никель что это такое и для чего он нужен

Никель (Ni, Niccolum)

История никеля

Вслед за кобальтом, история которого началась в саксонских горах и была связана с мифическими персонажами – злобными карликами, всячески мешавшими горнякам добывать руду, никель даже название своё получил от имени озорного горного духа, заменявшего медь на купферникель (дьявольскую медь). Никель был открыт в 1751 году шведом Кронштедтом при изучении красного никелевого колчедана. Чуть позже более чистый никель был получен в серии опытов Бергмана.

Общая характеристика никеля

Никель является элементом X группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 28 и атомную массу 58,693. Признанное обозначение – Ni (латинское Niccolum).

Физические и химические свойства

Никель является химически малоактивным, пластичным и ковким переходным металлом, имеет яркий серебристо-белый цвет, при взаимодействии с воздухом поверхность имеет свойство покрываться тонкой оксидной плёнкой.

Суточная потребность в никеле

Суточная потребность в никеле до сих пор чётко не определена, медики и учёные сходятся на том, что в среднем здоровому взрослому человеку достаточно 100-300 мкг в день, которые он получает с пищей.

Продукты питания богатые никелем

Никель содержится во многих продуктах, подарком для сладкоежек является тот факт, что шоколад содержит довольно много никеля. Основными поставщиками микроэлемента являются: злаки и крупы (гречка, рис, овсянка, ячневая крупа), орехи, семечки, бобовые (фасоль и чечевица), чай, зёрна какао, молоко и молочные продукты, субпродукты, зелёные листовые овощи (шпинат, щавель, салат), яйца, зелень, рыба и морепродукты, абрикосы, вишня, чёрная смородина, морковь и лук.

Полезные свойства никеля и его влияние на организм

Никель принимает участие в активации ферментов, кроветворении и формировании носителей генной информации, продлевает и усиливает действие инсулина, оказывает благотворное влияние на деятельность почек и гипофиза, оказывает помощь клеточным мембранам и нуклеиновым кислотам в сохранении их структуры, поставляет кислород в клетки тканей, имеет свойство снижать артериальное давление.

Признаки нехватки никеля

Дефицит никеля встречается крайне редко, обычно характеризуется замедлением роста у детей, повышением уровня сахара в крови и снижением уровня гемоглобина (calorizator). Так как препараты никеля токсичны, самолечением заниматься крайне опасно для здоровья, поэтому при выявлении данных симптомов необходимо пройти медицинское обследование в обязательном порядке.

Признаки избытка никеля

Основными признаками переизбытка никеля в организме человека являются дерматиты и воспаления кожных покровов, конъюнктивит, сбои в деятельности нервной, сердечно-сосудистой системы и пищеварительного тракта, дистрофия почек и печени, кератиты.

Применение никеля в жизни

Никель находит широкое применение в промышленности и других областях, он является основой большинства суперсплавов, с его помощью проводят никелирование для защиты поверхности металлов от коррозии, его используют в химической и радиационных технологиях, производстве аккумуляторов, медицине, музыкальной промышленности и в монетном деле.

Нахождение в природе

Никель достаточно распространённый элемент, содержится в земной коре в связанном виде, самородный металл встречается в железных метеоритах. Месторождения никеля имеются в Канаде, России, ЮАР, Кубе, Украине.

Источник

Никель

Ни́кель / Niccolum (Ni), 28

Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum ). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Название своё этот элемент получил 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.

Содержание

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 руду 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». Руду эту (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 +2 и +3. При этом никель 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.

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 азотной кислоте.

С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и весьма 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. Растворы 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 названием диметилглиоксима. 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 (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.

Месторождения никелевых руд

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 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. [5] 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.» [6]

Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.

Применение

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. [7]

Производство аккумуляторов

Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Радиационные технологии

Нуклид полураспада 100,1 года и применяется в крайтронах, а также детекторах электронного захвата (ЭЗД) в газовой хроматографии.

Медицина

Монетное дело

Теплоизоляторы

Чистый никель ввиду очень низкой теплопроводности [источник не указан 246 дней] иногда применяется для изготовления разного рода держателей нагретых предметов, сочетая хорошую теплоизоляцию с высокой прочностью и достаточной электропроводностью. В частности, из никеля делаются держатели и проводники для кварцевых горелок дуговых ртутных ламп.

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

Карбонил никеля [Ni(CO)₄] — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0,0005 мг/м³.

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.

Источник

Никель

Возникновение наименования

Этот элемент вещество получил свое наименование по названию духа гор, заимствованное из немецкого фольклора. Этот дух славен тем, сто подкидывал изыскателям меди камень, имеющий мышьяково-никелевый глянец. Он походит на медную руду, но при попыток получения металла происходило активное выделение мышьяковистые газы, которые и приписали этому минералу дурную славу.

История открытия

Открытие металла произошло в 1751 году. Но, шахтеры из Саксонии уже имели определенные знания об этой руде, сильно походившей на медную. Ее применяли в процессах получения стекла, для окрашивания готовой продукции в зеленый цвет. Многочисленные потуги выплавить из нее медь не увенчались успехом.

В тот год, шведский исследователь Кронштедт проводил изучение этого минерала в ходе экспериментов он получил окислен зеленого цвета и после его регенерации смог выделить неизвестный металл, названный никелем.

Довольно скоро ученый Бергман, выделил чистый металл и выявил, то что по некоторым параметрам он довольно близок к железу.

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ЦЕНА НА НИКЕЛЬ ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ПОСТАВКИ (КОЛИЧЕСТВА, УСЛОВИЙ ОПЛАТЫ, ДОСТАВКИ), ДАННЫЙ ПРАЙС-ЛИСТ НОСИТ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР!

Физические параметры

Химические параметры

Никель образовывает смеси уровнем оксидирования +1, +2, +3 и +4. Смеси никеля с уровнем оксидировния +4 встречаются нечасто и отличаются неустойчивостью.

Еще одно отличительное свойство металла его устойчивость к коррозии. Причём, эта устойчивость сохраняется на воздухе, воде и некоторых агрессивны средах, например, щелочах и кислотах. Это свойство обусловлено тем, что на поверхности образуется плотная оксидная пленка, которая обладает защитными свойствами. Между тем, никель смешивается со слабой смесью азотной кислоты или в нагретой сконцентрированной серной.

Никель неторопливо входит в реакцию с соляной или смесью серной кислоты. Азотная кислота в концентрированной форме, образовывает на деталях из никеля оксидный слой.

При вступлении в связь с оксидом углерода появляется ядовитое вещество под названием карбонил, он обладает следующей формулы Ni(CO)4.

Соли могут быть растворены в воде. Такие смеси обладают зеленым окрасом. Сухие соли окрашены в желтые оттенки.

Никель может образовывать различные виды соединений, в т. ч., координационные и комплексные. Как пример можно рассмотреть диметилглиоксимат, который выдает красный окрас в кислой среде и применяемый при проведении качественного анализа для выявления никеля.

Смесь сульфата никеля в воде обладает зеленым окрасом.

При проведении разных реакций он может образовывать сочетания с тетраэдрической и с двумерной квадратной структурой.

В качественном и количественном исследовании, проводимого для выявления никеля применяют смесь бутандиондиоксима. Еще эта смесь имеет и второе наименование реактив Чунаева. Так звали учёного, выявившего, что эта смесь помогает выявлять никель.

Нахождение в природе

Никель получил широкое распространение в природе. В коре его содержится порядка 0,01%. В земле его находят только в связанном виде но в метеоритах, которые попадают к нам на планету обнаруживается никель в чистом виде, причём достаточно в большом количестве до 25% от массы.

При высокой концентрации в магме серы, происходит формирование солей никеля. В гидротермальной процедуре он может образовывать соединения в виде арсенидов и сульфидов.

Никель, чаще всего встречают в сульфидных и мышьяк-содержащих рудах.

К таким рудам относят:

Кстати, существует теория, согласно которой земное ядро состоит их никелистого железа.

Залежи руд

Базовые залежи руд расположились в Канаде, России, на Кубе и других странах

Натуральные изотопы никеля

Природный никель имеет 5 стабильных изотопов. Между тем имеются и синтезированные изотопы. Самый стабильный из них, это 59Ni с периодом полураспада 100 т. лет.

Добыча никеля

Разведанные запасы руд оценивают в 135 миллионов тонн. Из них доказанных 49 миллионов тонн. К основным рудам относят никелин, миллерит и некоторые другие. Остальные руды, которые используют для добычи чистого никеля, может содержать в своем рецепте, отдельные примеси, состоящие из кобальта, меди, железа.

Довольно часто для получения этого металла применяют технологию рафинирования. Нередко, его получают как добавочный продукт при выработке сторонних металлов. По отдельным данным, запасы никеля скапливается в окисленных рудах. В 1997 году, доля добытого никеля, полученного из обогащенных руд, равнялась 40% от уровня мировой добычи. В промышленных условиях никелевые руды делят на две группы – магнезиальные и железистые. Первая группа относится к тугоплавким и для выработки никеля их плавят в электрических печах. Таким образом, происходит выработка ферроникеля.

Железистые руды перерабатывают с применением методов гидрометаллургии. Часто применяют аммиачно-карбонатное выщелачивание. Другой метод – сернокислотное выщелачивание.

Латеритовые руды обрабатывают с помощью методов гидрометаллургии с использованием описанных выше методов выщелачивания.

Нонтронитовые руды переплавляют на штейн (промежуточный продукт). На металлургических комбинатах полного цикл в ходе дальнейшей обработки производят конвертирование, обжиг файнштейна, плавление закиси никеля в электрической печи. В результате названных операций происходит получение металлического никеля. При выработке никеля, дополнительным продуктом становится кобальт. По некоторым подсчетом, в зольных остатках может содержаться до 80 кг никеля на одну тонну.

Высокая концентрация никеля в некоторых породах каменного угля говорит о его группировании никеля в ископаемой органике. Но до сих пор не ясно, как и почему это происходит.

Никель долго не могли выделить в чистом виде, это произошло потому что, в его рецепте постоянно присутствует сера, в виде солей. Они располагаются тонкими прослойками, обладающими определенной хрупкостью, размещеные по краям металла. Добавка в расплав определенного количества магния, обеспечивает связь серы и магния, выделяемое в виде зерен, при этом никакого нарушения пластичных параметров металла не происходит.

Основной объем никеля получают из гарниерита и соединений серы с железом. Силикатную руду регенерируют с использованием угольной пыли. Для этого процесса используют вращающиеся печи. В результате такой обработки на выходе получают железно – никелевые окатыши. Полученный продукт освобождают от серы. Затем их прокаливают и подвергают обработке раствором аммиака. Затем раствор подкисляют и из него извлекают готовый к использованию металл, для решения этой проблемы применяют электролиз.

Метод Монда. Первым делом из сульфид выделяют медно-никелевую смесь, считающейся промежуточный продуктом. На втором этапе над ним продувают углекислый газ. В результате такой обработки происходит получение тетракарбонилникеля. После обработки с помощью высокой температуры из него выделяют металл высокой чистоты.

Алюминотермический способ основан на регенерации никеля или оксида.

Практическое использование

В начале XX века большя часть добытого никеля было использовано для выработки коррозионностойкой стали. На эти цели ушло порядка 67% всего добытого никеля. 17% было задействовано на получения сплавов без использования железа. 7% было использовано для нанесения покрытий никеля. 9% применили для выпуска аккумуляторных батарей, порошковой металлургии и выпуск химреактивов.

Соединения никеля с другими металлами

Никель выступает как основание для выпуска спецсплавов, в т. ч. коррозионностойких, жаропрочных и других, требуемых для ракетного и авиационного строительства. Из производят детали и узлы применяемые для силовых агрегатов. Ниже приведены краткие характеристики некоторых популярных сплавов. К ним относят следующие:

Нельзя забывать и то, что к сплавам относят соединения с хромом, и многие другие.

При выплавке коррозионностойких материалов, в качестве легирующей добавки используют никель.

Никелирование

Так называют нанесение покрытия на поверхность другого материала. Задача такого обеспечение защиты изделия от коррозии. Нанесение покрытия проводят в гальванической ванне. Для проведения качественной гальванической операции, применяют электролиты содержащие в своем составе соли натрия, бора, различные поверхностно – активные компоненты и глянцующие элементы. Толщина никелевого покрытия составляет до 36 мкм. Для повышения качества нанесенного покрытия допускается поверх никеля наносить слой хрома.

Существует способ нанесения никеля без применения электричества. То есть нанесение покрытия выполняют в смеси, включающей в себя соли никеля и натрия.

Никель и природа

Этот элемент, просто необходим для нормального развития и жизни биологических организмов. Но наука не очень много знает о роли никеля в жизнедеятельности организмов. Доподлинно известно, что этот элемент принимает активное участие в ферментативной деятельности у животных и растений.

Влияние на организм

В теле животных, скопление этого элемента можно обнаружить в ороговевших тканях, например в перьях.

Но, тем не менее, повышенная концентрация металла в почках, приводит к появлению эндемических заболеваний. Растения принимают уродливые формы, а у животных начинают болеть глаза. Предельная доза никеля в организме лабораторной крысы составляет 50 мг. Предельная концентрация в воздухе лежит в диапазоне от 0,0002 до 0,001 мг/м3.

Никель и физиология

Никель и его сплавы, отличаются токсичность и канцерогенностью. Этот элемент, часто провоцирует появление аллергии на металлы, которые находятся в непосредственном контакте с человеческой кожей, то есть бижутерия, часовые браслеты и пр. В начале XXI века никель был признан аллергеном года. В странах Европейского союза, введены законодательные ограничения на концентрацию никеля на продукцию, которая может контактировать с кожей человека.

В прошлом веке исследователи выявили интересный факт, оказывается поджелудочная железа довольно богата эти металлом. При введении инъекции никеля вслед за инсулином продляет действие препарат и происходит рост гликемической активности.

Никель оказывает существенное влияние на ферментативные процессы. Этот материал значительно влияет на процессы, протекающие в организме.

Источник