Какими свойствами обладает никель

Никель — простое вещество, пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Относится к тяжелым цветным металлам, в чистом виде на земле не встречается — обычно входит в состав различных руд, высокой твердостью, хорошо полируется, является ферромагнетиком — притягивается магнитом, в периодической системе Менделеева обозначается символом Ni и имеет 28 порядковый номер.

СТРУКТУРА

Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 å нм, пространственная группа Fm3m. Эта кристаллическая структура устойчива к давлению, по меньшей мере 70 ГПа. При обычных условиях никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку ( a = 3,5236 å). Но никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере h 2 , образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки ( а = 2,65 å, с = 4,32 å), которая при нагревании выше 200 °С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см3 (20 °С), атомный радиус 1,24 å

СВОЙСТВА

Никель — ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400—500 Мн/м2, предел упругости 80 Мн/м2 , предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600—800 Мн/м2. В температурном интервале от 0 до 631К (верхняя граница соответствует Кюри точке ). Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек его атомов. Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и др.).

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Никель довольно распространён в природе — его содержание в земной коре составляет около 0,01%(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8%). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41% Ni.
В растениях в среднем 5·10−5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1,6·10−4, в наземных — 1·10−6, в человеческом организме — 1…2·10−6.

Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5—8% Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
Карбонильный способ (метод Монда): Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.
Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах. Характерной особенностью медно-никелевых месторождений всего мира является выдержанный минеральный состав руд: пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит; кроме них в рудах встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, минералы группы платины, изредка хромит, арсениды никеля и кобальта, галенит, сфалерит, борнит, макинавит, валлерит, графит, самородное золото.

Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. при выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Там эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
В месторождениях этого типа заключены запасы никеля в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах, а запасы некоторых месторождений достигают 1 млн т. и более никеля. Крупные запасы силикатных руд сосредоточены на Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии, Австралии и др. странах. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2%. Кроме того в рудах часто содержится кобальт.

ПРИМЕНЕНИЕ

Подавляющая часть никеля используется для получения сплавов с другими металлами (fe, cr, cu и др.), отличающихся высокими механическими, антикоррозионными, магнитными или электрическими и термоэлектрическими свойствами. В связи с развитием реактивной техники и созданием газотурбинных установок особенно важны жаропрочные и жаростойкие хромоникелевые сплавы. Сплавы никеля используются в конструкциях атомных реакторов.

Значительное количество никеля расходуется для производства щелочных аккумуляторов и антикоррозионных покрытий. Ковкий никель в чистом виде применяют для изготовления листов, труб и т.д. Он используется также в химической промышленности для изготовления специальной химической аппаратуры и как катализатор многих химических процессов. Никель — весьма дефицитный металл и по возможности должен заменяться другими, более дешёвыми и распространёнными материалами.

Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана), протезирования. Широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель». Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.

Никель (англ. Nickel) — Ni

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Никель (Ni, атомный № 28) – химический элемент, один атом которого содержит 28 протонов, 28 электронов и от 30 до 36 нейтронов, в зависимости от изотопа. Существует пять стабильных изотопов: 58 (68%), 60 (26%), 62 (4%), 61 (1%), 64 (около 1%). Температура плавления никеля составляет 1450°C, относительная атомная масса 58,69 при плотности 8,9. В обычной жизни о существовании этого металла могут напоминать мельхиоровые монеты – денежные средства, широко распространённые в социуме, либо перезаряжаемые батареи мобильных телефонов с коими часто приходится иметь дело. Однако это всего лишь малая часть всей массы распространённых применений металла, несравнимого по ценности с золотом, серебром и другими химическими элементами.

Общий взгляд на никель как на металл

Никель по ценности, конечно же, уступает золоту и серебру, оценивается не на таком высоком уровне, как, например, высокотехнологичные аэрокосмические металлы — алюминий и титан. Тем не менее, металлу тоже находится применение в той же аэрокосмической сфере и в других областях. Рассмотрим внимательнее этот химический элемент с целью получения всеобъемлющей информации для потенциального использования.

Никель широко использовался в сплавах (например, мельхиор монетный) на протяжении тысячелетий, однако был признан химическим элементом лишь в 1751 году. Первые упоминания об этом химическом элементе принадлежат шведскому химику — барону Аксель Фредерик Кронштедту.

НИКЕЛЬ

Примерно такой выглядит внешне менералсодержащая руда — никколит, из которой в своё время разработчики горных пород пытались извлечь медь, но получили совсем другой результат

Именно этот учёный первым получил чистое вещество из руды красноватого оттенка — никколита. Минералсодержащая порода никколит получила своё название благодаря внешнему виду, напоминающему медную руду.  Однако реальной меди такой минерал не содержит. На ранних этапах добычи, пытавшиеся извлечь медь из такой руды шахтёры, называли продукт изысканий «Old Nick». Это название несколько изменённое (niccolite) так и закрепилось в дальнейшем.

Современное представление химических элементов периодической таблицей Менделеева показывает никель среди переходных элементов (металлов) 10 группы. Химический элемент по составу достаточно близок к железу в некоторых отношениях, и очень похож на медь в других отношениях. В принципе, не удивительно, учитывая, что никель находится в периодической таблице ровно посередине между этими металлами.

Потенциальные области добычи и получения

Среди химических элементов земной коры никель числится вполне обычным компонентом, но значительная доля этого вещества находится за границами земного мира в буквальном смысле. Так, практически все метеориты, когда-либо упавшие на Землю, традиционно содержали никель.

НИКЕЛЕВЫЙ

Метеоритный осколок, где обнаружен высокий процент содержания никеля. Как правило, анализ практически всех метеоритных осколков подтверждается положительными результатами теста

Это в достаточной степени распространённый металл среди наиболее распространенных элементов в земной коре, который имеет порядковый номер 22 (примерно в два раза встречается чаще меди) по рейтингу присутствия.

Большая часть никеля добывается из целого ряда минералсодержащих руд:

• пентландита и пирротина (железо-никелевые сульфиды — две наиболее важные никелевые руды),
• гарниерита (водный силикат),
• миллерита (сульфид)
• никколита  (арсенид).

Ведущими производителями никеля выступают страны:

• Индонезия
• Филиппины
• Канада
• Новая Каледония

Несколько сниженные объёмы добычи демонстрируют Австралия и Россия. Далее идут Соединенные Штаты, несмотря на отсутствие в этой стране активных никелевых рудников. Относительно небольшое количество никеля производственные сферы США добывают в качестве побочного продукта на медных и палладий-платиновых рудниках. Мировые запасы никеля в целом составляют примерно 130 млн. тонн на суше, и куда большие объёмы на дне океана, если отталкиваться от этой цифры.

ПОКРЫТЫЙ

Один из рудников Новой Каледонии, где осуществляется активная добыча руды для промышленной сферы. На уровне промышленного производства выполняется переработка в чистый металл или сплавы

Как и некоторые другие металлы, химический элемент допустимо извлекать из руды при помощи:

• технологии плавки (нагревания внутри доменной печи),
• электролизом (расщепление руды на составляющие путём пропускания электрического тока через раствор),
• путём взаимодействия с кислотами (процесс Монда).

Физические  и химические свойства никеля

Никель характеризуется типичным металлом: твёрдым при повседневных температурах, достаточно прочным и крепким, податливым (в обработке) и пластичным (вытягивается в провод). Металл легко полируется, демонстрирует хорошие показатели в качестве проводника тепла и электричества, в достаточной степени обладает магнитными свойствами.

По параметрам прочности и ударной вязкости никель схож с железом (правде, менее магнитный). При этом металл в значительной степени более устойчив к влиянию коррозии и окислению (поэтому в этом плане больше схож с медью). Кристаллы никеля имеют гранецентрированную кубическую структуру.

КРИСТАЛЛЫ

Так выглядит внешне миллерит – минералсодержащая руда, из которой также выполняется добыча популярного химического элемента с последующей переработкой в чистый продукт или сплавы

Среди химических свойств выделяется относительно низкая реактивность. Металл реагирует на воздействие сильных кислот, но остаётся нейтральным в реакции по отношению к щелочам. Именно поэтому никель часто применяют для выравнивания контейнеров под щелочные вещества.

Применение химического элемента под разные нужды

Подавляющее большинство производимого металла используется как составная часть сплавов. Только относительно небольшой объём производства применяется как чистый никель. В мире примерно две трети всего производимого металла используется в процессе производства нержавеющей стали.

Достаточно твёрдая и устойчивая к влиянию коррозии никелевая сталь (содержание никеля около 3%) является важным компонентом производства широкого ассортимента автомобильных деталей (запчастей), включая клапаны и приводные валы различных видов.

Цветные сплавы (где нет содержания железа) также выступают распространённым материалом, где применяется никель. Мельхиор (изготовление монет) – один из примеров сплава, где содержится три четверти меди и одна четверть никеля.

Другие никелевые сплавы включают нитинол с памятью формы, сочетающий никель с титаном (например, оправы очков). Также имеет место широкий спектр высокотехнологичных аэрокосмических «суперсплавов» (работают при очень высоких температурах).

ОПРАВЫ

Рабочее колесо турбины с лопастями, обработанными никелевым покрытием с целью дополнительной защиты и усиления эксплуатационных свойств

Турбинные лопасти (используются в конструкциях реактивных двигателей, паровых турбин), как правило, обрабатываются никелевым напылением с целью придания большей прочности и организации защитного покрытия под коррозионную стойкость. Химический элемент также используется:

• для гальванических металлов,
• в порошкообразной форме для производства катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции),
• для изготовления никелевой сетки под печать на текстиле и др.

Важные соединения никеля включают нитраты, хлориды, сульфаты, используемые в гальванике. Оксиды никеля используются в конструкциях батарей питания и топливных элементов. Никель-ферриты широко применяются для изготовления электромагнитных деталей силовых трансформаторов и прочей электроаппаратуры.

При помощи информации: Raefkobeissi