Նիկել

Կաղապար:Այլ կիրառումներ Կաղապար:Քիմիական տարր Կաղապար:Պարբերական համակարգի տարր Նիկել (Կաղապար:Lang-lat), քիմիական տարր է, որի նշանն է Ni, տարրերի պարբերական համակարգի 4-րդ պարբերության 8-րդ խմբի տարր, կարգահամարը՝ 28, ատոմական զանգվածը՝ 58,70։ d տարր է, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 3s²3p⁶3d⁸4s², К և Լ թաղանթները լրացված են։

Բնական նիկելը բաղկացած է ⁵⁸Ni (67, 76 %), ⁶⁰Ni (26,16%), ⁶¹Ni (1,25%), ⁶²Ni (3,66% )ե ⁶⁴Ni (1,16% ) կայուն իզոտոպներից։ Ստացվել են 56, 59, 63, 65 և 66 զանգվածի թվերով արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներ, որոնցից ավելի երկարակյաց են ⁵⁹Ni (Т_1/2= = 8•10⁴ տարի) և ⁶³Ni (T_1/2=91,6 տարի)։

Պատմություն և անվանում

Նիկելը հայտնաբերել (1751), անջատելն անվանել է շվեդ քիմիկոս Ս․ Քրոնստեդտը (1722-1765)։

Անվանումը ծագում է կուպֆերնիկել միներալի (NiAs) անունից։ 17-րդ դարից հայտնի այդ միներալը արտաքին տեսքի պատճառով շփոթության մեջ էր գցում պղնձահանք փնտրող լեռնագործներին, որոնք էլ նրան անվանեցին kupferni- cel (Կաղապար:Lang-de - պղինձ և Nickel - լեռնային ոգի, չար ոգի)։

Նիկելի հարուստ հանքավայրերի (Նոր Կալեդոնիա, Կանադա) և պողպատն «ազնվացնելու» հատկության հայտնաբերումը (19-րդ դար վերջ) բերեց նիկելի արտադրության ընդլայնմանը։ Մինչ այդ նիկելը օգտագործվում էր միայն ոսկերչության մեջ՝ արծաթանման համաձուլվածքների ձևով։

Ֆիզիկական հատկություններ

Նիկելը սպիտակ արծաթափայլ, կռելի մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 1453 °C, եռմանը՝ 2730 °C, խտությունը՝ 8900 կգ/մ³։ Ֆեռոմագնիսական է։ Միջին ակտիվության քիմիական տարր է։ Քիմիական հատկություններով նման է երկաթին և կոբալտին, մասամբ՝ նաև պղնձին ու ազնիվ մետաղներին։

Սովորական պայմաններում քիմիապես կայուն է։ Միացություններում ունի +1-ից +4 օքսիդացման աստիճան (գերազանցապես +2)։ Լարվածության շարքում գտնվում է երկաթից աջ (ջրածնից՝ ձախ)։ Դանդաղ լուծվում է նոսր թթուներում՝ առաջացնելով Ni(II)-ի աղեր։ Չի լուծվում ջրում և ալկալիներում։

Քիմիական հատկություններ

Նիկելի (II) քլորիդ (NiCl₂)

Նիկելը կլանում է H₂, СО և դառնում փխրուն։ Ստացվել և նկարագրվել են NiH₂, NiH և NiH₄ հիդրիդները, որոնք ջրածնի լուծույթներ են պինդ նյութերում։ Թթվածնի հետ միանում է 500 °C-ից բարձր տաքացնելիս (նուրբ փոշին օդում ինքնաբոցավառվում է)՝ առաջացնելով օքսիդներ։ Նիկելի օքսիդը՝ NiO, բաց կանաչավուն փոշի է, չի լուծվում ջրում (նախօրոք շիկացրածը՝ նաև թթուներ)։

Հիմնային օքսիդ է։ Հիդրօքսիդը՝ Ni(OH)₂ լուծվում է թթուներում և ամոնիակում իոններ պարունակող լուծույթներում։ Ni₂O₃, NiO₂ և Ni(OH)₃ անկայուն են և ուժեղ օքսիդիչներ։ Տաքացնելիս նիկելը միանում է հալոգենների, հալկոգենների, ֆոսֆորի, արսենի, սիլիցիումի և բորի հետ։ Նիկելի հալոգենիդները (NiX₂) ջրային լուծույթից անջատվում են բյուրեղահիղրատների ձևով։

$\mathrm{𝟥}𝖭𝗂\mathsf{+}\mathrm{𝟪}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{(}\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟢}\mathrm{\%}\mathsf{)}\mathsf{\to }\mathrm{𝟥}𝖭𝗂\mathsf{(}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Ծծմբի, սելենի և տելուրի հետ նիկելը առաջացնում է ջրում անլուծելի, փոփոխական բաղադրության սուլֆիդներ, սելենիդներ և տելուրիդներ։ NiS-ը, Ni₃S₄ և NiS₂-ը հանդիպում են բնության մեջ։ NiS և Ni₃S₂ կարևոր արդյունաբերական կատալիզատորներ են։ Ազոտի հետ նիկելը չի միանում անգամ շիկացնելիս։ Ամոնիակը նիկելի կամ NiFr-ի հետ տաքացնելիս (445 °C) ստացվում են նիկելի նիտրիդի՝ Ni₃N մոխրագույն բյուրեղները։

$𝖭𝗂\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }𝖭𝗂𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Նիկելի ֆոսֆիդներից կայուն են Ni₃P, Ni₅P₂ և Ni₂P։ Հայտնի են նիկելի բնական արսենիդները՝ NiAs, Ni₃As (մաուխերիտ) և Ni₅As₂ (ռամելաբերգիտ)։ NiAs-ի բյուրեղում As-ի ատոմներն ունեն հեքսագոնալային խիտ ծրարված դասավորություն, որոնց մեջ առաջացած օկտաէդրային դատարկություններում տեղավորված են Ni-ի ատոմները։

Նիկելի արսենիդի բյուրեղական կառուցվածքն ունեն բազմաթիվ ներմետաղական միացություններ։ Ածխածինը հեղուկ նիկելում լավ է լուծվում, պինդում՝ վատ (2,7 ատ․% )։ Նիկելի անկայուն կարբիդը՝ Ni₃C, ստացվել է V-ի և CO-ի փոխազդեցությամբ՝ 300 °C-ում։ Նիկելը առաջացնում է կայուն սիլիցիդներ՝ Ni₂Si, NiSi, NiSi₂ և բորիդներ՝ Ni₃B, Ni₂B, NiB։

Չի փոխազդում ալկալիական և հողալկալիական մետաղների հետ, մյուսների հետ առաջացնում է պինդ լուծույթներ կամ ներմետաղական միացություններ։ Ni(II)-ի և ուժեղ թթուների աղերը լուծելի են ջրում։ Ամենից կիրառականը նիկելիի սուլֆատն է (NiSO₄•7H₂O), որը լուծույթից անջատվում է բաղադրության զմրուխտագույն բյուրեղների ձևով (անջուրը նարընջադեղին է)։

Նիկելը առաջացնում է վառ կապույտ ամոնիակատներ՝ [Ni(NH3)6]²⁺ և [Ni(OH)₂(NH3)]₄։ CO մթնոլորտում նիկելի փոշին տաքացնելիս (50 °C)՝ առաջացնում է կարբոնիլ Ni(CO)₄ (անգույն հեղուկ է), որը քայքայելով ստանում են ամենամաքուր նիկել։ Նիկելի առաջացնում է նաև բազմաթիվ այլ կոմպլեքսային միացություններ՝ [Ni(H20)6]²⁺, [Ni(SCN)6]^4-, [Ni(CN)^s]^3- և այլն։

Նիկելի տարբեր գույները Ni(II), Կաղապար:Chem, [Ni(C₂H₄(NH₂)₂)]²⁺, Կաղապար:Chem, Կաղապար:Chem

Բնության մեջ

Նիկելի պարունակությունը երկրակեղևում 5,8․10⁻³ զանգված % է։ Այն խոր շերտերի տարր է, սովորաբար ուղեկցում է երկաթին և մագնեզիումին։ Առաջացնում է 53 սեփական միներալ։ Երկրակեղեում և կենսոլորտում դանդաղ տեղաշարժվող տարր է։ Մակերևութային ջրերում և կենդանի օրգանիզմներում նիկելի պարունակությունը շատ փոքր է (բույսերում՝ 5•10⁻⁵%, կենդանի օրգանիզմներում՝ ջրային՝ 1,6•10⁻⁴%, ցամաքային 11•10⁻⁶% )։

Նրա մեծ պաշարները կուտակված են պղինձնիկելային սուլֆիդային հանքերում։ Կարևոր միներալներն են միլերիտը (NiS), պենալանդիտը (FeNiSe) ևն։ Բնածին նիկելի և երկաթի համաձուլվածքը մտնում է երկնաքարերի բաղադրության մեջ։ Նիկելը օրգանիզմի համար անհրաժեշտ միկրոտարր է։ Կուտակվում է եղջրացած հյուսվածքներում (հատկապես՝ փետուրներում)։

Հայտնաբերվել է լյարդում, մաշկում և ներզատիչ գեղձերում։ Նիկելի ֆիզիոլոգիական դերը անբավարար է ուսումնասիրված, սակայն հաստատված է, որ նիկելը ակտիվացնում է արգինազ ֆերմենտը, բույսերում՝ մասնակցում ֆերմենտային պրոցեսներին։

Արտադրություն

Հանքարդյունաբերության և պաշարներ	2012 (տոննա)	2011 (տոննա)	Պաշարներ (տոննա)
Ավստրալիա	230,000	215,000	20,000,000
Բոտսվանա	26,000	26,000	490,000
Բրազիլիա	140,000	209,000	7,500,000
Կանադա	220,000	220,000	3,300,000
Չինաստան	91,000	89,800	3,000,000
Կոլումբիա	80,000	76,000	1,100,000
Կուբա	72,000	71,000	5,500,000
Դոմինիկյան Հանրապետություն	24,000	21,700	970,000
Ինդոնեզիա	320,000	290,000	3,900,000
Մադագասկար	22,000	5,900	1,600,000
Նոր Կալեդոնիա	140,000	131,000	12,000,000
Ֆիլիպիններ	330,000	270,000	1,100,000
Ռուսաստան	270,000	267,000	6,100,000
Հարավային Աֆրիկա	42,000	44,000	3,700,000
Այլ երկրներ	120,000	103,000	4,600,000
Համաշխարհային արտադրություն (տոննա)	2,100,000	1,940,000	75,000,000

Ստացում

Սովորաբար նիկելը ստանում են պղնձանիկելային սուլֆիդային հանքերից։ Կոնցենտրատը միահալում են ֆլյուսի հետ և ստանում շտեյն (սուլֆիդային համաձուլվածքը, հիմնականում Ni₂S₃), որը պարունակում է 10-15% նիկել, երկաթ, կոբալտ, պղինձ և ազնիվ մետաղներ։

Երկաթը հեռացնում են օքսիդացնելով (հեղուկ շտեյնի միջով օդ են փչում)։ Սառեցնելուց և մանրելուց հետո նիկելը անջատում են ֆլոտացման եղանակով, ստացված սուլֆիդային կոնցենտրատը բովում են և ստանում NiO, որն այնուհետե վերականգնում են էլեկտրական աղեղային վառարաններում։ Նիկելը մաքրում են էլեկտրոլիզի եղանակով։ Սիլիկատային հանքանյութերը վերամշակում են պիրա- կամ հիդրոմետալուրգիական եղանակներով։ Վերջին դեպքում նիկելը լուծահանում են ամոնիակի և ամոնիումի աղերի օգնությամբ, ապա ստանում են կարբոնատը և հետո օքսիդը, որը վերականգնում են։ Օքսիդացված հանքանյութերը երբեմն վերականգնում են պինդ վիճակում և ստանում են ֆեռոնիկել կամ նիկելային թուջ։

Կիրառություն

Արտադրվող նիկելի մեծ մասը օգտագործվում է բարձր մեխանիկական, մագնիսական, ջերմաէլեկտրական և այլ հատկություններ ունեցող, կոռոզիակայուն համաձուլվածքներ ստանալու համար։ Ջերմակայուն քրոմնիկելային համաձուլվածքներն օգտագործվում են հրթիռային տեխնիկայում, գազատուրբինային սարքերում և որպես ջեռուցիչներ։ Նիկելը օգտագործվում է նաև էլեկտրականության հիմնային կուտակիչներ պատրաստելու, մետաղների պահպանիչ և դեկորատիվ ծածկույթներ ստանալու համար։ Նիկելից պատրաստում են քիմիական արդյունաբերության համար անհրաժեշտ սարքեր, թիթեղներ, խողովակներ։ Նիկելը կարևոր արդյունաբերական կատալիզատոր է։ Նիկելի կոմպլեքսային միացությունը երկմեթիլգլիօքսիմի հետ՝ (C₄H₇O₂N)₂Ni, օգտագործվում է նիկելի վերլուծական որոշման համար։

Նիկելարջասպը՝ NiSO₄•7H₂O և ամոնիումային կրկնակի սուլֆատը՝ (NH₄)₂Ni(SO₄)₂•6H₂O, օգտագործվում են մաքուր նիկել ստանալու և մետաղները նիկելապատելու համար։

Տես նաև

• Նիկելի համաձուլվածքներ
• Նիկելի հանքանյութեր
• Պարբերական աղյուսակ
• Երկաթ
• Պղինձ

Գրականություն

• Eberhard Auer, Siegfried Müller, Rainer Slotta: 250 Jahre Nickel. Vom "nickel" zum "EURO". Verlag Deutsches Bergbau-Museum, Reihe Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum Bd. 95, Bochum 2001, ISBN 3-921533-81-3.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente - das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.

Արտաքին հղումներ

• И. Д. Резник, Г. П. Ермаков, Я. М. Шнеерсон. Все о металлургии никеля.
• Никель на Webelements
• Никель в Популярной библиотеке химических элементов Կաղապար:Webarchive
• Никель в месторождениях Կաղապար:Webarchive
• Сведения об элементе никеле
• Nickel at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• CDC – Nickel – NIOSH Workplace Safety and Health Topic
• An occupational hygiene assessment of dermal nickel exposures in primary production industries Կաղապար:Webarchive by GW Hughson. Institute of Occupational Medicine Research Report TM/04/05
• An occupational hygiene assessment of dermal nickel exposures in primary production and primary user industries. Phase 2 Report Կաղապար:Webarchive by GW Hughson. Institute of Occupational Medicine Research Report TM/05/06