Zgodovina niklja, lastnosti, struktura, uporabe, tveganja

On nikelj Je bela prehodna kovina, katere kemični simbol je oz. Njegova trdota je večja od železa, poleg tega, da je dober prevodnik toplote in električne energije, na splošno pa velja. V svojem čistem stanju je srebro z zlatimi odtenki.

Leta 1751 ga je Axel Fredrik Cronsted, švedski kemik, uspel izolirati iz minerala, znanega kot Kupfernickel (Hudičev baker), izvlečen iz rudnika kobalta iz švedske vasi. Cronsted je sprva mislil, da je mineral baker, vendar se je izolirani element izkazal za bel, drugačen od bakra.

Nikljeve sfere, v katerih so njegovi zlati toni. Vir: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Cronsted je element označil za niklja, nato pa je bilo ugotovljeno, da je mineral, imenovan Kupfernickel, Nicolita (Nickel Arseniuro).

Nikelj se pridobiva predvsem iz dveh nahajališč: magnetnih kamnin in drugih ločenosti zemeljske magme. Minerali so žveplovi, kot je Pentladita. Drugi vir niklja je najnovejši, z nikljevimi minerali, kot je Garnierita.

Glavna uporaba niklja je v oblikovanju zlitin s številnimi kovinami; Na primer, posega v izdelavo nerjavečega jekla, industrijske dejavnosti, ki porabi približno 70 % svetovne proizvodnje niklja.

Poleg tega se nikelj uporablja v zlitinah, kot je Alnicus, zlitina magnetne narave za izdelavo električnih motorjev, zvočnikov in mikrofonov.

Nikelj se je začel uporabljati pri izdelavi kovancev sredi devetnajstega stoletja. Vendar je njegova uporaba trenutno nadomeščena z manj dragimi kovinami; Čeprav se še naprej uporablja v nekaterih državah.

Nikelj je bistveni element za rastline, saj aktivira encim Ureasa, ki posega v razgradnjo sečnine na amonijak, ki jih rastline uporabljajo kot vir dušika. Poleg tega je sečnina strupena spojina, ki povzroči resne škode rastlinam.

Nikelj je element velike toksičnosti za človeka, obstajajo dokazi, da je rakotvorno sredstvo. Poleg tega nikelj povzroča razvoj dermatitisa in alergije.

[TOC]

Zgodovina

Antika

Človek je že od antičnih časov vedel obstoj niklja. Na primer so ga našli v bronastih predmetih (3500 a.c.), ki je prisotna v deželah, ki trenutno pripadajo Siriji, 2% niklja.

Tudi kitajski rokopisi domnevajo, da je bil "beli baker", znan kot Baitong, uporabljen med letoma 1700 in 1400.c. Mineral je bil izvožen v Britanijo v sedemnajstem stoletju; Toda vsebnost niklja v tej zlitini (CU-NI) ni bila odkrita do leta 1822.

V srednjeveški Nemčiji so našli rdečkasto rudo, podobno kot baker, in predstavljala zelene lise. Rudarji so poskušali izolirati baker minerala, vendar v poskusu niso uspeli. Poleg.

Iz teh razlogov so rudarji mineralu pripisali zlobno stanje in dodelili različna imena, ki so ponazorila to stanje; Kot "stari Nick", tudi Kuppherickel (Hudičev baker). Zdaj je znano, da je bil zadevni mineral Nicolita: Nickel Arseniuro, Nias.

Odkritje in proizvodnja

Leta 1751 je Axel Fredrik Cronsted poskušal izolirati baker Kupfernickel, pridobljen iz rudnika kobalta, ki se nahaja v bližini Hassinglandta, švedske vasice. Vendar mu je uspelo le pridobiti belo kovino, ki je bila do takrat neznana, in ga je imenoval nikelj.

Od leta 1824 je bil nikelj pridobljen kot stranski produkt proizvodnje modrega kobalta. Leta 1848 je bila na Norveškem ustanovljena livarna za obdelavo niklja, ki je prisotna v mineralu pirotita.

Leta 1889 je bil uveden nikelj pri proizvodnji jekla, nahajališča, odkrita v Nuevi Kaledoniji.

Lastnosti

Videz

Srebrno, bujno in z rahlim zlatim barvilom.

Atomska teža

58.9344 u

Atomsko število (z)

28

Tališče

1.455 ° C

Vrelišče

2.730 ° C

Gostota

-Pri sobni temperaturi: 8.908 g/ml

Vam lahko postreže: vijolično steklo

-Na tališču (tekočina): 7,81 g/ml

Fuzijska toplota

17.48 kJ/mol

Toplota za uparjanje

379 kJ/mol

Molarna kalorična sposobnost

26,07 j/mol

Elektronegativnost

1,91 na lestvici Pauling

Ionizacijska energija

Prva stopnja ionizacije: 737,1 kJ/mol

Druga stopnja ionizacije: 1.753 kJ/mol

Tretja stopnja ionizacije: 3.395 kJ/mol

Atomski radio

Empirični 124 PM

Radijski kovalent

124,4 ± 16 pm

Toplotna prevodnost

90,9 w/(m · k)

Električna upornost

69,3 nω · m pri 20 ° C

Trdota

4.0 na lestvici MOHS.

Značilnosti

Nikelj je duktilna, kovinska kovina in ima trdoto, večjo od železa, saj je dober električni in toplotni vodnik. To je feromagnetna kovina pri normalnih temperaturah, saj je njegova Curie temperatura 358 ° C. Pri višjih temperaturah nikelj preneha biti feromagnetni.

Nikelj je eden od štirih feromagnetnih elementov, drugi trije: železo, kobalt in Gadolinio.

Izotopi

Obstaja 31 nikljevih izotopov, omejenih z ⁴⁸Niti ⁷⁸Niti.

Obstaja pet naravnih izotopov: ⁵⁸Niti z obilico 68,27 %; ⁶⁰Niti z obilico 26,10 %; ⁶¹Niti z obilico 1,13 %; ⁶²Niti z obiljem 3,59 %; in ⁶⁴Niti z obilico 0,9 %.

Atomska teža skoraj 59 U za niklja kaže, da v nobenem izotopu ni izrazite prevlade (tudi ko ⁵⁸Prav tako ni najbolj obilen).

Elektronska struktura in konfiguracija

Kovinski nikelj kristalizira v kubični strukturi, osredotočeno na obraze (FCC). Ta faza FCC je izjemno stabilna in ostaja nespremenjena za pritiske blizu 70 GPa; Malo bibliografskih informacij o nikljevih fazah ali polimorfih pod visokimi pritiski.

Morfologija nikljevih kristalov je spremenljiva, saj jih je mogoče razporediti tako, da definirajo nanotubo. Kot nanodelci ali makroskopske trdne snovi ostane kovinska vez enaka (teoretično); to pomeni, da gre za iste elektrone Valencije.

Glede na dve možni elektronski konfiguraciji za niklja:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

V kovinski vez je vključenih deset elektronov; bodisi osem ali devet v 3D orbitali, skupaj z dvema ali enim v orbitalu 4S. Upoštevajte, da je Band Valencia praktično poln, blizu prevoza svojih elektronov do gonilnega pasu; dejstvo, ki pojasnjuje njegovo relativno visoko električno prevodnost.

Nikeljska konstrukcija FCC je tako stabilna, da je jeklo celo sprejeto, ko dodamo. Tako je tudi nerjaveče železo z visoko vsebnostjo niklja FCC.

Oksidacijske številke

Nikelj ima, tudi če se zdi, tudi veliko število ali oksidacijska stanja. Negativi so očitno vedoč, da dva elektrona samo manjkata, da bi dokončala deset njene 3D orbitala; Tako lahko osvojite enega ali dva elektrona z oksidacijskimi številkami -1 (ali^-) ali -2 (ali^2-).

Najbolj stabilna oksidacijska številka za niklja je +2, ob predpostavki obstoja kationa ali²⁺, ki je izgubil elektrone 4S orbitala in ima osem elektronov v 3D orbitalu (3D⁸).

Obstajata tudi dve drugi pozitivni oksidacijski številki: +3 (ali³⁺) in +4 (ali⁴⁺). Na ravni šole ali srednje šole se uči le, da nikelj obstaja kot Ni (ii) ali ni (iii), to je zato, ker so najpogostejše številke oksidacije in jih najdemo v zelo stabilnih spojinah.

In ko je kovinski nikelj del spojine, torej z njegovim nevtralnim atomom ali pa se reče, da sodeluje ali se poveže z oksidacijsko številko 0 (ali⁰).

Kje je niklja?

Minerali in morje

Nikelj predstavlja 0,007 % zemeljske skorje, zato je njena številčnost majhna. Toda še vedno je druga kovina v izobilju po železu v staljenem jedru Zemlje, znanega kot Nife. Morska voda ima povprečno koncentracijo niklja 5,6 · 10^-4 mg/l.

Vam lahko služi: glukoneogeneza

Običajno ga najdemo v magnetnih kamninah, ki je pentland, mineral, oblikovan iz železnega sulfida in niklja [(ni, ​​vera)₉S₈], eden glavnih virov Nikela:

Roca, sestavljena iz mineralov Pentland in pirotita. Vir: John Sobolewski (JSS) [CC do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Mineral Pentlanda je prisoten v Sudburyju v Ontariu v Kanadi; Eden glavnih nahajališč te kovine na svetu.

Pentlands ima koncentracijo niklja med 3 in 5 %, povezan s pirotitom, železnim sulfidom, bogatm z nikljem. Ti minerali so v skalah izdelkov ločevanja Zemljine magme.

Lateritas

Drugi pomemben vir niklja so lateritas, sestavljen iz sušnih tal toplih regij. V silicijevem dioksidu so slabi in imajo več mineralov, med njimi: Garnierita, magnezij in nikelj silikat; in linitinite, železni mineral [(vera, ni) ali (OH) z vsebnostjo med 1 in 2 % niklja.

Ocenjujejo, da je 60 % niklja izvlečenih od najnovejšega, preostalih 40 % magmatičnih žveplovih nahajališč.

Meteoriti in olje

Nikelj najdemo tudi v železnih meteoriti z zlitinami Kamacita in Taenita. Kamacita je železna in nikljeva zlitina, ki ima odstotek 7 %; Medtem ko je taenita enaka zlitina, vendar z odstotkom niklja med 20 in 65 %.

Nikelj je pritrjen na organske spojine, zato je v visoki koncentraciji v premogu in nafti.

Kitajska je največji proizvajalec niklja na svetu, sledijo Rusija, Japonska, Avstralija in Kanada.

Prijave

-Elementarni nikelj

Zlitine

Ventil, izdelan z zlitino Monel. Vir: Heather Smith [CC do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Uporablja se v zlitini z železom predvsem za izdelavo nerjavečega jekla, saj se v ta namen uporablja 68 % proizvodnje niklja.

Tvori tudi zlitino z bakrom, odporno na korozijo. Ta zlitina je sestavljena iz 60 % niklja, 30 % bakra in majhnih količin drugih kovin, zlasti železa.

Nikelj se uporablja v uporovnih, magnetnih in drugih namenih, kot je nikelj srebro; In zlitino, sestavljeno iz niklja in bakra, vendar ne vsebuje denarja. NI-CU cevi se uporabljajo v naratih za razsoljevanje, oklepa in kovancev.

Nikelj oskrbuje trdoživost in odpornost proti zlitinam, ki tvori korozijsko odpornost. Poleg zlitin z bakrom, železom in kromom se uporablja v zlitini z bronasto, aluminijem, svincem, kobaltom, srebrom in zlatom.

Monel Alloy je sestavljen iz 17 % niklja, 30 % bakra in z železom, manganom in silicijem. Je odporen proti morskem vodah, zaradi česar je idealen za uporabo na ladjah.

Zaščitno delovanje

Nikelj pri reakciji s fluorom tvori zaščitno plast fluora.

Nikelj je odporen na delovanje alkalij. Zaradi tega se uporablja v posodah, ki vsebujejo koncentrirani natrijev hidroksid. Uporablja se tudi v galvanoplastiki za ustvarjanje zaščitne površine za druge kovine.

Druge uporabe

Nikelj se uporablja kot šestmetalno reducirsko sredstvo platinaste skupine mineralov, v kateri se združuje; predvsem iz platine in paladije. Nikelj pena ali mreža se uporablja pri izdelavi alkalnih baterij za gorivo.

Nikelj se uporablja kot katalizator za hidrogeniranje rastlinskih nenasičenih maščobnih kislin, ki se uporabljajo v postopku razdelave margarine. Baker in zlitina Cu-NI imata antibakterijsko delovanje na E. coli.

Nanodelci

Nikelj nanodelci (NPS-NI) najdejo najrazličnejšo uporabo po največji površini v primerjavi z makroskopskim vzorcem. Ko se ti NPS-NI sintetizirajo iz rastlinskih ekstraktov, razvijejo protimikrobne in antibakterijske aktivnosti.

Lahko vam služi: naravni kemični elementi

Razlog za zgoraj je posledica njegove največje nagnjenosti k oksidaciji v stiku z vodo, ki tvori katione ali²⁺ in zelo reaktivne oksigenirane vrste, ki denaturalizirajo mikrobne celice.

Po drugi strani se NPS-NI uporabljajo kot elektrodni material v trdnih gorivnih celicah, vlaknih, magnetih, magnetnih tekočinah, elektronskih delih, senzorjih plina itd. So tudi katalitični, adsorbentni nosilci, sredstva za belilo in čiščenje odpadne vode.

-Spojine

Klorid, nitrat in nikelj sulfat se uporabljajo v nikljevih kopelih v galvanoplastiki. Poleg tega se njegova sulfatna sol uporablja pri pripravi katalizatorjev in mordanov za obarvanje s tekstilom.

Nikelj peroksid se uporablja pri shranjevalnih baterijah. Nikelj ferita se uporabljajo kot magnetna jedra v antenah v različni električni opremi.

Nikelj trdovratni karbonil prinaša ogljikov monoksid za sintezo akrilata, iz acetilena in alkoholov. Kombinirani barijev in nikelj oksid (banium₃) Služi kot surovina za izdelavo katod številnih polnilnih baterij, kot so Ni-CD, Ni-FE in Ni-H.

Biološki papir

Rastline potrebujejo nikljevo prisotnost za rast. Znano je, da ga več encimov rastlin uporablja kot kofaktor, vključno z Ureaso; encim, ki pretvori sečnino v amonijak in lahko to spojino uporabi pri delovanju rastlin.

Poleg tega kopičenje sečnine povzroči spremembo v listih rastlin. Nikelj deluje v obliki katalizatorja, ki daje prednost fiksaciji dušika s pomočjo stročnic.

Najbolj občutljivi pridelki do pomanjkanja niklja so stročnice (fižol in lucerna), ječmen, pšenica, slive in breskve. Njegova pomanjkljivost se v rastlinah kaže s klorozo, padajočimi listi in pomanjkanjem rasti.

V nekaterih bakterijah je encim Ureasa odvisen od niklja, vendar velja, da lahko v organizmih, ki naseljujejo.

Drugi bakterijski encimi, kot so dismutaza nadroksida, pa tudi glioksidaza, prisotna pri bakterijah in nekaterih zajedavcih, na primer pri tripanosomih, so odvisni od niklja. Vendar isti encimi pri višjih vrstah niso odvisni od niklja, ampak cinka.

Tveganja

Vnos velikih količin niklja je povezan z rakom in razvojem pljučnih, nosnih, larinks in prostate. Poleg tega povzroča težave z dihanjem, odpoved dihal, astmo in bronhitis. Nikljevi hlapi lahko povzročijo pljučno draženje.

Nikelj stik s kožo lahko povzroči preobčutljivost, ki pozneje povzroči alergijo, ki se manifestira kot kožni izbruh.

Kožna izpostavljenost niklja je lahko vzrok dermatitisa, znanega kot "srbenje niklja", pri predhodno senzibiliziranih ljudeh. Ko pride do zavedanja o niklu, vztraja v nedogled.

Mednarodna agencija za raziskave raka (IARC), ki je postavila nikljeve spojine v skupino 1 (pri ljudeh je dovolj dokazov o rakotvorbi). Vendar OSHA ne ureja niklja kot rakotvornega rakotvornika.

Priporočljivo je, da izpostavljenost kovinskemu niklu in njegovih spojinah ne more biti večja od 1 mg/m³ osem ur dela v delovnem tednu štirideset ur. Nikelj karbonil in nikelj sulfid ima zelo strupene ali rakotvorne spojine.

Reference

1. Muhammad Imran Din in Anela Rani. (2016). Nedavni napredek v sintezi in stabilizaciji nanodelcev niklja in nikljevega oksida: zelena spretnost. International Journal of Analytical Chemistry, Vol. 2016, ID članka 3512145, 14 strani, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Nano delci na osnovi niklja kot adsorbenti v metodah čiščenja vode - pregled. Orient J Chem 2017–33 (4).
3. Wikipedija. (2019). Nikelj. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
4. Nikelj inštitut. (2018). Nerjaveče jeklo: vloga niklja. Okrevano od: nickelinstitut.org
5. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (20. marec 2019). Nikelj. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5. oktober 2018). Vloga niklja pri gojenju rastlin. Promix. Okrevano od: pTharticulture.com
7. Lentech. (2019). Periodična tabela: nikelj. Okrevano od: Lentech.com
8. Bell Terence. (28. julij 2019). Profil niklja. Okreval od: uravnoteženosti.com
9. Čelada, Anne Marie, ph.D. (22. junij 2018). 10 dejstev nikljevih elementov. Okreval od: Thoughtco.com
10. Dinni nurhayani & akhmad a. Korda. (2015). Efekt dodajanja niklja na protimikrobnih, fizikalnih in mehanskih lastnosti bakrene niklove zlitine proti suspenzijam Escherichia coli. Zborniki konference AIP 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727