A nikkel Mengyelejev periódusos rendszerének 17. kémiai eleme, 28-as rendszámmal. Az anyag egy átmeneti fém, amelyet alakíthatósága jellemez, és jellegzetes ezüstfehér színű. Nem mutat erős kémiai aktivitást. Az anyag német nyelvről lefordított neve „hegyszellemet” jelent. A nikkelt már a 17. században ismerték az emberek, de különálló anyagként még nem izolálták. A rézbányászat során rézércekben találták meg, és hamis réznek (kupfernickel) nevezték a hegyek szelleméből. Az anyagot Axel Crostedt külön fémként izolálta 1751-ben, és „nikkelnek” nevezte el.

A 18. század közepén az emberek 12 fémet ismertek, valamint ként, foszfort, szenet és arzént. Ezzel egy időben nikkelt is hozzáadtak hozzájuk, ami a 17. számot kapta.

Nikkel jellemzői

Az újonnan felfedezett elem nem talált azonnal alkalmazásra. Csak két évszázaddal később az emberek elkezdték aktívan használni a fémet. Különösen a kohászatban vált népszerűvé. Mint kiderült, a nikkel kiváló ötvözőelem acélhoz és vashoz. Így a nikkelt tartalmazó ötvözetek nagyon ellenállnak a különféle kémiai hatásoknak, nincsenek kitéve a korróziós károknak, és nagyon magas hőmérsékletnek is ellenállnak. Például a nikkel és a vas ötvözete, amelyet a kohászatban invarnak neveznek, nem tud kitágulni, ha magas hőmérsékletnek van kitéve, ez az egyik fő oka annak, hogy az invart vasúti sínek és sok más elem előállításához használják.

A nikkel fizikai tulajdonságai

A nikkel jellegzetes sárgás-ezüst árnyalatú fém. Szabadtéren megőrzi színét és fényét, nem fakul ki. A fém Brinell keménysége 600-800 Mn/m2. Meglehetősen nagy keménysége ellenére a fém jól alkalmazható különféle fizikai hatásoknak és kezeléseknek, beleértve a kovácsolást és a polírozást is. Ez lehetővé teszi a nikkel felhasználását nagyon vékony és kényes termékek előállításához.

A fém mágneses tulajdonságokkal rendelkezik még meglehetősen alacsony hőmérsékleten is (-340 0 C-ig). Ellenáll a korróziós károknak.

A nikkel fizikai tulajdonságai

Atomszám	28
Atomtömeg, a.u.m	58,69
Atomátmérő, pm	248
Sűrűség, g/cm³	8,902
Fajlagos hőkapacitás, J/(K mol)	0,443
Hővezetőképesség, W/(m K)	90,9
Olvadáspont, °C	1453
Forráspont, °C	2730-2915
Olvadási hő, kJ/mol	17,61
Párolgáshő, kJ/mol	378,6
Moláris térfogat, cm³/mol	6,6
Fémek csoportja	Heavy metal

A nikkel kémiai tulajdonságai

A nikkel 28-as rendszámú, és a kémiai nómenklatúrában a Ni szimbólummal jelölik. Moláris tömege 58,6934 g/mol. A nikkel atom sugara 124 pm. Elektronegativitása a Pauling-skálán 1,94, elektronpotenciálja 0,25 V.

A fém nincs kitéve negatív levegő és víz hatásoknak. Ez annak köszönhető, hogy a felületén nikkel-oxid (NiO) formájú film képződik, amely megakadályozza annak további oxidációját.

Oxigénnel csak bizonyos körülmények között reagál, különösen magas hő hatására. Magas hőmérsékleten képes kölcsönhatásba lépni az összes halogénnel.

Heves reakciót mutat salétromsavban, valamint ammóniás oldatokban. Egyes sók, például a sósav és a kénsav azonban meglehetősen lassan oldják a fémet. De foszforsavban egyáltalán nem oldódik.

Nikkelgyártás

A nikkelbányászat fő anyaga a szulfid réz-nikkel ércek. Így az ilyen ércekből nyerik a világ teljes termelésének körülbelül 80% -át, Oroszország kivételével. Az érceket flotációval szelektív dúsításnak vetik alá, majd a réz-, nikkel- és pirrotit-koncentrátumokat leválasztják az ércből.

A tiszta fém előállításához nikkelérc-koncentrátumot használnak, amelyet a folyasztószerekkel együtt elektromos aknákban vagy visszhangos kemencékben olvasztanak meg. Ennek az eljárásnak az eredményeként a hulladékkőzet leválasztásra kerül, és a nikkelt matt formában vonják ki, amely legfeljebb 15% nikkelt tartalmaz.

Néha, mielőtt a koncentrátumot olvasztásra küldenék, megpörkölik és agglomerálják. Az olvasztási eljárást követő szulfidolvadék (matt) összetétele Fe-t, Co-t és szinte teljesen réz-t, valamint nemesfémeket is tartalmaz. Ezután a vasat elválasztják, majd ötvözet marad, amely rezet és nikkelt tartalmaz. Az ötvözetet lassú hűtésnek vetik alá, majd finomra őrlik, és további flotációra küldik a két elem szétválasztására. A réz és a nikkel szétválasztható az úgynevezett karbonil-eljárással is, amely a reakció reverzibilitásán alapul.

A nikkel beszerzésének három leggyakoribb módja a következő:

1. Helyreállító. Az alap a szilikátérc, amelyből szénpor részvételével 5-8% nikkelt tartalmazó vas-nikkel pellet képződik. Ehhez a folyamathoz forgócsöves kemencéket használnak. Ezt követően a pelleteket kéntől megtisztítják, kalcinálják és ammóniaoldattal kezelik, amelyből savanyítás után nikkelt nyernek.
2. karbonil. Ezt a módszert Mond-módszernek is nevezik. A réz-nikkel matt szulfidércből történő előállításán alapul. A CO nagy nyomással halad át a matt felületen, ami tetrakarbonil-nikkel képződését eredményezi, amelyből magas hőmérséklet hatására nagy tisztaságú nikkel szabadul fel.
3. Aluminotermikus. Ez a módszer a nikkel oxidércből történő kinyerésén alapul: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Nikkelvegyületek

A nikkel számos szerves és szervetlen vegyületet képez, amelyek mindegyikét az emberi tevékenység bizonyos területein használják fel.

Szervetlen nikkelvegyületek

Ezek közül érdemes megemlíteni az oxidokat. Különösen annak monooxidját, amelynek képződése fém és oxigén reakciója eredményeként, meglehetősen magas, 500 0 C-ot meghaladó hőmérsékleten, olyan anyagként használják, amelyből festékek és zománcok készülnek a kerámia- és üveggyártásban. Az alkáli elemekben használt anódok gyártása során nikkel-szeszkvioxidot Ni 2 O 3 használnak. Ennek előállításához a nikkel-nitrátot vagy a nikkel-klorátot nagyon lassú melegítésnek vetik alá.

Nem utolsósorban a nikkel-hidroxidok kapnak helyet. Például Ni(OH) 2 képződik a nikkelsók vizes oldatára lúgok hatására. Ezt a hidroxidot világoszöld szín jellemzi. A nikkel-hidroxidból lúgos környezetben oxidálószer hatására hidratált oxid képződik, amely alapján az Edison alkáli elem működik. Ennek az akkumulátornak az az előnye, hogy hosszú ideig töltetlen marad, míg a hagyományos ólomakkumulátorok nem maradhatnak sokáig töltetlenül.

A nikkel(II)-sók általában a NiO vagy Ni(OH) 2 különböző savakkal való kölcsönhatása következtében jönnek létre. Az oldható nikkelsók a legtöbb esetben kristályos hidrátokat képeznek. Az oldhatatlan sók a Ni 3 (PO 4) 2 foszfát és a Ni 2 SiO 4 szilikát. A kristályhidrátokat és oldatokat zöldes szín, a vízmentes sókat pedig sárga vagy barnássárga szín jellemzi.

Nikkel(II) komplex vegyületek is léteznek. Előállításukhoz a nikkel-oxidot ammóniaoldatban feloldják. A nikkel-dimetil-glioximát Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 nikkelionok reakciójaként használatos. A savas környezet vörös színe jellemzi.

A legkevésbé jellemző nikkelvegyületek a nikkel(III)-vegyületek. Ezek közül ismert egy fekete anyag, amelyet a nikkel (II)-hidroxid lúgos közegben hipoklorittal vagy halogénekkel végzett oxidációs reakciója eredményeként nyernek:

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br 2 = Ni 2 O 3 *H 2 O + 2NaBr + H 2 O

Szerves nikkelvegyületek

A Ni-C kötés kétféleképpen történik:

1. Az y-típus szerint. Az ilyen vegyületeket y-komplexeknek nevezzük. Ide tartoznak a következő formájú vegyületek: és ahol R=Alk vagy Ar, L=PR3, ahol X jelentése acidoligandum.
2. p-típus szerint. Ezeket p-komplexeknek nevezik. Ide tartoznak az alkén és polién szerves nikkel vegyületek, amelyek nulla oxidációs állapotban tartalmaznak nikkelt. Az ilyen vegyületeket általában trigonális vagy tetraéderes szerkezet jellemzi.

Nikkel- egyszerű anyag, képlékeny, alakítható, ezüstfehér színű átmeneti fém, normál hőmérsékleten a levegőben vékony oxidréteggel borítja. Kémiailag inaktív. A nehéz színesfémekhez tartozik, tiszta formában nem található meg a földön - általában különböző ércek része, nagy keménységű, jól polírozott, ferromágneses - mágnes vonzza, Mengyelejev periodikus rendszerében a Ni szimbólummal van jelölve, és 28. sorozatszáma van.

Lásd még:

SZERKEZET

Arcközpontú köbös rácsával rendelkezik a = 0,35238 å nm periódussal, Fm3m tércsoporttal. Ez a kristályszerkezet legalább 70 GPa nyomásnak ellenáll. Normál körülmények között a nikkel b-módosítás formájában létezik, amelynek felületközpontú köbös rácsa van (a = 3,5236 å). A h2 atmoszférában katódporlasztásnak kitett nikkel azonban egy a-módosulatot képez, amelynek hatszögletű szoros tömítésű rácsa van (a = 2,65 å, c = 4,32 å), amely 200 °C fölé hevítve köbös rácsmá alakul. A kompakt köbös nikkel sűrűsége 8,9 g/cm 3 (20 °C), atomi sugara 1,24 å

TULAJDONSÁGOK

A nikkel képlékeny és alakítható fém, nagyon vékony lemezek és csövek készítésére használható. Szakítószilárdság 400-500 MN/m2, rugalmassági határ 80 MN/m2, folyáshatár 120 MN/m2; relatív nyúlás 40%; normál rugalmassági modulusa 205 Gn/m2; Brinell keménység 600-800 Mn/m2. A 0 és 631 K közötti hőmérsékleti tartományban (a felső határ a Curie-pontnak felel meg). A nikkel ferromágnesessége az atomjai külső elektronhéjának szerkezeti sajátosságaiból adódik. A nikkel a legfontosabb mágneses anyagok és ötvözetek része, minimális hőtágulási együtthatóval (permalloy, monel fém, invar stb.).

TARTALÉKOK ÉS TERMELÉS

A nikkel meglehetősen gyakori a természetben - a földkéreg tartalma körülbelül 0,01% (tömeg). A földkéregben csak kötött formában található meg, a vasmeteoritok natív nikkelt tartalmaznak (akár 8%). Tartalma az ultramafikus kőzetekben megközelítőleg 200-szor magasabb, mint a savas kőzetekben (1,2 kg/t és 8 g/t). Az ultramafikus kőzetekben a nikkel túlnyomó része a 0,13-0,41% Ni-t tartalmazó olivinekhez kötődik.
Növényekben átlagosan 5·10-5 tömegszázalék nikkel, tengeri állatokban - 1,6 × 10-4, szárazföldi állatokban - 1,10-6, emberi szervezetben - 1...2 × 10-6 .

A nikkel nagy részét garnieritből és mágneses piritből nyerik.
A szilikátércet szénporral forgócsöves kemencékben redukálják vas-nikkel pelletté (5-8% Ni), amelyet ezután kéntől megtisztítanak, kalcinálnak és ammóniaoldattal kezelnek. Az oldat savanyítása után elektrolitikus úton fémet nyernek belőle.
Karbonil-módszer (Mond-módszer): Először a réz-nikkel matracot szulfidércből nyerik, amelyen nagy nyomás alatt CO-t vezetnek át. Erősen illékony tetrakarbonil-nikkel képződik, melynek hőbomlása során különösen tiszta fém keletkezik.
Aluminotermikus módszer a nikkel oxidércből történő kinyerésére: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

EREDET

A szulfidos réz-nikkel ércek lerakódásai a lopolitszerű vagy lemezszerű réteges gabbroidok masszívumaihoz kapcsolódnak, amelyek az ősi pajzsok és platformok mély repedéseinek zónáira korlátozódnak. A világ réz-nikkel lelőhelyeinek jellegzetessége az ércek állandó ásványi összetétele: pirrotit, pentlandit, kalkopirit, magnetit; Rajtuk kívül az ércek piritet, kubanitot, polidimitot, nikkelitet, milleritet, violaritot, platinacsoportba tartozó ásványokat, esetenként kromitot, nikkel- és kobaltarzenideket, galenit, szfalerit, bornit, mackinavit, wallerit, grafit és natív aranyat tartalmaznak.

A szilikát-nikkelércek külső lerakódásai univerzálisan társulnak egy vagy másik típusú szerpentenit mállási kéreghez. A mállás során az ásványok szakaszosan bomlanak le, valamint a mobil elemek víz segítségével a kéreg felső részeiből az alsó részekbe kerülnek. Ott ezek az elemek másodlagos ásványok formájában kicsapódnak.
Az ilyen típusú lelőhelyek olyan nikkelkészleteket tartalmaznak, amelyek háromszor nagyobbak, mint a szulfidércekben lévő készletei, és egyes lelőhelyek készletei elérik az 1 millió tonna nikkelt. A szilikátércek nagy készletei Új-Kaledóniában, a Fülöp-szigeteken, Indonéziában, Ausztráliában és más országokban koncentrálódnak. Az átlagos nikkeltartalom bennük 1,1-2%. Ezenkívül az ércek gyakran tartalmaznak kobaltot.

ALKALMAZÁS

A nikkel túlnyomó többségét más fémekkel (fe, cr, cu, stb.) tartalmazó ötvözetek előállítására használják, amelyeket magas mechanikai, korróziógátló, mágneses vagy elektromos és termoelektromos tulajdonságok jellemeznek. A sugártechnika fejlesztése és a gázturbinás blokkok létrehozása kapcsán kiemelten fontosak a hőálló és hőálló króm-nikkel ötvözetek. A nikkelötvözeteket atomreaktor szerkezetekben használják.

Jelentős mennyiségű nikkelt használnak fel az alkáli elemek és a korróziógátló bevonatok gyártása során. A képlékeny nikkelt tiszta formájában lemezek, csövek stb. gyártásához használják. A vegyiparban speciális vegyi berendezések gyártásához és számos kémiai folyamat katalizátoraként is használják. A nikkel nagyon ritka fém, és ha lehetséges, más, olcsóbb és elterjedtebb anyagokkal kell helyettesíteni.

Konzolrendszerek (titán-nikkelid) és protézisek gyártásához használják. Sok országban széles körben használják érmék előállítására. Az Egyesült Államokban az 5 centes érmét a köznyelvben nikkelnek nevezik. A nikkelt hangszerek húrjainak tekercselésére is használják.

Nikkel - Ni

OSZTÁLYOZÁS

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

Kiváló korrózióállóság, nagy szilárdság, esztétikus megjelenés és bármilyen formát öltő képesség jellemzi. Tulajdonságai miatt ez a . A nikkel több mint 60%-a a rozsdamentes acélgyártásba kerül.

A nikkelt házak építésére, érdekes építészeti tervek készítésére, falak díszítésére és lefolyócsövek készítésére használják. A nikkel mindenhol jelen van az életünkben. Ezért ma megvizsgáljuk a nikkel összetételét, szerkezetét és tulajdonságait.

A nikkel fehér, ezüstös árnyalattal. Ezt a fémet gyakran más anyagokkal kombinálják. Ennek eredményeként ötvözetek keletkeznek.

• A nikkel megtalálható az élelmiszerekben, a földkéregben, a vízben és még a levegőben is.
• A nikkelnek van egy felületközpontú köbös rácsa (a = 3,5236A). Normál állapotában β-módosítás formájában jelenik meg. A katódporlasztás során hatszögletű ráccsal α-módosítássá alakul át. Ha tovább hevítjük a nikkelt 200°C-ra, a rács köbös lesz.
• A nikkelnek van egy befejezetlen 3D elektronhéja, ezért átmeneti fémek közé sorolják.
• A nikkel elem a legfontosabb mágneses ötvözetek és anyagok része, amelyekben a hőtágulási együttható minimális.

A nikkel, amelyet nem dolgoznak fel és nem a természetből bányásznak, 5 stabil izotópból áll. Mengyelejev periódusos rendszerében a nikkel 28-as számmal szerepel. Ennek az elemnek az atomtömege 58,70.

Nikkel tulajdonságai

Sűrűség és tömeg

A nikkel számos nehézfémhez tartozik. Sűrűsége kétszerese a titán fémének, de számszerű sűrűsége megegyezik a .

A nikkel fajlagos sűrűségének számértéke 8902 kg/m3. A nikkel atomtömege: 58,6934 a. e.m. (g/mol).

Mechanikai jellemzők

A nikkel jó alakíthatósággal és hajlékonysággal rendelkezik. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően könnyen tekerhető. Elég könnyű vékony lemezeket, kis csöveket készíteni belőle.

0 és 631 K közötti hőmérsékleten a nikkel ferromágnesessé válik. Ez a folyamat a nikkelatom külső héjának speciális szerkezete miatt következik be.

A nikkel következő mechanikai jellemzői ismertek:

• Fokozott erő.
• A szakítószilárdság 450 MPa.
• Erősen műanyag.
• Korrozióállóság.
• Magas olvadáspont.
• Magas katalitikus képesség.

A leírt fém mechanikai jellemzői a szennyeződések jelenlététől függenek. A legveszélyesebb és legkárosabb a kén, a bizmut és az antimon. Ha a nikkelt gázokkal telítik, mechanikai tulajdonságai romlanak.

Hő- és elektromos vezetőképesség

• A nikkel fém hővezető képessége a következő: 90,1 W/(m K) (25°C hőmérsékleten).
• A nikkel elektromos vezetőképessége 11 500 000 Sim/m.

Korrozióállóság

A korrózióállóság a fém azon képességére utal, hogy ellenáll a pusztulásnak, amikor agresszív környezetnek van kitéve. A nikkel magas korrózióállóságú anyag.

A nikkel nem rozsdásodik a következő környezetben:

• Környezeti légkör. A nikkel jól ellenáll a magas hőmérsékletnek. Ha a nikkelt ipari légkörnek teszik ki, mindig vékony filmréteg borítja, ami a nikkel elszíneződéséhez vezet.
• Lúgok meleg és hideg formában, valamint olvadt állapotuk.
• Szerves savak.
• Szervetlen savak.

Ezenkívül a nikkel nem rozsdásodik a forró alkoholokban és zsírsavakban. Ennek köszönhetően ezt a fémet széles körben használják az élelmiszeriparban.

A vegyipar is széles körben alkalmazza a nikkelt. Ennek oka a nikkel korrózióállósága a magas hőmérsékletekkel és az oldatok nagy koncentrációjával szemben.

A nikkel a következő környezeti feltételek mellett érzékeny a korrózióra:

• Tengervíz.
• Hipokloritok lúgos oldatai.
• Kén vagy bármilyen ként tartalmazó közeg.
• Oxidáló sók oldatai.
• Ammónia-hidrát és ammóniás víz.

A nikkel toxicitását az alábbiakban tárgyaljuk.

Hőmérsékletek

A nikkel következő termodinamikai tulajdonságai ismertek:

• Nikkel olvadáspontja: 1726 K vagy 2647 °F vagy 1453 °C.
• Nikkel forráspontja: 3005 K vagy 4949 °F vagy 2732 °C.
• Öntési hőmérséklet: 1500-1575 °C.
• Izzítási hőmérséklet: 750 – 900 °C.

Toxicitás és környezetbarát

Nagy mennyiségben a nikkel mérgező hatással van a szervezetre. Ha étellel történő bevételről beszélünk, akkor ennek az elemnek a megnövekedett tartalma minden bizonnyal egészségügyi veszélyt jelent.

A túlzott nikkel gyakran előforduló negatív következménye az allergia. Ezenkívül, ha ennek a fémnek (nagy mennyiségben) van kitéve a testen, gyomor- és bélrendszeri rendellenességek lépnek fel, és a vörösvértestek tartalma szükségszerűen megnő. A nikkel krónikus hörghurutot, veseterhelést és tüdőműködési zavarokat okozhat. A túl sok nikkel tüdőrákot vált ki.

Ha az ivóvíz 250 rész nikkelt tartalmaz millió rész vízben, akkor ez a szint vérbetegséget és veseproblémákat okozhat. Ez azonban meglehetősen ritka.

A nikkel a dohányfüstben található. Ennek a nikkeltartalmú füstnek vagy pornak a belélegzése hörghuruthoz és károsodott tüdőfunkcióhoz vezet. Ez az anyag beszerezhető körülmények között vagy környezetileg kedvezőtlen területeken.

A nikkelmérgezés csak akkor jelent veszélyt, ha nagy mennyiségben kerül az emberi szervezetbe. Ha nikkelt használnak az iparban és az építőiparban, akkor nem veszélyes.

Egyéb jellemzők

A nikkelnek a következő jellemzői is vannak:

• A nikkel elektromos ellenállása 68,8 nom m.
• Kémiailag a nikkel hasonló a vashoz, a kobalthoz, a rézhez és néhány nemesfémhez.
• A nikkel 500 C hőmérsékleten reagál oxigénnel.
• Ha a nikkel finoman szétoszlik, spontán meggyulladhat.
• A nikkel még nagyon magas hőmérsékleten sem lép reakcióba nitrogénnel.
• A nikkel lassabban oldódik fel savakban, mint a vas.

A nikkel használata ötvözetekben

A nikkel a legtöbb hőálló anyag alapja, amelyet a repülőgépiparban az erőművek alkatrészeihez használnak.

• Monel fém (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), 500 °C-ig hőálló, nagyon korrózióálló;
• nikróm, ellenálló ötvözet (60% Ni + 40% Cr);
• permalloy (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), nagy mágneses érzékenységgel rendelkezik, nagyon alacsony hiszterézis veszteséggel;
• invar (65% Fe + 35% Ni), melegítés hatására szinte nem nyúlik meg.
• Ezenkívül a nikkelötvözetek közé tartoznak a nikkel és króm-nikkel acélok, a nikkel-ezüst és a különféle ellenállás-ötvözetek, például a konstans, a nikkel és a manganin.

Minden rozsdamentes acél feltétlenül tartalmaz nikkelt, mert... A nikkel növeli az ötvözet vegyszerállóságát. A nikkelötvözetek nagy szívóssággal is rendelkeznek, és tartós páncélok gyártásához használják őket. A különféle eszközök legfontosabb alkatrészeinek gyártása során nikkel-vas ötvözetet (36-38% nikkel) használnak, amely alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkezik.

Az elektromágneses magok gyártása során a permalloy általános elnevezésű ötvözeteket széles körben használják. Ezek az ötvözetek a vason kívül 40-80% nikkelt is tartalmaznak. Az érméket nikkelötvözetekből verik. A gyakorlatban használt különféle nikkelötvözetek száma eléri a több ezret.

Fémek nikkelezése

A nikkelt tiszta formájában elsősorban korrózió elleni védőbevonatként használják különféle kémiai környezetben. A vas és más fémek védőbevonatait két jól ismert módszerrel állítják elő: burkolással és galvanizálással. Az első módszernél a burkolóréteget egy vékony nikkellemez és egy vastag vaslemez meleghengerlésével hozzák létre. A nikkel és a bevonandó fém vastagságának aránya körülbelül 1:10. A hézaghengerlés során a kölcsönös diffúzió miatt ezeket a lemezeket összehegesztik, és monolitikus kétrétegű vagy akár háromrétegű fémet kapnak, amelynek nikkel felülete megvédi ezt az anyagot a korróziótól.

A védő nikkelbevonatok készítésének ezt a fajta forró módszerét széles körben használják a vas és az ötvözetlen acélok korrózió elleni védelmére. Ez jelentősen csökkenti számos, nem tiszta nikkelből, hanem viszonylag olcsó vasból vagy acélból készült, de vékony nikkelvédőréteggel bevont termék és eszköz költségét. Nikkelezett vaslemezekből nagyméretű tartályokat készítenek, például maró lúgok szállítására és tárolására, amelyeket különféle vegyiparban is használnak.

A nikkel védőbevonatok létrehozásának galvanizálási módszere az elektrokémiai folyamatok egyik legrégebbi módszere. Ez a technikában széles körben nikkelezésként ismert művelet elvileg viszonylag egyszerű technológiai folyamat. Ez magában foglal némi előkészítő munkát a bevonandó fém felületének nagyon alapos tisztításával és egy nikkelsó, általában nikkel-szulfát megsavanyított oldatából álló elektrolitikus fürdő elkészítésével. Az elektrolitikus bevonatnál a bevont anyag katódként, a nikkellemez pedig anódként szolgál. A galvanikus áramkörben a nikkelt a katódra rakják le, egyenértékű átmenettel az anódról az oldatba. A nikkelezési módszert széles körben használják a mérnöki munkákban, és nagy mennyiségű nikkelt használnak fel erre a célra.

A közelmúltban az elektrolitikus nikkelezés módszerét alkalmazzák alumínium, magnézium, cink és öntöttvas védőbevonatainak létrehozására. A cikk a nikkelezési módszer alkalmazását ismerteti alumínium- és magnéziumötvözeteknél, különös tekintettel a légcsavaros repülőgépek duralumínium lapátjainak védelmére. Egy másik cikk a nikkelezett öntöttvas szárítódobok használatát írja le a papírgyártásban; Megállapították a dobok korrózióállóságának jelentős növekedését, valamint a nikkelezett dobokon a papír minőségének javulását a hagyományos, nikkelezés nélküli öntöttvas dobokhoz képest.

A nikkelezést galvanizálással hajtják végre nikkel(II)-szulfátot, nátrium-kloridot, bór-hidroxidot, felületaktív anyagokat és fényesítő anyagokat, valamint oldható nikkel-anódokat tartalmazó elektrolitok felhasználásával. A kapott nikkelréteg vastagsága 12-36 mikron. A stabil felületi fényesség utólagos krómozással biztosítható (krómréteg vastagsága 0,3 mikron).

Az árammentes nikkelezést nikkel(II)-klorid és nátrium-hipofoszfit keverékének oldatában végezzük nátrium-citrát jelenlétében:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

Az eljárást 4-6 pH-n és 95 °C-on végezzük.

A nikkel használata akkumulátorgyártásban

Vas-nikkel, nikkel-kadmium, nikkel-cink, nikkel-hidrogén akkumulátorok gyártása.

A kémiai áramforrások leggyakoribb „hátránya” a cink, kadmium, vas, a leggyakoribb „profik” pedig az ezüst-, ólom-, mangán- és nikkel-oxidok. A nikkelvegyületeket alkáli elemek gyártásához használják. A vas-nikkel akkumulátort egyébként 1900-ban Thomas Alva Edison találta fel.

A nikkel-oxid alapú pozitív elektródák meglehetősen nagy pozitív töltéssel rendelkeznek, stabilak az elektrolitban, könnyen feldolgozhatók, viszonylag olcsók, hosszú ideig tartanak és nem igényelnek különösebb gondosságot. Ez a tulajdonságkészlet tette a nikkelelektródákat a legelterjedtebbé. Egyes akkumulátorok, különösen a cink-ezüst elemek, jobb jellemzőkkel rendelkeznek, mint a vas-nikkel vagy nikkel-kadmium akkumulátorok. De a nikkel sokkal olcsóbb, mint az ezüst, és a drága akkumulátorok sokkal kevésbé bírják.

Az alkáli elemek nikkel-oxid elektródái nikkel-oxid-hidrátot és grafitport tartalmazó pasztából készülnek. Néha a grafit helyett a vezetőképes adalék funkcióit vékony, nikkel-hidroxidban egyenletesen elosztott nikkelszirmok látják el. Ezt az aktív masszát különböző kialakítású vezetőképes lemezekbe csomagolják.

Az elmúlt években a nikkelelektródák előállításának másik módszere terjedt el. A lemezeket nikkel-oxidok nagyon finom porából préselik a szükséges adalékokkal. A gyártás második szakasza a tömeg szinterelése hidrogénatmoszférában. Ezzel a módszerrel nagyon fejlett felületű porózus elektródákat állítanak elő, és minél nagyobb a felület, annál nagyobb az áramerősség. Az ezzel a módszerrel készült elektródákkal ellátott akkumulátorok erősebbek, megbízhatóbbak, könnyebbek, de drágábbak is. Ezért használják a legkritikusabb objektumokban - rádióelektronikai áramkörökben, űrhajók áramforrásaiban stb.

A legfinomabb porokból készült nikkelelektródákat üzemanyagcellákban is használják. Itt a nikkel és vegyületei katalitikus tulajdonságai különös jelentőséget kapnak. A nikkel kiváló katalizátor az ezekben a jelenlegi forrásokban lezajló összetett folyamatokhoz. Az üzemanyagcellákban egyébként a nikkelből és vegyületeiből „plusz” és „mínusz” is készíthető. Az egyetlen különbség az adalékanyagokban van.

Nikkel a sugárzási technológiákban

A 63 Ni nuklid, amely β+ részecskéket bocsát ki, felezési ideje 100,1 év, kritronokban használják. A mechanikus neutronnyaláb-megszakítókban a kadmiumlemezek helyett a közelmúltban nikkellemezeket használnak, hogy nagy energiájú neutronimpulzusokat kapjanak.

A nikkel használata az orvostudományban

• Konzolrendszerek gyártásához használják.
• Protézis

A nikkel minőségi és mennyiségi meghatározására a legjobb reakció a skarlátvörös csapadék képződése, amikor a vizsgált keverék ammóniaoldatához dimetil-glioximot adunk. De a nikkel-dimetil-glioximátra nem csak az elemzőknek van szükségük. Ennek az összetett vegyületnek a gyönyörű mély színe felkeltette az illatszerészek figyelmét: nikkel-dimetil-glioximátot vezetnek be a rúzs összetételébe. Néhány vegyület, mint például a nikkel-dimetil-glioximát, a nagyon fényálló festékek alapja.

A nikkel egyéb felhasználásai

Érdekes jelek vannak a nikkellemezek ultrahangos, elektromos és mechanikus berendezésekben, valamint a telefonkészülékek modern kialakításában való használatára vonatkozóan.

Vannak olyan technológiai területek, ahol a tiszta nikkelt vagy közvetlenül por formájában, vagy tiszta nikkelporból nyert különféle termékek formájában használják fel.

A porított nikkel egyik alkalmazási területe a telítetlen szénhidrogének, gyűrűs aldehidek, alkoholok és aromás szénhidrogének hidrogénezési reakcióinak katalitikus folyamatai.

A nikkel katalitikus tulajdonságai hasonlóak a platina és a palládium katalitikus tulajdonságaihoz. Így a periódusos rendszer azonos csoportjába tartozó elemek kémiai analógiája tükröződik itt. A nikkelt, mint a palládiumnál és platinánál olcsóbb fémet, széles körben használják katalizátorként a hidrogénezési eljárásokban.

Erre a célra a nikkelt nagyon finom por formájában célszerű használni. Ezt a nikkel-oxid hidrogénnel történő redukciójának speciális módjával nyerik 300-350°-os hőmérséklet-tartományban.

A felfedezést sokáig vitatták: a kortársak azt hitték nikkel- ez nem önálló fém, hanem már ismert fémek arzénnel és kénnel készült ötvözete. Kronstedt ragaszkodott a nikkel egyéniségéhez, „fizikai bizonyítékként” nevezve különösen vegyületeinek zöld színét és e „félfém” kénnel való kölcsönhatásának egyszerűségét. Kronstedtnek nemcsak fizikai-kémiai, hanem ellenfelei asztrológiai érvei ellen is meg kellett küzdenie. "A fémek száma már meghaladja a napkörben elhelyezkedő bolygók számát" - írta Kronstedt -, ezért most nem kell tartani a fémek számának megsokszorozódását.

De Kronstedt 1765-ben meghalt anélkül, hogy megvárta volna felfedezésének elismerését. És még 10 évvel halála után is megjelent a francia enciklopédiában, a korszak legmagasabb ismeretanyagában: „Úgy tűnik, még további kísérleteket kell végezni, hogy meggyőződjünk arról, vajon ez a „nikkel” bogár, amelyet Mr. Kronstedt egy különleges félfémről beszél, létezik, vagy inkább vas, arzén, bizmut, kobalt és még réz és kén vegyületének tekintendő.”

Ugyancsak 1775-ben tette közzé Kronstedt honfitársa, T. Bergman vegyész és kohász kutatásait, amelyek sokakat meggyőztek arról, hogy a nikkel valóban új fém. De a vita végül csak a 19. század elején lecsendesedett, amikor több neves kémikusnak sikerült először elkülönítenie a tiszta nikkelt. Köztük volt J. L. Proust, a kémiai vegyületek összetételének állandósági törvényének szerzője; Érdekes, hogy Proust a nikkel-szulfát oldatának sajátos édeskés ízét, amely élesen különbözik a réz-szulfát kellemetlen ízétől, fontos érvnek tartotta a nikkel egyénisége mellett. Egy másik francia kémikus, L. J. Tenard végül megvilágította a nikkel mágneses tulajdonságait (Bergman már rámutatott egyediségükre).

Fél évszázad kutatómunkáját foglalta össze Jeremiah Richter, akit a kémiatörténet inkább a sztöchiometria egyik megalapozójaként ismer. A tiszta nikkel előállításához a Richter, miután NiAs cupfernikkelt levegőn égetett (hogy eltávolítsa az arzén nagy részét), szénnel redukálta és a gyöngyöt savban feloldotta, 32 nikkel-szulfát átkristályosítást végzett, majd tiszta fémet nyert ki ezekből a kristályokból. Az ezen a „nagyon nehéz módon” nyert nikkelt Richter 1804-ben írta le „Az abszolút tiszta nikkelről, egy nemesfémről, gyártásáról és különleges tulajdonságairól” című cikkében.

Richter cikke prófétaiként vonult be a 28-as elem történetébe: a nikkelnek szinte minden olyan jellegzetes tulajdonságát feltüntette, amelyek a modern technológia egyik legfontosabb fémjévé tették – nagy korrózióállóságot, hőállóságot, nagy alakíthatóságot és alakíthatóságot, mágneses tulajdonságokat. Ezek a jellemzők határozták meg azokat az utakat, amelyeken az ember a nikkelt irányította.

Fémes nikkel...

Az ékszerészek találták ki a nikkel első felhasználását. A nikkel nyugodt, könnyű fénye (emlékezzünk Majakovszkijra: „Hold-nikkelt öntöttem a macskakövekre”) nem fakul el a levegőben. Ezenkívül a nikkel viszonylag könnyen feldolgozható. Ezért ékszerek, edények és kemény érmék gyártására kezdték használni.

De a 28-as számú elem nem kapta meg azonnal ezt az igen jelentéktelen tevékenységi területet, mert a nikkel, amelyet a kohászok olvasztottak, egyáltalán nem hasonlított a Richter által leírt nemesfémhez. Törékeny volt és gyakorlatilag alkalmatlan a feldolgozásra.

Később kiderült, hogy a nikkel mechanikai tulajdonságainak teljes tönkretételéhez egy jelentéktelen (száz évvel ezelőtti szabványok szerint) kénszennyeződés - mindössze 0,03% - elegendő; Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a rideg nikkel-szulfid legvékonyabb filmje elválasztja a fém szemcséit, és megzavarja annak szerkezetét. Az oxigén megközelítőleg ugyanolyan hatással van ennek a fémnek a tulajdonságaira.

A képlékeny nikkel megszerzésének problémáját egy felfedezés oldotta meg. A magnézium hozzáadása az olvadt fémhez az öntés előtt megszabadítja a nikkelt a szennyeződésektől: a magnézium aktívan megköti és „átveszi” a ként és oxigént. Ezt a felfedezést a múlt század 70-es éveiben tették, és azóta a nikkel iránti kereslet növekedni kezdett.

Hamar kiderült, hogy a 28-as számú elem nem csak dekorációs fém (bár a nikkelezést mintegy száz éve használják más fémek korrózió elleni védelmére és dekorációs célokra). A nikkel az egyik legígéretesebb anyagnak bizonyult olyan vegyi berendezések gyártásához, amelyeknek ellenállniuk kell a koncentrált sóoldatok, forró lúgok, olvadt sók, fluor, klór, bróm és más agresszív környezetek korrozív hatásának. Ez a fém megőrzi kémiai passzivitását még melegítés közben is; hőállóság megnyitotta az utat a nikkel előtt a sugárhajtású technológiában.

Az elektromos vákuumkészülékek tervezői a nikkel egyedülálló tulajdonságait látták. Nem véletlen, hogy az elektromos vákuumtechnológia által felhasznált összes fém több mint háromnegyede tiszta nikkel; Huzaltartók, perselyek, rácsok, anódok, képernyők, oxidkatódok magjai és számos egyéb alkatrész készül belőle.

Itt a nikkel korrózióval és hőállóságával, alakíthatóságával és szilárdságával együtt nagyra értékelik az alacsony gőznyomást: kb. 750°C üzemi hőmérsékleten az elektroncső térfogata jelentéktelen mennyiségű nikkellel telítődik – kb. 10-12 g, ami nem sérti a mélyvákuumot.

A nikkel mágneses tulajdonságai

A nikkel mágneses tulajdonságai sok tekintetben figyelemre méltóak. 1842-ben J. P. Joule leírta az acélrudak hosszának növekedését mágnesezéskor. 35 év után a fizikusok elérték a vas - kobalt és nikkel - kémiai rokonait. Aztán kiderült, hogy a kobaltrudak is megnyúlnak mágneses térben, de ez a figyelemre méltó hatás a nikkelben nem található meg. Néhány évvel később (1882-ben) kiderült, hogy a nikkel nemhogy nem hosszabbodik meg, hanem éppen ellenkezőleg, még rövidül is a mágneses térben. A jelenséget magnetostrikciónak nevezték. Lényege abban rejlik, hogy külső mágneses tér alkalmazásakor a véletlenszerűen elhelyezkedő fém mikromágnesek (domének) egy irányba igazodnak, ezáltal deformálják a kristályrácsot. A hatás visszafordítható: a fém mechanikai igénybevétele megváltoztatja a mágneses jellemzőit.

Ezért a ferromágneses anyagokban a mechanikai rezgések sokkal gyorsabban csillapodnak, mint a nem ferromágneses anyagokban: a rezgések energiáját a mágnesezettségi állapot megváltoztatására fordítják. Ennek a „magnetomechanikai csillapításnak” a természetének megértése lehetővé tette a fáradtságálló ötvözetek létrehozását a turbinalapátokhoz és sok más, vibrációnak kitett alkatrészhez.

De talán még fontosabb a magnetomechanikai jelenségek másik alkalmazási területe: egy nikkelrúd megfelelő frekvenciájú váltakozó mágneses térben ultrahangforrássá válik. Egy ilyen rúd rezonanciában való lengetésével (ehhez a megfelelő hosszúságot választják) az ultrahangos technológia számára kolosszális rezgések amplitúdója érhető el - a rúd hosszának 0,01% -a.

A nikkel-magnetosztriktorokat többek között ultrahangos térben történő nikkelezésre is alkalmazták: az ultrahangnak köszönhetően rendkívül sűrű és fényes bevonatokat kapnak, felvitelük sebessége jóval nagyobb lehet, mint szonikálás nélkül. Így „a nikkel segít önmagán”.

Nikelt találtak vasmeteoritokban. „71 bécsi font súlyú őshonos vastömeg, amely 1751. május 26-án délután hat órakor több szemtanú szeme láttára a levegőbe zuhant a horvátországi Grasina falu közelében, és három ölnyi mélységben a földbe temették. egy nemrég felszántott területen.”

Az ultrahangnak számos más felhasználási területe is van. Úgy tűnik azonban, hogy senki sem tanulmányozta a gyorsan változó mágneses tér hatásait a fém nikkel részvételével zajló reakciókra: a magnetostrikció által kiváltott felületi pulzáció jelentős hatással lenne a kémiai kölcsönhatásra, így a „hangzó” fém reakciójának tanulmányozása újdonságokat tárhat fel. és váratlan hatások.

Nikkel és ötvözetei

Térjünk most át a nikkelötvözetekre. De jobb visszamenni: elvégre a nikkel használatának története az ötvözetekkel kezdődött: egyeseket - vas-nikkel - az ember kész formában kapott, másokat - réz-nikkel - természetes ércekből tanult meg olvasztani, még nem tudta. milyen fémek kerültek beléjük.

És most az ipar több ezer nikkelt tartalmazó ötvözetet használ, bár korunkban a vas - nikkel és réz - nikkel kombinációja, amelyet maga a természet biztosít számunkra, továbbra is a nikkeltartalmú ötvözetek túlnyomó többségének alapja. De valószínűleg nem ezeknek az ötvözeteknek a mennyisége és változatossága a legfontosabb, hanem az, hogy bennük az ember meg tudta erősíteni és fejleszteni a nikkel szükséges tulajdonságait.

Ismeretes például, hogy a szilárd oldatok erősebbek és keményebbek összetevőiknél, de megőrzik plaszticitásukat. Ezért a kovácsolással, hengerléssel, húzással, bélyegzéssel stb. feldolgozott fémanyagok olyan rendszerek alapján jönnek létre, amelyek összetevői egymás között szilárd megoldást képeznek. Pontosan ilyenek a nikkel és a réz ötvözetei: mindkét fém bármilyen arányban teljesen elegyedik, mind folyékony állapotban, mind az olvadék megszilárdulásakor. Innen ered a réz-nikkel ötvözetek kiváló mechanikai tulajdonságai, amelyeket az ókori kohászok ismertek.

Ezen ötvözetek számos típusának ősatyja a „pakt-hong” (vagy „pekfong”), amelyet Kínában olvasztottak, valószínűleg korunk előtt, és a mai napig fennmaradt. Rézből, nikkelből (20%) és cinkből áll, a cink lényegében ugyanazt a szerepet játszik, mint a magnézium a képlékeny nikkel előállításában. Ezt az ötvözetet a 19. század első felében kezdték el kis mennyiségben gyártani Európában. Argentan, német ezüst, nikkelezüst (új ezüst) és még sok más név alatt, és ezek a nevek szinte mindegyike az ötvözet gyönyörű ezüst megjelenését hangsúlyozta. A nikkelnek van egy érdekes „fehérítő képessége”: már 20%-a teljesen kioltja a réz vörös színét.

Az „új ezüst” sikeresen versenyzett a régivel, és népszerűvé vált az ékszerészek körében. Érmék verésére is használták. 1850-ben Svájc bocsátotta ki az első nikkelezüst érméket, és hamarosan szinte minden ország követte példáját. Az amerikaiak még a nikkeleiket is "nikkeleknek" nevezik. A réz-nikkel ötvözetek alkalmazásának mértéke óriási: a világon alig több mint 100 év alatt készült „nikkel” érmék oszlopa elérné a Holdat!

Napjainkban a nikkel-ezüstöt és rokon réz-nikkelt (a nikkelezüst nem tartalmaz cinket, de kb. 1% mangánt tartalmaz) nemcsak és nem is annyira ezüsttárgyak helyettesítésére használják, hanem mérnöki célokra is: a réz-nikkel a legellenállóbb (az összes ismert ötvözet közül) !) ütés, vagy sugár, korrózió ellen. Kiváló anyag csapokhoz, szelepekhez és különösen kondenzátorcsövekhez.

De a réz és nikkel fiatalabb ötvözete a véletlen és a találékonyság gyermeke. A 20. század elején. bonyodalmak merültek fel a gazdag kanadai ércek feldolgozása során, amelyek kétszer annyi nikkelt tartalmaztak, mint a rezet; a két fém szétválasztása kemény dió volt a kohászok számára. Ambrose Monel ezredes, az International Nickel Company akkori elnöke egy merész ötlettel állt elő – nem kell szétválasztani a rezet és a nikkelt, hanem össze kell olvasztani őket „természetes ötvözetté”. A mérnökök megvalósították ezt az ötletet – és az eredmény a híres Monel fém – a vegyipar egyik legfontosabb ötvözete. Most sok Monel-féle fémet hoztak létre, amelyek különböznek az ötvöző adalékanyagok természetétől és mennyiségétől, de az alap minden esetben ugyanaz - 60-70% nikkel és 28-30% réz. A nagy vegyszerállóság, a ragyogó mechanikai tulajdonságok és a viszonylagos olcsóság (még mindig a réz és a nikkel előzetes szétválasztása nélkül olvasztják) híressé tették a Monel fémet a vegyészek, hajóépítők, textilmunkások, olajmunkások és még az illatszergyártók körében is.

Ha a monel fém a szulfid réz-nikkel ércek „természetes ötvözete”, akkor a ferronikkel az oxidált nikkelércek olvasztásának természetes terméke. A különbség az, hogy az olvasztási körülményektől függően ebben a termékben a nikkel és a vas aránya széles skálán változtatható (a vas nagy része salakká alakul). A különféle összetételű feronikkelt ezután köztes termékként használják számos acél és más vas-nikkel ötvözetek előállításához.

Widmanstätt szerkezet. A bécsi Ipari Múzeum igazgatója, Alois von Wndmanstätten 1808-ban barátjától vasmeteoritmintákat kapott, kifényesítette és salétromsavval maratotta. Kecses maratási vonalak jelennek meg, tükrözve az ötvözet jellegzetes szerkezetét

Nagyon sokféle ilyen ötvözet létezik. A szerkezeti nikkel és a rozsdamentes króm-nikkel acélok mindenki számára jól ismertek. Ők fogyasztják az emberek által bányászott nikkel majdnem felét. Az Inconel a rozsdamentes acélok „arisztokrata rokona”, amelyben szinte már vas sem maradt, ötvözet (pontosabban nikkel és króm alapú ötvözetek csoportja, titán és egyéb elemek hozzáadásával. Az Inconel az egyik a rakétatechnika fő anyagai.A nikróm (20% Cr, 80% Ni) az ellenállásötvözetek közül a legfontosabb, a legtöbb elektromos fűtőberendezés alapja, az otthoni elektromos tűzhelyektől a nagy teljesítményű ipari kemencékig Kevésbé ismert az elinvar (45% Ni, 55% Fe; ötvöző adalékok - Cr, Mo, W), amely állandó rugalmasságot tart különböző hőmérsékleteken, és platinit (49% Ni, 51% Fe) Ez utóbbi nem tartalmaz platinát, de sok esetben helyettesíti. A platinához hasonlóan üvegbe is forrasztható, és a csomópont nem reped meg, mivel az üveg és a platinit hőtágulási együtthatója megegyezik. Az Invar (36% Ni, 64% Fe) hőtágulási együtthatója közel nulla .

Egy speciális osztály a mágneses ötvözetekből áll. A legnagyobb érdem itt talán a FeNi 3 permalloyé – egy fenomenális mágneses permeabilitással rendelkező ötvözet, amely forradalmasította a gyengeáramú technológiát. Permalloy magok minden telefonban megtalálhatók, a vékony permalloy fóliák pedig a számítógépes tárolóeszközök fő elemei.

Az amerikai Atlas rakéta 3200°C-on üzemelő hajtóműve az égéstér falát alkotó több száz kis, mindössze 0,3 mm vastag nikkelcsőnek köszönhetően bírja ezt a hőmérsékletet. A folyékony tüzelőanyag áthalad ezeken a csöveken, hűti a falakat és egyúttal felmelegíti magát.