С чем взаимодействует никель
Никель и его соединения.
С H2O и парами воды, содержащимися в воздухе, никель тоже не реагирует. Практически не взаимодействует никель и с такими кислотами, как серная, фосфорная, плавиковая и некоторыми другими.
С O2 реагирует только при температуре выше 800° С.
Оксид никеля обладает основными свойствами. Он существует в 2-х модификациях: низкотемпературной (гексагональная решетка) и высокотемпературной (кубическая решетка).
С неметаллами (N2) реакция протекает при оптимальных условиях.
Существуют растворимые в воде соли NiSO4, Ni(NO3)2 и многие другие, которые образуют кристаллогидраты NiSO4·7Н2О, Ni(NO3)2·6Н2О.
Если добавить щелочь к раствору соли никеля (II), то выпадет зеленый осадок гидроксида никеля:
Ni(OH)2 обладает слабоосновными свойствами. При взаимодействии с щелочью:
Применение никеля и его соединений.
Наибольшее применение никель находит в производстве нержавеющей стали и сплавов. К сплавам, в которых потребляется много никеля, относятся:
— монель-металл (Ni, Cu, Fe, Mn), широко используемый в химической аппаратуре, судостроении, для изготовления отстойников и крышек;
— нихром и хромель (Ni, Cr), используемые в виде проволоки для реостатов, тостеров, утюгов, обогревателей;
— инвар (Ni, Fe), применяемый благодаря очень низкому коэффициенту расширения для изготовления маятников в часах и измерительных рулетках;
— пермаллой (Ni, Fe), используемый в технологии морских кабелей и электропередачи благодаря прекрасной магнитной восприимчивости;
— нейзильбер (Ni, Cu, Zn) – для изготовления домашней утвари;
— алнико (Ni, Co, Fe, Al) – мощный магнитный материал, используемый для изготовления мелкого инструмента, обладающего свойствами постоянного магнита.
Никелевые покрытия давно применяют в декоративных целях и для защиты от коррозии многих основных металлов, хотя часто заменяют и хромовым покрытием.
Химические свойства элементов:никель
Ключевые слова: никель, получение никеля, применение никеля, соединения никеля, оксиды никеля, гидроксиды никеля, сульфиды никеля, сульфаты никеля, нитраты никеля, фосфаты никеля, токсическое действие никеля и его неорганических соединений.
В 1751 г. никель был открыт шведским химиком Кронштедом. В чистом виде никель получен в 1804 г. Рихтер, Пруст, Тенар и другие химики доказали что никель является индивидуальным элементом. Никель принадлежит к элементам восьмой группы периодической системы Д. И. Менделеева. Порядковый номер никеля равен 28. Атомный вес никеля по углеродной шкале равен 58,71. В большинстве соединений никель положительно двухвалентен, но известны комплексные соединения, где никель имеет валентность +3 и +4.
Химические соединения никеля
Оксид никеля (III) и закись-окись никеля (II и III), Ni3О4 — порошкообразные вещества темно-серого и черно-коричневого цвета (соответственно); растворяются в серной и азотной кислотах с выделением кислорода и в соляной кислоте с выделением хлора. Получается прокаливанием карбоната никеля; обжигом никелевых руд. Представляет собой серо-черный порошок. При 600° разлагается, не плавясь
Диоксид никеля NiО2 — аморфное вещество черного цвета. Это наименее прочное кислородное соединение никеля. С трудом растворяется в минеральных кислотах, выделяя кислород или хлор.
Гидроксид никеля (II), Ni(OH)2—порошок светло-зеленого цвета или аморфные кристаллы, при температуре 230° С разлагается на NiO и Н2О. Растворим в кислотах и NH4OH. Получается при действии растворов щелочей на соли Ni(II). Применяется в производстве щелочных аккумуляторов. Гидроксид никеля (II) в присутствии сильных окислителей (С12, Вг2) в щелочной среде переходит в гидроксид никеля (III), Ni(OH)3.
Гидроксид никеля (III) существует в двух модификациях: α-модификация — черный аморфный порошок, плотн. 4,15; Разлагается при нагревании; реагирует с кислотами. β-модификация не имеет явно кристаллической структуры, на воздухе переходит в соединение Ni3O2(OH)4.Гидроксиды никеля получаются косвенным путем: Ni(OH)3 — действием разбавленных растворов щелочей на соли никеля (обладает основными свойствами); гидроксиды никеля (III) и (II, III) образуются при действии окислителей в щелочной среде. Ni(OH)3 может быть получен действием перекиси водорода в слабо уксуснокислой среде на соли никеля. Последний способ часто применяется в качественном анализе для обнаружения и отделения никеля.
Получаются: NiS — нагреванием NiO с S либо действием H2S и (NH4)2S на растворы солей Ni(II); Ni2S— нагреванием смеси NiSО4 с S в токе Hg либо восстановлением NiSО4 углеродом в электропечи; Ni3S4— нагреванием NiCl2 с полисульфидом калия в запаянной трубке;
Сульфид никеля по внешнему виду, будучи выделенным и высушенным, независимо от модификации представляет черный порошок. NiS во влажном состоянии на воздухе переходит в NiOHS. Сульфид NiS легко образует коллоидные растворы (золи), в форме которых проходит через фильтр; это соединение трудно коагулирует.
Никель в виде сульфида часто отделяют (обычно совместно с кобальтом) от других элементов, поэтому важно соблюдать условия для образования легкоотфильтровываемого осадка сульфида никеля NiS. Осаждением свежеприготовленным раствором сульфида аммония (не содержащим карбоната аммония) также получают сульфид никеля хорошего качества. Сульфиды никеля и кобальта в кристаллическом состоянии получаются при действии сероводорода в присутствии пиридина. Применяются как катализаторы при гидрогенизации и дегидрогенизации.
Сульфат никеля Применяется в производстве аккумуляторов; в фунгицидных смесях; для изготовления катализаторов, в жировой и парфюмерной промышленности. Получается растворением Ni в H2SО4; из растворов электролитов рафинирования меди; из сульфатных растворов — отходов производства Кобальта. NiSО4 — желтые кристаллы; плотн. 3,68; при 840° разлагается, теряя SО3; раств. в воде 38,3 г/100 г (20°). Легко образует двойные соли типа Me(NiSО4)2-6H2О; NiSО4-7H2О — зеленые кристаллы;
Нитрат никеля в зависимости от температуры образует несколько гигроскопичных кристаллогидратов: Ni(NО3)2∙9H2О, Ni(NО3)2∙6H2O, Ni(NО3)2∙3H2О. Нитраты никеля применяются для получения других соединенйй Ni, никелевых катализаторов. Получаются при растворении Ni в HNO3.
Фосфаты никеля. Фосфат-ионы образуют с солями никеля аморфный осадок яблочно-зеленого цвета переменного состава; осадок растворим в минеральных кислотах, а также в уксусной кислоте и NH4OH. Известны ортофосфат никеля Ni(PО4)2∙8H2О, аммоний-никельфосфат NH4NiPО4∙2H2О, натрий- триникельфосфат Na3NiP3O10∙12Н2О и другие.
Токсическое действие никеля и его неорганических соединений. Общий характер действия. Ni активирует или угнетает ряд ферментов, влияет на дефосфорилирование аминотрифосфата. В крови человека Ni связывается преимущественно с γ-глобулином сыворотки. Оказывает влияние на кроветворение, углеводный обмен. Металлический Ni и его соединения вызывают образование опухолей у животных, а также профессиональный рак. Канцерогенное действие Ni связывают с нарушением метаболизма клеток. Соли Ni вызывают поражение кожи человека с развитием повышенной чувствительности к металлу.
С чем взаимодействует никель
В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.
При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава FexO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):
Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:
С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :
Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.
При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:
Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:
С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.
С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:
В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):
При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:
Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.
Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):
с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:
При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):
По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:
При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:
Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:
Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.
Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:
Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:
Карбонилы никеля образуются при давлении 2·10 7 – 3·10 7 Па и температуре 150–200 °С:
Никель
| Никель / Niccolum (Ni) | |
|---|---|
| Атомный номер | 28 |
| Внешний вид | Никель |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 58,6934 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 124 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 736,2 (7,63) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d 8 4s 2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 115 пм |
| Радиус иона | (+2e) 69 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 1,91 |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 3, 2, 0 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 8,902 г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 0,443 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 90,9 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 1 726 K |
| Теплота плавления | 17,61 кДж/моль |
| Температура кипения | 3 005 K |
| Теплота испарения | 378,6 кДж/моль |
| Молярный объём | 6,6 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | кубическая гранецентрированая |
| Период решётки | 3,520 Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | 375,00 K |
Содержание
История открытия
Уже с 17 в. рудокопам Саксонии (Германия) была известна руда, которая по внешнему виду напоминала медные руды, но меди при выплавке не давала. Ее называли купферникель (нем. Kupfer — медь, а Nickel — имя гнома, подсовывавшего горнякам вместо медной руды пустую породу). Как оказалось впоследствии, купферникель — соединения никеля и мышьяка, NiAs. История открытия никеля растянулась почти на полвека. Первым вывод о присутствии в купферникеле нового «полуметалла» (то есть, по тогдашней терминологии, простого вещества, промежуточного по свойствам между металлами и неметаллами) сделал шведский металлург А. Ф. Кронштедт в 1751 году. Однако, более двадцати лет это открытие оспаривалось, и господствовала точка зрения, что Кронстедт получил не новое простое вещество, а какое-то соединение с серой то ли железа, то ли висмута, то ли кобальта, то ли какого-то другого металла.
Нахождение в природе
Получение
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).
Значительную часть никеля получают из сульфидных медно-никелевых руд. Из обогащенного сырья сначала готовят штейн — сульфидный материал, содержащий, кроме никеля, еще и примеси железа, кобальта, меди и ряда других металлов. Методом флотации получают никелевый концентрат. Далее штейн обычно подвергают обработке для отделения примесей железа и меди, а затем обжигают и образовавшийся оксид восстанавливают до металла. Существуют и гидрометаллургические методы получения никеля, в которых для его извлечения из руды используют раствор аммиака или серной кислоты. Для дополнительной очистки черновой никель подвергают электрохимическому рафинированию.
Физические и химические свойства
Металлический никель активно реагирует с азотной кислотой, причем в результате образуется нитрат никеля (II) Ni(NO3)2 и выделяется соответствующий оксид азота, например: 3Ni + 8HNO3 = 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Только при нагревании на воздухе до температуры выше 800 °C металлический никель начинает реагировать с кислородом с образованием оксида NiO.
Оксид никеля обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных модификациях: низкотемпературной (гексагональная решетка) и высокотемпературной (кубическая решетка, устойчива при температуре выше 252 °C). Имеются сообщения о синтезе оксидных фаз никеля состава NiO1,33—2,0.
При нагревании никель реагирует со всеми галогенами с образованием дигалогенидов NiHal2. Нагревание порошков никеля и серы приводит к образованию сульфида никеля NiS. И растворимые в воде дигалогениды никеля, и нерастворимый в воде сульфид никеля могут быть получены не только «сухим», но и «мокрым» путем, из водных растворов.
С графитом никель образует карбид Ni3C, c фосфором — фосфиды составов Ni5P2, Ni2P, Ni3P. Никель реагирует и с другими неметаллами, в том числе (при особых условиях) с азотом. Интересно, что никель способен поглощать большие объемы водорода, причем в результате образуются твердые растворы водорода в никеле.
Известны такие растворимые в воде соли никеля, как сульфат NiSO4, нитрат Ni(NO3)2 и многие другие. Большинство этих солей при кристаллизации из водных растворов образует кристаллогидраты, например, NiSO4·7Н2О, Ni(NO3)2·6Н2О. К числу нерастворимых соединений никеля относятся фосфат Ni3(PO4)2 и силикат Ni2SiO4.
При добавлении щелочи к раствору соли никеля(II) выпадает зеленый осадок гидроксида никеля: Ni(NO3)2 + 2NaOH = Ni(OH)2 + 2NaNO3. Ni(OH)2 обладает слабоосновными свойствами. Если на суспензию Ni(OH)2 в щелочной среде воздействовать сильным окислителем, например, бромом, то возникает гидроксид никеля(III): 2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = 2Ni(OH)3 + 2NaBr.
При действии фтора F2 на смесь NiCl2 и КСl возникают комплексные соединения, содержащие никель в высоких степенях окисления: +3 — (K3[NiF6]) и +4 — (K2[NiF6]). Порошок никеля реагирует с оксидом углерода(II) СО, причем образуется легко летучий тетракарбонил Ni(CO)4, который находит большое практическое применение при нанесении никелевых покрытий, приготовлении высокочистого дисперсного никеля и т. д.
Применение
Основная доля выплавляемого никеля расходуется на приготовление различных сплавов. Так, добавление никеля в стали позволяет повысить химическую стойкость сплава, и все нержавеющие стали обязательно содержат никель. Кроме того, сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. Сплав железа и никеля, содержащий 36—38 % никеля, обладает удивительно низким коэффициентом термического расширения (это — так называемый сплав инвар (сплав) ), и его применяют при изготовлении ответственных деталей различных приборов.
При изготовлении сердечникиов электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80 % никеля. Общеизвестны применяемые в различных нагревателях нихромовые спирали, которые состоят из хрома (10—30 %) и никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.
Высокая коррозионная стойкость никелевых покрытий позволяет использовать тонкие никелевые слои для защиты различных металлов от коррозии путем их никелирования. Одновременно никелирование придает изделиям красивый внешний вид. В этом случае для проведения электролиза используют водный раствор двойного сульфата аммония и никеля (NH4)2Ni(SO4)2.
Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель (так называемый никель Ренея) находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.
Биологическая роль
Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице.
Цельный металлический никель не опасен. Пыль, пары никеля и его соединений токсичны. Как было сказано выше, никель способен накапливаться в роговице, поэтому отравление им может привести к значительному ухудшению зрения. Никель — канцерогенное вещество. Токсическая доза никеля (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м 3 (для различных соединений).
См. также
Ссылки
af:Nikkel ar:نيكل az:Nikel bg:Никел bs:Nikl ca:Níquel co:Nichele cs:Nikl da:Nikkel de:Nickel el:Νικέλιο en:Nickel eo:Nikelo es:Níquel et:Nikkel fi:Nikkeli fr:Nickel gl:Níquel (elemento) he:ניקל hr:Nikal hu:Nikkel hy:Նիկել id:Nikel io:Nikelo is:Nikkel it:Nichel ja:ニッケル jbo:nikle ko:니켈 ku:Nîkel la:Niccolum lb:Néckel lt:Nikelis lv:Niķelis mi:Konukōreko ml:നിക്കല് nds:Nickel (Metall) nl:Nikkel nn:Nikkel no:Nikkel oc:Niquèl pl:Nikiel pt:Níquel ro:Nichel sh:Nikl simple:Nickel sk:Nikel sl:Nikelj sr:Никл sv:Nickel sw:Nikeli tg:Никел th:นิกเกิล tr:Nikel ug:نىكېل uk:Нікель uz:Nikel vi:Niken zh:镍
Никель
(молярная масса)
(первый электрон)
Содержание
Происхождение названия
Элемент получил своё название от имени злого духа гор немецкой мифологии, который подбрасывал искателям меди минерал мышьяково-никелевый блеск, похожий на медную руду (ср. нем. Nickel — озорник); при выплавлении руд никеля выделялись мышьяковые газы, из-за чего ему и приписали дурную славу.
История
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).
Физические свойства
Никель — серебристо-белый металл, не тускнеет на воздухе. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 нм, пространственная группа Fm3m. В чистом виде весьма пластичен и поддается обработке давлением. Является ферромагнетиком с точкой Кюри 358 °C.
Химические свойства
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:
и в горячей концентрированной серной:
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.
Никель образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) [NiCl4] 2− имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат(II) [Ni(CN)4] 2− имеет плоскую квадратную структуру.
В качественном и количественном анализе для обнаружения ионов никеля (II) используется щелочной раствор бутандиондиоксима, известного также под названиями диметилглиоксим и реактив Чугаева. То, что это вещество является реактивом на никель, установил в 1905 году Л. А. Чугаев. При его взаимодействии с ионами никеля (II) образуется красное координационное соединение бис(бутандиондиоксимато)никель(II). Это — хелатное соединение, и бутандиондиоксимато-лиганд является бидентатным.
Нахождение 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 (от 5 до 25 %). 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.
Месторождения никелевых руд
Основные месторождения никелевых руд находятся в Канаде, России (Мурманская область, Норильский район, Урал, Воронежская область), Кубе, ЮАР, Албании, Греции, а также на Новой Каледонии и Украине.
Природные изотопы никеля
Природный никель содержит 5 стабильных изотопов: 58 Ni (68,27 %), 60 Ni (26,10 %), 61 Ni (1,13 %), 62 Ni (3,59 %), 64 Ni (0,91 %). Существуют также искусственно созданные изотопы никеля, самые стабильные из которых — 59 Ni (период полураспада 100 тысяч лет), 63 Ni (100 лет) и 56 Ni (6 суток).
Получение
Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 года 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.
«Никель 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.
Применение
В 2015 году 67 % потребления никеля пришлось на производство нержавеющей стали, 17 % на сплавы без железа, 7 % на никелирование и 9 % на прочие применения, такие как аккумуляторы, порошковая металлургия и химические реактивы.
Сплавы
Никель является основой большинства суперсплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок.
Никелирование
Никелирование — 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).
Бестоковое никелирование проводится в растворе смеси хлорида никеля(II) и гипофосфита натрия в присутствии цитрата натрия:
Процесс проводят при рН 4—6 и 95 °C.
Производство аккумуляторов
Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.
Химическая технология
Во многих химико-технологических процессах в качестве катализатора используется никель Ренея.
Радиационные технологии
Медицина
Монетное дело
Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».
Музыкальная промышленность
Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.
Цены на никель
Биологическая роль
Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель 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 Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м 3 (для различных соединений).
Физиологическое действие
Никель и его соединения токсичны и канцерогены.
Никель — основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В 2008 году Американским обществом контактного дерматита никель был признан «Аллергеном года». В Евросоюзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека.
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. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах.