Властивості нікелю
НИКЕЛЬ (Niccolum; від нім. Nickel – гірський дух, гном), Ni – хім. елемент VIII групи періодичної системи елементів; ат. н. 28, ат. м. 58,70. Сріблясто-білий метал. У з’єднаннях виявляє в основному ступінь окислення +2, інші ступеня окислення (+ 1, + 3 і + 4) рідкісні. Природний Н. складається з суміші стабільних ізотопів 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (12,25%), 62Ni (3,66%) і 64Ni (1,16%). Відомі штучні радіоактивні ізотопи з масовими числами 56, 57, 59, 63, 65 і 66. Вперше нікель отримав (тисяча сімсот п’ятьдесят одна) швед, хімік А. Крон-штедт.
Виробництво нікелю розвивається з початку 19 ст., В кінці 19 ст. його почали використовувати як легуючої складової в сталях. Зміст Н. в земній корі 8-10 ~ 3%. Відомо більше 100 мінералів, що містять нікель. З них найважливіші: милле-рит, пентландит (железонікелевий колчедан) (Fe, Ni) 9S8, нікелін Ni As, аннаберчіт Ni3 (As04) 2 – 8Н20, Ревдінскій (Ni, Mg) 6. (Si4O10) (ОН) 8, гарніеріт (гідросилікат нікелю) Ni4 (Si4O10) (ОН) 8 – 4Н20. Самородний ybrtkm (у вигляді сплаву з залізом) часто входить до складу метеоритів. Кристалічна решітка нікелю кубічна гранецентрированная з періодом а = 3,5238 А (т-ра 20 ° С). Щільність (т-ра 20 ° С) 8,90 г / смь; tпл тисячі чотиреста п’ятьдесят три ° С; tкип +2730 ° С; температурний коеф. лінійного розширення (т-ра 20-100 ° С) 1,3 – 10-5 град-1; коеф. теплопровідності (т-ра 20 ° С) 0,220 кал / см – сек – град; питома теплоємність (т-ра 25 ° С) 0,106 кал / г – град; питомий електричний опір (т-ра 20 С) 6,8 – 10 ом-бм.
Нікель феромагніти, його Кюрі точка 358 ° С. Мех. св-ва Н. (т-ра 20 ° С); межа міцності на розтяг 40 – 50 кгс / мм2; межу пружності 8 кгс / мм2; межа плинності 12 кгс / мм2; відносне подовження 40%; відносне звуження 70%; модуль норм, пружності 20500 кгс / мм2; НВ = 60-80; модуль зсуву 7300 кгс / мм2; ударна в’язкість 18 кгс-м / мм2; межа втоми (на базі 107 циклів) відпаленого Н. 16,6 кгс / мм2, деформованого Н. 29 кгс / мм2. Нікель – метал середньої активності. Повільно розчиняється в розбавлених к-тах, луги на нього не діють. Концентрована азотна к-та пасивує нікель не взаємодіє з благородними газами і металами I і На підгруп (за винятком берилію і магнію). Залізо, кобальт, паладій, платина, марганець, родій, іридій, мідь і золото утворюють з Н. безперервні ряди, а рутеній, осмій, реній, хром, молібден, вольфрам і ванадій – широкі, але обмежені області твердих розчинів. Срібло, талій і свинець з нікелем в рідкому стані розшаровуються, але в незначних кількостях взаємно розчиняються.
З рештою металами нікель утворює интерметаллические з’єднання. Поглинає значні кількості водню, схильний “водневої крихкості”. Стійких карбідів не утворює, але в твердому стані розчиняє до 2,7 ат.% Вуглецю. З бором утворює стійкі бориди (Ni3B, Ni2B, NiB), з кремнієм – силіциди (Ni2 Si, NiSi, NiSi2). З азотом не реагує до т-ри 1000 ° С, взаємодіє при підвищеній т-рі з фосфором і сіркою, утворюючи фосфіди (Ni3P, Ni2P) і сульфіди (NiS, Ni3S2, NiS2). З телуром і селеном утворює селенідом і Телль-Ріди перем. складу. Компактний нікель НЕ окислюється на повітрі при кімнатній т-рі. Окис Н. NiO – порошок зеленого кольору, нерозчинний у воді, легко відновлюється до металу. Відомі також малостійкі вищі окисли Ni203 і Ni02.
Галогени при звичайній т-рі і при відсутності вологи з нікелем не взаємодіють, але при нагріванні Н. у вигляді порошку легко з’єднуються з ним, утворюючи галогеніди NiГ2. При взаємодії високодисперсного Н. з окисом вуглецю при т-рі 50 – 100 ° С утворюється карбоніл Ni (СО) 4 – безбарвна рідина, що кипить при т-рі 43 ° С. Для Н. характерне утворення комплексних сполук, наприклад аммиакатов [Ni ( NH3) 6] Г2. Н. добувають із сульфідних і силікатних (окислених) руд. Сульфидную руду, яка містить, окрім М., залізо, мідь, кобальт і платинові метали, збагачують і плавлять, при цьому розплав розшаровується на штейн (суміш сульфідів) і шлак (оксиди). Штейн конвертують, в процесі конвертації залізо окислюється і отшлаковивается з кремнеземом. Отриманий файн-штейн (суміш сульфідів нікелю та міді) подрібнюють і флотаційним методом поділяють на мідний і нікелевий концентрати.
Інший метод переробки файіштейна полягає в переплавки з сульфідом натрію (сумішшю сульфату і бисульфата натрію з вугіллям), в результаті до-рій відбувається розшарування розплаву з концентруванням нікелю в нижній частині. Нікелевихсульфідних концентрат обпалюють і піддають відновної плавці. За третім методом Файнштейн обпалюють, мідь витравлюють, залишок переплавляють з коксом і направляють на подальше рафінування. Н. від міді і домішок відокремлюють ще карбонільним способом, заснованому на освіті легколетучего тетракар-боніла нікелю та її наступному термічному розкладанні. Цим методом отримують метал чистотою 99,99%. Силікатні руди переробляють пиро – або гідрометалургійним методом.
Пірометалургійних метод включає відновну плавку на штейн з серосодержащими добавками до руди. Подальша переробка штейну аналогічна описаній. Гідрометалургійний метод заснований на вилуговуванні Н. з відновленої руди розчинами аміаку і амонійних солей. Нікель у вигляді комплексних солей переходить у розчин, з якого осідає у вигляді карбонату при видаленні аміаку. Карбонат обпалюють до закису нікелю і піддають відновної плавці. Чернової Н. рафінують електролітичним способом. Окислені руди іноді відновлюють у твердому стані з отриманням феронікелю (крічний спосіб) або переплавляють з коксом і деревним вугіллям в електр. печах, отримуючи нікелістий чавун. Н. поставляють у вигляді листів, пластин, злитків і гранул.
Нікель відрізняється хорошою пластичністю, що дозволяє виготовляти з нього різні вироби деформуванням в холодному і гарячому стані. Використовують Н. переважно. для отримання легованих сталей, жароміцних, корозійностійких, електротехнічних і магнітних матеріалів. Крім того, його застосовують як захисних покриттів різних матеріалів (сталі, чавуну, алюмінію та ін.), Що наносяться методом плакирования і гальванопластики. З нікелю виготовляють різну апаратуру з високою корозійною стійкістю (котли, тиглі, ємності для зберігання та транспортування харчових продуктів і хім. Реактивів), електроди лужних акумуляторів. Нікелеві труби використовують в хім. произове. Нікелеву дріт і тонкостінні нікелеві труби застосовують для виготовлення деталей електровакуумних приладів. Нікелевий порошок використовують як каталізатора в реакціях гідрогенізації органічних сполук. На основі порошків чистого Н. виготовляють пористі фільтри.
Природна суміш містить п’ять стабільних ізотопів нікелю з масовими числами 58, 60, 63 і 64, штучний радіоактивний ізотоп 58 Ni має період напіврозпаду 10⁵ років.
Вміст у літосфері нікелю близько 0,02 мас.%. Важливі руди – нікелевий колчедан NiS і мишьяковонікелевий блиск NiAsS.
Чистий нікель – жовтувато – білий, пластичний, ковкий і тягучий метал, добре полірується, феромагніти.
У компактному стані нікель стійкий до дії повітря і води, менш активний ніж залізо, гірше розчиняється в розбавлених кислотах і не розчиняється у лугах. Концентрована азотна кислота і сірчана кислота пасивують нікель.
У нікелю дві оксиду – оксид нікелю (II) NiO і оксид нікелю (III) Ni2O3 і відповідно два ряди сполук. Найбільш стійкі сполуки нікелю (II). Сполуки нікелю (III) виявляють окисні властивості, вони нестійкі.
Гідроксид нікелю (II) Ni (OH) 2 осаджують, діючи лугами на солі:
NiSO4 + 2NaOH = Ni (OH) 2 ↓ + Na2SO4
Зелений осад гідроксиду нікелю (II) Ni (OH) 2 розчиняється в кислотах.
Гідроксид нікелю (III) Ni (OH) 3 виходить у вигляді чорного – бурого осаду при дії окислювачів на гідроксид нікелю (II).
Широко поширені лише солі нікелю (II), що мають зелений колір в кристалічному стані і в розчинах. Найчастіше застосовують нікелевий купорос NiSO4 – 7H2O, який необхідний при нікелювання металів, а також для отримання чистого нікелю.
Подібно залозу і кобальту, нікель утворює комплексні сполуки. Наприклад, дією надлишку аміаку на сульфат нікелю (II) отримуємо аміакати:
NiSO4 + 6NH4OH = [Ni (NH3) 6] SO4 + 6H2O
Ця сіль розчинна у воді, повідомляє розчину інтенсивну синє забарвлення.
При нікелювання використовують комплексні сполуки нікелю (II) з ціанід – іонами в якості лігандів, наприклад K2 [Ni (CN) 4].
Органічний реагент діметілгліоксім [CH3CNOH] 2 виділяє з аміачних розчинів солей нікелю (II) ало – червоний осад внутрикомплексного солі. Цю реакцію застосовують аналітичної хімії.
В організмах нікель активує багато ферментів, підсилює синтез сірковмісних амінокислот. При одночасному присутності заліза і нікелю поліпшується утворення гемоглобіну в крові тварин.
Основна маса нікелю в промисловості витрачається на виробництво сплавів для електротехніці: инвара, платинита, ніхрому, нікеліна. Нікелеві сплави застосовуються також у хімічній та авіаційної промисловості, в суднобудуванні. Як легуючий метал нікель повідомляє сталям в’язкість, механічну міцність, жаростійкість, стійкість до корозії. Хромонікелеві сталі (1 – 4% нікелю і 0,5 – 2% хрому) йдуть на виготовлення броні, бронебійних снарядів, артилерійських знарядь. Нікель використовується в лужних акумуляторах. Давно відомий як каталізатор.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)