Характеризуется отличной коррозионной стойкостью, высокой прочностью, эстетической привлекательностью и способностью принимать любую заданную ему форму. Благодаря своим свойствам этот . Более 60% никеля идет на производство нержавеющей стали.
С участием никеля строят дома, выполняют интересный архитектурный дизайн, делают отделку стен и изготавливают водосточные трубы. Никель присутствует в нашей жизни повсеместно. Поэтому сегодня мы рассмотрим его состав, структуру и свойства никеля.
Никель имеет белый цвет с серебристым оттенком. Этот металл часто сочетается с другими материалами. В результате образуются сплавы.
- Никель содержится в пище, земной коре, воде и даже в воздухе.
- Никель имеет гранецентрированную кубическую решетку (а = 3,5236А). В обычном состоянии он представлен в форме β-модификации. При катодном распылении переходит в α-модификацию с гексагональной решеткой. Если далее нагреть никель до 200°C, то его решетка станет кубической.
- У никеля недостроенная 3d-электронной оболочка, поэтому его относят к переходным металлам.
- Элемент никель входит в состав самых важных магнитных сплавов и материалов, у которых коэффициент теплового расширения минимален.
Никель, не переработанный и добытый в природе, состоит из 5 стабильных изотопов. В периодической системе Менделеева за никелем числится номер 28. Этот элемент имеет атомную массу равную 58,70.
Свойства никеля
Плотность и масса
Никель относится к ряду тяжелых металлов. Его плотность в два раза больше, чем у металла титан, но равна по числовому значению плотности .
Численное значение удельной плотности никеля составляет 8902 кг/м3. Атомная масса никеля: 58,6934 а. е. м. (г/моль).
Механические характеристики
Никель обладает хорошей ковкостью и тягучестью. Благодаря этим характеристикам он легко подвергается прокату. Из него довольно просто получить тонкие листы и небольшие трубы.
При температуре от 0 до 631 К никель становится ферромагнитным. Происходит этот процесс благодаря особенному строению внешних оболочек атома никеля.
Известны следующие механические характеристики никеля:
- Повышенная прочность.
- Предел прочности равный 450 МПа.
- Высокопластичность материала.
- Коррозионная стойкость.
- Высокая температура плавления.
- Высокая каталитическая способность.
Механические характеристики описываемого металла зависят от наличия примесей. Самыми опасными и вредными считается сера, висмут, и сурьма. Если никель насытить газами, то его механические свойства станут хуже.
Тепло- и электропроводность
- Металл никель имеет следующую теплопроводность: 90,1 Вт/(м·К) (при температуре 25°C).
- Электропроводность никеля равна 11 500 000 Сим/м.
Коррозионная стойкость
Под коррозионной стойкостью понимается способность металла при воздействии на него агрессивной среды противостоять разрушению. Никель относиться к материалам с высокой стойкостью к коррозии.
Никель не покрывается ржавчиной в нижеперечисленных средах:
- Окружающая атмосфера. Никель обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам. Если никель находится в условиях промышленной атмосферы, то он всегда покрывается тонкой пленкой, которая приводит к потускнению никеля.
- Щелочи в горячем и холодном виде, а так же их расплавленные состояния.
- Органические кислоты.
- Неорганические кислоты.
Кроме этого, ржавчиной никель не покрывается в горячих спиртах и жирных кислотах. Благодаря этому этот металл широко используют в пищевой промышленности.
Химическая промышленность то же широко использует никель. Это происходит благодаря коррозионной стойкости никеля к воздействию высокой температуры и большой концентрации растворов.
Никель подвержен коррозии при следующих окружающих его условиях:
- Морская вода.
- Щелочные растворы гипохлоритов.
- Сера или любая среда, содержащая серу.
- Растворы окислительных солей.
- Гидрат аммиака и аммиачная вода.
Токсичность никеля рассмотрена ниже.
Температуры
Известны следующие термодинамические свойства никеля:
- Температура плавления никеля: 1726 K или 2647 °F или 1453 °C.
- Температура кипения никеля: 3005 K или 4949 °F или 2732 °C.
- Температура литья: 1500-1575 °C.
- Температура отжига: 750 — 900 °C.
Токсичность и экологичность
В больших количествах никель оказывает токсичное действие на организм. Если речь идет о приеме его с пищей, то повышенное содержание этого элемента обязательно вызовет угрозу для здоровья.
Часто встречающие негативное последствие от переизбытка никеля – это аллергия. Так же при воздействии этого металла (в больших количествах) на организм возникают расстройства желудка и кишечника, обязательно повышается содержание эритроцитов. Никель может вызвать хронический бронхит, почечный стресс и нарушение работы легких. Переизбыток никеля провоцирует рак легкого.
Если вода для питья содержит 250 частиц никеля на миллион частиц воды, то такое содержание может вызвать болезнь крови и проблемы с почками. Однако это довольно редко явление.
Никель содержится в табачном дыме. Вдыхание этого дыма или пыли с содержанием никеля приводит к бронхиту и нарушению функционирования легких. Получить это вещество возможно в условиях или в неблагоприятных экологически районах.
Токсичность никеля представляет собой опасность только в случае попадания в организм человека в больших количествах. Если никель используется в промышленности и в строительных делах, то он не опасен.
Другие характеристики
Еще никель имеет следующие характеристики:
- Удельное электрическое сопротивление никеля равное 68,8 ном·м.
- В химическом плане никель схож с железом, кобальтом, купрумом и некоторыми благородными металлами.
- Никель взаимодействует с кислородом при температуре в 500 С.
- Если никель переходит в мелкодисперсное состояние, то он может самовоспламениться.
- Никель не реагирует с азотом даже при условии очень высокой температуры.
- Никель медленнее чем железо растворяется в кислотах.
Положение в периодической системе:
Никель -- элемент десятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum).
Строение атома:
Конфигурация внешних электронных оболочек атома 3s23p63d84s2;э нергии ионизации Ni0 3048-4.jpgNi+ 3048-5.jpgNi2+3048-6.jpgNi3+ 7,634, 18,153 и 35,17 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,80; атомный радиус 0,124нм, ионный радиус (в скобках указаны координации числа) Ni2+ 0,069 нм (4), 0,077 нм (5), 0,083 нм (6)
Степени окисления: Образует соединения чаще всего в степени окисления +2 (валентность II), реже -- в степени окисления +3 (валентность III) и очень редко в степенях окисления +1 и +4 (соответственно валентности I и IV).
Никель простое вещество
Распространение в природе:
Никель довольно распространён в природе -- его содержание в земной коре составляет ок. 0,01 %(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8 %). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2 кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 -- 0,41 % Ni. Он изоморфно замещает железо и магний. Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Никель проявляет сидерофильные и халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами. В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком и серой и иногда с висмутом, ураном и серебром, никель образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов никеля. Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.
- - никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs,
- - хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe) As2,
- - гарниерит (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O и другие силикаты,
- - магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu) S,
- - мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,
- - пентландит (Fe, Ni) 9S8.
О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы -- «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда.
История открытия:
Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную и применялась в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол». Данную руду (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зелёный окисел и путём восстановления последнего -- новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста. Никкел -- ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искажённого Nicolaus -- родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т.д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824)
Никель -- ковкий и пластичный металл. Он обладает кубической гранецентрированной кристаллической решеткой (параметра = 0,35238 нм). Температура плавления 1455°C, температура кипения около 2900°C, плотность 8,90 кг/дм3. Никель -- ферромагнетик, точка Кюри около 358°C.
Удельное электрическое сопротивление 0,0684 мкОм м.
Коэффициент линейного теплового расширения б=13,5?10?6 K?1 при 0 °C.
Коэффициент объёмного теплового расширения в=38--39?10?6 K?1.
Модуль упругости 196--210 ГПа.
Химические свойства:
Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II).Никель образует соединения со степенью окисления +1, +2, +3 и +4. При этом соединения никеля со степенью окисления +4 редкие и неустойчивые. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем. Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью -- устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию -- образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в разбавленной азотной кислоте:{3 Ni + 8 HNO_3 (30%) 3 Ni(NO_3)_2 + 2 NO + 4 H_2O}и в горячей концентрированной серной:{Ni + 2 H_2SO_4 NiSO_4 + SO_2 + 2 H_2O}
С соляной и с разбавленной серной кислотами реакция протекает медленно. Концентрированная азотная кислота пассивирует никель, однако при нагревании реакция всё же протекает (основной продукт восстановления азота -- NO2).С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и очень ядовитый карбонил Ni(CO)4.Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).Никель горит только в виде порошка. Образует два оксида NiO и Ni2O3 и соответственно два гидроксида Ni(OH)2 и Ni(OH)3. Важнейшие растворимые соли никеля -- ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Водные растворы солей окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли -- жёлтые или коричнево-жёлтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёные), три сульфида: NiS (черный), Ni3S2 (желтовато-бронзовый) и Ni3S4 (серебристо-белый). Никель также образует многочисленные координационные и комплексные соединения. Например, диметилглиоксимат никеля Ni(C4H6N2O2)2, дающий чёткую красную окраску в кислой среде, широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля. Водный раствор сульфата никеля имеет зелёный цвет. Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) 2+.
Получение:
Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн т., в том числе достоверные -- 49 млн.т. Основные руды никеля -- никелин (купферникель) NiAs, миллерит NiS, пентландит (FeNi)9S8 -- содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают Ni, содержат примеси Co, Cu, Fe и Mg. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в «окисленных никелевых рудах» (ОНР), 33 % -- в сульфидных, 0,7 % -- в прочих. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые. Тугоплавкие магнезиальные руды, как правило, подвергают электроплавке на ферроникель (5--50 % Ni+Co, в зависимости от состава сырья и технологических особенностей).Наиболее железистые -- латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % Ni), синтер (89 % Ni), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические никель электролитный, никелевые порошки и кобальт. Менее железистые -- нонтронитовые руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла и/или солей. Ещё один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Англии -- до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, пефтях, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены.
Применение:
Никель является основой большинства суперсплавов -- жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок. Монель-металл (65 -- 67 % Ni + 30 -- 32 % Cu + 1 % Mn), жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив; белое золото (например, 585 пробы содержит 58,5 % золота и сплав (лигатуру) из серебра и никеля (или палладия));нихром, сплав никеля и хрома (60 % Ni + 40 % Cr); пермаллой (76 % Ni + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис; инвар (65 % Fe + 35 % Ni), почти не удлиняется при нагревании; Кроме того, к сплавам никеля относятся никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления типа константана, никелина и манганина.Никель присутствует в качестве компонента ряда нержавеющих сталей.
Химическая технология.
Во многих химико-технологических процессах в качестве катализатора используется никель Ренея.
Радиационные технологии.
Нуклид 63Ni, излучающий в--частицы, имеет период полураспада 100,1 года и применяется в крайтронах, а также детекторах электронного захвата (ЭЗД) в газовой хроматографии.
Медицина.
Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана).
Протезирование.
Монетное дело.
Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».
Никель – пластичный металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Относится к тяжелым цветным металлам. Никель ценная легирующая добавка. В природе в чистом виде никель не встречается, обычно входит в состав руд. Чистый никель (Nickel/Никель), Nickel 200 и Nickel 201 , добывают путем специальных технологий.
В соединении с другими металлами никель способен образовывать твердые и прочные никелевые сплавы:
- никель-медный сплав (Monel/Монель) – сплав на медной основе с никелем в качестве легирующей добавки. В составе обычно до 67% никеля и до 38% меди. К этой группе сплавов относят: Monel 400 , Monel 401, Monel 404, Monel R-405 , Monel K-500 и др.
- никель-хромовый сплав (Inconel/Инконель) – аустенитный жаропрочный сплав. К этой группе относят: Inconel 600 , Inconel 601 , Inconel 617 , Inconel 625 , Inconel 690 , Inconel 718 , Inconel 725 , Inconel X-750 и др.
- никель-железо-хромовый сплав (Inconloy/Инколой) – возможно добавление в сплав молибдена, меди, титана. К этой группе относят: Incoloy 20, Incoloy 800 , Incoloy 800H , Incoloy 800HT , Incoloy 825 , Incoloy 925 и др.
- никель-молибденовый сплав (Hastelloy/Хастеллой) – возможно присутствие в составе хрома, железа и углерода. К этой группе относят: Hastelloy C-4 , Hastelloy C-22 , Hastelloy C-276 , Hastelloy B-2 и др.
Свойства никеля
Никель – ферромагнетик, точка Кюри – 358°C, температура плавления – 1455°C, температура кипения – 2730-2915°C. Плотность – 8,9 г/см 3 , коэффициент теплового расширения -13,5∙10 −6 K −1. На воздухе компактный никель – стабилен, а высокодисперсный – пирофорен.
Никель обладает такими свойствами, как:
- пластичность и ковкость;
- прочность при высоких температурных режимах;
- устойчивость к окислению в воде и на воздухе;
- твердость и достаточная вязкость;
- высокая коррозионная стойкость;
- ферромагнетик;
- хороший катализатор;
- хорошо полируется.
Поверхность никеля покрыта тонким слоем оксида NiO, защищающим металл от окисления.
Преимущества и недостатки
Главные плюсы никеля и сплавов - жаропрочность, жаростойкость и повышенная механическая прочность (давление до 440 МПа). К достоинствам также можно отнести эксплуатацию в раскаленных концентрированных щелочных и кислотных растворах. Помимо этого никель способен сохранять магнитные свойства при пониженных температурах.
Главным недостатком никеля является значительное снижение показателей термоЭДС при быстром охлаждении после отжига (до 600°C). Также к минусам никеля можно отнести тот факт, что в природе чистый никель не встречается. Его получают путем дорогих технологий, что сказывается на его стоимости.
Область применения
Основная сфера применения никеля – металлургия. В ней он задействован в производстве высоколегированных нержавеющих сталей. Добавляя в расплав железа никель, металлурги получают прочные и пластичные сплавы, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам. Стоит отметить, что никелевые сплавы сохраняют свои качества при многократном длительном нагревании.
Благодаря этим свойствам нержавеющая и термостойкая никелевая сталь применяется:
- в пищевой и химической промышленности;
- в нефтехимической промышленности и строительстве;
- в медицине и фармацевтике;
- в авиа- и машиностроении;
- в изготовлении подводных кабелей;
- в изготовлении нагревательных элементов промышленного оборудования;
- в производстве постоянных магнитов;
- в производстве станков и специального оборудования;
- в изготовлении интерьерных элементов зданий;
- в мебельной промышленности;
- в изготовлении бытовых приборов и домашней утвари;
Благодаря своей пластичности и легкости в ковке из никеля получают очень тонкие изделия, например, полосы, ленты и листы из никеля. Также никель активно используют в производстве проволоки и прутков.
Никель - простое вещество, пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Относится к тяжелым цветным металлам, в чистом виде на земле не встречается — обычно входит в состав различных руд, высокой твердостью, хорошо полируется, является ферромагнетиком — притягивается магнитом, в периодической системе Менделеева обозначается символом Ni и имеет 28 порядковый номер.
Смотрите так же:
СТРУКТУРА
Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 å нм, пространственная группа Fm3m. Эта кристаллическая структура устойчива к давлению, по меньшей мере 70 ГПа. При обычных условиях никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку (a = 3,5236 å). Но никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере h 2 , образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки (а = 2,65 å, с = 4,32 å), которая при нагревании выше 200 °С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см 3 (20 °С), атомный радиус 1,24 å
СВОЙСТВА
Никель - ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400-500 Мн/м 2 , предел упругости 80 Мн/м 2 , предел текучести 120 Мн/м 2 ; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м 2 ; твёрдость по Бринеллю 600-800 Мн/м 2 . В температурном интервале от 0 до 631К (верхняя граница соответствует Кюри точке). Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек его атомов. Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и др.).
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Никель довольно распространён в природе - его содержание в земной коре составляет около 0,01%(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8%). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 - 0,41% Ni.
В растениях в среднем 5·10 −5 весовых процентов никеля, в морских животных - 1,6·10 −4 , в наземных - 1·10 −6 , в человеческом организме - 1…2·10 −6 .
Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5-8% Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
Карбонильный способ (метод Монда): Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель , термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.
Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах. Характерной особенностью медно-никелевых месторождений всего мира является выдержанный минеральный состав руд: пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит; кроме них в рудах встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, минералы группы платины, изредка хромит, арсениды никеля и кобальта, галенит, сфалерит, борнит, макинавит, валлерит, графит, самородное золото.
Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. при выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Там эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
В месторождениях этого типа заключены запасы никеля в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах, а запасы некоторых месторождений достигают 1 млн т. и более никеля. Крупные запасы силикатных руд сосредоточены на Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии, Австралии и др. странах. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2%. Кроме того в рудах часто содержится кобальт.
ПРИМЕНЕНИЕ
Подавляющая часть никеля используется для получения сплавов с другими металлами (fe, cr, cu и др.), отличающихся высокими механическими, антикоррозионными, магнитными или электрическими и термоэлектрическими свойствами. В связи с развитием реактивной техники и созданием газотурбинных установок особенно важны жаропрочные и жаростойкие хромоникелевые сплавы. Сплавы никеля используются в конструкциях атомных реакторов.
Значительное количество никеля расходуется для производства щелочных аккумуляторов и антикоррозионных покрытий. Ковкий никель в чистом виде применяют для изготовления листов, труб и т.д. Он используется также в химической промышленности для изготовления специальной химической аппаратуры и как катализатор многих химических процессов. Никель - весьма дефицитный металл и по возможности должен заменяться другими, более дешёвыми и распространёнными материалами.
Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана), протезирования. Широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель». Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.
Никель (англ. Nickel) — Ni
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.08-10 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AA.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.17.2 |
| Dana (8-ое издание) | 1.1.11.5 | Hey’s CIM Ref | 1.61 |
Раздел 1. Характеристики.
Раздел 2. Нахождение в природе.
Раздел 3. Получение.
Раздел 4. Применение.
- Подраздел 1. Сплавы.
- Подраздел 2. Никелирование.
Раздел 5. Монетное дело.
Ni — это элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28.
Характеристики никеля
Ni - это серебристо белый , не тускнеет на воздухе. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 НМ, пространственная группа Fm3m. В чистом виде поддается обработке давлением. Является ферромагнетиком с точкой Кюри 358 C.
Удельное электрическое сопротивление 0,0684 мк Ом∙м.
Коэффициент линейного теплового расширения α=13,5∙10-6 K-1 при 0 C
Коэффициент объёмного теплового расширения β=38—39∙10-6 K-1
Модуль упругости 196-210 ГПа.
Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления никель(II).
Ni образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом Ni со степенью окисления +3 только в виде комплексных солей. Для соединений никеля +2 известно большое количество обычных и комплексных соединений. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем.
Ni характеризуется высокой коррозионной стойкостью — устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию — образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Ni активно растворяется в азотной кислоте.
С оксидом углерода CO Ni легко образует летучий и весьма ядовитый карбонит никель (CO)4.
Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).
Ni горит только в виде порошка. Образует два оксида никельO и Ni2O3 и соответственно два гидроксида никель(OH)2 и никель(OH)3. Важнейшие растворимые соли никеля — ацетат, хлорид, нитрат и сульфат.
Растворы окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли — жёлтые или коричнево-жёлтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёные), три сульфида:
никельS (черный)
Ni3S2 (желтовато-бронзовый)
Ni3S4 (серебристо-белый).
Ni также образует многочисленные координационные и комплексные соединения.
Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля (II) никель(H2O)62+. При добавлении к раствору, содержащему эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждение гидроксида никеля (II), зелёного желатинообразного вещества. Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля (II) никель(NH3)62+.
Ni образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) NiCl42− имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат (II) никель(CN)42− имеет плоскую квадратную структуру.
В качественном и количественном анализе для обнаружения ионов никеля (II) используется щелочной раствор бутандиондиоксима, известного также под названием диметилглиоксима. При его взаимодействии с ионами никеля (II) образуется красное координационное соединение бис (бутандиондиоксимато) Ni (II). Это хелатное соединение и бутандиондиоксимато-лиганд является бидентатным.
Природный Ni состоит из 5 стабильных изотопов,58никель,60никель,61никель,62никель является наиболее распространенным (68,077% природного изобилия).
Нахождение в природе
Ni довольно распространён в природе — его содержание в земной коре составляет около 0,01 %(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный Ni (до 8 %). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2 кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41 % никель. Он изоморфно замещает и магний.
Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Ni проявляет сидерофильные и халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами. В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком и серой и иногда с висмутом, ураном и серебром, Ni образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов никеля. Ni обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах.
Никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) никель As.
Хлоантит (белый никелевый колчедан) (никель, Co, Fe)As2
Гарниерит (Mg, никель)6(Si4O11)(OH)6 c H2O и другие силикаты.
Магнитный колчедан (Fe, никель, Cu)S
Мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) никель As S,
Пентландит (Fe, никель)9S8
О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы — «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда.
Получение
Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн. т., в том числе достоверные — 49 млн. т. Основные руды никеля — никелин (купферникель) никель As, миллерит никель S, пентландит (Fe никель)9S8 — содержат также мышьяк, железо и серу ; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают никель, содержат примеси Co, Cu , Fe и Mg. Иногда Ni является основным товаром процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный товар в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в окисленных никелевых рудах (ОНР),
33 % в сульфидных. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые.
Тугоплавкие магнезиальные руды, как правило, подвергают электроплавке на ферроникель (5-50 % никель+Co, в зависимости от состава сырья и технологических особенностей).
Наиболее железистые — латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % никель), синтер (89 % никель), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические Ni электролитный, никелевые порошки и кобальт.
Менее железистые — нонтронитовые руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла и/или солей. Ещё один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Британии — до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, пефтях, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены.
«Ni долгое время не могли получить в пластичном виде вследствие того, что он всегда имеет небольшую примесь серы в форме сульфида никеля, расположенного тонкими, хрупкими прослойками на границах металла . Добавление к расплавленному никелю небольшого количества магния переводит серу в форму соединения с магнием, которое выделяется в виде зерен, не нарушая пластичности металла ».
Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железоникелевых окатышей (5—8 % никель), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
Карбонильный способ (метод Монда). Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают кобальт под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель никель(CO)4, термическим разложением выделяют особо чистый металл.
Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O.
Применение
Сплавы
Ni является основой большинства супер сплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок.
монель-металл (65 — 67 % никель + 30 — 32 % Cu + 1 % Mn), жаростойкий до 500°C, очень коррозионно-устойчив;
белое (585 содержит 58,5 % золота и сплав (лигатуру) из серебра и никеля (или палладия));
Нихром, сплав сопротивления (60 % никель + 40 % Cr);
Пермаллой (76 % никель + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис;
Инвар (65 % Fe + 35 % никель), почти не удлиняется при нагревании;
Кроме того, к сплавам никеля относятся никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления типа константана, никелина и манганина.
Никелевые трубы применяют для изготовления конденсаторов в производстве водорода, для перекачки щелочей в химическом производстве. Никелевые химически стойкие инструменты широко используют в медицине и научно-исследовательской работе. Ni применяется для приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами в атомной технике.
Из чистого никеля изготовляют химическую посуду, различные аппараты, приборы, котлы с высокой коррозионной стойкостью и постоянством физических свойств, а из никелевых материалов — резервуары и цистерны для хранения в них пищевых продуктов, химических реагентов, эфирных масел, для транспортирования щелочей, для плавления едких щелочей.
На основе порошков чистого никеля изготовляют пористые фильтры для фильтрования газов, топлива и других продуктов в химической промышленности . Порошкообразный Ni потребляют также в производстве никелевых сплавов и в качестве связки при изготовлении твёрдых и сверхтвёрдых материалов.
Биологическая роль никеля относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что Ni принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил никель(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).
Ni основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки).
В Евро союзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека.
Карбонит никеля никель(CO) — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0,0005 мг/мі.
В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Ni оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Ni может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется Ni в поджелудочной и околощитовидной железах.
Никелирование
Никелирование — это создание никелевого покрытия на поверхности другого металла с целью предохранения его от коррозии. Проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля(II), хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов. Толщина получаемого никелевого слоя составляет 12 — 36 мкм. Устойчивость блеска поверхности может быть обеспечена последующим хромированием (толщина слоя хрома 0,3 мкм).
Никелирование без тока проводится в растворе смеси хлорида никеля(II) и гипофосфитной смесью натрия в присутствии цитрата натрия:
NiCl2 + NaH2PO2 + H2O = никель + NaH2PO3 + 2HCl
процесс проводят при рН 4 — 6 и 95°C
Наиболее распространено электролитическое и химическое никелирование. Чаще никелирование (так называемое матовое) производится электролитическим способом. Наиболее изучены и устойчивы в работе сернокислые электролиты. При добавлении в электролит блеск образователей осуществляется так называемое блестящее никелирование. Электролитические покрытия обладают некоторой пористостью, которая зависит от тщательности подготовки поверхности основы и от толщины покрытия. Для защиты от коррозии необходимо полное отсутствие пор, поэтому наносят многослойное покрытие, которое при равной толщине надёжнее однослойного (например, стальные предмета торговли часто покрывают по схеме Cu — никель — Cr).
Недостатки электролитического никелирования — неравномерность осаждения никеля на рельефной поверхности и невозможность покрытия узких и глубоких отверстий, полостей и т.п. Химическое никелирование несколько дороже электролитического, но обеспечивает возможность нанесения равномерного по толщине и качеству покрытия на любых участках рельефной поверхности при условии доступа к ним раствора. В основе процесса лежит реакция восстановления ионов никеля из его солей с помощью гипофосфитной смеси натрия (или др. восстановителей) в водных растворах.
Никелирование используется, например, для покрытия деталей химической аппаратуры, автомобилей, велосипедов, медицинского инструмента, приборов.
Также Ni используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.
Монетное дело
Ni широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «Ni»
Ni был компонентом монет, начиная с середины 19 века. В Соединенных Штатах, термин "Ni" или "ник" первоначально был применен в медно-никелевых монетах (летающий орел), который пришел на смену купрума с 12% никеля 1857-58.
Еще позже в 1865 году, срок назначенного на три процента никеля увеличился на 25%. В 1866 году пять процентов никеля (25% никеля, 75% купрума). Наряду со сплавом пропорции, этот термин был использован в настоящее время в Соединенных Штатах. Монеты из почти чистого никеля впервые были использованы в 1881 году в Швейцарии, и в частности более 99,9% Ni из пяти центовых монет были отчеканены в Канаде (крупнейший производитель никеля в мире в то время).
пенни, сделанные из никеля" height="431" src="/pictures/investments/img778307_14_Britanskie_monetyi_v_5_i_10_penni_sdelannyie_iz_nikelya.jpg" title="14. Британские монеты в 5 и 10 пенни, сделанные из никеля" width="682" />
Италия 1909 год" height="336" src="/pictures/investments/img778308_15_Monetyi_iz_nikelya_Italiya_1909_god.jpg" title="15. Монеты из никеля, Италия 1909 год" width="674" />
Источники
Википедия - Свободная энциклопедия, WikiPedia
hyperon-perm.ru - Производство Гиперон
cniga.com.ua - Книжный портал
chem100.ru - Справочник Химика
bse.sci-lib.com - Значение слов в Большой Советской Энциклопедии
chemistry.narod.ru - Мир Химии
dic.academic.ru - Словари и энциклопедии
Энциклопедия инвестора . 2013 .
Синонимы :- Никарагуа
Смотреть что такое "Никель" в других словарях:
НИКЕЛЬ - (симв. Ni), металл с атомным весом 58,69, порядковый номер 28, принадлежит вместе с кобальтом и железом к VIII группе и 4 му ряду периодической системы Менделеева. Уд. в. 8,8, t° плавления 1 452°. В своих обычных соединениях Н.… … Большая медицинская энциклопедия
НИКЕЛЬ - (символ Ni), серебристо белый металл, ПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, открытый в 1751 г. Его основные руды: сульфидные никеле железные руды (пентландит) и ар сенид никеля (никелин). У никеля сложный процесс очищения, включающий дифференцированное разложение… … Научно-технический энциклопедический словарь
НИКЕЛЬ - (нем. Nickel). Металл серебристо белого цвета, в чистом виде не встречается. В последнее время употребляется на выделку столовой и кухонной посуды. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НИКЕЛЬ нем. Nickel … Словарь иностранных слов русского языка
Никель - представляет собой относительно твердый серовато белый металл с температурой плавления 1453 град. С. Он является ферромагнетиком, отличается ковкостью, пластичностью, прочностью, а также стойкостью к коррозии и окислению. Никель в основном… … Официальная терминология
никель - я,м. nickel m. < , нем. Nickel. 1. Серебристо белый тугоплавкий металл. БАС 1. Никель вредный спутник серебряных руд получил свое название от имени злого гнома, якобы жившего в саксонских рудниках. Ферсман Заним. геохимия. 2. Верхний слой из… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
НИКЕЛЬ - (лат. Niccolum) Ni, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 28, атомная масса 58,69. Название от немецкого Nickel имя злого духа, якобы мешавшего горнякам. Серебристо белый металл; плотность 8,90 г/см³, tпл 1455… … Большой Энциклопедический словарь
НИКЕЛЬ - НИКЕЛЬ, никеля, муж. (нем. Nickel). Серебристо белый тугоплавкий металл, употр. для изготовления инструментов, посуды и т.п. (По имени горного божества в скандинавской мифологии.) Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Загрузка...