Nikel je názov chemického prvku. Nikel a jeho použitie

So striebrom dnes priemysel nepretržite využíva takmer celú periodickú tabuľku prvkov.


Jedným z čestných miest v zozname najdôležitejších prvkov pre metalurgiu je nikel - striebristý, veľmi lesklý kov, ktorý má množstvo užitočných vlastností.

čo je nikel?

História nezachovala meno osoby, ktorá objavila nikel, pretože tento kov je ľuďom známy už veľmi dlho. Jeho prvé vzorky sa našli v obsahu meteoritov, a preto boli extrémne zriedkavé. Vyrábali sa z nich talizmany a „začarované“ zbrane, ktoré nikdy nezhrdzaveli.

Niklová ruda sa v stredoveku často nachádzala v medených baniach v Sasku, no vtedy ľudia nevedeli, ako z nej vytaviť kov. Nemeckí baníci to nazývali „kupfernickel“ alebo falošná meď a pohŕdavo sa zbavovali. Panovalo presvedčenie, že zlý škriatok Old Nick sa obráti Medená ruda na bezcenné kamene. Švédskemu prírodovedcovi A. Kronstedtovi sa v roku 1775 podarilo izolovať čistý kov z niklovej rudy, ale vtedy preň nenašli využitie.

S dobrou ťažnosťou sa nikel ľahko kuje a prakticky neoxiduje pod vplyvom vzduchu alebo vody, je pokrytý tenkým oxidovým filmom, ktorý ho chráni pred ďalšou oxidáciou. Ak však kov rozomeliete na prášok, potom pri kontakte so vzduchom ľahko vzplanie, oxiduje a uvoľňuje veľké množstvo tepla. Jeho teplota topenia je pomerne vysoká a dosahuje 1455 stupňov Celzia.


Je to strieborný kov s jemným žltým odtieňom, má silný lesk a ľahko sa leští. Má feromagnetické vlastnosti, t.j. je priťahovaný magnetom. Vďaka vysokej tvrdosti a odolnosti voči korózii je mimoriadne populárny moderný priemysel.

Na čo sa nikel používa?

Hlavnou aplikáciou niklu je dnes výroba vysokolegovaných nehrdzavejúcich ocelí. Pridaním niklu a chrómu do roztaveného železa tavili metalurgovia mimoriadne pevné, no zároveň tvárne zliatiny s vysokou odolnosťou proti korózii. Povrch kovu je lesklý a dá sa dobre leštiť a zliatiny si zachovávajú svoje kvality pri dlhotrvajúcom a opakovanom zahrievaní na vysoké teploty.

Nerezová a žiaruvzdorná oceľ je potrebná v mnohých priemyselných odvetviach, predovšetkým v produkcia jedla, petrochémia, výroba lietadiel, výroba automobilov, výroba obrábacích strojov atď. Vojenský priemysel vyrába pancierovú oceľ s obsahom niklu.

Ocele obsahujúce nikel nie sú o nič menej žiadané v stavebníctve. Zhotovujú sa z nich interiérové ​​prvky budov - zábradlia, ploty, balustrády, prvky vstupných skupín. Nábytkársky priemysel dnes používa profilované prvky z leštenej nehrdzavejúcej ocele, kovania, nábytkové mechanizmy atď. Ďalšou širokou oblasťou použitia niklu je výroba rôznych druhov nehrdzavejúcej ocele. domáce potreby(riad, príbor atď.) a domáce spotrebiče.

Nikel sa často používa ako povlak na ochranu výrobkov z liatiny a ocele pred koróziou. Niklovanie sa vykonáva chemickými a galvanickými metódami. Vyžadujú sa poniklované konštrukčné diely chemický priemysel, pri výrobe alkalických batérií do vozidiel, keďže tento kov je odolný voči kyselinám a zásadám. Nikel a jeho zlúčeniny často pôsobia ako katalyzátory v mnohých chemických procesoch. Vykurovacie telesá obsahujúce nikel (alumel, nichróm, permalloy, monel atď.) majú vysokú tepelnú účinnosť a používajú sa v priemyselných zariadeniach aj domácich spotrebičoch.


Vďaka svojmu jasnému lesku a vysokej tvrdosti je nikel súčasťou mincí v mnohých krajinách. Na rozdiel od mäkšieho striebra a medi sa mince s obsahom niklu používajú desaťročia prakticky bez opotrebovania. Samozrejme, lesk sa postupne vytráca, ale aj staré mince majú dokonale zachovanú razbu.

Písal sa rok 1751. V malom Švédsku sa vďaka vedcovi Axelovi Frederikovi Krondstedtovi objavil prvok číslo 17. V tom čase bolo známych len 12 kovov plus síra, fosfor, uhlík a arzén. Do svojej spoločnosti prijali nového chlapa, volal sa Nickel.

Trochu histórie

Už mnoho rokov pred týmto zázračným objavom poznali baníci zo Saska rudu, ktorú si možno pomýliť s meďou. Pokusy získať meď z tohto materiálu boli márne. Ruda, ktorá sa cítila oklamaná, sa začala nazývať „kupfernickel“ (v ruštine - „medený diabol“).

O túto rudu sa začal zaujímať odborník na nerasty Krondstedt. Po veľkej práci sa získal nový kov, ktorý sa nazýval nikel. Výskumnú štafetu prevzal Bergman. Kov ďalej čistil a dospel k záveru, že prvok pripomína železo.

Fyzikálne vlastnosti niklu

Nikel je súčasťou desiatej skupiny prvkov a nachádza sa vo štvrtej perióde periodickej tabuľky pod atómovým číslom 28. Ak do tabuľky zadáte symbol Ni, ide o nikel. Má žltý odtieň so strieborným základom. Kov nevybledne ani na vzduchu. Tvrdá a dosť viskózna. Dobre sa hodí na kovanie, čo umožňuje vyrábať veľmi tenké výrobky. Dokonale vyleštené. Nikel je možné pritiahnuť pomocou magnetu. Už pri teplote 340 stupňov so znamienkom mínus sú viditeľné magnetické vlastnosti niklu. Nikel je kov, ktorý je odolný voči korózii. Vykazuje slabú chemickú aktivitu. Čo môžete povedať o Chemické vlastnosti nikel?

Chemické vlastnosti

Čo je potrebné na určenie kvalitatívneho zloženia niklu? Tu by sme mali uviesť, z ktorých atómov (konkrétne ich počtu) sa skladá náš kov. Molárna hmotnosť (nazývaná aj atómová hmotnosť) je 58,6934 (g/mol). S meraniami sme sa posunuli dopredu. Polomer atómu nášho kovu je 124 pm. Pri meraní polomeru iónu výsledok ukázal (+2e) 69 pm a číslo 115 pm je kovalentný polomer. Podľa stupnice slávneho kryštalografa a veľkého chemika Paulinga je elektronegativita 1,91 a elektrónový potenciál je 0,25 V.

Účinky vzduchu a vody na nikel sú prakticky zanedbateľné. To isté možno povedať o alkáliách. Prečo tento kov takto reaguje? Na jeho povrchu vzniká NiO. Ide o povlak vo forme filmu, ktorý zabraňuje oxidácii. Ak sa nikel zahreje na veľmi vysokú teplotu, potom začne reagovať s kyslíkom a tiež reaguje s halogénmi a so všetkými z nich.

Ak sa nikel dostane do kyselina dusičná, tak reakcia na seba nenechá dlho čakať. Ľahko sa aktivuje aj v roztokoch obsahujúcich amoniak.

Ale nie všetky kyseliny ovplyvňujú nikel. Kyseliny ako kyselina chlorovodíková a sírová ho rozpúšťajú veľmi pomaly, ale isto. A pokusy urobiť to isté s niklom v kyseline fosforečnej neboli vôbec úspešné.

Nikel v prírode

Špekulácie vedcov sú také, že jadro našej planéty tvorí zliatina, ktorá obsahuje 90 % železa a 10-krát menej niklu. Je tu prítomnosť kobaltu - 0,6%. Počas procesu rotácie sa do zemskej krycej vrstvy uvoľnili atómy niklu. Sú zakladateľmi sulfidických meď-niklových rúd spolu s meďou a sírou. Niektoré odvážnejšie atómy niklu sa tam nezastavili a vydali sa ďalej. Atómy sa dostali na povrch v spoločnosti chrómu, horčíka a železa. Ďalej spoločníci nášho kovu oxidovali a odpojili sa.

Na povrchu zemegule sa vyskytujú kyslé a ultrabázické horniny. Podľa vedcov je obsah niklu v kyslých horninách oveľa nižší ako v ultrabázických horninách. Preto je tam pôda a vegetácia celkom dobre obohatená o nikel. Ukázalo sa však, že cesta hrdinu, o ktorom sa diskutuje v biosfére a vode, nie je taká nápadná.

Niklové rudy

Priemyselné niklové rudy sú rozdelené do dvoch typov.

  1. Sulfidová meď-nikel. Minerály: horčík, pyrhotit, kubanit, milerit, petlandit, sperrylit - to je to, čo tieto rudy obsahujú. Vďaka magme, ktorá ich vytvorila. Sulfidové rudy môžu tiež poskytnúť paládium, zlato a ďalšie.
  2. Silikátové niklové rudy. Sú sypké, hlinené. Rudy tohto typu sú železité, kremičité a magnéziové.

Kde sa používa nikel?

Nikel je široko používaný v takom silnom priemysle, akým je metalurgia. Konkrétne pri výrobe širokej škály zliatin. Zliatina obsahuje hlavne železo, nikel a kobalt. Existuje veľa zliatin na báze niklu. Náš kov je kombinovaný do zliatiny, napríklad s titánom, chrómom, molybdénom. Nikel sa používa aj na ochranu výrobkov, ktoré rýchlo korodujú. Tieto výrobky sú poniklované, to znamená, že vytvárajú špeciálny niklový povlak, ktorý bráni korózii robiť svoju škaredú prácu.

Nikel je veľmi dobrý katalyzátor. Preto sa aktívne používa v chemickom priemysle. Ide o prístroje, chemické náčinie, prístroje na rôzne aplikácie. Pre chemikálie, potraviny, dodávku alkálií, skladovanie esenciálne oleje Používajú nádrže a zásobníky vyrobené z niklových materiálov. Bez tohto kovu nie je možné použiť jadrovú technológiu, televíziu a rôzne zariadenia, ktorých zoznam je veľmi dlhý.

Ak sa pozriete do takej oblasti, ako je výroba nástrojov, a potom do oblasti strojárstva, všimnete si, že anódy a katódy sú niklové plechy. A to nie je celý zoznam použití pre taký jednoducho úžasný kov. Význam niklu v medicíne netreba podceňovať.

Nikel v medicíne

Nikel sa v medicíne používa veľmi široko. Najprv si vezmime nástroje potrebné na vykonanie operácie. Výsledok operácie závisí nielen od samotného lekára, ale aj od kvality nástroja, ktorý používa. Nástroje prechádzajú početnými sterilizáciami a ak sú vyrobené zo zliatiny, ktorá neobsahuje nikel, korózia na seba nenechá dlho čakať. A nástroje vyrobené z ocele, ktorá obsahuje nikel, vydržia oveľa dlhšie.

Ak hovoríme o implantátoch, na ich výrobu sa používajú zliatiny niklu. Oceľ obsahujúca nikel má vysoký stupeň pevnosti. Zariadenia na upevnenie kostí, protéz, skrutiek - všetko je vyrobené z tejto ocele. V zubnom lekárstve zaujali silné postavenie aj implantáty. Spony a rovnátka z nehrdzavejúcej ocele používajú ortodontisti.

Nikel v živých organizmoch

Ak sa pozriete na svet zdola nahor, obrázok sa vynorí asi takto. Pod nohami máme pôdu. Obsah niklu je v ňom vyšší ako vo vegetácii. Ale ak vezmeme do úvahy túto vegetáciu pod hranolom, ktorý nás zaujíma, potom sa v strukovinách nachádza veľký obsah niklu. A v obilninách sa percento niklu zvyšuje.

Stručne uvažujme o priemernom obsahu niklu v rastlinách, morských a suchozemských živočíchoch. A samozrejme v človeku. Meranie je v hmotnostných percentách. Hmotnosť niklu v rastlinách je teda 5*10-5. Suchozemské živočíchy 1*10 -6, morské živočíchy 1,6*10 -4. A u ľudí je obsah niklu 1-2*10-6.

Úloha niklu v ľudskom tele

zdravé a krásny muž Vždy chcem byť. Nikel je jedným z dôležité mikroelementy v ľudskom tele. Nikel sa zvyčajne hromadí v pľúcach, obličkách a pečeni. Nahromadenie niklu u ľudí sa nachádza vo vlasoch, štítnej žľaze a pankrease. A to nie je všetko. Čo robí kov v tele? Tu môžeme pokojne povedať, že je to Švéd, kosec a trubkár. menovite:

  • pokúša sa, nie bez úspechu, pomôcť bunkám poskytnúť kyslík;
  • redoxná práca v tkanivách tiež padá na ramená niklu;
  • neváha zapojiť sa do regulácie hormonálne hladiny telo;
  • bezpečne oxiduje vitamín C;
  • možno si všimnúť jeho zapojenie do metabolizmu tukov;
  • Nikel má výborný vplyv na krvotvorbu.

Chcel by som poznamenať obrovský význam niklu v článku. Tento mikroelement chráni bunkovú membránu a nukleové kyseliny, konkrétne ich štruktúru.

Hoci zoznam hodnotných diel niklu môže pokračovať. Z vyššie uvedeného si všimneme, že telo potrebuje nikel. Tento stopový prvok sa do nášho tela dostáva potravou. Zvyčajne je niklu v tele dostatok, pretože ho potrebujete veľmi málo. Poplachové zvony nedostatku nášho kovu sú prejavom dermatitídy. To je význam niklu v ľudskom tele.

Zliatiny niklu

Existuje mnoho rôznych zliatin niklu. Všimnime si hlavné tri skupiny.

Do prvej skupiny patria zliatiny niklu a medi. Nazývajú sa zliatiny niklu a medi. Nech sú pomery, v ktorých sú tieto dva prvky spojené, akékoľvek, výsledok je úžasný a hlavne bez prekvapení. Homogénna zliatina je zaručená. Ak je v nej viac medi ako niklu, potom sú vlastnosti medi výraznejšie a ak prevažuje nikel, zliatina vykazuje charakter niklu.

Zliatiny niklu a medi sú obľúbené pri výrobe mincí a častí strojov. Na výrobu zariadení s vyššou presnosťou sa používa zliatina Konstantin, ktorá obsahuje takmer 60% medi a zvyšok niklu.

Zvážte zliatinu s niklom a chrómom. Nicrómy. Odolný voči korózii, kyselinám, tepelne odolný. Takéto zliatiny sa používajú pre prúdové motory a jadrové reaktory, ale iba ak obsahujú do 80 % niklu.

Prejdime k tretej skupine so železom. Sú rozdelené do 4 typov.

  1. Tepelne odolný - odolný voči vysokým teplotám. Táto zliatina obsahuje takmer 50% niklu. Tu môže byť kombinácia s molybdénom, titánom, hliníkom.
  2. Magnetické - zvyšujú magnetickú permeabilitu, často používané v elektrotechnike.
  3. Antikorózna - tejto zliatine sa nedá vyhnúť pri výrobe chemických zariadení, ako aj pri práci v agresívnom prostredí. Zliatina obsahuje molybdén.
  4. Zliatina, ktorá si zachováva svoje rozmery a elasticitu. Termočlánok v peci. Tu prichádza na rad takáto zliatina. Pri zahriatí sú zachované rozmery a nestráca sa elasticita. Koľko niklu je potrebné na to, aby zliatina mala také vlastnosti? Zliatina by mala obsahovať približne 40 % kovu.

Nikel v každodennom živote

Ak sa pozriete okolo seba, pochopíte, že zliatiny niklu obklopujú ľudí všade. Začnime s nábytkom. Zliatina chráni základňu nábytku pred poškodením, škodlivé účinky. Venujme pozornosť kovaniu. Či už na okno alebo kus nábytku. Dá sa používať dlhodobo a vyzerá veľmi pekne. Pokračujme v našej exkurzii do kúpeľne. Bez niklu to tu nejde. Sprchové hlavice, batérie, batérie - všetko poniklované. Vďaka tomu môžete zabudnúť, čo je korózia. A nie je hanba pozrieť sa na produkt, pretože vyzerá roztomilo a podporuje dekor. Poniklované časti sa nachádzajú v dekoratívnych štruktúrach.

Nikel nemožno nazvať menším kovom. Prítomnosťou niklu sa môžu pochváliť rôzne minerály a rudy. Som rád, že takýto prvok je prítomný na našej planéte a dokonca aj v ľudskom tele. Tu hrá dôležitú úlohu v hematopoetických procesoch a dokonca aj v DNA. Široko používané v technológii. Nikel získal svoju dominanciu vďaka svojej chemickej odolnosti pri ochrane náterov.

Nikel je kov, ktorý má veľkú budúcnosť. Koniec koncov, v niektorých oblastiach je to nevyhnutné.

nikel- jednoduchá látka, ťažný, kujný, prechodný kov striebristo-bielej farby, pri bežnej teplote na vzduchu je pokrytý tenkým filmom oxidu. Chemicky neaktívne. Patrí medzi ťažké neželezné kovy, v čistej forme sa na Zemi nevyskytuje - zvyčajne je súčasťou rôznych rúd, má vysokú tvrdosť, je dobre leštený, je feromagnetický - priťahovaný magnetom, v periodickom systéme Mendelejeva je označený symbolom Ni a má 28. sériové číslo.

Pozri tiež:

ŠTRUKTÚRA

Má plošne centrovanú kubickú mriežku s periódou a = 0,35238 å nm, priestorová grupa Fm3m. Táto kryštálová štruktúra je odolná voči tlaku najmenej 70 GPa. O normálnych podmienkach Nikel existuje vo forme b-modifikácie, ktorá má plošne centrovanú kubickú mriežku (a = 3,5236 å). Ale nikel vystavený katódovému naprašovaniu v atmosfére h2 tvorí a-modifikáciu, ktorá má šesťuholníkovú mriežku tesne zhutnenej (a = 2,65 å, c = 4,32 å), ktorá sa pri zahriatí nad 200 °C premení na kubickú mriežku. Kompaktný kubický nikel má hustotu 8,9 g/cm 3 (20 °C), atómový polomer 1,24 å

VLASTNOSTI

Nikel je kujný a kujný kov; možno z neho vyrobiť veľmi tenké plechy a rúrky. Pevnosť v ťahu 400-500 MN/m2, medza pružnosti 80 MN/m2, medza klzu 120 MN/m2; relatívne predĺženie 40 %; modul normálnej pružnosti 205 Gn/m2; Tvrdosť podľa Brinella 600-800 Mn/m2. V teplotnom rozsahu od 0 do 631 K (horná hranica zodpovedá Curieho bodu). Feromagnetizmus niklu je spôsobený štruktúrnymi vlastnosťami vonkajších elektrónových obalov jeho atómov. Nikel je súčasťou najdôležitejších magnetických materiálov a zliatin s minimálnym koeficientom tepelnej rozťažnosti (permalloy, monel metal, invar a pod.).

REZERVY A VÝROBA

Nikel je v prírode celkom bežný – jeho obsah je zemská kôra je približne 0,01 % (hmot.). V zemskej kôre sa nachádza len vo viazanej forme, železné meteority obsahujú prírodný nikel (až 8%). Jeho obsah v ultramafických horninách je približne 200-krát vyšší ako v kyslých horninách (1,2 kg/t a 8 g/t). V ultramafických horninách je prevládajúce množstvo niklu spojené s olivínmi obsahujúcimi 0,13 - 0,41 % Ni.
V rastlinách v priemere 5·10−5 hmotnostných percent niklu, u morských živočíchov - 1,6·10−4, u suchozemských živočíchov - 1·10−6, v ľudskom tele - 1...2·10−6 .

Väčšina niklu sa získava z garnieritu a magnetického pyritu.
Kremičitanová ruda sa redukuje uhoľným prachom v rotačných rúrových peciach na železo-niklové pelety (5-8 % Ni), ktoré sa potom očistia od síry, kalcinujú a spracujú roztokom amoniaku. Po okyslení roztoku sa z neho elektrolyticky získava kov.
Karbonylová metóda (Mondova metóda): Najprv sa zo sulfidovej rudy získa medeno-niklový kamienok, cez ktorý sa pod vysokým tlakom vedie CO. Vzniká vysoko prchavý tetrakarbonylnikel, ktorého tepelným rozkladom vzniká obzvlášť čistý kov.
Aluminotermická metóda získavania niklu z oxidovej rudy: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

ORIGIN

Ložiská sulfidických medeno-niklových rúd sú spojené s lopolitovitými alebo doskovitými masívmi vrstvených gabbroidov obmedzených na zóny hlbokých zlomov na starovekých štítoch a plošinách. Charakteristická vlastnosť ložiská medi a niklu po celom svete sú okorenené minerálne zloženie rudy: pyrhotit, pentlandit, chalkopyrit, magnetit; Okrem nich rudy obsahujú pyrit, kubanit, polydymit, nikelit, millerit, violarit, minerály skupiny platiny, ojedinele chromit, arzenidy niklu a kobaltu, galenit, sfalerit, bornit, mackinawit, wallerit, grafit a prírodné zlato.

Exogénne ložiská silikátových niklových rúd sú všeobecne spojené s jedným alebo druhým typom serpentenitovej zvetrávacej kôry. Pri zvetrávaní dochádza k etapovému rozkladu minerálov, ako aj prenosu mobilných prvkov pomocou vody z horných častí kôry do spodných. Tam sa tieto prvky vyzrážajú vo forme sekundárnych minerálov.
Ložiská tohto typu obsahujú zásoby niklu, ktoré sú 3-krát väčšie ako jeho zásoby v sulfidových rudách a zásoby niektorých ložísk dosahujú 1 milión ton a viac niklu. Veľké zásoby silikátových rúd sú sústredené v Novej Kaledónii, na Filipínach, v Indonézii, Austrálii a ďalších krajinách. Priemerný obsah niklu v nich je 1,1-2%. Okrem toho rudy často obsahujú kobalt.

APLIKÁCIA

Prevažná väčšina niklu sa používa na výrobu zliatin s inými kovmi (fe, cr, cu atď.), ktoré sa vyznačujú vysokými mechanickými, antikoróznymi, magnetickými alebo elektrickými a termoelektrickými vlastnosťami. V súvislosti s rozvojom tryskovej techniky a vytváraním agregátov plynových turbín sú dôležité najmä žiaruvzdorné a žiaruvzdorné chrómniklové zliatiny. Zliatiny niklu sa používajú v konštrukciách jadrových reaktorov.

Značné množstvo niklu sa spotrebuje pri výrobe alkalických batérií a antikoróznych náterov. Kujný nikel v čistej forme sa používa na výrobu plechov, rúr atď. Používa sa aj v chemickom priemysle na výrobu špeciálnych chemických zariadení a ako katalyzátor mnohých chemických procesov. Nikel je veľmi vzácny kov a ak je to možné, mal by byť nahradený inými, lacnejšími a bežnejšími materiálmi.

Používa sa pri výrobe konzolových systémov (nikelid titánu) a protetiky. Široko používaný pri výrobe mincí v mnohých krajinách. V Spojených štátoch je 5-centová minca hovorovo známa ako nikel. Nikel sa používa aj na navíjanie strún hudobných nástrojov.

Nikel - Ni

KLASIFIKÁCIA

Strunz (8. vydanie) 1/A.08-10
Nickel-Strunz (10. vydanie) 1.AA.05
Dana (7. vydanie) 1.1.17.2
Dana (8. vydanie) 1.1.11.5
Ahoj, CIM Ref 1.61

Nikel je prvkom skupiny 10 tabuľky D.I. Mendelejev. Relatívne nedávno známy, nedávno používaný aj v priemysle. Nikel dostal svoje meno podľa mena zlého trpaslíka, ktorý namiesto toho hodil baníkom minerál nikel, ktorý obsahuje nikel a arzén. V tých dávnych dobách nevedeli, ako používať nikel, a tak sa „falošný“ kov začal nazývať „neplechy“ z nemeckého niklu.

A dnes sa pozrieme fyzikálno-chemické vlastnosti a použitie niklu, dáme mu všeobecné charakteristiky, poďme študovať zliatiny a triedy niklu.

Je to prechodný kov, to znamená, že vykazuje kyslé aj zásadité vlastnosti. Má striebristo biely lesk, ťažný, kujný, ale tvrdý. Molekulová hmotnosť je malý - 28, takže patrí medzi ľahké látky.

Toto video vám povie o vlastnostiach niklu ako kovu:

Koncept a vlastnosti

Z chemického hľadiska je nikel veľmi zaujímavý a nezvyčajný kov. Na jednej strane je schopný reagovať s kyselinami aj zásadami, no na druhej strane je chemicky inertný a dokonca odmieta reagovať s koncentrovanými zásadami a kyselinami. Okrem toho je táto vlastnosť taká výrazná, že nikel sa používa pri výrobe rôznych zariadení odolných voči kyselinám a nádrží na alkálie.

Kov sa taví a potom sa používa vo forme tyčí, plechov atď. A v tomto stave vykazuje obvyklé kovové vlastnosti málo aktívnej látky. Ale nikel premenený na veľmi jemný prášok sa stáva samozápalným a je schopný samovznietenia na vzduchu.

Tajomstvo je v tom, že bežná látka vo vzduchu, ako napríklad hliník, je pokrytá oxidovým filmom, ktorý pôsobí ako veľmi silná ochranná vrstva.

Táto kvalita určuje jedno z najstarších použití kovu – niklovanie, teda nanášanie najtenšej vrstvy niklu na povrch predmetov. Táto vrstva úplne chráni oceľ, liatinu, horčík, hliník a tak ďalej pred koróziou.

Výrobky vyrobené z čistého niklu sú zriedkavé a používajú sa iba v obzvlášť kritických oblastiach. Jeho použitie v priemysle je spôsobené ďalšou jedinečnou kvalitou: v zliatine nikel dodáva materiálu rovnakú vynikajúcu odolnosť proti korózii, akú má on sám. Väčšina nehrdzavejúcich a konštrukčných ocelí obsahuje nikel ako legujúcu zložku. Práve to zaisťuje pevnosť ocele a jej odolnosť.

Zliatiny na báze niklu sú veľmi rozmanité a majú pozoruhodné vlastnosti: pevnosť, tepelnú odolnosť, schopnosť odolávať vysokému silovému zaťaženiu pri vysokých teplotách, odolnosť proti opotrebovaniu, necitlivosť na chemicky agresívne látky atď. Z celkového objemu extrahovanej látky sa asi 9 % použije v čistej forme. Ďalších 7 % sa vynakladá na pokovovanie niklom a zvyšok sa vynakladá na výrobu zliatin.

Nikel tvorí železnú triádu so železom a kobaltom. Do skupiny patrí aj platina – osmium, platina, ródium. Napriek ich relatívnej blízkosti sa však vlastnosti kovov výrazne líšia. Z hľadiska pevnosti nie je nikel oveľa horší ako železo, má dokonca vyššiu hustotu, ale na rozdiel od druhého je veľmi odolný voči korózii, zatiaľ čo železo rýchlo koroduje na vzduchu a najmä pri kontakte s vodou.

V porovnaní s platinovými kovmi je nikel oveľa ľahší, oveľa lacnejší a oveľa aktívnejší: platina, osmium a ďalšie sú ušľachtilé kovy, ktoré majú kladný elektródový potenciál a sú mimoriadne inertné.

Výhody a nevýhody

Takmer všetky vlastnosti niklu vo vzťahu k národnému hospodárstvu sú výhodami. Jedinou nevýhodou kovu je jeho prítomnosť v prírode. Nikel sa považuje za bežný prvok, ale nachádza sa len vo viazanej forme. Natívny nikel padá na zem iba ako súčasť meteoritov. V súlade s tým sa kov získava pomocou drahších technológií.

  • Nikel má dobrú pevnosť a tvrdosť, pričom si zachováva schopnosť kovania a vysokú húževnatosť: možno ho použiť na výrobu najtenších plechov a prútov.
  • Kov má vynikajúcu odolnosť proti korózii. Túto kvalitu navyše prenáša na zliatiny, ktoré obsahuje ako legovací prvok.
  • Zliatiny na báze niklu sú veľmi rozmanité a majú výnimočné vlastnosti. Žiaruvzdorné zliatiny železa a niklu sa teda používajú pri výrobe častí jadrových reaktorov a prúdových motorov. Dodnes bolo popísaných a použitých asi 3000 rôznych zliatin niklu.
  • Niklový povlak sa stále aktívne používa nielen vo výrobe nástrojov a obrábacích strojov, ale aj v každodennom živote a v stavebníctve. Poniklovaný riad, príbory, doplnky a pod. sú nielen esteticky atraktívne, ale aj absolútne hygienické, nezávadné a mimoriadne odolné. Inertnosť a hygiena kovu určuje jeho použitie v potravinárskom priemysle.
  • Nikel je feromagnet, teda látka náchylná na spontánnu magnetizáciu. Táto vlastnosť umožňuje použiť kov na výrobu permanentných magnetov.
  • Kov je relatívne lacný na získanie a má dobré vlastnosti elektrickou vodivosťou. Nikel nahrádza drahé striebro alebo pri výrobe batérií.

Štruktúra a chemické zloženie niklu sú diskutované nižšie.

Štruktúra a zloženie

Nikel, podobne ako iné čisté kovy, má homogénnu, dobre usporiadanú štruktúru, ktorá týmto látkam poskytuje schopnosť viesť prúd. Fázové zloženie materiálu však môže byť odlišné, čo ovplyvňuje jeho vlastnosti.

  • Za normálnych podmienok máme do činenia s β-modifikáciou niklu. Vyznačuje sa plošne centrovanou kubickou mriežkou a určuje obvyklé vlastnosti kovu - kujnosť, ťažnosť, opracovateľnosť, feromagnetizmus a pod.
  • Existuje aj iný druh materiálu. Nikel vystavený katódovému naprašovaniu vo vodíkovej atmosfére nereaguje, ale tiež mení svoju štruktúru a mení sa na α-modifikáciu. Ten má hustú šesťhrannú mriežku. Pri zahriatí na 200 C sa α-fáza transformuje na β-fázu. V priemysle sa zaoberajú β-modifikáciou niklu.

Toto video vám povie, ako sami previesť nikel-kadmiovú batériu na lítium-iónovú batériu:

Vlastnosti a charakteristiky

Charakteristiky β-fázy, ako hlavnej, sú viac zaujímavé, pretože samotná existencia α-fázy je obmedzená. Vlastnosti kovu sú:

  • hustota pri normálnej teplote - 8,9 g / cu. cm;
  • teplota topenia – 1453 C;
  • bod varu – 3000 C;
  • veľmi nízky koeficient tepelnej rozťažnosti – 13,5∙10 −6 K −1
  • modul pružnosti – 196–210 GPa;
  • Limit pružnosti je 80 MN/sq. m;
  • medza klzu – 120 MN/sq. m:
  • medza ťahu 40-50 kgf/sq. mm;
  • merná tepelná kapacita látky – 0,440 kJ/(kg K);
  • tepelná vodivosť – 90,1 W/(m K);
  • špecifický elektrický odpor – 0,0684 µOhm∙m.

Nikel je feromagnetický, jeho Curieov bod je 358 C.

O výrobe a výrobcovi zliatin niklu budeme hovoriť nižšie.

Výroba

Nikel je považovaný za celkom bežný - 13. medzi kovmi. Jeho rozdelenie je však do istej miery špecifické. Nie nadarmo sa kov nazýva prvkom zemských hlbín, pretože v ultramafických horninách je 200-krát bohatší ako v kyslých horninách. Podľa jednej z populárnych teórií zemské jadro pozostáva z niklového železa.

Natívny nikel sa na Zemi nevyskytuje. Vo viazanej forme je prítomný v medenoniklových rudách – obsahujúcich arzén a sulfid. Ide o nikel - červený nikel pyrit, ten istý, ktorý baníci brali za pyrit, chloantit - biely nikel pyrit, garnierit, meďnatý pyrit a tak ďalej.

Surovinou je najčastejšie sulfidová ruda, ktorá zahŕňa nikel aj nikel, takže sú zahrnuté ďalšie kroky na separáciu kovov.

  • Sulfidové rudy zvyčajne obsahujú veľa vlhkosti a ílových látok. Aby sa ich zbavili, ruda sa drví, suší a briketuje. Kedy tiež vysoký obsah síra v rude ho spaľuje.
  • Tavenie matu sa vykonáva v šachtových alebo dozvukových peciach. Získa sa zliatina niklu a sulfidu železa, vrátane malého množstva medi.
  • Separácia niklu a medi.
  • Praženie niklového koncentrátu, redukčné tavenie a rafinácia elektrolýzou.

Spôsob získavania niklu z oxidovanej rudy vyzerá trochu inak.

  • Ruda sa podrobí sulfidizačnému taveniu s čiastočnou redukciou.
  • Príjem kamínku - roztavený kamín je v konvertoroch fúkaný vzduchom.
  • Feinstein je vypálený a zbavený medi;
  • Potom sa nikel redukuje alebo sa vypálený nikel roztaví na feronikel.

Koľko stojí 1 kg niklu? Ceny takéhoto kovu sú do značnej miery určené úspešnosťou ťažby ložísk. Čína tak v roku 2013 zvýšila produkciu surového železa s obsahom niklu, čo viedlo k citeľnému poklesu cien kovov. Na jeseň 2016 boli náklady na tonu kovu 10 045 dolárov.

Oblasť použitia

Samotný nikel sa používa zriedka. Oblasť je oveľa širšia.

  • V každodennom živote sa ľudia najčastejšie stretávajú s poniklovanými výrobkami - kohútiky, mixéry, nábytkové kovania. Kovové časti nábytku sú často potiahnuté vrstvou striebristého kovu, ktorý sa nefarbí. To isté platí pre príbory a riad.
  • Ďalším známym využitím je biele zlato. Pozostáva zo zlata určitého štandardu a zliatiny niklu.
  • Niklové katódy sú široko používané v elektrotechnike. Početné batérie sú nikel-kadmiové. Nikel, železo-nikel a tak ďalej konkurujú batérii a sú oveľa bezpečnejšie.

Hlavným spotrebiteľom niklu je však metalurgia neželezných a železných kovov: 67 % všetkého vyťaženého kovu sa používa na výrobu nehrdzavejúcich ocelí. A 17% - na výrobu iných, neželezných zliatin.

  • Konštrukčná a nehrdzavejúca oceľ sa používajú doslova všade: v stavebníctve a strojárstve, elektrotechnike a výrobe potrubí, výrobe nástrojov a konštrukcii nosných rámov. Práve nikel dodáva oceliam odolnosť voči korózii.
  • Zliatiny niklu a medi sa najčastejšie používajú pri výrobe zariadení odolných voči kyselinám a rôznych častí, ktoré musia pracovať v agresívnom chemickom prostredí.
  • Zliatiny niklu a chrómu sú známe svojou tepelnou odolnosťou a odolnosťou voči zásadám a kyselinám. Používajú sa v peciach, jadrových reaktoroch, motoroch atď.
  • Zliatiny niklu, chrómu a železa navyše zostávajú veľmi odolné voči vysokému zaťaženiu vysoké teploty– do 900 C. Ide o nepostrádateľný materiál pre plynové turbíny.

Nikel je kov s . Trvanlivý, tvárny, odolný voči kyselinám a zásadám a schopný dodať tieto vlastnosti takmer akejkoľvek zliatine. Nie je žiadnym prekvapením, že nikel sa používa tak široko.

Jednoduchý a spoľahlivý spôsob obnovenia nikel-kadmiových batérií je popísaný vo videu nižšie:

Použitie niklu v zliatinách

Nikel je základom väčšiny tepelne odolných materiálov používaných v leteckom a kozmickom priemysle na časti elektrární.

  • Kov Monel (65 - 67 % Ni + 30 - 32 % Cu + 1 % Mn), tepelne odolný do 500 °C, veľmi odolný voči korózii;
  • nichróm, odporová zliatina (60 % Ni + 40 % Cr);
  • permalloy (76 % Ni + 17 % Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), má vysokú magnetickú susceptibilitu s veľmi nízkymi hysteréznymi stratami;
  • invar (65 % Fe + 35 % Ni), pri zahrievaní sa takmer nepredlžuje.
  • Okrem toho zliatiny niklu zahŕňajú niklové a chrómniklové ocele, nikel striebro a rôzne odporové zliatiny, ako je konštantán, nikel a manganín.

Všetky nehrdzavejúce ocele nevyhnutne obsahujú nikel, pretože... Nikel zvyšuje chemickú odolnosť zliatiny. Zliatiny niklu sa vyznačujú aj vysokou húževnatosťou a používajú sa pri výrobe odolného panciera. Pri výrobe najdôležitejších častí rôznych zariadení sa používa zliatina niklu a železa (36-38% niklu), ktorá má nízky koeficient tepelnej rozťažnosti.

Pri výrobe jadier elektromagnetov sa široko používajú zliatiny pod všeobecným názvom permalloy. Tieto zliatiny okrem železa obsahujú od 40 do 80 % niklu. Mince sú razené zo zliatin niklu. Celkový počet nájdených rôznych zliatin niklu praktické využitie, dosahuje niekoľko tisíc.

Niklovanie kovov

Nikel vo svojej čistej forme sa používa hlavne ako ochranné povlaky proti korózii v rôznych chemických prostrediach. Ochranné povlaky na železe a iných kovoch sa získavajú dvoma spôsobmi: známymi metódami: pokovovanie a galvanoplastika. Pri prvom spôsobe sa plátovaná vrstva vytvorí valcovaním tenkej niklovej platne s hrubým železným plechom dohromady. Pomer hrúbky niklu a pokovovaného kovu je približne 1:10. V procese spoločného valcovania sa v dôsledku vzájomnej difúzie tieto plechy zvaria a získa sa monolitický dvojvrstvový alebo dokonca trojvrstvový kov, ktorého niklový povrch chráni tento materiál pred koróziou.

Tento druh horúceho spôsobu vytvárania ochranných niklových povlakov sa široko používa na ochranu železa a nelegovaných ocelí pred koróziou. To výrazne znižuje náklady na mnohé výrobky a zariadenia vyrobené nie z čistého niklu, ale z relatívne lacného železa alebo ocele, ale potiahnuté tenkou ochrannou vrstvou niklu. Veľké nádrže sú vyrobené z poniklovaných železných plechov na prepravu a skladovanie napríklad žieravých alkálií, ktoré sa používajú aj v rôznych chemických odvetviach.

Galvanická metóda vytvárania ochranných povlakov niklom je jednou z najstarších metód elektrochemických procesov. Táto operácia, v technológii široko známa ako poniklovanie, je v princípe relatívne jednoduchý technologický proces. Zahŕňa určité prípravné práce pri veľmi dôkladnom čistení povrchu pokovovaného kovu a príprave elektrolytického kúpeľa pozostávajúceho z okysleného roztoku soli niklu, zvyčajne síranu nikelnatého. Pri elektrolytickom pokovovaní slúži poťahovaný materiál ako katóda a niklová platňa slúži ako anóda. V galvanickom obvode je nikel nanesený na katóde s ekvivalentným prechodom z anódy do roztoku. Metóda pokovovania niklom je široko používaná v strojárstve a na tento účel sa spotrebuje veľké množstvo niklu.

vzadu V poslednej dobe Metóda elektrolytického niklovania sa používa na vytváranie ochranných povlakov na hliník, horčík, zinok a liatinu. Príspevok popisuje využitie metódy poniklovania pre hliníkové a horčíkové zliatiny, najmä na ochranu duralových lopatiek vrtuľových lietadiel. Ďalší článok opisuje použitie poniklovaných liatinových sušiacich bubnov pri výrobe papiera; Zistilo sa výrazné zvýšenie koróznej odolnosti bubnov a zvýšenie kvality papiera na poniklovaných bubnoch v porovnaní s bežnými liatinovými bubnami bez poniklovania.

Niklovanie sa vykonáva galvanickým pokovovaním s použitím elektrolytov obsahujúcich síran nikelnatý, chlorid sodný, hydroxid boritý, povrchovo aktívne látky a zjasňovacie činidlá a rozpustné niklové anódy. Hrúbka výslednej niklovej vrstvy je 12 - 36 mikrónov. Stabilný lesk povrchu je možné zabezpečiť následným chrómovaním (hrúbka chrómovej vrstvy 0,3 mikrónu).

Bezprúdové pokovovanie niklom sa vykonáva v roztoku zmesi chloridu nikelnatého a fosfornanu sodného v prítomnosti citranu sodného:

NiCl2 + NaH2P02 + H20 = Ni + NaH2P03 + 2HCl

Proces sa uskutočňuje pri pH 4 - 6 a 95 °C.

Použitie niklu pri výrobe batérií

Výroba železo-niklových, nikel-kadmiových, nikel-zinkových, nikel-vodíkových batérií.

Najbežnejšie „proti“ v zdrojoch chemického prúdu sú zinok, kadmium, železo a najbežnejšie „klady“ sú oxidy striebra, olova, mangánu a niklu. Zlúčeniny niklu sa používajú pri výrobe alkalických batérií. Mimochodom, železo-niklovú batériu vynašiel v roku 1900 Thomas Alva Edison.

Pozitívne elektródy na báze oxidov niklu majú dosť veľký kladný náboj, sú stabilné v elektrolyte, ľahko sa spracovávajú, sú relatívne lacné, dlho vydržia a nevyžadujú špeciálnu starostlivosť. Tento súbor vlastností spôsobil, že niklové elektródy sú najbežnejšie. Niektoré batérie, najmä zinkovo-strieborné batérie, majú lepšie špecifické vlastnosti ako železo-niklové alebo nikel-kadmiové batérie. Ale nikel je oveľa lacnejší ako striebro a drahé batérie vydržia oveľa menej.

Nikeloxidové elektródy pre alkalické batérie sú vyrobené z pasty obsahujúcej hydrát oxidu nikelnatého a grafitový prášok. Niekedy namiesto grafitu plnia funkcie vodivej prísady tenké plátky niklu rovnomerne rozložené v hydroxide niklu. Táto aktívna hmota je balená do vodivých dosiek rôznych vzorov.

IN posledné roky Iný spôsob výroby niklových elektród sa rozšíril. Doštičky sú lisované z veľmi jemného prášku oxidov niklu s potrebnými prísadami. Druhou fázou výroby je spekanie hmoty vo vodíkovej atmosfére. Touto metódou sa vyrábajú porézne elektródy s veľmi vyvinutým povrchom a čím väčší je povrch, tým väčší je prúd. Batérie s elektródami vyrobenými touto metódou sú výkonnejšie, spoľahlivejšie, ľahšie, ale aj drahšie. Preto sa používajú v najkritickejších objektoch - rádioelektronické obvody, zdroje prúdu v kozmických lodiach atď.

Niklové elektródy vyrobené z najjemnejších práškov sa používajú aj v palivových článkoch. Katalytické vlastnosti niklu a jeho zlúčenín tu nadobúdajú osobitný význam. Nikel je vynikajúcim katalyzátorom pre zložité procesy prebiehajúce v týchto súčasných zdrojoch. Mimochodom, v palivových článkoch sa nikel a jeho zlúčeniny môžu použiť na výrobu „plus“ aj „mínus“. Jediný rozdiel je v prísadách.

Nikel v radiačných technológiách

Nuklid 63 Ni, ktorý emituje častice β+, má polčas rozpadu 100,1 roka a používa sa v krytrónoch. V mechanických prerušovačoch neutrónových lúčov sa nedávno namiesto kadmiových platní používali niklové platne, aby sa získali neutrónové impulzy s vysokými energetickými hodnotami.

Použitie niklu v medicíne
  • Používa sa pri výrobe konzolových systémov.
  • Protetika

Tvorba šarlátovej zrazeniny po pridaní dimetylglyoxímu do roztoku amoniaku analyzovanej zmesi je najlepšou reakciou na kvalitatívne a kvantitatívne stanovenie niklu. Dimetylglyoxymát nikelnatý však nepotrebujú len analytici. Krásna hlboká farba tejto komplexnej zlúčeniny pritiahla pozornosť parfumérov: do zloženia rúžu sa zavádza dimetylglyoximát niklu. Niektoré zo zlúčenín, ako je dimetylglyoxymát nikelnatý, sú základom farieb veľmi odolných voči svetlu.

Iné použitia niklu

Existujú zaujímavé náznaky používania niklových platní v ultrazvukových inštaláciách, elektrických aj mechanických, ako aj v moderných dizajnoch telefónnych prístrojov.

Existujú niektoré oblasti technológie, kde sa čistý nikel používa buď priamo vo forme prášku, alebo vo forme rôznych produktov získaných z práškov čistého niklu.

Jednou z oblastí použitia práškového niklu sú katalytické procesy pri hydrogenačných reakciách nenasýtených uhľovodíkov, cyklických aldehydov, alkoholov a aromatických uhľovodíkov.

Katalytické vlastnosti niklu sú podobné ako vlastnosti platiny a paládia. Teda chemická analógia prvkov tej istej skupiny periodická tabuľka odráža sa aj tu. Nikel, ako kov lacnejší ako paládium a platina, je široko používaný ako katalyzátor v hydrogenačných procesoch.

Na tieto účely je vhodné použiť nikel vo forme veľmi jemného prášku. Získava sa špeciálnym spôsobom redukcie oxidu niklu vodíkom v teplotnom rozsahu 300-350°.