Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Нікель



План:


Введення

Nuvola apps important recycle.svg
Ця стаття або розділ потребує переробки.
Будь ласка, поліпшите статтю відповідно до правилами написання статей.

Нікель - елемент побічної підгрупи восьмий групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 28. Позначається символом Ni ( лат. Niccolum ). Проста речовина нікель ( CAS-номер : 7440-02-0) - це пластичний ковкий перехідний метал сріблясто-білого кольору, при звичайних температурах на повітрі покривається тонкою захисною плівкою оксиду. Хімічно малоактивний. Назву свою цей елемент отримав від імені злого духа гір німецької міфології, який підкидав шукачам міді мінерал миш'яково-нікелевий блиск, схожий на мідну руду (пор. ньому. Nickel - бешкетник); при виплавлення руд нікелю виділялися арсенові гази, через що йому і приписали погану славу.


1. Історія

Нікель (англ., франц. І німий. Nickel) відкритий в 1751 р. Проте задовго до цього саксонські гірники добре знали руду, яка зовні схожа на мідну руду і застосовувалася в стекловарении для фарбування стекол в зелений колір. Всі спроби отримати з цієї руди мідь виявилися невдалими, у зв'язку з чим в кінці XVII ст. руда отримала назву купфернікель (Kupfernickel), що приблизно означає "Мідний диявол". Руду цю (червоний нікелевий колчедан NiAs) в 1751 р. досліджував шведський мінералог Кронштедт. Йому вдалося отримати зелений оксид і шляхом відновлення останнього - новий метал, названий нікелем. Коли Бергман отримав метал у більш чистому вигляді, він встановив, що за своїми властивостями метал схожий на залізо; більш докладно нікель вивчали багато хіміки, починаючи з Пруста. Никкель - лайливе слово на мові гірників. Воно утворилося з спотвореного Nicolaus - родового слова, що мав кілька значень. Але головним чином слово Nicolaus служило для характеристики лукавих людей; крім того, воно означало "пустотливий маленький дух", "оманливий нероба" і т. д. У російській літературі початку XIX ст. вживалися назви Микола (Шерер, 1808), Микола (Захаров, 1810), ніколь і нікель (Двигубский, 1824).


2. Фізичні властивості

Металевий нікель має сріблястий колір з жовтуватим відтінком, дуже твердий, в'язкий і ковкий, добре полірується, притягується магнітом, проявляючи магнітні властивості при температурах нижче 340 C.

3. Хімічні властивості

Дихлорид нікелю (NiCl 2)

Атоми нікелю мають зовнішню електронну конфігурацію 3d 8 4s 2. Найбільш стійким для нікелю є стан окислення Ni (II).

Нікель утворює сполуки зі ступенем окислення +2 і +3. При цьому нікель із ступенем окислення +3 тільки у вигляді комплексних солей. Для сполук нікелю +2 відомо велика кількість звичайних та комплексних сполук. Оксид нікелю Ni 2 O 3 є сильним окислювачем.

Нікель характеризується високою корозійною стійкістю - стійкий на повітрі, у воді, в лугах, в ряді кислот. Хімічна стійкість обумовлена ​​його схильністю до пасивування - утворення на його поверхні щільної оксидної плівки, яка має захисну дію. Нікель активно розчиняється в азотній кислоті.

З оксидом вуглецю CO нікель легко утворює летючий і вельми отруйний карбоніл Ni (CO) 4.

Тонкодисперсний порошок нікелю пірофорні (самозаймається на повітрі).

Нікель горить тільки у вигляді порошку. Утворює два оксиду NiO і Ni 2 O 3 та відповідно два гідроксиду Ni (OH) 2 і Ni (OH) 3. Найважливіші розчинні солі нікелю - ацетат, хлорид, нітрат та сульфат. Розчини пофарбовані звичайно в зелений колір, а безводні солі - жовті або коричнево-жовті. До нерозчинним солям відносяться оксалат і фосфат (зелені), три сульфіду NiS (чорний), Ni 2 S 3 (жовтувато-бронзовий) і Ni 3 S 4 (чорний). Нікель також утворює численні координаційні та комплексні сполуки. Наприклад, діметілгліоксімат нікелю Ni (C 4 H 6 N 2 O 2) 2, що дає чітку червоне забарвлення в кислому середовищі, широко використовується в якісному аналізі для виявлення нікелю

Водний розчин сульфату нікелю в банку має зелений колір.

Водні розчини солей нікелю (II) містять іон гексаакванікеля (II) [Ni (H 2 O) 6] 2 +. При додаванні до розчину, що містить ці іони, аміачного розчину відбувається осадження гідроксиду нікелю (II), зеленого желатинообразное речовини. Цей осад розчиняється при додаванні надлишкової кількості аміаку внаслідок утворення іонів гексамміннікеля (II) [Ni (NH 3) 6] 2 +.

Нікель утворює комплекси з тетраедричних і з плоскою квадратної структурою. Наприклад, комплекс тетрахлоронікелат (II) [NiCl 4] 2 - має тетраедричних структуру, а комплекс тетраціанонікелат (II) [Ni (CN) 4] 2 - має плоску квадратну структуру.

У якісному і кількісному аналізі для виявлення іонів нікелю (II) використовується лужний розчин бутандіондіоксіма, відомого також під назвою діметілгліоксіма. При його взаємодії з іонами нікелю (II) утворюється червоне координаційну сполуку біс (бутандіондіоксімато) нікель (II). Це - хелатні сполуки і бутандіондіоксімато-ліганд є бідентатним.


4. Знаходження в природі

Нікель досить поширений у природі - його вміст в земній корі становить бл. 0,01% (мас.). У земній корі зустрічається тільки в зв'язаному вигляді, в залізних метеоритах міститься самородний нікель (до 8%). Зміст його в ультраосновних породах приблизно в 200 разів вище, ніж у кислих (1,2 кг / т і 8г / т). У ультраосновних породах переважна кількість нікелю пов'язано з оливинами, що містять 0,13 - 0,41% Ni. Він ізоморфно заміщає залізо і магній. Невелика частина нікелю присутня у вигляді сульфідів. Нікель проявляє сідерофільние і халькофільних властивості. При підвищеному вмісті в магмі сірки виникають сульфіди нікелю разом з міддю, кобальтом, залізом і платиноїди. В гидротермальном процесі спільно з кобальтом, миш'яком і сіркою та інколи з вісмутом, ураном і сріблом, нікель утворює підвищені концентрації у вигляді арсенидів і сульфідів нікелю. Нікель зазвичай міститься в сульфідних і миш'як-містять мідно-нікелевих рудах.

  • нікелін (червоний нікелевий колчедан, купфернікель) NiAs
  • хлоантіт (білий нікелевий колчедан) (Ni, Co, Fe) As 2
  • гарніеріт (Mg, Ni) 6 (Si 4 O 11) (OH) 6 * H 2 O та інші силікати
  • магнітний колчедан (Fe, Ni, Cu) S
  • миш'яково-нікелевий блиск (Герсдорф) NiAsS,
  • пентландіт (Fe, Ni) 9 S 8

У рослинах в середньому 5 10 -5 вагових відсотків нікелю, у морських тварин - 1,6 10 -4, в наземних - 1 10 -6, в людському організмі - 1 ... 2 10 -6. Про нікелі в організмах відомо вже немало. Встановлено, наприклад, що вміст його в крові людини змінюється з віком, що у тварин кількість нікелю в організмі підвищений, нарешті, що існують деякі рослини і мікроорганізми - "концентратори" нікелю, що містять в тисячі і навіть в сотні тисяч разів більше нікелю, ніж навколишнє середовище.


4.1. Родовища нікелевих руд

Основні родовища нікелевих руд знаходяться в Канаді, Росії (Мурманська область, Норільський район, Урал), Кубі, ПАР, Нової Каледонії і на Україну [2].

4.2. Природні ізотопи нікелю

Природний нікель містить 5 стабільних ізотопів: 58 Ni (68.27%), 60 Ni (26.10%), 61 Ni (1.13%), 62 Ni (3.59%), 64 Ni (0.91%). Існують також штучно створені ізотопи нікелю, найстабільніші з яких - 59 Ni (період напіврозпаду 100 тисяч років), 63 Ni (100 років) і 56 Ni (6 діб).

5. Отримання

Загальні запаси нікелю в рудах на початок 1998 оцінюються в кількості 135 млн т., у тому числі достовірні - 49 млн.т. Основні руди нікелю - нікелін (купфернікель) NiAs, Міллер NiS, пентландіт (FeNi) 9 S 8 - містять також миш'як, залізо і сірку; в магматичної пірротін також зустрічаються включення пентландіта. Інші руди, з яких теж добувають Ni, містять домішки Co, Cu, Fe і Mg. Іноді нікель є основним продуктом процесу рафінування, але частіше його одержують як побічний продукт в технологіях інших металів. З достовірних запасів, за різними даними, від 40 до 66% нікелю знаходиться в "окислених нікелевих рудах" (ОНР), 33% - в сульфідних, 0,7% - в інших. Станом на 1997 р. частка нікелю, виробленого переробкою ОНР, склала близько 40% від загальносвітового обсягу виробництва. У промислових умовах ОНР ділять на два типи: магнезіальні і залізисті.

Тугоплавкі магнезіальні руди, як правило, піддають електроплавкі на феронікель (5-50% Ni + Co, залежно від складу сировини і технологічних особливостей).

Найбільш залізисті - латерітовие руди переробляють гідрометалургійних методами із застосуванням аміачно-карбонатного вилуговування або сірчанокислотного автоклавного вилуговування. Залежно від складу сировини і застосовуваних технологічних схем кінцевими продуктами цих технологій є: закис нікелю (76-90% Ni), Синтер (89% Ni), сульфідні концентрати різного складу, а також металеві нікель електролітний, нікелеві порошки і кобальт.

Менш залізисті - нонтронітовие руди плавлять на штейн. На підприємствах, що працюють по повному циклу, подальша схема переробки включає конвертування, випалення файнштейна, електроплавку закису нікелю з отриманням металевого нікелю. Попутно витягуваний кобальт випускають у вигляді металу і / або солей. [3] Ще одне джерело нікелю: у золі вугілля Південного Уельсу в Англії - до 78 кг нікелю на тонну. Підвищений вміст нікелю в деяких кам'яних вугіллях, Пефтієв, сланцях говорить про можливість концентрації нікелю копалин органічною речовиною. Причини цього явища поки не з'ясовані.

"Нікель довгий час не могли отримати в пластичному вигляді внаслідок того, що він завжди має невелику домішку сірки у формі сульфіду нікелю, розташованого тонкими, тендітними прошарками на кордонах металу. Додавання до розплавленого нікелю невеликої кількості магнію переводить сірку в форму з'єднання з магнієм, яке виділяється у вигляді зерен, не порушуючи пластичності металу. " [4]

Основну масу нікелю отримують з гарніеріта і магнітного колчедану.

  1. Силікатну руду відновлюють вугільним пилом в обертових трубчастих печах до залізо-нікелевих окатишів (5-8% Ni), які потім очищають від сірки, прожарюють і обробляють розчином аміаку. Після підкислення розчину з нього електролітично отримують метал.
  2. Карбонільний спосіб (метод Монд). Спочатку з сульфідної руди отримують мідно-нікелевий штейн, над яким пропускають СО під високим тиском. Утворюється легколетучий тетракарбонілнікель [Ni (CO) 4], термічним розкладанням якого виділяють особливо чистий метал.
  3. Алюмінотерміческій спосіб відновлення нікелю з оксидної руди: 3NiO + 2Al = 3Ni + Al 2 O 3

6. Застосування

6.1. Сплави

Нікель є основою більшості суперсплавів - жароміцних матеріалів, що застосовуються в аерокосмічній промисловості для деталей силових установок.

  • монель-метал (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), жаростійкий до 500 C, дуже корозійно-стійкий;
  • біле золото (наприклад 585 проби містить 58,5% золота і сплав ( лігатуру) з срібла і нікелю (або паладію));
  • ніхром, сплав опору (60% Ni + 40% Cr);
  • пермалой (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), володіє високою магнітною сприйнятливістю при дуже малих втрати на гістерезис;
  • інвар (65% Fe + 35% Ni), майже не подовжується при нагріванні;
  • Крім того, до сплавів нікелю відносяться нікелеві і хромонікелеві сталі, нейзильбер і різні сплави опору типу константана, нікеліна і манганін. [5]

6.2. Нікелювання

Нікелювання - створення нікелевого покриття на поверхні іншого металу з метою запобігання його від корозії. Проводиться гальванічним способом з використанням електролітів, що містять сульфат нікелю (II), хлорид натрію, гідроксид бору, поверхнево-активні і глянці речовини, і розчинних нікелевих анодів. Товщина одержуваного нікелевого шару становить 12 - 36 мкм. Стійкість блиску поверхні може бути забезпечена наступним хромуванням (товщина шару хрому 0,3 мкм).

Бестоковую нікелювання проводиться в розчині суміші хлориду нікелю (II) і гіпофосфіти натрію в присутності цитрату натрію:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

Процес проводять при рН 4 - 6 і 95 C. [5]


6.3. Виробництво акумуляторів

Виробництво залізо-нікелевих, нікель-кадмієвих, нікель-цинкових, нікель-водневих акумуляторів.

6.4. Радіаційні технології

Нуклід 63 Ni, що випромінює β +-частинки, має період напіврозпаду 100,1 року і застосовується в крайтронах.

6.5. Медицина

  • Застосовується при виготовленні брекет-систем ( нікелід титану).
  • Протезування

6.6. Монетну справу

Нікель широко застосовується при виробництві монет в багатьох країнах [6]. У США монета номіналом в 5 центів носить розмовна назва "нікель" [7].

6.7. Музична промисловість

Також нікель використовується для виробництва обмотки струн музичних інструментів.

7. Біологічна роль

Біологічна роль: нікель належить до мікроелементів, необхідних для нормального розвитку живих організмів. Однак про його роль в живих організмах відомо небагато. Відомо, що нікель бере участь у ферментативних реакціях у тварин і рослин. В організмі тварин він накопичується в ороговілих тканинах, особливо в пір'ї. Підвищений вміст нікелю в грунтах призводять до ендемічним захворюванням - у рослин з'являються потворні форми, у тварин - захворювання очей, пов'язані з накопиченням нікелю в рогівці. Токсична доза (для щурів) - 50 мг. Особливо шкідливі леткі сполуки нікелю, зокрема, його тетракарбоніл Ni (CO) 4. ГДК сполук нікелю в повітрі становить від 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для різних сполук).


8. Фізіологічна дія

Нікель - основна причина алергії ( контактного дерматиту) на метали, що контактують зі шкірою (прикраси, годинники, джинсові заклепки). В Євросоюзі обмежено вміст нікелю в продукції, що контактує зі шкірою людини [8].

Карбоніл нікелю [Ni (CO) 4] - дуже отруйний. Гранично допустима концентрація його пари в повітрі виробничих приміщень 0,0005 мг / м .

У XX столітті було встановлено, що підшлункова залоза дуже багата нікелем. При введенні слідом за інсуліном нікелю продовжується дія інсуліну і тим самим підвищується гіпоглікемічна активність. Нікель впливає на ферментативні процеси, окислювання аскорбінової кислоти, прискорює перехід сульфгідрильних груп у дисульфідні. Нікель може пригнічувати дію адреналіну і знижувати артеріальний тиск. Надмірне надходження нікелю в організм викликає вітиліго. Депонується нікель у підшлункової і околощитовидной залозах.


Примітки

  1. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Велика Російська енциклопедія, 1992. - Т. 3. - С. 240. - 639 с. - 50 000 прим . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. Нікель - поширення в природі - www.amerest.ru/articles/st2.php. Амерест. архіві - www.webcitation.org/617v12Eyf з першоджерела 22 серпня 2011.
  3. Нікель: в 3-х томах. Т. 2. Окислені нікелеві руди. Характеристика руд. Пірометалургія і гідрометалургія окислених нікелевих руд / І. Д. Рєзнік, Г. П. Єрмаков, Я. М. Шнеєрсон. - М.: 000 "Наука та технології". 2004-468 ​​с .- ISBN 5-93952-004-9
  4. С.С. Штейнберг Металознавство / Под ред. І.М. Богачова і В.Д. Садовського - Свердловськ: Державне науково-технічне видавництво літератури з чорної і кольорової металургії, 1961. - С. 580. - 14350 екз .
  5. 1 2 Хімія. Пер. з німецької канд. хім. наук В. А. Молочко, С. В. Кринкіной. Изд. "Хімія", М. 1989 (оригінал (на німецькій мові: Chemie. Von W. Schroter, K.-H. Lautenschlger, H. Bibrack und A. Schnabel. Veb Fachbuchverlag Leipzig)
  6. З чого роблять монети? - www.best-antique.ru/stati/?statya=1
  7. Долар Сполучених Штатів Америки (Долар США) - www.globfin.ru / articles / currency / dollar.htm
  8. The European Directive restricting the use of Nickel - www.teg.co.uk/nickel/94-27-EC.htm

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Нікель Ренея
Норільський нікель
Нікель-метал-гідридний акумулятор
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru