Ни никел
НИКЕЛ (лат. Niсolum), Ni, химичен елемент с атомен номер 28, атомна маса 58,69. Химическият символ на елемента Ni се произнася по същия начин като името на самия елемент. Естественият никел се състои от пет стабилни нуклида: 58 Ni (67,88% от масата), 60 Ni (26,23%), 61 Ni (1,19%), 62 Ni (3,66%) и 64 Ni (1,04%). В периодичната система на Д. И. Менделеев никелът е включен в група VIIIB и заедно с желязото и кобалта образува в 4-ия период в тази група триада от преходни метали с подобни свойства. Конфигурацията на двата външни електронни слоя на атома на никела е 3s 2 p 6 d 8 4s 2 . Образува съединения най-често в степен на окисление +2 (валентност II), по-рядко в степен на окисление +3 (валентност III) и много рядко в степен на окисление +1 и +4 (валентност I и IV, съответно).
Радиусът на неутралния никелов атом е 0,124 nm, радиусът на йона Ni 2+ е от 0,069 nm (координационно число 4) до 0,083 nm (координационно число 6). Енергия на последователна йонизация на никелов атом 7,635; 18,15; 35,17; 56,0 и 79 eV. По скалата на Полинг електроотрицателността на никела е 1,91. Стандартен електроден потенциал Ni 0 /Ni 2+ 0,23 V.
Простото вещество на никела в компактна форма е лъскав сребристо-бял метал.
Физични и химични свойства: Никелът е ковък и пластичен метал. Той има кубична лицево-центрирана кристална решетка (параметър a = 0,35238 nm). Точка на топене 1455°C, точка на кипене около 2900°C, плътност 8,90 kg/dm 3 . Никелът е феромагнетик с точка на Кюри около 358°C.
Компактният никел е стабилен на въздух, докато силно диспергираният никел е пирофорен. Повърхността на никела е покрита с тънък слой от NiO оксид, който силно предпазва метала от по-нататъшно окисляване. С вода и водни пари, съдържащи се във въздуха, никел същоне реагира. Никелът практически не взаимодейства с киселини като сярна, фосфорна, флуороводородна и някои други.
Металният никел реагира с азотна киселина, което води до образуването на никелов (II) нитрат Ni(NO3)2 и освобождаването на съответния азотен оксид, например:
Само при нагряване на въздух до температури над 800°C металният никел започва да реагира с кислорода, за да образува оксид NiO.
Никеловият оксид има основни свойства. Съществува в две полиморфни модификации: нискотемпературна (шестоъгълна решетка) и високотемпературна (кубична решетка, стабилна при температури над 252°C). Има съобщения за синтез на фази от никелов оксид със състав NiO1.33-2.0.
При нагряване никелът реагира с всички халогени, за да образува NiHal2 дихалогениди. Нагряването на прахове от никел и сяра води до образуването на никелов сулфид NiS. Както водоразтворимите никелови дихалогениди, така и водонеразтворимият никелов сулфид могат да бъдат получени не само "сухи", но и "мокри" от водни разтвори.
С графит никелът образува карбид Ni3C, с фосфора образува фосфиди от състави Ni5P2, Ni2P, Ni3P. Никелът реагира и с други неметали, включително (при специални условия) с азот. Интересното е, че никелът е способен да абсорбира големи обеми водород, което води до образуването на твърди разтвори на водород в никела.
Известни са такива водоразтворими никелови соли като NiSO4 сулфат, Ni(NO3)2 нитрат и много други. Повечето от тези соли, когато кристализират от водни разтвори, образуват кристални хидрати, например,,. Неразтворимите на никел съединения включват фосфат и силикат.
Когато се добави алкал към разтвор на никелова (II) сол, се утаява зелена утайка от никелов хидроксид:
Ni(OH)2 имаслаби основни свойства. Ако суспензия от Ni (OH) 2 в алкална среда е изложена на силен окислител, например бром, тогава се появява никелов (III) хидроксид:
Никелът се характеризира с образуването на комплекси. Така катионът Ni 2+ с амоняка образува хексааминов комплекс и дикватетрааминов комплекс. Тези комплекси с аниони образуват сини или виолетови съединения.
Под действието на флуор F2 върху смес от NiCl2 и KCl се появяват сложни съединения, които съдържат никел във високи степени на окисление: +3 () и +4 ().
Никеловият прах реагира с въглероден оксид (II) CO и се образува силно летлив тетракарбонил Ni (CO)4, който намира голямо практическо приложение при нанасянето на никелови покрития, получаването на диспергиран никел с висока чистота и др.
Характерна е реакцията на Ni 2+ йони с диметилглиоксим, водеща до образуването на розово-червен никелов диметилглиоксимат. Тази реакция се използва при количественото определяне на никел, а реакционният продукт се използва като пигмент в козметични материали и за други цели.
История на откритието: от 17 век. миньорите от Саксония (Германия) познаваха рудата, която на външен вид приличаше на медни руди, но не даваше мед при топене. Наричаше се Kupfernickel (немски Kupfer мед, а Nickel името на гном, който подхлъзна миньори вместо отпадъчни скали от медна руда). Както се оказа по-късно, купферникелът е съединение на никел и арсен, NiAs. Историята на откриването на никела се простира почти половин век. Първото заключение за наличието на нов "полуметал" в купферникел (т.е. в терминологията на времето просто вещество, междинно по свойства между метали и неметали) е направено от шведския металург А. Ф. Кронстед през 1751 г. Повече от двадесет години обаче това откритие беше оспорвано и възгледът надделяКронстед получи не ново просто вещество, а някакво съединение със сяра, или желязо, или бисмут, или кобалт, или някакъв друг метал.
Едва през 1775 г., 10 години след смъртта на Кронстед, шведът Т. Бергман извършва изследвания, които позволяват да се заключи, че никелът е просто вещество. Но най-накрая никелът като елемент е установен едва в началото на 19 век, през 1804 г., след щателно изследване на немския химик И. Рихтер, който извършва 32 рекристализация на никелов витриол (никелов сулфат) за пречистване и в резултат на редукция получава чист метал.
Получаване: значителна част от никела се получава от медно-никелови сулфидни руди. От обогатени суровини първо се приготвя мати - сулфиден материал, съдържащ освен никел и примеси от желязо, кобалт, мед и редица други метали. Никеловият концентрат се получава чрез флотационен метод. След това матът обикновено се обработва, за да се отделят примесите от желязо и мед, след което се изпича и полученият оксид се редуцира до метал. Съществуват и хидрометалургични методи за получаване на никел, при които за извличането му от рудата се използва разтвор на амоняк или сярна киселина. За допълнително пречистване черният никел се подлага на електрохимично рафиниране.
Приложение: основната част от разтопения никел (до 80%) се изразходва за получаването на различни сплави. По този начин добавянето на никел към стоманата позволява да се увеличи химическата устойчивост на сплавта, а всички неръждаеми стомани задължително съдържат никел. В допълнение, никеловите сплави се характеризират с висока якост и се използват при производството на издръжлива броня. Сплав от желязо и никел, съдържаща 36-38% никел, има изненадващо нисък коефициент на топлинно разширение (това е така наречената инварова сплав) и се използва впроизводство на критични части на различни устройства.
При производството на електромагнитни сърцевини широко се използват сплави под общото наименование пермалой. Тези сплави, освен желязо, съдържат от 40 до 80% никел. Известни са нихромови спирали, използвани в различни нагреватели, които се състоят от хром (10-30%) и никел. Монетите се секат от никелови сплави. Общият брой на различните никелови сплави, които намират практическо приложение, достига няколко хиляди.
Високата корозионна устойчивост на никеловите покрития прави възможно използването на тънки никелови слоеве за защита на различни метали от корозия чрез никелиране. В същото време никелирането придава на продуктите красив външен вид. В този случай за електролиза се използва воден разтвор на двоен амониев сулфат и никел.
Никелът се използва широко в производството на различно химическо оборудване, в корабостроенето, в електротехниката, в производството на алкални батерии и за много други цели.
Специално приготвеният диспергиран никел (т.нар. Raney никел) се използва широко като катализатор за голямо разнообразие от химични реакции. Никеловите оксиди се използват в производството на феритни материали и като пигмент за стъкло, глазури и керамика; оксиди и някои соли служат като катализатори за различни процеси.