Eszkola

Nikiel – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Nikiel (symbol – Ni) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem, leżącym w IV okresie i X grupie pobocznej układu okresowego, należy więc do grupy metali przejściowych (bloku d). Nazwa niklu wywodzi się z niemieckiego Kupfernickel tzn. fałszywa miedź.

Symbol Ni
Nazwa w jęz. angielskim nickel
Nazwa w jęz. łacińskim niccolum
Stan skupienia (w warunkach standardowych) ciało stałe
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa 28
Masa atomowa [u] 58,693
Numer grupy, okres, blok energetyczny X, IV, d
Stopnie utlenienia  -II, -I, 0, I, II, III
Konfiguracja elektronowa uproszczona  [Ar]3d84s2
Zapełnienie powłok elektronowych  2, 8, 16, 2
Elektroujemność wg Paulinga 1,91
Temperatura topnienia [ºC] 1455
Temperatura wrzenia [ºC] 2913
Ciepło właściwe [J/(kg•K)] 440
Gęstość  [kg/m3] 8908

 

Odkrycie

Nikiel był wykorzystywany jeszcze w czasach prehistorycznych. Archeolodzy odkryli go w narzędziach z brązu i miedzi datowanych na ponad 3000 lat p.n.e. W okresie 700-220 r. p.n.e. na terenie Chin metal ten stosowano dość powszechnie do produkcji monet. Nikiel jako pierwiastek został zidentyfikowany przez szkockiego chemika Axela Fredericka Cronsedta w 1751 r., chociaż początkowo zakwalifikowano go do półmetali, ponieważ badane próbki były zanieczyszczone innymi pierwiastkami. Dopiero w 1804 r. uznano go za metal. W pierwszej połowie XIX w. w USA rozpoczęto stosowanie niklu do wyrobu monet a pod koniec XIX w. powstały pierwsze niklowe powłok galwaniczne.

Występowanie

W skorupie ziemskiej nikiel występuje najczęściej w towarzystwie siarki, żelaza i arsenu (bardzo rzadko jako czysty pierwiastek). Jest składnikiem takich minerałów jak: milleryt, nikielin, galena, pentlandyt. Występuje również w meteorytach żelaznych.

Najwięcej niklu wydobywa się w Indonezji, na Filipinach, w Rosji, Nowej Kaledonii oraz Australii.

Otrzymywanie 

Czysty nikiel otrzymywany jest z rud przez zastosowanie technik pirometalurgii – prażenia oraz redukcji otrzymanych tlenków niklu. Innym sposobem jest proces hydrometalurgiczny, w którym rudy niklu najpierw są segregowane przez flotację, a następnie przetapiane i oczyszczane z miedzi (za pomocą siarkowodoru) i kobaltu (na drodze ekstrakcji rozpuszczalnikowej). Coraz popularniejsza staje się również elektrorafinacja, wykorzystująca metody elektrochemiczne (wydzielanie czystego metalu na katodzie z roztworu jego soli).

Właściwości fizyko-chemiczne

Nikiel w warunkach standardowych (tj. temp. - 273,15K, ciśnienie - 105Pa)  ma postać metalicznego ciała stałego o biało-srebrzystym kolorze ze złotymi odblaskami. Gęstość niklu jest równa 8908kg/m3. Jego temperatura topnienia wynosi 1455ºC a wrzenia 2913ºC. Ma dużą twardość oraz dobrą ciągliwość. Posiada właściwości ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej (podobnie jak żelazo, gadolin i kobalt). 

Nikiel w związkach występuje najczęściej na II stopniu utlenienia. Reaguje z tlenem, tworząc na swojej powierzchni ochronną warstwę tlenku niklu. Nikiel może tworzyć związki kompleksowe jak karbonylki lub fosfiny niklu.

Zastosowanie

Nikiel jest głównie wykorzystywany do produkcji stali nierdzewnej. Pokrywanie niklem stali chroni przed korozją i poprawia wytrzymałość. Nikiel dzięki swojej zdolności do absorpcji atomów wodoru na swojej powierzchni znalazł zastosowanie również w chemii organicznej jako katalizator reakcji uwodornienia np. w chemicznym utwardzaniu tłuszczów. Jest również stosowany do produkcji baterii niklowo-kadmowych oraz monet. 

Nikiel jest szczególnie ważny w biochemii niektórych roślin i drobnoustrojów. Występuje w centrach aktywnych szeregu enzymów np. ureazy, NiFe-hydrogenazy. Nikiel może wywoływać reakcje alergiczne po spożyciu lub w kontakcie ze skórą.

Izotopy

Nikiel posiada 5 stabilnych izotopów oraz 18 izotopów promieniotwórczych o masach od 48 do 78u. Stałymi izotopami są 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni i 64Ni. Nikiel 58 jest najpowszechniej występującym izotopem niklu (stanowi 68,08%). Najtrwalszym radioizotopem jest 59Ni, którego okres półtrwania wynosi 76 000 lat i znalazł zastosowanie w datowaniu wieku meteorytów.

Związki

Tlenek niklu(II) występuje w formie aktywnej i biernej chemicznie. Forma aktywna ma kolor czarny i reaguje z kwasami, tworząc sole. Natomiast forma bierna chemicznie jest zielona. Tlenek niklu(II) stosowany jest w produkcji stopów, jako katalizator oraz barwnik do szkła.

Wodorotlenek niklu(II) jest substancją trudno rozpuszczalną w wodzie i powstaje w reakcji strąceniowej np. wodorotlenku wapnia z chlorkiem niklu:

Ca(OH)2 + NiCl2 → Ni(OH)2↓ + CaCl2

Wodorotlenek niklu(II) znalazł zastosowanie w galwanotechnice.

Chlorek niklu(II) jest dobrze rozpuszczalną w wodzie solą o żółtej (bezwodny) lub zielonej (uwodniony) barwie. Ma udowodnione działanie kancerogenne i mutagenne. Znajduje zastosowanie w galwanotechnice oraz w syntezie organicznej w roli katalizatora.

Siarczan(VI) niklu(II) jest dobrze rozpuszczalną w wodzie solą. Występuje w dwóch formach alotropowych – niebieskiej tetragonalnej oraz zielonej jednoskośnej. Pod wpływem wysokiej temperatury (ok. 850ºC) ulega rozpadowi na tlenek niklu (II) i tlenek siarki (VI):

NiSO4 → NiO + SO3

Siarczan (VI) niklu (II) stosowany jest do elektrorafinacji (oczyszczania metali na drodze elektrolizy) oraz niklowania.