Nikl | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Kobalt | Měď → | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vzhled jednoduché látky | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vzorek niklu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vlastnosti atomu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jméno, symbol, číslo | Nikl / Niccolum (Ni), 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Skupina , období , blok |
10 (zastaralé 8), 4, d-prvek |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
58.6934(4) [1] a. e. m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronická konfigurace |
[Ar] 3d 8 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poloměr atomu | 124 hodin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemické vlastnosti | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalentní poloměr | 115 hodin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poloměr iontů | (+2e) 69 hodin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativita | 1,91 (Paulingova stupnice) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrodový potenciál | -0,25V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidační stavy | 0, +2, +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionizační energie (první elektron) |
736,2 (7,63) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hustota (v n.a. ) | 8,902 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplota tání | 1726 K (1453 ° C , 2647 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplota varu | 3005K (2732 ° C , 4949 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. teplo tání | 17,61 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oud. výparné teplo | 378,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molární tepelná kapacita | 26,1 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molární objem | 6,6 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystalová mřížka jednoduché látky | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Příhradová konstrukce | Kubický FCC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Parametry mřížky | 3,524 Á | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Debyeho teplota | 375 tisíc _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Další vlastnosti | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná vodivost | (300 K) 90,9 W/(m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Číslo CAS | 7440-02-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
nejdéle žijící izotopy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
28 | Nikl |
Ni58,6934 | |
3d 8 4s 2 |
Nikl ( chemická značka - Ni , z lat. Ni ccolum ) - chemický prvek 10. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina osmé skupiny, VIIIB), čtvrté období periodického systému chemických prvků hl. D. I. Mendělejev s atomovým číslem 28.
Jednoduchá látka nikl je tažný , kujný , stříbrno - bílý přechodový kov . Při běžných teplotách na vzduchu je pokryta tenkým filmem oxidu . Chemicky neaktivní.
Prvek dostal své jméno podle jména ducha hor (srov. německy Nickel - zlomyslný) německé mytologie, který „vrhal“ hledače mědi červeným minerálem podobným měděné rudě (nyní známý jako nikl ) .
Nikl byl objeven v roce 1751. Již dlouho předtím však saští horníci dobře znali rudu, která navenek připomínala měď a používala se při výrobě skla k barvení skla na zeleno. Veškeré pokusy získat měď z této rudy byly neúspěšné, a proto na konci 17. stol. ruda byla pojmenována Kupfernickel, což se překládá jako „Měď tvrdohlavý“ nebo „Měď škodolibý“ [3] [4] [5] [6] . Nyní je známo, že kupfernikel je minerální nikl - arsenid niklu NiAs. Tuto rudu zkoumal v roce 1751 švédský mineralog A. Kronstedt . Z rudy se mu podařilo získat zelený oxid a jeho redukcí nový bílý kov, který na počest ducha pojmenoval podle názvu nerostu - nikl [7] . V moderní němčině se „kupfernickel“ nazývá slitina cupronickel [8] .
Nikkel je v jazyce horníků prokleté slovo. Bylo vytvořeno ze zkomoleného Nicolaus, obecného slova, které mělo několik významů. Ale hlavně slovo Nicolaus sloužilo k charakterizaci lidí se dvěma tvářemi; navíc to znamenalo „rozpustilý duch“, „klamný povaleč“ atd. V ruské literatuře počátku 19. stol. byly používány názvy „nikolan“ (Sherer, 1808 a Zacharov, 1810), „nicol“ a „nikl“ (Dvigubsky, 1824).
Nikl je stříbřitě bílý kov, který se při vystavení vzduchu nezbarví. Má plošně centrovanou kubickou mřížku s periodou a = 0,35238 nm, prostorová grupa Fm3m . Ve své čisté formě je velmi plastický a lze jej zpracovat tlakem. Jedná se o feromagnetikum s Curieovým bodem 358 °C.
Atomy niklu mají vnější elektronickou konfiguraci 3d 8 4s 2 . Oxidační stav Ni(II) je nejstabilnější pro nikl .
Nikl tvoří sloučeniny s oxidačním stavem +1, +2, +3 a +4. Sloučeniny niklu s oxidačním stavem +4 jsou přitom vzácné a nestabilní [10] . Oxid niklu Ni 2 O 3 je silné oxidační činidlo.
Nikl se vyznačuje vysokou korozní odolností - je stálý na vzduchu , ve vodě, v alkáliích , v řadě kyselin [11] . Chemická odolnost je dána jeho sklonem k pasivaci – vytvořením hustého oxidového filmu na jeho povrchu, který má ochranný účinek. Nikl se aktivně rozpouští ve zředěné kyselině dusičné :
a v horké koncentrované sírové:
S kyselinou chlorovodíkovou a zředěnou kyselinou sírovou probíhá reakce pomalu. Koncentrovaná kyselina dusičná pasivuje nikl, ale při zahřátí reakce stále probíhá [12] (hlavním produktem redukce dusíku je NO 2 ).
S oxidem uhelnatým CO nikl snadno tvoří těkavý a vysoce toxický karbonyl Ni(CO) 4 .
Jemně rozptýlený niklový prášek je samozápalný (na vzduchu se samovznítí).
Nikl hoří pouze ve formě prášku. Tvoří dva oxidy NiO a Ni 2 O 3 , respektive dva hydroxidy Ni(OH) 2 a Ni(OH) 3 . Nejdůležitější rozpustné soli niklu jsou acetát, chlorid, dusičnan a síran. Vodné roztoky solí jsou obvykle zbarveny zeleně a bezvodé soli jsou žluté nebo hnědožluté. Nerozpustné soli zahrnují oxalát a fosfát (zelený), tři sulfidy: NiS (černý), Ni 3 S 2 (žlutavě bronzový) a Ni 3 S 4 (stříbrně bílý). Nikl také tvoří četné koordinační a komplexní sloučeniny. Například dimethylglyoximát niklu Ni(C4H6N202 ) 2 , který dává jasně červenou barvu v kyselém prostředí, je široce používán v kvalitativní analýze pro detekci niklu .
Vodné roztoky niklových solí obsahují hexaaquanikelový iont [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . Když se k roztoku obsahujícímu tyto ionty přidá roztok amoniaku, vysráží se hydroxid nikelnatý, zelená želatinová látka. Tato sraženina se rozpustí, když je přidáno přebytečné množství amoniaku v důsledku tvorby hexaaminniklových iontů [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ .
Nikl tvoří komplexy s tetraedrickými a plochými čtvercovými strukturami. Například komplex tetrachlornikelát(II) [NiCl 4 ] 2− má tetraedrickou strukturu, zatímco komplex tetrakyanonikelát(II) [Ni(CN) 4 ] 2− má plošnou čtvercovou strukturu.
V kvalitativní a kvantitativní analýze se k detekci iontů niklu (II) používá alkalický roztok butandioximu, také známý jako dimethylglyoxim a Chugaevovo činidlo . Skutečnost, že tato látka je činidlem pro nikl, zjistil v roce 1905 L. A. Chugaev [13] [14] . Když interaguje s ionty niklu(II), vytvoří se červená koordinační sloučenina bis(butandionedioxymato)nikl(II). Je to chelátová sloučenina a butandionedioxymatoligand je bidentátní.
Nikl je v přírodě poměrně běžný - jeho obsah v zemské kůře je cca. 0,01 % (hmot.). V zemské kůře se vyskytuje pouze ve vázané formě, železné meteority obsahují nativní nikl (od 5 do 25 %). Jeho obsah v ultrabazických horninách je přibližně 200krát vyšší než v kyselých (1,2 kg/t a 8 g/t). V ultramafických horninách je převládající množství niklu spojeno s olivíny obsahujícími 0,13–0,41 % Ni. Izomorfně nahrazuje železo a hořčík . Malý podíl niklu je přítomen jako sulfidy . Nikl vykazuje siderofilní a chalkofilní vlastnosti. Se zvýšeným obsahem síry v magmatu se objevují sulfidy niklu spolu s mědí , kobaltem , železem a platinoidy . V hydrotermálním procesu spolu s kobaltem, arsenem a sírou a někdy s vizmutem , uranem a stříbrem tvoří nikl zvýšené koncentrace jako arsenidy a sulfidy niklu. Nikl se běžně vyskytuje v sulfidových a měď-niklových rudách obsahujících arsen.
V rostlinách průměrně 5⋅10 −5 hmotnostních procent niklu, u mořských živočichů - 1,6⋅10 −4 , u suchozemských živočichů - 1⋅10 −6 , v lidském těle - 1,2⋅10 −6 . O niklu v organismech je známo mnoho. Bylo například zjištěno, že jeho obsah v lidské krvi se mění s věkem, že u zvířat se zvyšuje množství niklu v těle a konečně, že existují některé rostliny a mikroorganismy - "koncentrátory" niklu, obsahující tis. a dokonce stotisíckrát více niklu než životní prostředí.
Hlavní ložiska niklových rud se nacházejí v Kanadě , Rusku ( Murmanská oblast , Norilská oblast, Ural , Voroněžská oblast [15] ), Jižní Africe, Albánii, Řecku, Nové Kaledonii, Ukrajině [16] a na Kubě.
Indonésie má největší zásoby niklu na světě (21 milionů tun). Ročně vyrobí nejvíce niklu (více než 340 tisíc tun) [17] .
Přírodní nikl obsahuje 5 stabilních izotopů: 58 Ni (68,27 %), 60 Ni (26,10 %), 61 Ni (1,13 %), 62 Ni (3,59 %), 64 Ni (0,91 %). Existují také uměle vytvořené izotopy niklu, z nichž nejstabilnější jsou 59 Ni (poločas rozpadu 100 tisíc let), 63 Ni (100 let) a 56 Ni (6 dní).
Celkové zásoby niklu v rudách na počátku roku 1998 se odhadují na 135 mil. t, včetně spolehlivých - 49 mil. t. Hlavní niklové rudy - nikl (kupfernickel) NiAs, millerit NiS, pentlandit (FeNi) 9 S 8 - též obsahují arsen , železo a síru; Inkluze pentlanditu se vyskytují i ve vyvřelém pyrhotitu . Ostatní rudy, ze kterých se také těží Ni, obsahují nečistoty Co, Cu, Fe a Mg. Někdy je nikl hlavním produktem procesu rafinace, ale častěji se získává jako vedlejší produkt v jiných technologiích kovů. Ze spolehlivých zásob je podle různých zdrojů 40 až 66% niklu v "oxidovaných niklových rudách" (ONR), 33% - v sulfidu, 0,7% - v ostatních. V roce 1997 činil podíl niklu vyrobeného zpracováním OHP asi 40 % světové produkce. V průmyslových podmínkách se OHP dělí na dva typy: hořčíkové a železité.
Žáruvzdorné hořčíkové rudy jsou zpravidla podrobeny elektrickému tavení na feronikel (5–50 % Ni + Co, v závislosti na složení suroviny a technologických vlastnostech).
Nejželezitější - lateritické rudy se zpracovávají hydrometalurgickými metodami čpavkovým loužením nebo autoklávovým loužením kyselinou sírovou. V závislosti na složení suroviny a použitých technologických schématech jsou konečnými produkty těchto technologií: oxid niklu (76–90 % Ni), aglomerát (89 % Ni), sulfidové koncentráty různého složení a také elektrolytický kovový nikl. niklové prášky a kobalt.
Méně železité - nontronitové rudy se taví na kamínek . V podnicích, které pracují na plný cyklus, další schéma zpracování zahrnuje konverzi, pražení kamínku, elektrické tavení oxidu niklu za účelem získání kovového niklu. Po cestě se vytěžený kobalt vyrábí ve formě kovu a/nebo solí [18] . Další zdroj niklu: v popelu uhlí jižního Walesu v Anglii - až 78 kg niklu na tunu. Zvýšený obsah niklu v některých uhlích, olejích a břidlicích ukazuje na možnost koncentrace niklu ve fosilních organických hmotách. Příčiny tohoto jevu nebyly dosud objasněny.
Nikl se dlouho nedařilo získat v plastické formě, protože má vždy malou příměs síry ve formě sulfidu niklu, který se nachází v tenkých křehkých vrstvách na hranicích kovu. Přídavek malého množství hořčíku k roztavenému niklu převádí síru do formy sloučeniny s hořčíkem, která se uvolňuje ve formě zrn, aniž by byla narušena plasticita kovu“ [19] .
Většina niklu se získává z garnieritu a magnetických pyritů.
V roce 2015 bylo 67 % spotřeby niklu na výrobu nerezové oceli, 17 % na slitiny bez železa, 7 % na niklování a 9 % na jiné aplikace, jako jsou baterie, prášková metalurgie a chemikálie [20] .
Nikl je základem většiny superslitin , vysokoteplotních materiálů používaných v leteckém průmyslu pro části elektráren.
Niklování je vytvoření niklového povlaku na povrchu jiného kovu za účelem jeho ochrany před korozí. Provádí se galvanickým pokovováním pomocí elektrolytů obsahujících síran nikelnatý, chlorid sodný, hydroxid boritý, povrchově aktivní látky a lesklé látky a rozpustné niklové anody. Tloušťka výsledné niklové vrstvy je 12–36 µm. Stabilita povrchového lesku může být zajištěna následným chromováním (tloušťka vrstvy chromu - 0,3 mikronu).
Bezproudové pokovování niklem se provádí v roztoku směsi chloridu nikelnatého a fosfornanu sodného v přítomnosti citrátu sodného :
Proces se provádí při pH 4-6 a 95 °C [21] .
Výroba železo-niklových, nikl-kadmiových, nikl-zinkových, nikl-vodíkových baterií .
Mnoho procesů chemického inženýrství používá Raney nikl jako katalyzátor .
Nuklid 63 Ni emitující β - částice má poločas rozpadu 100,1 roku a používá se v krytronech , stejně jako detektorech elektronového záchytu (ECD) v plynové chromatografii.
Nikl je široce používán při výrobě mincí v mnoha zemích [22] . Ve Spojených státech je 5 centová mince hovorově nazývána „ nikl “ [23] .
Nikl se také používá k výrobě vinutí strun pro hudební nástroje .
Během roku 2012 se ceny niklu pohybovaly od 15 500 do 17 600 USD za tunu.
V říjnu 2021 dosáhly ceny v Šanghaji 24 067,64 USD za tunu a v Londýně 20 705 USD za tunu [24] .
Nikl je jedním ze stopových prvků nezbytných pro normální vývoj živých organismů. Málo se však ví o jeho roli v živých organismech. Je známo, že nikl se účastní enzymatických reakcí u zvířat a rostlin. U zvířat se hromadí v keratinizovaných tkáních, zejména v peří.
Ve 20. století bylo zjištěno, že slinivka břišní je velmi bohatá na nikl. Při podávání po inzulínu prodlužuje nikl působení inzulínu a tím zvyšuje hypoglykemickou aktivitu. Nikl ovlivňuje enzymatické procesy, oxidaci kyseliny askorbové , urychluje přechod sulfhydrylových skupin na disulfidové.
Nikl a jeho sloučeniny jsou toxické a karcinogenní [25] [26] [27] [28] .
Nikl je hlavní příčinou alergií ( kontaktní dermatitida ) na kovy, které přicházejí do styku s pokožkou (šperky, hodinky, cvočky na džínách). Nikl byl jmenován Alergenem roku v roce 2008 organizací Contact Dermatitis Society of America [29] . Evropská unie omezila obsah niklu ve výrobcích, které přicházejí do styku s lidskou kůží [30] .
V Rusku neexistuje zákaz používání niklu ve špercích a lékařských zařízeních kvůli jeho chemické inertnosti [31] .
Nikl může bránit působení adrenalinu a snižovat krevní tlak . Nadměrný příjem niklu v těle způsobuje vitiligo . Nikl se ukládá ve slinivce břišní a příštítných tělíscích .
Zvýšený obsah niklu v půdách vede k endemickým onemocněním - u rostlin se objevují ošklivé formy a u zvířat oční choroby spojené s hromaděním niklu v rohovce . Toxická dávka (pro potkany) - 50 mg . Zvláště škodlivé jsou těkavé sloučeniny niklu, zejména jeho tetrakarbonyl Ni(CO) 4 . MPC sloučenin niklu ve vzduchu se pohybuje od 0,0002 do 0,001 mg/m 3 (pro různé sloučeniny).
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
niklu | Sloučeniny|
---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
mincovní kovy | |
---|---|
Kovy | |
Slitiny |
|
Skupiny mincí | |
Kovové skupiny | |
viz také |