Viene considerato l'elemento chimico nichel. Aree di applicazione del nichel. Composti inorganici del nichel

Nichel (elemento chimico) Nichel(lat. Niccolum), Ni, elemento chimico prima triade del gruppo VIII del sistema periodico di Mendeleev, numero atomico 28, massa atomica 58,70; un metallo bianco-argenteo, malleabile e duttile. L'azoto naturale è costituito da una miscela di cinque isotopi stabili: 58 Ni (67,76%), 60 Ni (26,16%), 61 Ni (1,25%), 63 Ni (3,66%), 64 Ni (1,16%).

Riferimento storico. Il metallo fu ottenuto per la prima volta nella sua forma impura nel 1751 dal chimico svedese A. Kronstedt, proponente e il nome dell'elemento. Un metallo molto più puro fu ottenuto nel 1804 dal chimico tedesco I. Richter. Titolo "N." deriva dal minerale kupfernickel (NiAs), conosciuto già nel XVII secolo. e spesso ingannava i minatori per la sua somiglianza esterna con i minerali di rame (il tedesco Kupfer - rame, il nichel - spirito di montagna, che presumibilmente fa scivolare ai minatori roccia di scarto invece del minerale). Dalla metà del XVIII secolo. N. veniva utilizzato solo come componente di leghe simili nell'aspetto all'argento. Sviluppo diffuso dell'industria del nichel alla fine del XIX secolo. associato alla scoperta di grandi giacimenti di minerali di nichel in Nuova Caledonia e Canada e alla scoperta del suo effetto “nobilitante” sulle proprietà degli acciai.

Distribuzione in natura. N. è un elemento delle profondità terrestri (nelle rocce ultrabasiche del mantello è pari allo 0,2% in massa). Esiste un'ipotesi che il nucleo terrestre sia costituito da nichel-ferro; In base a ciò, il contenuto medio di N nel suolo nel suo complesso è stimato intorno al 3%. Nella crosta terrestre, dove H. è 5,8×10-3%, gravita anche verso un guscio più profondo, il cosiddetto guscio di basalto. Il Ni nella crosta terrestre è un compagno di Fe e Mg, il che è spiegato dalla somiglianza della loro valenza (II) e dei raggi ionici; L'N è incluso nei minerali bivalenti di ferro e magnesio come impurità isomorfa. Sono conosciuti 53 minerali di N.; la maggior parte di essi si è formata durante alte temperature e pressioni durante la solidificazione del magma o da soluzioni acquose calde. I depositi di N. sono associati a processi nel magma e alla crosta esposta agli agenti atmosferici. I depositi industriali di nitrati (minerali solforati) sono solitamente composti da minerali nitrosi e di rame (vedi. Minerali di nichel). Sulla superficie terrestre, nella biosfera, N. è un migrante relativamente debole. Ce n'è relativamente poco nelle acque superficiali e nella materia vivente. Nelle aree in cui predominano le rocce ultramafiche, il suolo e le piante sono arricchiti di nichel.

Fisico e Proprietà chimiche. A condizioni normali N. esiste sotto forma di una modifica b, che ha un reticolo cubico a facce centrate (a = 3,5236). Ma N., sottoposto a sputtering catodico in atmosfera di H2, forma una modificazione a, che ha un reticolo esagonale di impaccamento stretto (a = 2,65, c = 4,32), che, quando riscaldato oltre i 200 °C, si trasforma in un cubico uno. N. cubico compatto ha una densità di 8,9 g/cm 3 (20 °C), raggio atomico 1,24, raggi ionici: Ni2+ 0,79, Ni3+ 0,72; T per favore 1453°C; T kip circa 3000°C; calore specifico a 20 °C 0,440 kJ/ (kg K); coefficiente di temperatura di dilatazione lineare 13.310-6 (0‒100 °C); conducibilità termica a 25 °C 90,1 vml (m K); lo stesso a 500 °C 60,01 vm/ (m K). Resistenza elettrica specifica a 20 °C 68,4 nom·m, ovvero 6,84 μm·cm; coefficiente di temperatura della resistenza elettrica 6,8×10-3 (0‒100 °C).

N. è un metallo malleabile e malleabile, da esso si possono ricavare fogli e tubi più sottili. Resistenza alla trazione 400 – 500 MN/m 2 (ovvero 40‒50 kgf/mm 2 ), limite elastico 80 MN/m 2 , carico di snervamento 120 MN/m 2 ; allungamento relativo 40%; modulo elastico normale 205 Gn/m 2 ; Durezza Brinell 600 – 800 Mn/m 2 . Nell'intervallo di temperatura da 0 a 631 K (il limite superiore corrisponde a Punto di curie) N. ferromagnetico. Ferromagnetismo N. è dovuto alle caratteristiche strutturali dei gusci elettronici esterni (3d8 4s2) dei suoi atomi. N, insieme a Fe (3d6 4s2) e Co (3d7 4s2), anch'essi ferromagneti, appartiene agli elementi con un guscio elettronico 3d non finito (metalli 3d di transizione). Gli elettroni del guscio non finito creano un momento magnetico di spin non compensato, il cui valore efficace per gli atomi N è 6 mB, dove mB è Magnetone del boro. Valore positivo interazione di scambio nei cristalli, l'azoto porta all'orientamento parallelo dei momenti magnetici atomici, cioè al ferromagnetismo. Per lo stesso motivo, le leghe e alcuni composti nitrosi (ossidi, alogenuri, ecc.) sono ordinati magneticamente (hanno una struttura ferro-, o meno comunemente, ferrimagnetica, vedi Struttura magnetica). N. è uno dei più importanti materiali magnetici e leghe con un coefficiente minimo di dilatazione termica ( permalloy, monel metallico, invar e così via.).

Chimicamente il Ni è simile al Fe e al Co, ma anche al Cu e ai metalli nobili. Nei composti mostra valenza variabile (il più delle volte 2-valentene). N. è un metallo di media attività: assorbe (soprattutto allo stato finemente frantumato) grandi quantità di gas (H2, CO, ecc.); la saturazione di N. con gas ne peggiora le proprietà meccaniche. L'interazione con l'ossigeno inizia a 500 °C; in uno stato finemente disperso, N. è piroforico - si accende spontaneamente nell'aria. Tra gli ossidi, il più importante è l'ossido NiO - cristalli verdastri, praticamente insolubili in acqua (busenite minerale). L'idrossido precipita da soluzioni di sali di nichel quando vengono aggiunti alcali sotto forma di un voluminoso precipitato verde mela. Quando riscaldato, N si combina con gli alogeni, formando NiX2. Bruciando in vapori di zolfo, produce solfuro, simile nella composizione a Ni3 S2. Il monosolfuro di NiS può essere preparato riscaldando NiO con zolfo.

L'azoto non reagisce con l'azoto nemmeno a temperature elevate (fino a 1400 °C). La solubilità dell'azoto nell'azoto solido è di circa lo 0,07% in peso (a 445 °C). Il nitruro Ni3N può essere preparato facendo passare NH3 su NiF2, NiBr2 o polvere metallica a 445 °C. Sotto l'influenza del vapore di fosforo ad alte temperature, il fosfuro Ni3 P2 si forma sotto forma di una massa grigia. Nel sistema Ni ‒ As è stata accertata l'esistenza di tre arseniuri: Ni5 As2, Ni3 As (minerale maucherite) e NiAs. Molte persone hanno una struttura di tipo nichel-arseniuro (in cui gli atomi di As formano un denso impaccamento esagonale, tutti i vuoti ottaedrici del quale sono occupati da atomi di Ni). metallidi. Il carburo instabile Ni3C può essere ottenuto mediante carburazione (cementazione) lenta (centinaia di ore) di polvere di N in un'atmosfera di CO a 300 °C. Allo stato liquido N. scioglie una notevole quantità di C, che precipita durante il raffreddamento sotto forma di grafite. Quando la grafite viene rilasciata, N. perde la sua malleabilità e la capacità di essere lavorata sotto pressione.

Nella serie di tensioni, il Ni si trova a destra del Fe (i loro potenziali normali sono rispettivamente ‒0,44 V e ‒0,24 V) e quindi si dissolve più lentamente del Fe negli acidi diluiti. N. è stabile rispetto all'acqua. Gli acidi organici agiscono su N. solo dopo un contatto prolungato con esso. Solforico e acido cloridrico sciogliere lentamente N.; azoto diluito - molto semplice; l'HNO3 concentrato passiva l'azoto, ma in misura minore rispetto al ferro.

Quando interagiscono con gli acidi, si formano sali di Ni 2-valente. Quasi tutti i sali di Ni(II) e gli acidi forti sono altamente solubili in acqua; le loro soluzioni hanno una reazione acida dovuta all'idrolisi. I sali di acidi relativamente deboli come l'acido carbonico e fosforico sono scarsamente solubili. La maggior parte dei sali di N si decompone durante la calcinazione (600 – 800 °C). Uno dei sali più comunemente usati, il solfato NiSO4, cristallizza da soluzioni sotto forma di cristalli verde smeraldo NiSO4 × 7H2 O - solfato di nichel. Gli alcali forti non hanno alcun effetto su N., ma si dissolve in soluzioni di ammoniaca in presenza di (NH4)2 CO3 per formare soluzioni solubili ammoniaca, dipinto in blu intenso; La maggior parte di essi sono caratterizzati dalla presenza dei complessi 2+ e . I metodi idrometallurgici per estrarre l'ammoniaca dai minerali si basano sulla formazione selettiva di ammoniaca. NaOCI e NaOBr vengono precipitati da soluzioni di sali di Ni (II), l'idrossido di Ni (OH)3 è nero. IN composti complessi Ni, a differenza di Co, è solitamente bivalente. Composto complesso di Ni con dimetilgliossima(C4 H7 O2 N)2 Ni viene utilizzato per la determinazione analitica del Ni.

A temperature elevate, l'azoto interagisce con gli ossidi di azoto, SO2 e NH3. Quando la CO agisce sulla sua polvere finemente macinata durante il riscaldamento, si forma il carbonile Ni (CO)4 (vedere Fig. Carbonili metallici). La dissociazione termica del carbonile produce l'N più puro.

Ricevuta. Circa l'80% della sua produzione totale (esclusa l'URSS) è ottenuta da minerali di solfuro di rame-nichel. Dopo l'arricchimento selettivo mediante flottazione, i concentrati di rame, nichel e pirrotite vengono separati dal minerale. Il concentrato di minerale di nichel mescolato con flussi viene fuso in alberi elettrici o forni a riverbero per separare la roccia di scarto ed estrarre il nichel in un solfuro fuso (opaco) contenente il 10-15% di Ni. Tipicamente, la fusione elettrica (il principale metodo di fusione nell'URSS) è preceduta dalla tostatura ossidativa parziale e dall'agglomerazione del concentrato. Insieme al Ni, parte del Fe, del Co e quasi tutto il Cu e i metalli nobili diventano matti. Dopo che il Fe è stato separato mediante ossidazione (insufflando matte liquido nei convertitori), si ottiene una lega di solfuri di Cu e Ni: una matte, che viene raffreddata lentamente, macinata finemente e inviata alla flottazione per separare Cu e Ni. Il concentrato di nichel viene cotto in un letto fluidizzato a NiO. Il metallo si ottiene riducendo NiO in forni elettrici ad arco. Gli anodi sono fusi da metallo grezzo e raffinati elettroliticamente. Il contenuto di impurità nell'elettrolita N. (grado 110) è dello 0,01%.

Per separare Cu e Ni, il cosiddetto. processo carbonilico basato sulla reversibilità della reazione:

La produzione del carbonile avviene a 100–200 atm e a 200–250 °C, e la sua decomposizione avviene senza accesso di aria a pressione atmosferica e a circa 200 °C. La decomposizione del Ni (CO)4 viene utilizzata anche per ottenere rivestimenti di nichel e fabbricare vari prodotti (decomposizione su matrice riscaldata).

Nei moderni processi “autogeni”, la fusione viene effettuata utilizzando il calore rilasciato durante l'ossidazione dei solfuri con aria arricchita di ossigeno. Ciò consente di eliminare i combustibili carboniosi, produrre gas ricchi di SO2 adatti alla produzione di acido solforico o zolfo elementare, nonché di aumentare notevolmente l'efficienza del processo. La più completa e promettente è l'ossidazione dei solfuri liquidi. Stanno diventando sempre più comuni i processi basati sul trattamento di concentrati di nichel con soluzioni di acidi o ammoniaca in presenza di ossigeno a temperature e pressioni elevate (processi in autoclave). Di solito l'N. viene trasferito in soluzione, dalla quale viene isolato sotto forma di un ricco concentrato di solfuro o di polvere metallica (riduzione con idrogeno sotto pressione).

Dai minerali silicati (ossidati), l'azoto può anche essere concentrato in matte introducendo flussi come gesso o pirite nella carica di fusione. La fusione per riduzione-solforazione viene solitamente eseguita in forni a tino; la opaca risultante contiene 16‒20% Ni, 16‒18% S, il resto è Fe. La tecnologia per estrarre il metallo dalla opaca è simile a quella sopra descritta, tranne per il fatto che l'operazione di separazione del Cu viene spesso omessa. Se il contenuto di Co nei minerali ossidati è basso, è consigliabile sottoporli a fusione di riduzione per produrre ferronichel, utilizzato per la produzione dell'acciaio. I metodi idrometallurgici vengono utilizzati anche per estrarre l'azoto dai minerali ossidati: lisciviazione con ammoniaca di minerali preridotti, lisciviazione in autoclave con acido solforico, ecc.

Applicazione. La stragrande maggioranza del Ni viene utilizzata per produrre leghe con altri metalli (Fe, Cr, Cu, ecc.), caratterizzate da elevate proprietà meccaniche, anticorrosive, magnetiche o elettriche e termoelettriche. In connessione con lo sviluppo della tecnologia a getto e la creazione di turbine a gas, le leghe di cromo-nichel resistenti al calore e resistenti al calore sono particolarmente importanti (vedi. Leghe di nichel). Le leghe di azoto vengono utilizzate nella costruzione di reattori nucleari.

Una quantità significativa di N viene utilizzata per la produzione di batterie alcaline e rivestimenti anticorrosione. Il N. malleabile nella sua forma pura viene utilizzato per la fabbricazione di lastre, tubi, ecc. Viene utilizzato anche nell'industria chimica per la fabbricazione di apparecchiature chimiche speciali e come catalizzatore per molti processi chimici. Il N. è un metallo molto raro e, se possibile, andrebbe sostituito con altri materiali più economici e comuni.

La lavorazione dei minerali N. è accompagnata dal rilascio di gas velenosi contenenti SO2 e spesso As2 O3. La CO utilizzata nella raffinazione dell'azoto utilizzando il metodo carbonilico è molto tossica; Ni (CO)4 altamente tossico e altamente volatile. La sua miscela con l'aria esplode a 60 °C. Misure di controllo: tenuta delle attrezzature, ventilazione migliorata.

A. V. Vanyukov.

Il nichel nel corpo è essenziale microelemento. Il suo contenuto medio nelle piante è di 5,0 × 10-5% nella materia prima, nel corpo degli animali terrestri 1,0 × 10-5%, negli animali marini - 1,6 × 10-5%. Nel corpo animale, N. si trova nel fegato, nella pelle e nelle ghiandole endocrine; si accumula nei tessuti cheratinizzati (soprattutto piume). Il ruolo fisiologico di N. non è stato sufficientemente studiato. È stato stabilito che N. attiva l'enzima arginasi e influenza i processi ossidativi; nelle piante partecipa a numerose reazioni enzimatiche (carbossilazione, idrolisi dei legami peptidici, ecc.). Su terreni arricchiti con N., il suo contenuto nelle piante può aumentare 30 volte o più, il che porta a malattie endemiche (nelle piante - forme brutte, negli animali - malattie degli occhi associate ad un aumento dell'accumulo di N. nella cornea: cheratite, cheratocongiuntivite) .

I. F. Gribovskaya.

Ripan R., Ceteanu I., Chimica inorganica, vol.2 - Metalli, trad. da rum., M., 1972, p. 581‒614; Guida metallurgista ai metalli non ferrosi, vol.2 ‒

Questo metallo grigio-argento appartiene al metallo di transizione: ha proprietà sia alcaline che acide. I principali vantaggi del metallo sono la malleabilità, la duttilità e le elevate proprietà anticorrosive. Dove e come viene utilizzato il nichel: leggi sotto.

Per la presenza di un film di ossido sulla superficie, il metallo è dotato della capacità di resistere perfettamente alla corrosione. Inoltre, il rivestimento di questo metallo protegge in modo affidabile dall'ossidazione parti e oggetti realizzati con altri materiali. Questo è il motivo per cui il nichel è ampiamente utilizzato nell'industria moderna.

Inoltre, l'elemento non ha solo proprietà anticorrosive. Resiste perfettamente agli effetti di vari alcali. Per questo motivo viene utilizzato per proteggere tutti i tipi di pezzi in alluminio, ferro e ghisa destinati all'uso in ambienti aggressivi. Anche per la produzione di pale di aerei, serbatoi per il trasporto di sostanze pericolose e altre attrezzature per l'industria chimica.

Se parliamo di altri ambiti della nostra vita in cui oggi l'uso del nichel è su larga scala, vale la pena menzionare la produzione:

• protesi e tutori per esigenze mediche;
• batterie;
• reagenti chimici;
• "oro bianco" nel settore della gioielleria;
• avvolgimenti per corde di strumenti musicali.

Leghe

Grazie alle sue proprietà anticorrosive, l'elemento è ampiamente utilizzato per la produzione di varie leghe di ferro, rame, titanio, stagno, molibdeno, ecc. Per questo viene consumato oltre l'80% del volume totale di Ni estratto in tutto il mondo, i depositi di cui si trovano in Russia (regioni degli Urali, Murmansk e Voronezh, regione di Norilsk), Sud Africa, Canada, Grecia, Albania e altri paesi. Il Ni viene utilizzato per produrre l'acciaio inossidabile. Le leghe con ferro sono utilizzate in quasi tutti i rami dell'industria moderna, nonché nella costruzione di qualsiasi struttura civile o industriale.

Come risultato di diverse combinazioni percentuali con il rame, si ottengono le leghe Monel, Constantine e altre. Sono utilizzati per la fabbricazione di monete, serbatoi di stoccaggio per acido solforico, perclorico o fosforico, pezzi di ricambio e parti di macchine (valvole, scambiatori di calore, boccole, molle, pale della girante) destinati all'uso con carichi elevati.

Le leghe con l'aggiunta di cromo - nicromo - sono resistenti al calore e pertanto vengono utilizzate per la produzione di elementi strutturali di turbine a gas, parti di motori a reazione e apparecchiature per reattori nucleari.

Con l'aggiunta di molibdeno si ottengono leghe resistenti agli acidi e ad altri composti aggressivi (cloro secco).

Le leghe contenenti alluminio, ferro, rame e cobalto - alnico e magneto - hanno le proprietà dei magneti permanenti e vengono utilizzate nella produzione di vari strumenti di misurazione radio e apparecchiature elettriche.

I prodotti a base di invar, una lega con aggiunta di ferro (Ni - 35%, Fe - 65%), hanno la proprietà di praticamente non allungarsi quando riscaldati.

Altre applicazioni

Uno degli usi più comuni del nichel nell'industria odierna è la nichelatura, che è l'applicazione di un sottile strato di nichel (di spessore compreso tra 12 e 36 micrometri) sulla superficie di altri metalli utilizzando un metodo di elettroplaccatura. Il trattamento anticorrosivo viene effettuato in questo modo:

• tubi metallici;
• piatti;
• stoviglie;
• rubinetti e rubinetti per la cucina o il bagno;
• accessori per mobili e altri prodotti decorativi.

Gli oggetti trattati in questo modo saranno protetti in modo affidabile dall'umidità per lungo tempo e, inoltre, grazie al rivestimento in argento che non si sbiadirà nel tempo, manterranno un aspetto presentabile.

L'anno era il 1751. Nella piccola Svezia, grazie allo scienziato Axel Frederik Krondstedt, apparve l'elemento numero 17. A quel tempo c'erano solo 12 metalli conosciuti, più zolfo, fosforo, carbonio e arsenico. Hanno accettato un nuovo ragazzo nella loro azienda, il suo nome era Nickel.

Un po' di storia

Molti anni prima di questa miracolosa scoperta, i minatori della Sassonia conoscevano un minerale che poteva essere scambiato per rame, ma i tentativi di estrarre il rame da questo materiale furono vani. Sentendosi ingannato, il minerale cominciò a chiamarsi "kupfernickel" (in russo - "diavolo di rame").

L'esperto di minerali Krondstedt si interessò a questo minerale. Dopo tanto lavoro si ottenne un nuovo metallo, che venne chiamato nichel. Bergman ha assunto il testimone della ricerca. Purificò ulteriormente il metallo e concluse che l'elemento somigliava al ferro.

Proprietà fisiche del nichel

Il nichel fa parte del decimo gruppo di elementi e si trova nel quarto periodo della tavola periodica con il numero atomico 28. Se inserisci il simbolo Ni nella tabella, questo è nichel. Ha una tinta gialla con una base argentata. Anche nell'aria, il metallo non sbiadisce. Duro e piuttosto viscoso. Si presta bene alla forgiatura, consentendo di realizzare prodotti molto sottili. Perfettamente lucidato. Il nichel può essere attratto usando un magnete. Anche a una temperatura di 340 gradi con segno meno sono visibili le proprietà magnetiche del nichel. Il nichel è un metallo resistente alla corrosione. Presenta una debole attività chimica. Cosa puoi dire sulle proprietà chimiche del nichel?

Proprietà chimiche

Cosa è necessario per determinare la composizione qualitativa del nichel? Qui dovremmo elencare di quali atomi (cioè il loro numero) è composto il nostro metallo. Massa molare(si chiama anche massa atomica) è pari a 58,6934 (g/mol). Siamo andati avanti con le misurazioni. Il raggio dell'atomo del nostro metallo è 124 pm. Quando si misura il raggio dello ione, il risultato mostra (+2e) 69 pm e il numero 115 pm è il raggio covalente. Secondo la scala del famoso cristallografo e grande chimico Pauling, l'elettronegatività è 1,91 e il potenziale elettronico è 0,25 V.

Gli effetti dell'aria e dell'acqua sul nichel sono praticamente trascurabili. Lo stesso si può dire degli alcali. Perché questo metallo reagisce in questo modo? NiO viene creato sulla sua superficie. Questo è un rivestimento sotto forma di pellicola che impedisce l'ossidazione. Se il nichel viene riscaldato a una temperatura molto elevata, inizia a reagire con l'ossigeno e reagisce anche con gli alogeni e con tutti loro.

Se il nichel entra nell'acido nitrico, la reazione non richiederà molto tempo. Si attiva facilmente anche in soluzioni contenenti ammoniaca.

Ma non tutti gli acidi influiscono sul nichel. Acidi come l'acido cloridrico e solforico lo dissolvono molto lentamente ma inesorabilmente. E i tentativi di fare lo stesso con il nichel nell’acido fosforico non hanno avuto successo.

Nichel in natura

Le ipotesi degli scienziati sono che il nucleo del nostro pianeta sia una lega che contiene il 90% di ferro e 10 volte meno di nichel. C'è la presenza di cobalto - 0,6%. Durante il processo di rotazione, gli atomi di nichel venivano rilasciati nello strato di copertura terrestre. Sono i fondatori dei minerali di solfuro di rame-nichel, insieme a rame e zolfo. Alcuni atomi di nichel più audaci non si fermarono qui e si fecero strada oltre. Gli atomi si sforzarono di risalire in superficie insieme al cromo, al magnesio e al ferro. Successivamente, i compagni del nostro metallo si ossidarono e si disconnessero.

Sulla superficie del globo ci sono rocce acide e ultrabasiche. Secondo gli scienziati, il contenuto di nichel nelle rocce acide è molto inferiore rispetto alle rocce ultrabasiche. Pertanto, il suolo e la vegetazione sono abbastanza ben arricchiti di nichel. Ma il viaggio dell'eroe in discussione nella biosfera e nell'acqua si è rivelato non così evidente.

Minerali di nichel

I minerali di nichel industriale sono divisi in due tipi.

1. Solfuro di rame-nichel. Minerali: magnesio, pirrotite, cubanite, milerite, petlandite, sperrylite: questo è ciò che è contenuto in questi minerali. Grazie al magma che li ha formati. I minerali di solfuro possono anche produrre palladio, oro e altro ancora.
2. Minerali di nichel silicato. Sono sciolti, simili a argilla. I minerali di questo tipo sono ferruginosi, silicei e magnesiaci.

Dove viene utilizzato il nichel?

Il nichel è ampiamente utilizzato in un settore così potente come la metallurgia. Vale a dire, nella produzione di un'ampia varietà di leghe. La lega contiene principalmente ferro, nichel e cobalto. Esistono molte leghe a base di nichel. Il nostro metallo è combinato in una lega, ad esempio con titanio, cromo, molibdeno. Il nichel viene utilizzato anche per proteggere i prodotti che si corrodono rapidamente. Questi prodotti sono nichelati, ovvero creano uno speciale rivestimento di nichel che impedisce alla corrosione di svolgere il suo lavoro dannoso.

Il nichel è un ottimo catalizzatore. Pertanto, viene utilizzato attivamente nell'industria chimica. Si tratta di strumenti, utensili chimici, dispositivi per varie applicazioni. Per prodotti chimici, alimenti, distribuzione di alcali, stoccaggio oli essenziali Usano serbatoi e serbatoi realizzati con materiali di nichel. Senza questo metallo non è possibile utilizzare la tecnologia nucleare, la televisione e una serie di dispositivi, la cui lista è molto lunga.

Se osservi un campo come la costruzione di strumenti, e poi nel campo dell'ingegneria meccanica, noterai che anodi e catodi sono fogli di nichel. E questo non è l'intero elenco degli usi di un metallo così semplicemente meraviglioso. L'importanza del nichel in medicina non deve essere sottovalutata.

Nichel in medicina

Il nichel è ampiamente utilizzato in medicina. Per prima cosa prendiamo gli strumenti necessari per effettuare l'operazione. Il risultato dell'operazione dipende non solo dal medico stesso, ma anche dalla qualità dello strumento che utilizza. Gli strumenti vengono sottoposti a numerose sterilizzazioni e, se sono realizzati con una lega che non contiene nichel, la corrosione non tarderà a verificarsi. E gli utensili in acciaio, che contiene nichel, durano molto più a lungo.

Se parliamo di impianti, per la loro fabbricazione vengono utilizzate le leghe di nichel. L'acciaio contenente nichel ha un alto grado di resistenza. Dispositivi per il fissaggio di ossa, protesi, viti: tutto è realizzato con questo acciaio. Anche in odontoiatria gli impianti hanno assunto una posizione forte. Gli ortodontisti utilizzano ganci e apparecchi ortodontici in acciaio inossidabile.

Nichel negli organismi viventi

Se si guarda il mondo dal basso verso l’alto, il quadro emerge più o meno così. C'è terra sotto i nostri piedi. Il contenuto di nichel in esso è superiore a quello della vegetazione. Ma se consideriamo questa vegetazione sotto il prisma che ci interessa, allora nei legumi si trova un grande contenuto di nichel. E nelle colture di cereali aumenta la percentuale di nichel.

Consideriamo brevemente il contenuto medio di nichel nelle piante, negli animali marini e terrestri. E, naturalmente, in una persona. La misurazione è in percentuale del peso. Quindi, la massa del nichel nelle piante è 5*10 -5. Animali terrestri 1*10 -6, animali marini 1,6*10 -4. E negli esseri umani il contenuto di nichel è 1-2*10 -6.

Il ruolo del nichel nel corpo umano

sano e bell'uomo Voglio esserlo sempre. Il nichel è uno degli oligoelementi importanti nel corpo umano. Il nichel di solito si accumula nei polmoni, nei reni e nel fegato. Negli esseri umani gli accumuli di nichel si trovano nei capelli, nella tiroide e nel pancreas. E non è tutto. Cosa fa il metallo nel corpo? Qui possiamo tranquillamente dire che è uno svedese, un mietitore e un trombettista. Vale a dire:

• cerca, non senza successo, di contribuire a fornire ossigeno alle cellule;
• Anche il lavoro redox nei tessuti ricade sulle spalle del nichel;
• non esita a partecipare alla regolazione dei livelli ormonali del corpo;
• ossida in modo sicuro la vitamina C;
• si nota il suo coinvolgimento nel metabolismo dei grassi;
• Il nichel ha un eccellente effetto sull'ematopoiesi.

Vorrei sottolineare l'enorme importanza del nichel nella cellula. Questo microelemento protegge la membrana cellulare e gli acidi nucleici, ovvero la loro struttura.

Sebbene l'elenco delle opere degne di nichel possa essere continuato. Da quanto sopra, notiamo che il corpo ha bisogno di nichel. Questo oligoelemento entra nel nostro corpo attraverso il cibo. Di solito c'è abbastanza nichel nel corpo, perché ne serve pochissimo. Campanello d'allarme di una carenza del nostro metallo è la comparsa di dermatiti. Questa è l'importanza del nichel nel corpo umano.

Leghe di nichel

Esistono molte leghe di nichel diverse. Notiamo i tre gruppi principali.

Il primo gruppo comprende le leghe di nichel e rame. Si chiamano leghe nichel-rame. Qualunque siano i rapporti in cui questi due elementi si fondono, il risultato è sorprendente e, soprattutto, senza sorprese. La lega omogenea è garantita. Se contiene più rame che nichel, le proprietà del rame sono più pronunciate e se predomina il nichel, la lega mostra le caratteristiche del nichel.

Le leghe di nichel-rame sono popolari nella produzione di monete e parti di macchine. La lega Konstantin, che contiene quasi il 60% di rame e il resto di nichel, viene utilizzata per creare apparecchiature di maggiore precisione.

Considera una lega con nichel e cromo. Nicromi. Resistente alla corrosione, agli acidi, resistente al calore. Tali leghe vengono utilizzate per motori a reazione e reattori nucleari, ma solo se contengono fino all'80% di nichel.

Passiamo al terzo gruppo con il ferro. Si dividono in 4 tipologie.

1. Resistente al calore - resistente alle alte temperature. Questa lega contiene quasi il 50% di nichel. Qui l'abbinamento può essere con molibdeno, titanio, alluminio.
2. Magnetico: aumenta la permeabilità magnetica, spesso utilizzato nell'ingegneria elettrica.
3. Anticorrosione: questa lega non può essere evitata nella produzione di apparecchiature chimiche, nonché quando si lavora in un ambiente aggressivo. La lega contiene molibdeno.
4. Una lega che mantiene le sue dimensioni ed elasticità. Termocoppia nel forno. È qui che entra in gioco una lega del genere. Una volta riscaldato, le dimensioni vengono mantenute e l'elasticità non viene persa. Quanto nichel è necessario affinché la lega abbia tali proprietà? La lega dovrebbe contenere circa il 40% di metallo.

Il nichel nella vita di tutti i giorni

Se ti guardi intorno, puoi capire che le leghe di nichel circondano le persone ovunque. Cominciamo con i mobili. La lega protegge la base del mobile da danni e influssi dannosi. Prestiamo attenzione agli accessori. Che si tratti di una finestra o di un mobile. Può essere utilizzato a lungo e sembra molto bello. Continuiamo la nostra escursione in bagno. Non c'è modo di fare a meno del nichel qui. Soffioni doccia, rubinetti, miscelatori: tutti nichelati. Grazie a questo, puoi dimenticare cos'è la corrosione. E non c'è da vergognarsi nel guardare il prodotto perché sembra carino e supporta l'arredamento. Le parti nichelate si trovano nelle strutture decorative.

Il nichel non può essere definito un metallo minore. Vari minerali e minerali vantano la presenza di nichel. Sono contento che un tale elemento sia presente sul nostro pianeta e persino nel corpo umano. Qui gioca un ruolo importante nei processi ematopoietici e persino nel DNA. Ampiamente utilizzato nella tecnologia. Il nichel ha guadagnato la sua posizione dominante grazie alla sua resistenza chimica nella protezione dei rivestimenti.

Il nichel è un metallo che ha un grande futuro. Dopotutto, in alcune aree è indispensabile.

Il metallo fu ottenuto per la prima volta nella sua forma impura nel 1751 dal chimico svedese A. Kronstedt, che propose anche il nome dell'elemento. Un metallo molto più puro fu ottenuto nel 1804 dal chimico tedesco I. Richter. Il nome "Nichel" deriva dal minerale kupfernickel (NiAs), noto già nel XVII secolo e che spesso ingannava i minatori per la sua somiglianza esterna con i minerali di rame (tedesco Kupfer - rame, nichel - spirito di montagna, che presumibilmente fa scivolare la roccia di scarto ai minatori invece di minerale). Dalla metà del XVIII secolo il nichel è stato utilizzato solo come componente di leghe simili nell'aspetto all'argento. L'ampio sviluppo dell'industria del nichel alla fine del XIX secolo fu associato alla scoperta di grandi giacimenti di minerali di nichel in Nuova Caledonia e in Canada e alla scoperta del suo effetto “nobilitante” sulle proprietà degli acciai.

Distribuzione del Nichel in natura. Il nichel è un elemento delle profondità terrestri (nelle rocce ultrabasiche del mantello è pari allo 0,2% in massa). Esiste un'ipotesi che il nucleo terrestre sia costituito da nichel-ferro; Di conseguenza, si stima che il contenuto medio di nichel nel suolo nel suo complesso sia di circa il 3%. Nella crosta terrestre, dove il nichel è 5,8·10 -3%, esso gravita anche verso il cosiddetto guscio di basalto più profondo. Ni nella crosta terrestre è un satellite di Fe e Mg, il che è spiegato dalla somiglianza della loro valenza (II) e dei raggi ionici; Il nichel è incluso nei minerali bivalenti di ferro e magnesio come impurità isomorfa. È noto che i minerali del nichel sono 53; la maggior parte di essi si è formata a temperature e pressioni elevate, durante la solidificazione del magma o da soluzioni acquose calde. I depositi di nichel sono associati ai processi nel magma e all'erosione della crosta. I depositi di nichel industriale (minerali di solfuro) sono solitamente composti da minerali di nichel e rame. Sulla superficie terrestre, nella biosfera, il nichel è un migrante relativamente debole. Ce n'è relativamente poco nelle acque superficiali e nella materia vivente. Nelle aree in cui predominano le rocce ultramafiche, il suolo e le piante sono arricchiti di nichel.

Proprietà fisiche del Nichel. In condizioni normali, il nichel esiste sotto forma di una modifica β, che ha un reticolo cubico a facce centrate (a = 3,5236Å). Ma il nichel, sottoposto a sputtering catodico in un'atmosfera di H 2, forma una modifica α avente un reticolo esagonale di impaccamento stretto (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), che si trasforma in un reticolo cubico quando riscaldato sopra i 200 °C. Il Nichel cubico compatto ha una densità di 8,9 g/cm 3 (20 °C), raggio atomico 1,24 Å, raggi ionici: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; tpl 1453 °C; temperatura di ebollizione circa 3000 °C; calore specifico a 20°C 0,440 kJ/(kg K); coefficiente di temperatura di dilatazione lineare 13,3·10 -6 (0-100 °C); conduttività termica a 25°C 90,1 W/(m K); anche a 500 °C 60,01 W/(m·K). Resistività elettrica specifica a 20°C 68,4 nom·m, ovvero 6,84 μΩ cm; coefficiente di temperatura della resistenza elettrica 6,8·10 -3 (0-100 °C). Il nichel è un metallo malleabile e malleabile; può essere utilizzato per realizzare lamine e tubi molto sottili. Resistenza alla trazione 400-500 MN/m2 (ovvero 40-50 kgf/mm2); limite elastico 80 Mn/m2, carico di snervamento 120 Mn/m2; allungamento relativo 40%; modulo di elasticità normale 205 Gn/m2; Durezza Brinell 600-800 Mn/m2. Nell'intervallo di temperature da 0 a 631 K (il limite superiore corrisponde al punto di Curie) il nichel è ferromagnetico. Il ferromagnetismo del nichel è dovuto alle caratteristiche strutturali dei gusci elettronici esterni (3d 8 4s 2) dei suoi atomi. Il nichel, insieme a Fe (3d 6 4s 2) e Co (3d 7 4s 2), anch'essi ferromagneti, appartiene agli elementi con un guscio elettronico 3d non finito (metalli 3d di transizione). Gli elettroni del guscio non finito creano un momento magnetico di spin non compensato, il cui valore effettivo per gli atomi di nichel è 6 μ B, dove μ B è il magnetone di Bohr. Il valore positivo dell'interazione di scambio nei cristalli di nichel porta ad un orientamento parallelo dei momenti magnetici atomici, cioè al ferromagnetismo. Per lo stesso motivo, le leghe e numerosi composti del nichel (ossidi, alogenuri e altri) sono ordinati magneticamente (hanno una struttura ferro-, o meno comunemente, ferrimagnetica). Il nichel fa parte dei più importanti materiali magnetici e leghe con un coefficiente minimo di dilatazione termica (permalloy, monel metal, invar e altri).

Proprietà chimiche del nichel. Chimicamente il Ni è simile al Fe e al Co, ma anche al Cu e ai metalli nobili. Nei composti mostra valenza variabile (il più delle volte 2-valentene). Il nichel è un metallo ad attività media. Assorbe (soprattutto allo stato finemente frantumato) grandi quantità di gas (H 2, CO e altri); La saturazione del nichel con i gas ne peggiora le proprietà meccaniche. La reazione con l'ossigeno inizia a 500 °C; Allo stato finemente disperso, il nichel è piroforico e si accende spontaneamente nell'aria. Tra gli ossidi, il più importante è il NiO - cristalli verdastri, praticamente insolubili in acqua (busenite minerale). L'idrossido precipita da soluzioni di sali di nichel quando vengono aggiunti alcali sotto forma di un voluminoso precipitato verde mela. Quando riscaldato, il nichel si combina con gli alogeni per formare NiX 2 . Bruciando in vapori di zolfo, produce solfuro, simile nella composizione a Ni 3 S 2. Il monosolfuro di NiS può essere preparato riscaldando NiO con zolfo.

Il nichel non reagisce con l'azoto anche a temperature elevate (fino a 1400 °C). La solubilità dell'azoto nel nichel solido è di circa lo 0,07% in peso (a 445 °C). Il nitruro Ni3N può essere preparato facendo passare NH3 su NiF2, NiBr2 o polvere metallica a 445 °C. Sotto l'influenza del vapore di fosforo ad alte temperature, il fosfuro Ni 3 P 2 si forma sotto forma di una massa grigia. Nel sistema Ni-As è stata accertata l'esistenza di tre arseniuri: Ni 5 As 2, Ni 3 As (minerale maucherite) e NiAs. Molti metallidi hanno una struttura di tipo nichel-arseniuro (in cui gli atomi di As formano un denso impaccamento esagonale, tutti i vuoti ottaedrici dei quali sono occupati da atomi di Ni). Il carburo instabile Ni 3 C può essere ottenuto mediante carburazione (cementazione) lenta (centinaia di ore) della polvere di nichel in un'atmosfera di CO a 300 °C. Allo stato liquido il Nichel scioglie una notevole quantità di C, che precipita durante il raffreddamento sotto forma di grafite. Quando la grafite viene rilasciata, il nichel perde la sua malleabilità e la capacità di essere lavorato sotto pressione.

Nella serie di tensioni, il Ni si trova a destra del Fe (i loro potenziali normali sono rispettivamente -0,44 V e -0,24 V) e quindi si dissolve più lentamente del Fe negli acidi diluiti. Il nichel è resistente all'acqua. Gli acidi organici agiscono sul Nichel solo dopo un contatto prolungato con esso. Gli acidi solforico e cloridrico dissolvono lentamente il nichel; azoto diluito - molto semplice; l'HNO 3 concentrato passiva il nichel, ma in misura minore rispetto al ferro.

Quando interagiscono con gli acidi, si formano sali di Ni 2-valente. Quasi tutti i sali di Ni(II) e gli acidi forti sono altamente solubili in acqua; le loro soluzioni hanno una reazione acida dovuta all'idrolisi. I sali di acidi relativamente deboli come l'acido carbonico e fosforico sono scarsamente solubili. La maggior parte dei sali di nichel si decompongono se riscaldati (600-800 °C). Uno dei sali più comunemente usati, il solfato di NiSO 4, cristallizza da soluzioni sotto forma di cristalli verde smeraldo di NiSO 4 ·7H 2 O - solfato di nichel. Gli alcali forti non intaccano il Nichel, ma si scioglie in soluzioni di ammoniaca in presenza di (NH 4) 2 CO 3 con formazione di ammoniaca solubile, colorata di blu intenso; La maggior parte di essi sono caratterizzati dalla presenza dei complessi 2+ e . I metodi idrometallurgici per estrarre il nichel dai minerali si basano sulla formazione selettiva di ammoniaca. NaOCl e NaOBr vengono precipitati da soluzioni di sali di Ni (II), l'idrossido di Ni (OH) 3 è nero. Nei composti complessi, il Ni, a differenza del Co, è solitamente 2-valente. Il composto complesso di Ni con dimetilgliossima (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni viene utilizzato per la determinazione analitica del Ni.

A temperature elevate, il nichel interagisce con gli ossidi di azoto, SO 2 e NH 3. Quando la CO agisce sulla sua polvere finemente macinata durante il riscaldamento, si forma il carbonile Ni(CO) 4. La dissociazione termica del carbonile produce il nichel più puro.

Ricevere nichel. Circa l'80% del nichel della sua produzione totale è ottenuto da minerali di solfuro di rame-nichel. Dopo l'arricchimento selettivo mediante flottazione, i concentrati di rame, nichel e pirrotite vengono separati dal minerale. Il concentrato di minerale di nichel mescolato con fondenti viene fuso in alberi elettrici o forni a riverbero per separare la roccia di scarto ed estrarre il nichel in un solfuro fuso (opaco) contenente il 10-15% di Ni. Tipicamente, la fusione elettrica è preceduta dalla parziale tostatura ossidativa e dall'agglomerazione del concentrato. Insieme al Ni, parte del Fe, del Co e quasi tutto il Cu e i metalli nobili diventano matti. Dopo che il Fe viene separato mediante ossidazione (insufflando matte liquido nei convertitori), si ottiene una lega di solfuri di Cu e Ni: matte, che viene lentamente raffreddata, macinata finemente e inviata alla flottazione per separare Cu e Ni. Il concentrato di nichel viene cotto in un letto fluidizzato a NiO. Il metallo si ottiene riducendo NiO in forni elettrici ad arco. Gli anodi sono realizzati in nichel grezzo e raffinati elettroliticamente. Il contenuto di impurità nel nichel elettrolitico (grado 110) è dello 0,01%.

Per separare Cu e Ni si utilizza anche il cosiddetto processo carbonilico, basato sulla reversibilità della reazione: Ni + 4CO = Ni(CO) 4. La produzione del carbonile avviene a 100-200 atm e a 200-250 °C, e la sua decomposizione avviene senza accesso di aria ad atm. pressione e circa 200 °C. La decomposizione del Ni(CO) 4 viene utilizzata anche per la produzione di rivestimenti di nichel e la fabbricazione di vari prodotti (decomposizione su matrice riscaldata).

Nei moderni processi “autogeni”, la fusione viene effettuata utilizzando il calore rilasciato durante l'ossidazione dei solfuri con aria arricchita di ossigeno. Ciò consente di eliminare i combustibili carboniosi, di ottenere gas ricchi di SO 2 adatti alla produzione di acido solforico o zolfo elementare, nonché di aumentare notevolmente l'efficienza del processo. La più completa e promettente è l'ossidazione dei solfuri liquidi. Stanno diventando sempre più comuni i processi basati sul trattamento di concentrati di nichel con soluzioni di acidi o ammoniaca in presenza di ossigeno a temperature e pressioni elevate (processi in autoclave). Tipicamente, il nichel viene trasferito in soluzione, dalla quale viene isolato sotto forma di un concentrato ricco di solfuri o di polvere metallica (mediante riduzione con idrogeno sotto pressione).

Dai minerali silicati (ossidati), il nichel può anche essere concentrato in matte introducendo fondenti - gesso o pirite - nella carica di fusione. La fusione per riduzione-solforazione viene solitamente eseguita in forni a tino; la opaca risultante contiene 16-20% Ni, 16-18% S, il resto è Fe. La tecnologia per l'estrazione del Nichel dalla opaca è simile a quella sopra descritta, salvo che l'operazione di separazione del Cu spesso viene omessa. Se il contenuto di Co nei minerali ossidati è basso, è consigliabile sottoporli a fusione di riduzione per produrre ferronichel, utilizzato per la produzione dell'acciaio. Per estrarre il nichel dai minerali ossidati, vengono utilizzati anche metodi idrometallurgici: lisciviazione con ammoniaca di minerali preridotti, lisciviazione in autoclave con acido solforico e altri.

Utilizzo del nichel. La stragrande maggioranza del Ni viene utilizzata per produrre leghe con altri metalli (Fe, Cr, Cu e altri), caratterizzate da elevate proprietà meccaniche, anticorrosive, magnetiche o elettriche e termoelettriche. In connessione con lo sviluppo della tecnologia a getto e la creazione di turbine a gas, le leghe di cromo-nichel resistenti al calore e al calore sono particolarmente importanti. Le leghe di nichel sono utilizzate nelle strutture dei reattori nucleari.

Ciò significa che la quantità di nichel viene consumata per la produzione di batterie alcaline e rivestimenti anticorrosione. Il nichel malleabile nella sua forma pura viene utilizzato per produrre lastre, tubi, ecc. Viene utilizzato anche in industrie chimiche per la produzione di apparecchiature chimiche speciali e come catalizzatore per molti processi chimici. Il nichel è un metallo molto raro e, se possibile, dovrebbe essere sostituito da altri materiali più economici e comuni.

La lavorazione dei minerali di nichel è accompagnata dal rilascio di gas tossici contenenti SO 2 e spesso As 2 O 3. La CO utilizzata nella raffinazione del nichel utilizzando il metodo carbonilico è molto tossica; Il Ni(CO)4 è altamente tossico e altamente volatile. La sua miscela con l'aria esplode a 60 °C. Misure di controllo: tenuta delle attrezzature, ventilazione migliorata.

Il nichel è un oligoelemento essenziale nel corpo. Il suo contenuto medio nelle piante è del 5,0·10 -5% di materia prima, nel corpo degli animali terrestri 1,0·10 -6%, negli animali marini - 1,6·10 -4%. Nel corpo animale il Nichel si trova nel fegato, nella pelle e nelle ghiandole endocrine; si accumula nei tessuti cheratinizzati (soprattutto piume). È stato accertato che il Nichel attiva l'enzima arginasi e influenza i processi ossidativi; nelle piante partecipa a numerose reazioni enzimatiche (carbossilazione, idrolisi dei legami peptidici e altre). Su terreni arricchiti di nichel, il suo contenuto nelle piante può aumentare di 30 volte o più, il che porta a malattie endemiche (nelle piante - forme brutte, negli animali - malattie degli occhi associate ad un aumento dell'accumulo di nichel nella cornea: cheratite, cheratocongiuntivite).

Il nichel è un elemento del gruppo 10 della tabella D.I. Mendeleev. Conosciuto relativamente di recente, recentemente utilizzato anche nell'industria. Il nichel prende il nome dal nome dello gnomo malvagio, che invece gettò ai minatori il minerale nichel, che comprende nichel e arsenico. In quei tempi antichi non si sapeva come usare il nichel, quindi il metallo “falso” cominciò a essere chiamato “malizia” dal tedesco Nickel.

E oggi guarderemo caratteristiche fisico-chimiche e l'uso del nichel, glielo daremo caratteristiche generali, studiamo le leghe e i gradi di nichel.

È un metallo di transizione, cioè presenta proprietà sia acide che alcaline. Ha una lucentezza bianco-argentea, duttile, malleabile, ma dura. Il peso molecolare è piccolo - 28, quindi è classificato come sostanza leggera.

Questo video ti parlerà delle caratteristiche del nichel come metallo:

Concetto e caratteristiche

Da un punto di vista chimico, il nichel è un metallo molto interessante e insolito. Da un lato è in grado di reagire sia con acidi che con alcali, ma dall'altro è chimicamente inerte e rifiuta persino di reagire con alcali e acidi concentrati. Inoltre, questa proprietà è così pronunciata che il nichel viene utilizzato nella produzione di varie apparecchiature resistenti agli acidi e serbatoi per alcali.

Il metallo viene fuso e poi utilizzato sotto forma di barre, fogli e così via. E in questo stato presenta le consuete proprietà metalliche di una sostanza a bassa attività. Ma il nichel convertito in polvere finissima diventa piroforico ed è capace di autoinfiammarsi nell'aria.

Il segreto è che una sostanza ordinaria nell'aria, come ad esempio l'alluminio, è ricoperta da una pellicola di ossido e questa pellicola agisce come uno strato protettivo molto resistente.

Questa qualità determina uno degli usi più antichi del metallo: la nichelatura, ovvero l'applicazione dello strato più sottile di nichel sulla superficie degli oggetti. Questo strato protegge completamente l'acciaio, la ghisa, il magnesio, l'alluminio e così via dalla corrosione.

I prodotti a base di nichel puro sono rari e vengono utilizzati solo in aree particolarmente critiche. Il suo utilizzo nell'industria è dovuto ad un'altra qualità unica: nella lega, il nichel conferisce al materiale la stessa eccellente resistenza alla corrosione che esso stesso possiede. La maggior parte degli acciai inossidabili e strutturali includono il nichel come componente di lega. È questo che garantisce la resistenza dell'acciaio e la sua durata.

Le leghe a base di nichel sono molto diverse e hanno proprietà notevoli: robustezza, resistenza al calore, capacità di resistere a carichi elevati ad alte temperature, resistenza all'usura, insensibilità alle sostanze chimicamente aggressive e così via. Del volume totale della sostanza estratta, circa il 9% viene utilizzato nella sua forma pura. Un altro 7% viene speso nella nichelatura e il resto nella produzione di leghe.

Il nichel forma la triade del ferro con ferro e cobalto. Il gruppo comprende anche platino: osmio, platino, rodio. Tuttavia, nonostante la loro relativa vicinanza, le proprietà dei metalli differiscono notevolmente. In termini di resistenza, il nichel non è molto inferiore al ferro, ha anche una densità maggiore, ma a differenza di quest'ultimo è molto resistente alla corrosione, mentre il ferro si corrode rapidamente nell'aria, soprattutto a contatto con l'acqua.

Rispetto ai metalli del platino, il nichel è molto più leggero, molto più economico e molto più attivo: platino, osmio e altri sono metalli nobili che hanno un potenziale di elettrodo positivo e sono estremamente inerti.

Vantaggi e svantaggi

Quasi tutte le proprietà del nichel in relazione all'economia nazionale sono vantaggi. L'unico svantaggio del metallo è la sua presenza in natura. Il nichel è considerato un elemento comune, ma si trova solo in forma legata. Il nichel nativo cade sulla terra solo come parte dei meteoriti. Di conseguenza, il metallo viene ottenuto utilizzando tecnologie più costose.

• Il nichel ha una buona resistenza e durezza, pur mantenendo la capacità di forgiatura e un'elevata tenacità: può essere utilizzato per produrre le lastre e le barre più sottili.
• Il metallo ha un'eccellente resistenza alla corrosione. Inoltre, trasferisce questa qualità alle leghe, che contiene come elemento legante.
• Le leghe a base di nichel sono molto diverse e hanno qualità eccezionali. Pertanto, le leghe ferro-nichel resistenti al calore vengono utilizzate nella produzione di parti di reattori nucleari e motori a reazione. Ad oggi sono state descritte e utilizzate circa 3.000 diverse leghe di nichel.
• Il rivestimento in nichel è ancora utilizzato attivamente non solo nella produzione di strumenti e macchine utensili, ma anche nella vita di tutti i giorni e nell'edilizia. Piatti, posate, accessori ecc. nichelati non sono solo esteticamente attraenti, ma anche assolutamente igienici, innocui ed estremamente durevoli. L'inerzia e l'igiene del metallo ne determinano l'utilizzo nell'industria alimentare.
• Il nichel è un ferromagnete, cioè una sostanza soggetta a magnetizzazione spontanea. Questa proprietà consente di utilizzare il metallo per produrre magneti permanenti.
• Il metallo è relativamente economico da ottenere e ha buone caratteristiche di conduttività elettrica. Il nichel sostituisce il costoso argento o nella produzione di batterie.

Struttura e Composizione chimica il nichel è discusso di seguito.

Struttura e composizione

Il nichel, come altri metalli puri, ha una struttura omogenea e ben ordinata, che conferisce a queste sostanze la capacità di condurre corrente. Tuttavia, la composizione di fase del materiale può essere diversa, il che influisce sulle sue proprietà.

• In condizioni normali abbiamo a che fare con la modificazione β del nichel. È caratterizzato da un reticolo cubico a facce centrate e determina le proprietà usuali del metallo: malleabilità, duttilità, lavorabilità, ferromagnetismo e così via.
• Esiste anche un altro tipo di materiale. Il nichel sottoposto a sputtering catodico in un'atmosfera di idrogeno non reagisce, ma cambia anche la sua struttura, trasformandosi nella modificazione α. Quest'ultimo ha un denso reticolo esagonale. Quando riscaldata a 200 C, la fase α si trasforma in fase β. Nell'industria si occupano della modificazione β del nichel.

Questo video ti spiegherà come convertire da solo una batteria al nichel-cadmio in una batteria agli ioni di litio:

Proprietà e caratteristiche

Le caratteristiche della fase β, come quella principale, sono di maggiore interesse, poiché l'esistenza stessa della fase α è limitata. Le proprietà del metallo sono:

• densità a temperatura normale – 8,9 g/cu. cm;
• punto di fusione – 1453 C;
• punto di ebollizione – 3000 C;
• coefficiente di dilatazione termica molto basso – 13,5∙10 −6 K −1
• modulo elastico – 196–210 GPa;
• Il limite elastico è 80 MN/mq. M;
• carico di snervamento – 120 MN/sq. M:
• limite di trazione 40–50 kgf/mq. mm;
• capacità termica specifica della sostanza – 0,440 kJ/(kg K);
• conduttività termica – 90,1 W/(m·K);
• resistenza elettrica specifica – 0,0684 µOhm∙m.

Il nichel è ferromagnetico, il suo punto Curie è 358 C.

Parleremo della produzione e del produttore di leghe di nichel di seguito.

Produzione

Il nichel è considerato abbastanza comune, al 13° posto tra i metalli. Tuttavia, la sua distribuzione è alquanto specifica. Non per niente il metallo è chiamato un elemento delle profondità terrestri, poiché nelle rocce ultramafiche è 200 volte più abbondante che nelle rocce acide. Secondo una teoria comune, il nucleo della terra è costituito da ferro-nichel.

Il nichel nativo non è presente sulla Terra. In forma legata, è presente nei minerali di rame-nichel - contenenti arsenico e solfuro. Questo è nichel - pirite di nichel rossa, la stessa che i minatori scambiavano per pirite, cloantite - pirite di nichel bianco, garnierite, pirite di rame e così via.

La materia prima è molto spesso minerale di solfuro, che comprende sia nichel che nichel, quindi sono inclusi passaggi aggiuntivi per la separazione dei metalli.

• I minerali di solfuro di solito contengono molta umidità e sostanze argillose. Per eliminarli, il minerale viene frantumato, essiccato e bricchettato. Se il contenuto di zolfo nel minerale è troppo elevato, viene arrostito.
• La fusione della opaca viene effettuata in forni a tino o a riverbero. Si ottiene una lega di nichel e solfuro di ferro, comprendente una piccola quantità di rame.
• Separazione del nichel e del rame.
• Tostatura del concentrato di nichel, fusione di riduzione e raffinazione mediante elettrolisi.

Il metodo per ottenere il nichel dal minerale ossidato sembra leggermente diverso.

• Il minerale è sottoposto a fusione solforata con riduzione parziale.
• Ricevi matte: la matte fusa viene soffiata con aria nei convertitori.
• Feinstein viene licenziato e ripulito dal rame;
• Quindi il nichel viene ridotto oppure il nichel bruciato viene fuso in ferronichel.

Quanto costa 1 kg di nichel? I prezzi di tale metallo sono in gran parte determinati dal successo dello sfruttamento dei giacimenti. Pertanto, nel 2013, la Cina ha aumentato la produzione di ghisa contenente nichel, il che ha portato a un notevole calo dei prezzi dei metalli. Nell’autunno del 2016, il costo di una tonnellata di metallo era di 10.045 dollari.

Area di applicazione

Il nichel stesso è usato raramente. L'area è molto più ampia.

• Nella vita di tutti i giorni, le persone si imbattono spesso in prodotti nichelati: rubinetti, miscelatori, accessori per mobili. Le parti metalliche dei mobili sono spesso rivestite con uno strato di metallo argentato che non si ossida. Lo stesso vale per posate e stoviglie.
• Un altro uso noto è l'oro bianco. È costituito da oro di un certo standard e da una lega di nichel.
• I catodi di nichel sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria elettrica. Numerose batterie sono al nichel-cadmio. Nichel, ferro-nichel ecc. competono con la batteria e sono molto più sicuri.

Tuttavia, il principale consumatore di nichel è la metallurgia non ferrosa e ferrosa: il 67% di tutto il metallo estratto viene utilizzato per produrre acciai inossidabili. E il 17% - per la produzione di altre leghe non ferrose.

• L'acciaio strutturale e l'acciaio inossidabile sono utilizzati letteralmente ovunque: nell'edilizia e nell'ingegneria meccanica, nell'ingegneria elettrica e nella produzione di condutture, nella costruzione di strumenti e nella costruzione di telai portanti. È il nichel che conferisce agli acciai la resistenza alla corrosione.
• Le leghe di nichel-rame vengono spesso utilizzate nella produzione di apparecchiature resistenti agli acidi e di varie parti che devono funzionare in ambienti chimici aggressivi.
• Le leghe di nichel e cromo sono famose per la loro resistenza al calore e agli alcali e agli acidi. Sono utilizzati in forni, reattori nucleari, motori e così via.
• Le leghe di nichel, cromo e ferro, inoltre, rimangono resistenti ai carichi elevati a temperature molto elevate, fino a 900 C. Questo è un materiale indispensabile per le turbine a gas.

Il nichel è un metallo con . Durevole, malleabile, resistente agli acidi e agli alcali e capace di conferire queste proprietà a quasi tutte le leghe. Non sorprende che il nichel sia utilizzato così ampiamente.

Un modo semplice e affidabile per ripristinare le batterie al nichel-cadmio è discusso nel video qui sotto: