Sejarah nikel, sifat, struktur, kegunaan, risiko

Dia Nikel Ia adalah logam peralihan putih yang simbol kimianya adalah atau. Kekerasannya lebih besar daripada besi, sebagai tambahan kepada itu adalah konduktor haba dan elektrik yang baik, dan secara umum, ia dianggap sedikit logam reaktif dan sangat tahan terhadap kakisan. Dalam keadaan murni, dia adalah perak dengan nuansa emas.

Pada tahun 1751, Axel Fredrik Cronsted, Ahli Kimia Sweden, berjaya mengasingkannya dari mineral yang dikenali sebagai Kupfernickel (Devil's Copper), diekstrak dari lombong kobalt dari kampung Sweden. Pada mulanya, Cronsted berfikir bahawa mineral adalah tembaga, tetapi elemen terpencil ternyata putih, berbeza dari tembaga.

Sfera nikel di mana nada emasnya adalah shoves. Sumber: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Cronsted memanggil elemen sebagai nikel dan seterusnya ia ditubuhkan bahawa mineral yang dipanggil kupfernickel adalah Nicolita (nikel arseniuro).

Nikel diekstrak terutamanya dari dua deposit: batu -batu igneus dan pemisahan lain dari magma bumi. Mineral adalah sulfur, seperti pentladita. Sumber nikel kedua adalah yang terbaru, dengan mineral nikel seperti Garnierita.

Aplikasi utama nikel terletak pada pembentukan aloi dengan banyak logam; Sebagai contoh, ia campur tangan dalam penjelasan keluli tahan karat, aktiviti perindustrian yang menggunakan kira -kira 70 % pengeluaran nikel dunia.

Di samping itu, nikel digunakan dalam aloi seperti Alnicus, aloi sifat magnetik untuk penjelasan motor elektrik, penceramah dan mikrofon.

Nikel mula digunakan dalam penjelasan duit syiling pada pertengahan abad ke -19. Walau bagaimanapun, penggunaannya kini telah digantikan oleh logam yang kurang mahal; Walaupun ia terus digunakan di beberapa negara.

Nikel adalah elemen penting untuk tumbuh -tumbuhan, kerana ia mengaktifkan enzim ureasa yang campur tangan dalam kemerosotan urea ke ammonia, boleh digunakan oleh tumbuhan sebagai sumber nitrogen. Di samping itu, urea adalah sebatian toksik yang menyebabkan kerosakan yang serius kepada tumbuh -tumbuhan.

Nikel adalah unsur ketoksikan yang hebat untuk manusia, ada bukti sebagai ejen karsinogenik. Di samping itu, nikel menyebabkan pembangunan dermatitis dan alahan.

[TOC]

Sejarah

Antikuiti

Lelaki itu tahu sejak zaman purba kewujudan nikel. Sebagai contoh, ia ditemui dalam objek gangsa (3500 a.c.), hadir di tanah yang kini milik Syria, peratusan nikel 2%.

Juga, manuskrip Cina menganggap bahawa "tembaga putih", yang dikenali sebagai baitong, digunakan antara 1700 dan 1400 hingga.c. Mineral itu dieksport ke Britain pada abad ketujuh belas; Tetapi kandungan nikel aloi ini (cu-ni) tidak ditemui sehingga tahun 1822.

Di Jerman abad pertengahan bijih kemerah -merahan ditemui, serupa dengan tembaga, dan membentangkan bintik -bintik hijau. Penambang cuba mengasingkan tembaga mineral, tetapi gagal dalam percubaan mereka. Di samping itu, hubungan dengan gangguan kesihatan yang dihasilkan mineral.

Atas sebab -sebab ini, pelombong yang dikaitkan dengan mineral keadaan jahat dan memberikan nama yang berbeza yang menggambarkan keadaan ini; Sebagai "Old Nick", juga Kupphernickel (Tembaga Devil). Sekarang diketahui bahawa mineral yang dipersoalkan adalah Nicolita: Nickel Arseniuro, Nias.

Penemuan dan pengeluaran

Pada tahun 1751, Axel Fredrik Cronsted cuba mengasingkan tembaga Kupfernickel, yang diperoleh dari lombong kobalt yang terletak berhampiran Hassinglandt, sebuah kampung Sweden. Tetapi dia hanya berjaya mendapatkan logam putih, yang sehingga itu tidak diketahui dan memanggilnya nikel.

Sehingga tahun 1824, nikel diperolehi sebagai hasil sampingan pengeluaran kobalt biru. Pada tahun 1848, penemuan untuk pemprosesan nikel yang hadir di mineral pyrrotite ditubuhkan di Norway.

Pada tahun 1889, nikel diperkenalkan dalam pengeluaran keluli, dan deposit yang ditemui di Nueva Caledonia menyediakan nikel untuk penggunaan dunia.

Sifat

Penampilan

Perak, berkilau dan dengan pewarna emas sedikit.

Berat atom

58,9344 u

Nombor atom (z)

28

Takat lebur

1.455 ºC

Takat didih

2.730 ºC

Ketumpatan

-Pada suhu bilik: 8,908 g/ml

Boleh melayani anda: kaca violet

-Di titik lebur (cecair): 7.81 g/ml

Haba Fusion

17.48 kJ/mol

Haba pengewapan

379 kJ/mol

Kapasiti kalori molar

26.07 J/mol

Elektronegativiti

1.91 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Tahap pengionan pertama: 737.1 kJ/mol

Tahap pengionan kedua: 1.753 kJ/mol

Tahap pengionan ketiga: 3.395 kJ/mol

Radio atom

Empirikal 124 petang

Radio Covalent

124.4 ± 4 petang

Kekonduksian terma

90.9 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

69.3 nΩ · m pada 20 ºC

Kekerasan

4.0 pada skala Mohs.

Ciri -ciri

Nikel adalah mulur, logam yang mudah dibentuk dan mempunyai kekerasan yang lebih besar daripada besi, menjadi konduktor elektrik dan terma yang baik. Ia adalah logam ferromagnetik pada suhu biasa, sebagai suhu curie 358 ºC. Pada suhu yang lebih tinggi, nikel berhenti menjadi ferromagnetik.

Nikel adalah salah satu daripada empat elemen ferromagnetik, yang lain tiga: besi, kobalt dan gadolinio.

Isotop

Terdapat 31 isotop nikel, terhad oleh ⁴⁸Nor ⁷⁸Tidak.

Terdapat lima isotop semulajadi: ⁵⁸Nor, dengan banyaknya 68.27 %; ⁶⁰Nor, dengan banyaknya 26.10 %; ⁶¹Nor, dengan banyak 1.13 %; ⁶²Nor, dengan banyak 3.59 %; dan ⁶⁴Nor, dengan banyak 0.9 %.

Berat atom hampir 59 U untuk nikel menunjukkan bahawa tidak ada dominasi yang ditandai di mana -mana isotop (walaupun ketika ⁵⁸Juga yang paling banyak).

Struktur dan konfigurasi elektronik

Nikel logam mengkristal dalam struktur padu yang berpusat pada muka (FCC). Fasa FCC ini sangat stabil, dan tetap tidak berubah menjadi tekanan hampir 70 GPa; Maklumat bibliografi kecil mengenai fasa nikel atau polimorf di bawah tekanan tinggi.

Morfologi kristal nikel berubah -ubah, kerana ini dapat diatur sedemikian rupa sehingga mereka menentukan nanotubo. Sebagai nanopartikel atau pepejal makroskopik, ikatan logam tetap sama (dalam teori); iaitu, ia adalah elektron Valencia yang sama yang bersama -sama atom Ni.

Menurut dua konfigurasi elektronik yang mungkin untuk nikel:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

Terdapat sepuluh elektron yang terlibat dalam ikatan logam; Sama ada lapan atau sembilan dalam orbital 3d, bersama dua atau satu di orbital 4s. Perhatikan bahawa band Valencia praktikal penuh, dekat dengan mengangkut elektron mereka ke band memandu; fakta yang menerangkan kekonduksian elektriknya yang agak tinggi.

Struktur FCC Nickel sangat stabil, keluli itu juga diterima pakai apabila ditambah. Oleh itu, besi tahan karat dengan kandungan nikel tinggi juga FCC.

Nombor pengoksidaan

Nikel, walaupun nampaknya, juga mempunyai bilangan yang banyak atau keadaan pengoksidaan. Negatif adalah jelas mengetahui bahawa dua elektron hanya hilang untuk melengkapkan sepuluh orbital 3Dnya; Oleh itu, anda boleh memenangi satu atau dua elektron, mempunyai nombor pengoksidaan -1 (atau^-) atau -2 (atau^2-), masing -masing.

Nombor pengoksidaan yang paling stabil untuk nikel adalah +2, dengan mengandaikan kewujudan kation atau²⁺, yang telah kehilangan elektron orbital 4s dan mempunyai lapan elektron dalam orbital 3d (3d⁸).

Terdapat juga dua nombor pengoksidaan positif yang lain: +3 (atau³⁺) dan +4 (atau⁴⁺). Di peringkat sekolah atau sekolah menengah, hanya diajar bahawa nikel wujud sebagai Ni (II) atau Ni (III), yang kerana ia adalah nombor pengoksidaan yang paling biasa dan terdapat dalam sebatian yang sangat stabil.

Dan apabila ia adalah nikel logam yang merupakan sebahagian daripada sebatian, iaitu, dengan atom neutral atau, dikatakan bahawa ia mengambil bahagian atau menghubungkan dengan nombor pengoksidaan 0 (atau⁰).

Di mana nikel?

Mineral dan laut

Nikel ini merupakan 0.007 % kerak bumi, jadi kelimpahannya rendah. Tetapi, masih merupakan logam kedua yang banyak selepas besi dalam nukleus cair bumi, yang dikenali sebagai Nife. Air laut mempunyai kepekatan nikel purata 5.6 · 10^-4 mg/l.

Boleh melayani anda: glukoneogenesis

Biasanya terdapat di batu -batu igneus, sebagai pentland, mineral yang terbentuk dari sulfida besi dan nikel [(Ni, iman)₉S₈], salah satu sumber utama Nickel:

Roca terdiri daripada Pentland dan Pyrrotite Mineral. Sumber: John Sobolewski (JSS) [CC oleh 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Mineral Pentlandita hadir di Sudbury, Ontario, Kanada; Salah satu deposit utama logam ini di dunia.

Pentlands mempunyai kepekatan nikel antara 3 dan 5 %, yang dikaitkan dengan pyrrotite, besi sulfida kaya dengan nikel. Galian ini berada dalam produk batuan dari pemisahan magma bumi.

Latitas

Sumber nikel yang lain adalah latitas, yang terdiri daripada tanah gersang di kawasan yang hangat. Mereka miskin dalam silika dan mempunyai beberapa mineral, termasuk: Garnierita, magnesium dan silikat nikel; dan lemonit, mineral besi [(iman, ni) atau (oh) dengan kandungan antara 1 dan 2 % nikel.

Dianggarkan bahawa 60 % nikel diekstrak dari yang terkini, dan baki 40 % daripada deposit sulfur magmatic.

Meteorit dan minyak

Nikel juga terdapat dalam meteorit besi dengan aloi Kamacita dan Taenita. Kamacita adalah aloi besi dan nikel, dengan peratusan 7 % daripadanya; Walaupun Taenita adalah aloi yang sama, tetapi dengan peratusan nikel antara 20 dan 65 %.

Nikel ditetapkan untuk sebatian organik, oleh sebab itu ia berada dalam kepekatan tinggi dalam arang batu dan minyak.

China adalah pengeluar nikel terbesar di dunia, diikuti oleh Rusia, Jepun, Australia dan Kanada.

Aplikasi

-Nikel Elementary

Aloi

Injap yang dihasilkan dengan aloi monel. Sumber: Heather Smith [CC oleh 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Ia digunakan dalam aloi dengan besi terutamanya untuk penjelasan keluli tahan karat, kerana 68 % pengeluaran nikel digunakan untuk tujuan ini.

Ia juga membentuk aloi dengan tembaga, tahan kakisan. Aloi ini terdiri daripada 60 % nikel, tembaga 30 % dan sedikit logam lain, terutama besi.

Nikel digunakan dalam tujuan rintangan, magnet dan lain -lain, seperti perak nikel; Dan aloi yang terdiri daripada nikel dan tembaga, tetapi tidak mengandungi wang. Tiub Ni-Cu digunakan dalam tumbuhan penyahgaraman, perisai dan duit syiling.

Nikel membekalkan ketabahan dan ketahanan terhadap daya tarikan kepada aloi yang membentuk rintangan kakisan. Sebagai tambahan kepada aloi dengan tembaga, besi dan krom, ia digunakan dalam aloi dengan gangsa, aluminium, plumbum, kobalt, perak dan emas.

Aloi Monel terdiri daripada 17 % nikel, tembaga 30 % dan dengan besi, mangan dan silikon. Ia tahan air laut, yang menjadikannya sesuai untuk digunakan di kapal.

Tindakan perlindungan

Nikel apabila bertindak balas dengan fluorin membentuk lapisan pelindung elemen fluorin, yang membolehkan nikel logam atau aloi monel digunakan dalam saluran fluorin.

Nikel tahan terhadap tindakan alkali. Atas sebab ini ia digunakan dalam bekas yang mengandungi natrium hidroksida pekat. Ia juga digunakan dalam galvanoplasti untuk mewujudkan permukaan pelindung untuk logam lain.

Kegunaan lain

Nikel digunakan sebagai ejen pengurangan enam -logam kumpulan platinum mineral di mana ia digabungkan; terutamanya dari platinum dan paladium. Buih nikel atau mesh digunakan dalam penjelasan bateri bahan api alkali.

Nikel digunakan sebagai pemangkin untuk penghidrogenan asid lemak tak tepu sayur -sayuran, yang digunakan dalam proses penjelasan marjerin. Aloi tembaga dan cu-ni mempunyai tindakan antibakteria di E. coli.

Nanopartikel

Nanopartikel Nikel (NPS-NI), cari pelbagai penggunaan berikutan kawasan permukaan terbesarnya berbanding dengan sampel makroskopik. Apabila NPS-NI ini disintesis dari ekstrak tumbuhan, mereka membangunkan aktiviti antimikrob dan antibakteria.

Ia dapat melayani anda: elemen kimia semulajadi

Sebab di atas adalah disebabkan oleh kecenderungan terbesarnya untuk mengoksidakan bersentuhan dengan air, membentuk kation atau²⁺ dan spesies oksigen yang sangat reaktif, yang menafikan sel mikroba.

Sebaliknya, NPS-NI digunakan sebagai bahan elektrod dalam sel bahan api pepejal, serat, magnet, cecair magnet, bahagian elektronik, sensor gas, dll. Mereka juga pemangkin, sokongan penjerap, agen peluntur dan pembersihan air kumbahan.

-Sebatian

Klorida, nitrat dan sulfat nikel digunakan dalam mandi nikel di galvanoplasti. Di samping itu, garam sulfatnya digunakan dalam penyediaan pemangkin dan mordan untuk pewarnaan tekstil.

Nikel Peroksida digunakan dalam bateri penyimpanan. Ferritas nikel digunakan sebagai nukleus magnet dalam antena dalam pelbagai peralatan elektrik.

Nikel Karbonil degil membawa karbon monoksida untuk sintesis akrilat, dari asetilena dan alkohol. Gabungan barium dan nikel oksida (Banium₃) Ia berfungsi sebagai bahan mentah untuk pembuatan katod banyak bateri yang boleh dicas semula, seperti Ni-CD, Ni-Fe dan Ni-H.

Kertas Biologi

Tumbuhan memerlukan kehadiran nikel untuk pertumbuhan. Adalah diketahui bahawa beberapa enzim tumbuhan menggunakannya sebagai cofactor, termasuk ureasa; enzim yang menukarkan urea menjadi ammonia, dapat menggunakan sebatian ini dalam fungsi tumbuhan.

Di samping itu, pengumpulan urea menghasilkan perubahan dalam daun tumbuhan. Nikel bertindak dalam bentuk pemangkin untuk memihak kepada penetapan nitrogen oleh kekacang.

Tanaman yang paling sensitif terhadap kekurangan nikel adalah kekacang (kacang dan alfalfa), barli, gandum, plum dan pic. Kekurangannya ditunjukkan dalam tumbuh -tumbuhan oleh klorosis, daun jatuh dan kekurangan pertumbuhan.

Di sesetengah bakteria enzim ureasa bergantung kepada nikel, tetapi mereka dianggap bahawa mereka boleh mempunyai tindakan yang ganas dalam organisma yang tinggal.

Enzim bakteria lain, seperti dismutase overroxide, serta glioxidase yang terdapat dalam bakteria dan beberapa parasit, contohnya dalam tripanosom, bergantung kepada nikel. Walau bagaimanapun, enzim yang sama dalam spesies yang lebih tinggi tidak bergantung kepada nikel tetapi zink.

Risiko

Pengambilan sejumlah besar nikel dikaitkan dengan penjanaan dan perkembangan kanser paru -paru, hidung, laring dan prostat. Di samping itu, ia menyebabkan masalah pernafasan, kegagalan pernafasan, asma dan bronkitis. Wap nikel boleh menyebabkan kerengsaan paru -paru.

Hubungan nikel dengan kulit boleh menyebabkan pemekaan, yang kemudiannya menghasilkan alahan, ditunjukkan sebagai letusan kutaneus.

Pendedahan nikel kulit boleh menjadi punca dermatitis yang dikenali sebagai "gatal nikel", pada orang yang sensitif sebelumnya. Apabila kesedaran nikel berlaku, ia berterusan selama -lamanya.

Agensi Penyelidikan Kanser Antarabangsa (IARC), meletakkan sebatian nikel dalam kumpulan 1 (terdapat bukti karsinogenik yang mencukupi pada manusia). Walau bagaimanapun, OSHA tidak mengawal nikel sebagai karsinogen.

Adalah disyorkan bahawa pendedahan kepada nikel logam dan sebatiannya tidak boleh lebih besar daripada 1 mg/m³ selama lapan jam bekerja dalam minggu kerja selama empat puluh jam. Ia mempunyai karbonil nikel dan sulfida nikel sebagai sebatian yang sangat toksik atau karsinogenik.

Rujukan

1. Muhammad Imran Din dan Anela Rani. (2016). Kemajuan terkini dalam sintesis dan penstabilan nanopartikel nikel dan nikel oksida: Adeptness hijau. Jurnal Antarabangsa Kimia Analisis, Vol. 2016, ID Artikel 3512145, 14 muka surat, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamorty M. (2017). Zarah nano berasaskan nikel sebagai penyerap dalam kaedah penyucian air - semakan. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikel. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Institut Nikel. (2018). Keluli tahan karat: peranan nikel. Pulih dari: Nickelinstitute.org
5. Editor enyclopaedia Britannica. (20 Mac, 2019). Nikel. Encyclopædia Britannica. Pulih dari: Britannica.com
6. Troy Buechel. (5 Oktober 2018). Peranan nikel dalam penanaman tumbuhan. Promix. Pulih dari: pthorticulture.com
7. Lentech. (2019). Jadual Berkala: Nikel. Pulih dari: lentech.com
8. Bell Terence. (28 Julai 2019). Profil logam nikel. Pulih dari: theBalance.com
9. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun, 2018). 10 fakta elemen nikel. Pulih dari: Thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad a. Korda. (2015). Efect penambahan nikel pada sifat antimikrob, fizikal, dan mekanikal aloi tembaga-nikel terhadap penggantungan Escherichia coli. Prosiding Persidangan AIP 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727