanosomi, dipendono dal nichel. Tuttavia, gli stessi enzimi nelle specie superiori non dipendono dal nichel ma dallo zinco.

Rischi

L'assunzione di grandi quantità di nichel è associata alla generazione e allo sviluppo di tumori polmonari, nasali, laringe e prostati. Inoltre, provoca problemi respiratori, insufficienza respiratoria, asma e bronchite. I vapori di nichel possono causare irritazione polmonare.

Il contatto nichel con la pelle può causare sensibilizzazione, che successivamente produce un'allergia, manifestata come un'eruzione cutanea.

L'esposizione al nichel cutanea può essere la causa di una dermatite nota come "prurito di nichel", in persone precedentemente sensibilizzate. Quando si verifica la consapevolezza del nichel, persiste indefinitamente.

L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC), ha collocato composti di nichel nel gruppo 1 (vi sono prove sufficienti di cancerogenicità nell'uomo). Tuttavia, l'OSHA non regola il nichel come cancerogeno.

Si raccomanda che l'esposizione al nichel metallico e i suoi composti non possano essere superiori a 1 mg/m³ per otto ore di lavoro in una settimana lavorativa di quaranta ore. Ha nichel carbonil e solfuro di nichel come composti molto tossici o cancerogeni.

Riferimenti

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