NIKEL: KASAYSAYAN, MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, GAMIT, PANGANIB - CHEMISTRY - 2025

Ang nikel ay isang transition metal puting simbolo ng kemikal ay Ni. Ang katigasan nito ay mas malaki kaysa sa bakal, bilang karagdagan sa pagiging isang mahusay na conductor ng init at kuryente, at sa pangkalahatan, ito ay itinuturing na isang metal na hindi masyadong reaktibo at lubos na lumalaban sa kaagnasan. Sa dalisay nitong estado, ito ay pilak na may gintong kulay.

Noong 1751, si Axel Fredrik Cronsted, isang Suweko na chemist, ay pinamamahalaang ihiwalay ito mula sa isang mineral na kilala bilang Kupfernickel (tanso ng diyablo), na nakuha mula sa isang minahan ng kobalt sa isang Suweko na nayon. Sa una, naisip ni Cronsted na ang mineral ay tanso, ngunit ang nakahiwalay na elemento ay naging puti sa kulay, na naiiba sa tanso.

Nikel spheres kung saan ang mga gintong tono nito ay lumiwanag. Pinagmulan: René Rausch

Pinangalanan ni Cronsted ang elementong nikel at sa kalaunan ay itinatag na ang mineral na tinatawag na kupfernickel ay nicolite (nickel arsenide).

Ang nikel ay nakuha lalo na mula sa dalawang deposito: mga nakamamanghang mga bato at iba pang mga paghihiwalay ng magma ng mundo. Ang mineral ay asupre sa likas na katangian, tulad ng pentladite. Ang pangalawang mapagkukunan ng nikel ay mga laterite, na may mga mineral na mayaman na nickel tulad ng garnierite.

Ang pangunahing aplikasyon ng nikel ay nasa pagbuo ng mga haluang metal na may maraming mga metal; halimbawa, ito ay kasangkot sa paggawa ng hindi kinakalawang na asero, isang pang-industriya na aktibidad na kumukuha ng halos 70% ng produksyon ng nikel sa buong mundo.

Bilang karagdagan, ang nikel ay ginagamit sa mga haluang metal tulad ng alnico, isang haluang metal na magnetic na likas na inilaan para sa paggawa ng mga de-koryenteng motor, speaker at microphones.

Ang nikel ay nagsimulang magamit sa paggawa ng mga barya sa gitna ng ika-19 na siglo. Gayunpaman, ang paggamit nito ay pinalitan na ng mas murang mga metal; kahit na ito ay patuloy na ginagamit sa ilang mga bansa.

Ang nikel ay isang mahalagang elemento para sa mga halaman, dahil pinapagana nito ang enzyme urease na namamagitan sa pagkasira ng urea sa ammonia, na maaaring magamit ng mga halaman bilang isang mapagkukunan ng nitrogen. Bukod dito, ang urea ay isang nakakalason na tambalan na nagdudulot ng malubhang pinsala sa mga halaman.

Ang nikel ay isang elemento ng mahusay na toxicity para sa mga tao, mayroong katibayan ng pagiging isang ahente ng carcinogenic. Bilang karagdagan, ang nikel ay nagiging sanhi ng contact dermatitis at ang pagbuo ng mga alerdyi.

Kasaysayan

Antiquity

Ang tao ay alam mula noong unang panahon ng pagkakaroon ng nickel. Halimbawa, ang porsyento ng nikel na 2% ay natagpuan sa mga bagay na tanso (3500 BC), na naroroon sa mga lupang kasalukuyang kabilang sa Syria.

Gayundin, iminungkahi ng mga manuskritong Tsino na ang "puting tanso", na kilala bilang baitong, ay ginamit sa pagitan ng 1700 at 1400 BC. Ang mineral ay na-export sa Great Britain noong ika-17 siglo; ngunit ang nilalaman ng nikel ng haluang metal na ito (Cu-Ni) ay hindi natuklasan hanggang 1822.

Sa medyebal na Alemanya, isang mapula-pula na mineral ang natagpuan, na katulad ng tanso, at kung saan ay may mga berdeng lugar. Sinubukan ng mga minero na ihiwalay ang tanso mula sa mineral, ngunit nabigo sa kanilang pagtatangka. Bilang karagdagan, makipag-ugnay sa mineral na mga problema sa kalusugan.

Para sa mga kadahilanang ito, iniugnay ng mga minero ang mineral sa isang malignant na kondisyon at itinalaga ito ng iba't ibang mga pangalan na naglalarawan sa kondisyong ito; tulad ng "Old Nick", din kupfernickel (tanso ng diyablo). Ngayon ay kilala na ang mineral na pinag-uusapan ay nicolite: nikel arsenide, NiAs.

Pagtuklas at paggawa

Noong 1751, sinubukan ni Axel Fredrik Cronsted na ihiwalay ang tanso mula sa kupfernickel, na nakuha mula sa isang minahan ng kobalt na matatagpuan malapit sa Los Halsinglandt, isang nayon ng Suweko. Ngunit nakakuha lamang siya ng isang puting metal, na hanggang ngayon ay hindi alam at tinawag itong nikel.

Simula noong 1824, ang nikel ay nakuha bilang isang by-product ng paggawa ng asul na kobalt. Noong 1848, isang smelter ay itinatag sa Norway upang iproseso ang nikel na naroroon sa mineral pyrrhotite.

Noong 1889, ang nikel ay ipinakilala sa paggawa ng bakal, at ang mga deposito na natuklasan sa New Caledonia ay nagbigay ng nikel para sa pagkonsumo sa mundo.

Ari-arian

Hitsura

Payat na puti, madulas at may kaunting gintong tint.

Konting bigat

58.9344 u

Atomikong numero (Z)

28

Temperatura ng pagkatunaw

1,455 ºC

Punto ng pag-kulo

2,730 ºC

Density

-Ang temperatura ng silid: 8.908 g / mL

-Ang pagkatunaw na punto (likido): 7.81 g / mL

Init ng pagsasanib

17.48 kJ / mol

Init ng singaw

379 kJ / mol

Kapasidad ng calaric na Molar

26.07 J / mol

Elektronegorya

1.91 sa scale ng Pauling

Enerhiya ng ionization

Unang antas ng ionization: 737.1 kJ / mol

Pangalawang antas ng ionization: 1,753 kJ / mol

Pangatlong antas ng ionization: 3,395 kJ / mol

Atomikong radyo

Empirical 124 pm

Covalent radius

124.4 ± 4 pm

Thermal conductivity

90.9 W / (m K)

Ang resistensya sa elektrikal

69.3 nΩ m sa 20 ºC

Katigasan

4.0 sa scale ng Mohs.

katangian

Ang nikel ay isang ductile, malleable metal at may mas malaking tigas kaysa sa bakal, na isang mahusay na elektrikal at thermal conductor. Ito ay isang ferromagnetic metal sa normal na temperatura, ang temperatura ng Curie nito ay 358ºC. Sa mga temperatura na mas mataas kaysa dito, ang nikel ay hindi na ferromagnetic.

Ang nikel ay isa sa apat na elemento ng ferromagnetic, ang tatlo pang: ang bakal, kobalt, at gadolinium.

Mga Isotopes

Mayroong 31 isotopes ng nikel, na limitado ng ⁴⁸ Ni at ⁷⁸ Ni.

Mayroong limang likas na isotopes: ⁵⁸ Ni, na may kasaganaan na 68.27%; ⁶⁰ Ni, na may kasaganaan na 26.10%; ⁶¹ Ni, na may kasaganaan na 1.13%; ⁶² Ni, na may kasaganaan na 3.59%; at ⁶⁴ Ni, na may kasaganaan na 0.9%.

Ang bigat ng atom na humigit-kumulang na 59 u para sa nikel ay nagpapakita na walang isang minarkahang namamayani sa alinman sa mga isotop (kahit na ang ⁵⁸ Ni ang pinaka-sagana).

Istraktura at pagsasaayos ng elektronik

Ang metal na metal na nikel ay crystallizes sa isang mukha na nakasentro cubic (fcc) na istraktura. Ang fcc phase na ito ay lubos na matatag, at nananatiling hindi nagbabago hanggang sa mga presyon na malapit sa 70 GPa; Mayroong maliit na impormasyon sa bibliographic tungkol sa mga phase o polymorph ng nikel sa ilalim ng mataas na presyon.

Ang morpolohiya ng mga nikel crystals ay variable, dahil maaari silang ayusin sa isang paraan na tinukoy nila ang isang nanotube. Bilang isang nanoparticle o macroscopic solid, ang metal na bono ay nananatiling pareho (sa teorya); iyon ay, ang parehong mga electron ng valence na magkakasamang humawak ng mga atom ng Ni.

Ayon sa dalawang posibleng mga elektronikong pagsasaayos para sa nikel:

3d ⁸ 4s ²

3d ⁹ 4s ¹

Sampung elektron ang kasangkot sa metal na bono; alinman sa walo o siyam sa 3d orbital, kasama ang dalawa o isa sa orbital ng 4s. Tandaan na ang valence band ay halos buo, malapit sa transportasyon ng mga electron nito sa conduction band; isang katotohanan na nagpapaliwanag ng medyo mataas na kondaktibiti ng koryente.

Ang istraktura ng fcc ni Nickel ay napakatatag kaya't pinagtibay din ito ng bakal kapag idinagdag dito. Kaya, ang hindi kinakalawang na bakal na may mataas na nilalaman ng nikel ay fcc din.

Mga numero ng oksihenasyon

Ang nikel, kahit na maaaring hindi tulad nito, ay mayroon ding masaganang mga numero o mga estado ng oksihenasyon. Ang mga negatibo ay malinaw na alam na kulang lamang ito ng dalawang elektron upang makumpleto ang sampung ng 3d orbital nito; sa gayon, maaari itong makakuha ng isa o dalawang elektron, pagkakaroon ng mga numero ng oksihenasyon -1 (Ni ^- ) o -2 (Ni ^2- ), ayon sa pagkakabanggit.

Ang pinaka-matatag na numero ng oksihenasyon para sa nikel ay +2, na ipinagpalagay na ang pagkakaroon ng Ni ²⁺ kation , na nawala ang mga electron ng orbital ng 4s at may walong mga electron sa 3d orbital (3d ⁸ ).

Gayundin, mayroong dalawang iba pang mga positibong numero ng oksihenasyon: +3 (Ni ³⁺ ) at +4 (Ni ⁴⁺ ). Sa mga antas ng paaralan o high school, ang nikel ay itinuro lamang na umiiral bilang Ni (II) o Ni (III), na dahil ang mga ito ay ang pinaka-karaniwang mga numero ng oksihenasyon na matatagpuan sa mga matatag na compound.

At kapag ito ay metal na nikel na bahagi ng isang tambalan, iyon ay, kasama ang neutral na Ni Ni, pagkatapos ay masasabing makilahok o magbigkis sa isang bilang ng oksihenasyon ng 0 (Ni ⁰ ).

Saan nahanap ang nikel?

Mga mineral at dagat

Ang nikel ay bumubuo ng 0.007% ng crust ng lupa, kaya ang kasaganaan nito ay mababa. Ngunit, ito pa rin ang pangalawang pinaka-masaganang metal pagkatapos ng bakal sa tinunaw na core ng lupa, na kilala bilang Nife. Ang Seawater ay may average na nickel na konsentrasyon na 5.6 · 10 ^-4 mg / L.

Karaniwang matatagpuan ito sa mga malalaking bato, pentlandite, isang mineral na nabuo mula sa iron at nickel sulphide, na isa sa mga pangunahing mapagkukunan ng nikel:

Ang Rock ay binubuo ng mineral na pentlandite at pyrrhotite. Pinagmulan: John Sobolewski (JSS)

Ang mineral na pentlandite ay naroroon sa Sudbury, Ontario, Canada; isa sa mga pangunahing deposito ng metal na ito sa mundo.

Ang Pentlandite ay mayroong konsentrasyon ng nikel sa pagitan ng 3 at 5%, na nauugnay sa pyrrhotite, isang iron sulfide na mayaman sa nikel. Ang mga mineral na ito ay matatagpuan sa mga bato, mga produkto ng mga paghihiwalay ng magma ng lupa.

Mga laterites

Ang iba pang mahalagang mapagkukunan ng nikel ay mga laterite, na binubuo ng mga basang lupa sa mga mainit na rehiyon. Mahina sila sa silica at nagtataglay ng maraming mineral, kabilang ang: garnierite, isang magnesium nikel na silicate; at limonite, isang bakal na bakal

Ginagamit ito sa haluang metal na may iron higit sa lahat para sa paggawa ng hindi kinakalawang na asero, dahil ang 68% ng produksyon ng nikel ay ginagamit para sa hangaring ito.

Ito rin ay bumubuo ng isang haluang metal na may tanso, lumalaban sa kaagnasan. Ang haluang metal na ito ay binubuo ng 60% nikel, 30% tanso at maliit na halaga ng iba pang mga metal, lalo na ang bakal.

Ang nikel ay ginagamit sa resistive alloys, magnetic at para sa iba pang mga layunin, tulad ng nickel silver; at isang haluang metal na binubuo ng nikel at tanso, ngunit hindi naglalaman ng pilak. Ang mga tubo ng Ni-Cu ay ginagamit sa mga halaman ng desalination, kalasag at sa paggawa ng mga barya.

Ang Nickel ay nagbibigay ng katigasan at makakapag lakas sa mga haluang metal na bumubuo ng pagtutol sa kaagnasan. Bilang karagdagan sa mga haluang metal na may tanso, bakal at kromo, ginagamit ito sa mga haluang metal na may tanso, aluminyo, tingga, kobalt, pilak at ginto.

Ang haluang haluang metal ay binubuo ng 17% nikel, 30% tanso at may mga bakas na bakal, mangganeso at silikon. Ito ay lumalaban sa tubig sa dagat, na ginagawang perpekto para sa paggamit sa mga propeller ng barko.

Proteksyon na aksyon

Ang reaksyon ng nikel na may fluorine ay bumubuo ng isang proteksiyon na layer para sa elemento ng fluorine, na nagpapahintulot sa metal na nikel o haluang metal na haluang metal na ginagamit sa mga linya ng gas ng fluorine.

Ang nikel ay lumalaban sa pagkilos ng alkalis. Para sa kadahilanang ito ay ginagamit ito sa mga lalagyan na naglalaman ng puro sodium hydroxide. Ginagamit din ito sa electroplating upang lumikha ng isang proteksiyon na ibabaw para sa iba pang mga metal.

Iba pang mga gamit

Ang nikel ay ginagamit bilang isang pagbabawas ng ahente para sa anim na metal mula sa platinum na grupo ng mga mineral kung saan pinagsama ito; higit sa lahat platinum at palyet. Ang foam o mesh ay ginagamit sa paggawa ng mga electrodes para sa mga baterya ng gasolina ng alkalina.

Ang nikel ay ginagamit bilang isang katalista para sa hydrogenation ng hindi puspos na mga fatty acid na gulay, na ginagamit sa proseso ng paggawa ng margarine. Ang Copper at ang haluang metal ng Cu-Ni ay mayroong pagkilos ng antibacterial sa E. coli.

Nanoparticles

Ang mga nikel nanoparticles (NPs-Ni) ay nakakahanap ng isang iba't ibang uri ng paggamit dahil sa kanilang mas malawak na lugar na ibabaw kumpara sa isang macroscopic sample. Kapag ang mga NPs-Ni ay synthesized mula sa mga extract ng halaman, bubuo sila ng mga aktibidad na antimicrobial at antibacterial.

Ang dahilan para sa nabanggit sa itaas ay dahil sa higit na pagkahilig nito na mag-oxidize sa pakikipag-ugnay sa tubig, na bumubuo ng Ni ^{2+ na mga} cation at lubos na reaktibo na species ng oxygen, na nagpapahiwatig ng mga microbial cells.

Sa kabilang banda, ang mga NP--Ni ay ginagamit bilang materyal ng elektrod sa mga solidong cell ng gasolina, mga hibla, magnet, magnetic fluid, electronic na bahagi, sensor ng gas, atbp. Gayundin, ang mga ito ay suportado ng catalytic, adsorbents, mga ahente ng pagpapaputi at mga purifier ng basura.

-Composites

Ang nikel chloride, nitrate at sulpate ay ginagamit sa mga paliguan ng nikel sa electroplating. Bukod dito, ang asin na sulpate ay ginagamit sa paghahanda ng mga catalysts at mordants para sa pagtitina ng mga tela.

Ang nikel peroxide ay ginagamit sa mga baterya ng imbakan. Ang mga nikel ferrites ay ginagamit bilang magnetic cores sa antenna sa iba't ibang mga de-koryenteng kagamitan.

Ang Nickel tertracarbonyl ay nagbibigay ng carbon monoxide para sa synthesis ng acry template, mula sa acetylene at alcohols. Ang pinagsamang oxide ng barium at nikel (BaNiO ₃ ) ay nagsisilbing hilaw na materyal para sa paggawa ng mga cathode ng maraming mga baterya na maaaring ma-rechargeable, tulad ng Ni-Cd, Ni-Fe at Ni-H.

Papel na biolohikal

Ang mga halaman ay nangangailangan ng pagkakaroon ng nikel para sa kanilang paglaki. Ito ay kilala na ginagamit bilang isang cactactor ng iba't ibang mga enzyme ng halaman, kabilang ang urease; enzyme na nagpalit ng urea sa ammonia, na magagamit ang tambalang ito sa paggana ng mga halaman.

Bilang karagdagan, ang akumulasyon ng urea ay gumagawa ng isang pagbabago sa mga dahon ng mga halaman. Ang nikel ay kumikilos bilang isang katalista upang maitaguyod ang pag-aayos ng nitrogen sa pamamagitan ng mga legume.

Ang mga pananim na pinaka-sensitibo sa kakulangan sa nikel ay mga legume (beans at alfalfa), barley, trigo, plum at mga milokoton. Ang kakulangan nito ay ipinakita sa mga halaman sa pamamagitan ng chlorosis, pagkahulog ng dahon at kakulangan sa paglaki.

Sa ilang mga bakterya, ang enzyme urease ay nakasalalay sa nikel, ngunit isinasaalang-alang na ang mga ito ay maaaring magkaroon ng isang birtud na pagkilos sa mga organismo na kanilang tinitirhan.

Ang iba pang mga enzyme ng bakterya, tulad ng superoxide dismutase, pati na rin ang glyxidase na naroroon sa bakterya at ilang mga parasito, halimbawa sa mga trypanosome, ay nakasalalay sa nikel. Gayunpaman, ang parehong mga enzyme sa mas mataas na species ay hindi nakasalalay sa nikel kundi sa sink.

Mga panganib

Ang ingestion ng malaking halaga ng nikel ay nauugnay sa henerasyon at pag-unlad ng baga, ilong, laryngeal at prostate cancer. Bilang karagdagan, nagdudulot ito ng mga problema sa paghinga, pagkabigo sa paghinga, hika, at brongkitis. Ang mga fume ng nikel ay maaaring maging sanhi ng pangangati ng baga.

Ang pakikipag-ugnay sa nikel sa balat ay maaaring maging sanhi ng pagkasensitibo, na kalaunan ay gumagawa ng isang allergy, na ipinakita bilang isang pantal sa balat.

Ang pagkakalantad sa balat sa nikel ay maaaring maging sanhi ng isang dermatitis na kilala bilang "nikel itch" sa mga taong sensitibo sa dati. Sa pagiging sensitibo kay nikel, nagpapatuloy ito nang walang hanggan.

Ang International Agency for Research on cancer (IARC) ay naglagay ng mga compound ng nikel sa Pangkat 1 (mayroong sapat na ebidensya ng carcinogenicity sa mga tao). Gayunpaman, hindi kinokontrol ng OSHA ang nikel bilang isang carcinogen.

Inirerekomenda na ang pagkakalantad sa metal na nikel at ang mga compound nito ay hindi maaaring lumampas sa 1 mg / m ³ sa walong oras ng trabaho sa isang apatnapung oras na workweek. Ang nikel carbonyl at nikel sulfide ay lubos na nakakalason o carcinogenic compound.

Mga Sanggunian

1. Muhammad Imran Din at Aneela Rani. (2016). Mga Kamakailang Pagsulong sa Sintesis at Pagpapatatag ng Nickel at Nickel Oxide Nanoparticles: Isang Green Adeptness. International Journal of Analytical Chemistry, vol. 2016, Article ID 3512145, 14 na pahina, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Nickel Based Nano Particles bilang Adsorbents sa Mga Pamamaraan sa Paglilinis ng Tubig - Isang Pagsusuri. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nickel. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
4. Nickel Institute. (2018). Hindi kinakalawang na asero: Ang papel ng nikel. Nabawi mula sa: nickelinstitute.org
5. Ang Mga editor ng Encyclopaedia Britannica. (Marso 20, 2019). Nickel. Encyclopædia Britannica. Nabawi mula sa: britannica.com
6. Troy Buechel. (Oktubre 05, 2018). Ang papel ni Nickel sa paglilinang ng halaman. Promix. Nabawi mula sa: pthorticulture.com
7. Lenntech. (2019). Pana-panahong talahanayan: Nikel. Nabawi mula sa: lenntech.com
8. Bell Terence. (Hulyo 28, 2019). Profile ng metal na nikel. Nabawi mula sa: thebalance.com
9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hunyo 22, 2018). 10 Mga Katotohanan ng Nickel Elemento. Nabawi mula sa: thoughtco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). Ang epekto ng karagdagan sa nikel sa antimicrobial, pisikal, at mekanikal na mga katangian ng haluang metal-nikel na haluang metal laban sa mga suspensyon ng Escherichia coli. Mga Pamamaraan sa Kumperensya ng AIP 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727