- història
- antiguitat
- Descobriment i producció
- propietats
- aparença
- pes atòmic
- Nombre atòmic (Z)
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- densitat
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat calòrica molar
- electronegativitat
- Energia d'ionització
- ràdio atòmic
- ràdio covalent
- conductivitat tèrmica
- resistivitat elèctrica
- duresa
- Característiques
- isòtops
- Estructura i configuració electrònica
- Números d'oxidació
- On es troba el níquel?
- Minerals i mar
- Lateritas
- acció protectora
- altres usos
- nanopartícules
- -compostos
- paper biològic
- Riscos
- referències
El níquel és un metall de transició de color blanc el símbol químic és el Ni. La seva duresa és més gran que la de l'ferro, a més que és un bon conductor de la calor i l'electricitat, i en general, es considera un metall poc reactiu i molt resistent a la corrosió. En el seu estat pur, és platejat amb matisos daurats.
En 1751, Axel Fredrik Cronsted, químic suec, va aconseguir aïllar-lo d'un mineral conegut com Kupfernickel (coure de el diable), extret d'un mina de cobalt d'un llogaret sueca. A del principi, Cronsted pensava que el mineral era de coure, però l'element aïllat resultar ser de color blanc, diferent de l'coure.
Esferes de níquel en què es trasllueix les seves tonalitats daurades. Font: René Rausch
Cronsted va denominar a l'element com níquel i posteriorment es va establir que el mineral anomenat kupfernickel era nicolita (arseniür de níquel).
El níquel és extret principalment de dos dipòsits: les roques ígnies i altres segregacions de el magma terrestre. Els minerals són de naturalesa sulfurosa, com la pentladita. La segona font de níquel la constitueixen les lateritas, amb minerals rics en níquel com la garnierita.
L'aplicació principal de l'níquel rau en la formació d'aliatges amb nombrosos metalls; per exemple, intervé en l'elaboració d'acer inoxidable, activitat industrial que consumeix prop de el 70% de la producció mundial de níquel.
A més, el níquel s'utilitza en aliatges com alnico, un aliatge de naturalesa magnètica destinada per a l'elaboració de motors elèctrics, altaveus i micròfons.
El níquel va començar a usar-se en l'elaboració de monedes a mitjan el segle XIX. Emperò, actualment s'ha substituït el seu ús pel de metalls menys costosos; tot i que es continua utilitzant en alguns països.
El níquel és un element essencial per a les plantes, ja que activa l'enzim ureasa que intervé en la degradació de la urea a amoníac, utilitzable per les plantes com a font de nitrogen. A més, la urea és un compost tòxic que provoca greus danys en les plantes.
El níquel és un element de gran toxicitat per als éssers humans, existint evidència de ser un agent cancerigen. A més, el níquel provoca per contacte dermatitis i el desenvolupament d'al·lèrgia.
història
antiguitat
L'home coneixia des de l'antiguitat l'existència de l'níquel. Per exemple, es va trobar en objectes de bronzes (3500 ac), presents en terres actualment pertanyents a Síria, un percentatge de níquel de el 2%.
Així mateix, manuscrits xinesos fan suposar que el "coure blanc", conegut com baitong, es va usar entre 1700 i 1400 ac El mineral es va exportar a Gran Bretanya al segle XVII; però el contingut de níquel d'aquest aliatge (Cu-Ni) no es va descobrir sinó fins a 1822.
A l'Alemanya medieval es va trobar un mineral vermellós, semblant a el coure, i que presentava taques verdes. Els miners van tractar d'aïllar el coure de l'mineral, però van fracassar en el seu intent. A més, el contacte amb el mineral produïa trastorns de salut.
Per aquestes raons, els miners van atribuir a l'mineral una condició maligna i li van assignar diferents noms que il·lustraven aquesta condició; com "Vell Nick", també kupfernickel (coure de el diable). Ara se sap que el mineral en qüestió, era nicolita: arseniür de níquel, NiAs.
Descobriment i producció
En 1751, Axel Fredrik Cronsted va tractar d'aïllar coure de l'kupfernickel, obtingut d'una mina de cobalt situat a prop de Els Halsinglandt, un llogaret sueca. Però només va aconseguir obtenir un metall blanc, que era fins llavors desconegut i el va anomenar nickel.
A partir de 1824, es va aconseguir obtenir níquel com un subproducte de la producció de cobalt blau. En 1848, es va establir a Noruega una foneria per al processament de l'níquel present en el mineral pirrotita.
El 1889, es va introduir el níquel en la producció d'acer, i els jaciments descoberts a Nova Caledònia van proporcionar el níquel per al consum mundial.
propietats
aparença
Blanc platejat, lluent i amb un lleuger tint daurat.
pes atòmic
58,9344 o
Nombre atòmic (Z)
28
Punt de fusió
1.455 ºC
Punt d'ebullició
2.730 ºC
densitat
-A temperatura ambient: 8,908 g / ml
-En el punt de fusió (líquid): 7,81 g / ml
Calor de fusió
17,48 kJ / mol
Calor de vaporització
379 kJ / mol
Capacitat calòrica molar
26,07 J / mol
electronegativitat
1,91 en l'escala de Pauling
Energia d'ionització
Primer nivell d'ionització: 737,1 kJ / mol
Segon nivell d'ionització: 1.753 kJ / mol
Tercer nivell d'ionització: 3.395 kJ / mol
ràdio atòmic
Empíric 124 pm
ràdio covalent
124,4 ± 4 pm
conductivitat tèrmica
90,9 W / (m · K)
resistivitat elèctrica
69,3 nΩ · ma 20 ºC
duresa
4,0 en l'escala de Mohs.
Característiques
El níquel és un metall dúctil, mal·leable i té una duresa més gran que la de l'ferro, sent un bon conductor elèctric i tèrmic. És un metall ferromagnètic a temperatures normals, sent la seva temperatura de Curie de 358 ºC. A temperatures majors a aquesta, el níquel deixa de ser ferromagnètic.
El níquel és un dels quatre elements ferromagnètics, sent els altres tres: ferro, cobalt i gadolini.
isòtops
Hi 31 isòtops de l'níquel, limitats pel 48 Ni i 78 Ni.
Hi ha cinc isòtops naturals: 58 Ni, amb una abundància de l'68,27%; 60 Ni, amb una abundància de l'26,10%; 61 Ni, amb una abundància de l'1,13%; 62 Ni, amb una abundància de l'3,59%; i 64 Ni, amb una abundància de l'0,9%.
El pes atòmic de gairebé 59 o per al níquel demostra que no hi ha una marcada predominança en cap dels isòtops (tot i que el 58 Ni sigui el més abundant).
Estructura i configuració electrònica
El níquel metàl·lic cristal·litza en una estructura cúbica centrada en les cares (fcc, per les seves sigles en anglès: face centered cubic). Aquesta fase fcc és summament estable, i roman inalterada fins pressions properes als 70 GPa; poca informació bibliogràfica hi ha respecte a fases o polimorfs de níquel sota altes pressions.
La morfologia dels cristalls de níquel és variable, ja que aquests poden disposar-se de tal manera que defineixen un nanotub. Com nanopartícules o sòlid macroscòpic, l'enllaç metàl·lic segueix sent el mateix (en teoria); és a dir, són els mateixos electrons de valència dels que mantenen units els àtoms de Ni.
D'acord a les dues configuracions electròniques possibles per al níquel:
3d 8 4s 2
3d setembre 4s 1
Són deu electrons els que intervenen en l'enllaç metàl·lic; ja sigui vuit o nou en l'orbital 3d, juntament amb dos o un en l'orbital 4s. Cal notar que la banda de valència està pràcticament plena, pròxima a transportar els seus electrons a la banda de conducció; fet que explica la seva relativament alta conductivitat elèctrica.
L'estructura fcc de el níquel és tan estable, que fins i tot l'adopta l'acer quan se li és addicionat. Així, el ferro inoxidable amb un contingut alt níquel també és fcc.
Números d'oxidació
El níquel, encara que no ho sembli, també té abundants números o estats d'oxidació. Els negatius resulten obvis sabent que amb prou feines li falten dos electrons per completar els deu de la seva orbital 3d; així, pot guanyar un o dos electrons, tenint números d'oxidació -1 (Ni -) o -2 (Ni 2-), respectivament.
El nombre d'oxidació més estable per al níquel és el +2, assumint l'existència d'el catió Ni 2+, el qual ha perdut els electrons de l'orbital 4s i té vuit electrons en l'orbital 3d (3d 8).
Així mateix, hi ha altres dos nombres d'oxidació positius: el +3 (Ni 3+) i el +4 (Ni 4+). A nivells escolars o de batxillerat, només s'ensenya que el níquel existeix com Ni (II) o Ni (III), la qual cosa es deu al fet que són els números d'oxidació més comuns i trobats en compostos molt estables.
I quan és el níquel metàl·lic el que forma part d'un compost, és a dir, amb la seva àtom neutre Ni, es diu llavors que participa o s'enllaça amb un nombre d'oxidació de 0 (Ni 0).
On es troba el níquel?
Minerals i mar
El níquel constitueix el 0,007% de de l'escorça terrestre, pel que la seva abundància és baixa. Però, així i és el segon metall en abundància després de l'ferro en el nucli fos de la terra, conegut com Nife. L'aigua de mar té una concentració mitjana de níquel de 5,6 · 10 -4 mg / L.
Es troba normalment en roques ígnies, sent la pentlandita, un mineral format de sulfur de ferro i níquel, una de les fonts principals de níquel:
Roca composta de minerals pentlandita i pirrotita. Font: John Sobolewski (JSS)
El mineral pentlandita està present a Sudbury, Ontario, Canadà; un dels principals jaciments d'aquest metall al món.
La pentlandita té una concentració de níquel entre 3 i 5%, trobant-associada a la pirrotita, un sulfur de ferro ric en níquel. Aquests minerals es troben en roques productes de les segregacions de l'magma terrestre.
Lateritas
L'altra font important de níquel són les lateritas, constituïdes per sòls àrids de les regions càlides. Són pobres en sílice i posseeixen diversos minerals, entre ells: la garnierita, un silicat de magnesi i níquel; i la limonita, un mineral de ferro
S'utilitza en aliatge amb el ferro fonamentalment per a l'elaboració de l'acer inoxidable, ja que el 68% de la producció de níquel és usat amb aquesta finalitat.
També forma un aliatge amb el coure, resistent a la corrosió. Aquest aliatge està formada per un 60% de níquel, 30% de coure i petites quantitats d'altres metalls, especialment ferro.
El níquel s'usa en aliatges resistives, magnètiques i amb altres fins, com la plata de níquel; i un aliatge constituït per níquel i coure, però que no conté plata. Els tubs de Ni-Cu s'utilitzen en les plantes de dessalinització, blindatges i en l'elaboració de monedes.
El níquel subministra tenacitat i resistència a la tracció a les aliatges que forma resistència a la corrosió. A més dels aliatges amb el coure, el ferro i el crom, s'usa en aliatge amb el bronze, l'alumini, el plom, cobalt, plata i or.
L'aliatge Monel està formada per un 17% de níquel, 30% de coure i amb traces de ferro, manganès i silici. És resistent a l'aigua de mar, la qual cosa la fa ideal per al seu ús en les hèlixs dels vaixells.
acció protectora
El níquel a l'reaccionar amb el fluor forma una capa protectora de l'element fluor, el que permet que el níquel metàl·lic o l'aliatge de Monel s'utilitzin en els conductes de gas fluor.
El níquel és resistent a l'acció dels àlcalis. Per aquesta raó s'usa en els recipients que contenen hidròxid de sodi concentrat. Així mateix, s'usa en galvanoplàstia per crear una superfície protectora per a altres metalls.
altres usos
El níquel s'utilitza com a agent reductor de sis metalls del grup de l'platí dels minerals en els quals està combinat; principalment de l'platí i el pal·ladi. L'escuma o malla de níquel s'utilitza en l'elaboració d'elèctrodes per bateries de combustible alcalí.
El níquel s'empra com a catalitzador de la hidrogenació d'àcids grassos insaturats vegetals, usant-se en el procés d'elaboració de la margarina. El coure i l'aliatge Cu-Ni, tenen acció antibacteriana sobre la I. coli.
nanopartícules
Les nanopartícules de níquel (NPs-Ni), troben una àmplia varietat d'ús arran de la seva major àrea superficial en comparació a una mostra macroscòpica. Quan aquestes NPs-Ni es sintetitzen a partir d'extractes vegetals, desenvolupen activitats antimicrobianes i antibacterianes.
La raó d'això dit es deu al seu major tendència a oxidar-se en contacte amb l'aigua, formant-se cations Ni 2+ i espècies oxigenades molt reactives, que desnaturalitzen les cèl·lules microbianes.
D'altra banda, les NPs-Ni s'utilitzen com a material d'elèctrodes en cel·les de combustible sòlid, fibres, imants, fluids magnètics, parts electròniques, sensors de gasos, etc. Així mateix, són suports catalítics, adsorbents, agents decolorants i depuradors d'aigües residuals.
-compostos
El clorur, nitrat i sulfat de níquel són utilitzats en banys de níquel en la galvanoplàstia. A més, la seva sal de sulfat es fa servir en la preparació de catalitzadors i mordents per a la tinció de tèxtils.
El peròxid de níquel s'usa en bateries d'emmagatzematge. Les ferrites de níquel s'empren com a nuclis magnètics en les antenes en diversos equips elèctrics.
El tertracarbonilo de níquel aporta monòxid de carboni per a la síntesi d'acrilats, a partir d'acetilè i alcohols. L'òxid combinat de bari i níquel (BaNiO 3) serveix de matèria primera per a la fabricació de càtodes de moltes bateries recarregables, com Ni-Cd, Ni-Fe i Ni-H.
paper biològic
Les plantes requereixen de la presència de níquel per al seu creixement. Se sap que diversos enzims de les plantes l'utilitzen com a cofactor, entre elles la ureasa; enzim que converteix la urea en amoníac, podent-se utilitzar aquest compost en el funcionament de les plantes.
A més, l'acumulació de la urea produeix una alteració en les fulles de les plantes. El níquel actua en forma de catalitzador per afavorir la fixació de nitrogen per les llegums.
Els cultius més sensibles a la deficiència de l'níquel són els llegums (faves i alfals), ordi, blat, prunes i durazneros. La seva deficiència es manifesta en les plantes per una clorosi, caiguda de les fulles i deficiències en el creixement.
En alguns bacteris l'enzim ureasa és depenent de l'níquel, però es consideren que aquestes poden tenir una acció virulenta en els organismes que habiten.
Altres enzims bacterians, com la superòxid dismutasa, així com la glioxidasa present en bacteris i alguns paràsits, per exemple en els tripanosomes, són dependents de l'níquel. No obstant això, les mateixes enzims en espècies superiors no són dependents de l'níquel sinó de l'zinc.
Riscos
La ingesta de grans quantitats de níquel està associada a la generació i desenvolupament de càncers pulmonar, nasal, de laringe i de pròstata. A més, causa problemes respiratoris, insuficiència respiratòria, asma i bronquitis. Els vapors de níquel poden produir irritació pulmonar.
El contacte de l'níquel amb la pell pot originar una sensibilització, el que posteriorment produeix una al·lèrgia, manifestada com una erupció cutània.
L'exposició cutània a l'níquel pot ser causa d'una dermatitis coneguda com "picor de l'níquel", en persones prèviament sensibilitzades. A l'produir-se la sensibilització a l'níquel, aquesta persisteix en forma indefinida.
L'Agència Internacional per a la Investigació de l'Càncer (IARC), va col·locar als compostos de níquel en el Grup 1 (hi ha prou evidència de carcinogenicitat en humans). No obstant això, l'OSHA no regula a l'níquel com carcinogen.
Es recomana que l'exposició a l'níquel metàl·lic i als seus compostos, no pugui ser major a 1 mg / m 3 per vuit hores de treball en una setmana laboral de quaranta hores. Es té a l'carbonil de níquel i sulfur de níquel com a compostos molt tòxics o carcinògens.
referències
- Muhammad Imran Din and Aneela Rani. (2016). Recent Advances in the Synthesis and Stabilization of Nickel and Nickel Oxide nanoparticles: A Green Adeptness. International Journal of Analytical Chemistry, vol. 2016, Article ID 3.512.145, 14 pages, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
- Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Nickel Based Nano Particles es Adsorbents in Water Purification Methods - A Review. Orient J Chem 2017-33 (4).
- Wikipedia. (2019). Nickel. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Nickel Institute. (2018). Stainless steel: El rol dels nickel. Recuperat de: nickelinstitute.org
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (20 de març de al 2019). Nickel. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Troy Buechel. (05 de octubre del 2018). Rol de l'níquel en el cultiu de plantes. PROMIX. Recuperat de: pthorticulture.com
- Lenntech. (2019). Periodic table: Nickel. Recuperat de: lenntech.com
- Bell Terence. (28 de juliol de al 2019). Nickel metall profile. Recuperat de: thebalance.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de juny del 2018). 10 Nickel Element Facts. Recuperat de: thoughtco.com
- Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). The effect of nickel addition on antimicrobial, physical, and mechanical properties of copper-nickel alloy against suspensions of Escherichia coli. AIP Conference Proceedings 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727