Никель

Понятие и особенности никеля как строительного материала

Никель

Никель – элемент 10 группы таблицы Д.И. Менделеева. Известный сравнительно недавно, также недавно используемый в промышленности.

Свое наименование никель получил от имени зловредного гнома, который вместо самородной меди и медной руды подбрасывал горнякам минерал никелин, включающий никель и мышьяк.

Использовать в те давние времена никель не умели, так что металл-«обманку» стали называть «озорником» от немецкого Nickel.

И сегодня мы рассмотрим физико-химические свойства и применение никеля, дадим ему общую характеристику, изучим никелевые сплавы и марки.

Это переходный металл, то есть, проявляющий свойства и кислотные, и щелочные. Имеет серебристо-белый блеск, пластичный, ковкий, но твердый. Молекулярная масса невелика – 28, так что он относится к веществам легким.

Об особенностях никеля как металла расскажет этот видеоролик:

С точки зрения химии никель – металл очень интересный и необычный.

С одной стороны, он в состоянии вступать в реакцию и с кислотами, и с щелочами, но с другой, отличается химической инертностью и даже с концентрированными щелочами и кислотами отказывается реагировать.

Причем свойство это настолько ярко выражено, что никель применяют при изготовлении разнообразной кислотоупорной аппаратуры и резервуаров для щелочей.

Металл выплавляется, а затем используется в виде прутков, листов и так далее. И в таком состоянии проявляет обычные металлические свойства малоактивного вещества. А вот превращенный в очень тонкий порошок никель становится пирофорным и способен самовоспламеняться на воздухе.

Секрет в том, что обычное вещество на воздухе, наподобие алюминия, например, покрывается оксидной пленкой, и эта пленка выступает в качестве прочнейшего защитного слоя.

Это качество обуславливает одно из самых старых применений металла – никелирование, то есть, нанесение на поверхность предметов тончайшего слоя никеля. Такой слой полностью защищает от коррозии сталь, чугун, магний, алюминий и так далее.

Изделия из чистого никеля встречаются редко и применяются только на особо ответственных участках.

Его использование в промышленности обусловлено другим уникальным качеством: в сплаве никель сообщает материалу ту же превосходную стойкость к коррозии, которой обладает сам.

Большинство нержавеющих и конструкционных сталей включает никель в качестве легирующего компонента. Именно он и обеспечивает стойкость стали и ее долговечность.

Сплавы на основе никеля очень разнообразны и отличаются замечательными свойствами: прочностью, жаростойкостью, способностью выдерживать высокие силовые нагрузки при высокой температуре, износостойкостью, нечувствительностью к химически агрессивным веществам и так далее. Из всего объема добываемого вещества в чистом виде используется около 9%. Еще 7% тратится на никелирование, а весь остальной объем расходуется на получение сплавов.

Никель составляет с железом и кобальтом триаду железа. В состав группы также входят и платиновые – осмий, платина, родий. Однако, несмотря на относительную близость, свойства металлов заметно отличаются.

По прочности никель мало уступает железу, обладает даже более высокой плотностью, но в отличие от последнего очень стоек к коррозии, в то время как железо на воздухе, а тем более при контакте с водой быстро корродирует.

По сравнению с платиновыми металлами никель куда легче, значительно дешевле и гораздо активнее: платина, осмий и другие относятся к благородным металлам, которые имеют положительный электродный потенциал и являются крайне инертными.

Далее представлено описание преимуществ и недостатков никеля.

Плюсы и минусы

Практически все свойства никеля по отношению к народному хозяйству являются преимуществами. К недостаткам металла можно отнести лишь его нахождение в природе. Никель считается элементом распространенным, но встречается только в связанном виде. Самородный никель попадает на землю только в составе метеоритов. Соответственно, получают металл по более дорогим технологиям.

  • Никель обладает неплохой прочностью и твердостью, при этом сохраняя способность к ковке и высокую вязкость: из него можно получать тончайшие листы и прутки.
  • Металл обладает замечательной стойкостью к коррозии. Более того, это качество он передает сплавам, в состав которых входит в виде легирующего элемента.
  • Сплавы на никелевой основе очень разнообразны и отличаются исключительными качествами. Так, жаропрочные железо-никелевые сплавы применяются при изготовлении частей атомных реакторов и реактивных двигателей. На сегодня описаны и используются около 3000 различных никелевых сплавов.
  • Покрытие из никеля и сейчас активно применяется не только в приборо- и станкостроении, но и в быту, в строительстве. Никелированная посуда, столовые приборы, фурнитура и прочее не только эстетически привлекательны, но и абсолютно гигиеничны, безвредны и крайне долговечны. Инертность и гигиеничность металла обуславливает его использование в пищевой промышленности.
  • Никель является ферромагнетиком, то есть, веществом склонным к самопроизвольному намагничиванию. Это свойство позволяет использовать металл для производства постоянных магнитов.
  • Металл относительно дешев в получении и обладает хорошими характеристиками по электропроводности. Никель заменяет дорогое серебро или опасный свинец в производстве аккумуляторов.

Структура и химический состав никеля рассмотрены ниже.

Структура и состав

Никель, как и другие чистые металлы, обладает однородной, хорошо упорядоченной структурой, что и обеспечивает этим веществам способность проводить ток. Однако фазовый состав материала может быть разным, что влияет на его свойства.

  • При нормальных условиях дело имеют с β-модификацией никеля. Она характеризуется гранецентрированной кубической решеткой и обуславливает привычные свойства металла – ковкость, пластичность, способность к механической обработке, ферромагнетизм и так далее.
  • Существует и материал другого вида. Никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, в реакцию не вступает, но и меняет структуру, переходя в α-модификацию. Последняя имеет плотнейшую гексагональную решетку. При нагревании до 200 С α-фаза переходит в β-фазу. В промышленности имеют дело с β-модификацией никеля.

Далее рассмотрены основные свойства и характеристики никеля как химического элемента и как металла.

Данное видео расскажет о том, как самому переделать никель-кадмиевый аккумулятор на литий-ионный:

Характеристики β-фазы, как основной, представляют больший интерес, поскольку само существование α-фазы ограничено. Свойства металла таковы:

  • плотность при нормальной температуре – 8,9 г/куб. см;
  • температура плавления – 1453 С;
  • температура кипения – 3000 С;
  • очень низкий коэффициент теплового расширения – 13,5∙10−6 K−1
  • модуль упругости – 196–210 ГПа;
  • предел упругости составляет 80 Мн/кв. м;
  • предел текучести – 120 Мн/кв. м:
  • предел растяжения 40–50 кгс/ кв. мм;
  • удельная теплоемкость вещества – 0,440 кдж/(кг·К);
  • теплопроводность – 90,1 вт/(м·К);
  • удельное электрическое сопротивление – 0,0684 мкОм∙м.

Никель является ферромагнетиком, его точка Кюри – 358 С.

Об изготовлении и производителя никелевых сплавов поговорим ниже.

Производство

Никель считается довольно распространенным – 13 место среди металлов. Однако распределение его несколько специфично. Металл не зря называют элементом земных глубин, поскольку в ультраосновных породах его в 200 раз больше, чем в кислых. По одной из распространенных теорий земное ядро состоит из никелистого железа.

Самородный никель на Земле не встречается. В связанном виде он наличествует в медно-никелевых рудах – мышьяксодержащих и сульфидных. Это никелин – красный никелевый колчедан, тот самый, который горняки принимали за медную руду, хлоантит – белый никелевый колчедан, гарниерит, медный колчедан и так далее.

Исходным сырьем чаще всего служит сульфидная руда, включающая и медь, и никель, поэтому в схему производства включены дополнительные этапы по разделению металлов.

  • Сульфидные руды обычно содержат много влаги и глинистых веществ. Чтобы избавиться от них, руду измельчают, сушат и брикетируют. При слишком высоком содержании серы в руде ее обжигают.
  • Плавка на штейн – осуществляются в шахтных или отражательных печах. Получают сплав сульфида никеля и железа, включая небольшое количество меди.
  • Разделение никеля и меди.
  • Обжиг никелевого концентрата, восстановительная плавка и рафинирование электролизом.

Способ получения никеля из окисленной руды выглядит несколько иначе.

  • Руду подвергают сульфидизирующей плавке с частичным восстановлением.
  • Получают файнштейн – расплавленный штейн продувают воздухом в конверторах.
  • Файнштейн обжигают и очищают от меди;
  • Затем восстанавливают никель либо плавят обожженную крицу на ферроникель.

А сколько стоит 1 кг никеля? Цены на такой металл во многом определяются успехом эксплуатации месторождений. Так, в 2013 году Китай увеличил производство никельсодержащего чугуна, что привело к заметному падению цен на металл. В 2016 году осенью стоимость тонны металла составляла 10045$.

Никель сам по себе используется достаточно редко. Гораздо шире область применения его сплавов.

  • В быту чаще всего сталкиваются с никелированными изделиями – краны, смесители, мебельная фурнитура. Металлические части мебели довольно часто покрыты слоем серебристого не тускнеющего металла. То же самое касается столовых приборов и посуды.
  • Еще один известный способ использования – белое золото. В его состав входит золото определенной пробы и сплав никеля.
  • В электротехнике широчайшее распространение нашли никелевые катоды. Многочисленные аккумуляторы – никель-кадмиевые. Никель-цинковые, железо-никелевые и так далее составляют конкуренцию свинцовым аккумулятором и при этом намного безопаснее.

Однако основным потребителем никеля является цветная и черная металлургия: 67% всего добытого металла используется для получения нержавеющих сталей. А 17% – на изготовление других, не железных сплавов.

  • Конструкционная и нержавеющая сталь применяется буквально везде: строительство и машиностроение, электротехника и изготовление трубопроводов, приборостроение и сооружение несущих каркасов. Именно никель придает сталям их стойкость к коррозии.
  • Никель-медные сплавы чаще всего применяются при изготовлении кислотоупорной аппаратуры и разнообразных деталей, которые должны работать в условиях агрессивной химической среды.
  • Сплавы никеля и хрома знамениты своей жаропрочностью и стойкость к щелочам и кислотам. Их используют в печах, атомных реакторах, двигателях и так далее.
  • Сплавы никеля, хрома и железа, кроме того, сохраняют стойкость к высокой нагрузке при очень высоких температурах – до 900 С. Это незаменимый материал для газовых турбин.

Никель – металл с удивительными свойствами. Прочный, ковкий, стойкий к кислотам и щелочам и способный передать эти свойства практически любому сплаву. Неудивительно, что никель так широко применяется.

Простой и надежный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов рассмотрен в видео ниже:

Никель в организме человека

Никель

Никель (Ni) занимает в Периодической системе Д.И. Менделеева 28-е место. Элементарный никель представляет собой пластичный и ковкий серебристо-белый металл. На воздухе никель покрывается тонкой оксидной пленкой. Химическая активность невысока. Со щелочами он не реагирует вообще, а с кислотами очень медленно.

История происхождения названия этого химического элемента достаточно интересна.

Свое наименование он получил в немецкой мифологии от имени злого духа — гнома, который как бы подбрасывал рудокопам, ищущим медь, очень похожий на медную руду минерал — мышьяково-никелевый блеск.

Когда те пытались выплавить медь из этого минерала, выделялось большое количество мышьяковых газов, доставлявших людям немало проблем. Nickel, по средненижненемецки, — «озорник». До сих пор на языке немецких горняков «никкел» — это ругательство.

Как самостоятельный химический элемент никель был открыт в 1751 году шведским минерологом Кронштедтом.

Этот химический элемент очень распространен в природе. В земной коре его содержание составляет около 0,01% от массы. Почти весь природный никель встречается только в соединениях, металлический никель обнаружен лишь в железных метеоритах (до 8%). Больше всего никеля содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах. Ядро Земли примерно на 5% состоит из никеля.

Сегодня никель находит самое широкое применение в различных сферах народного хозяйства. По запасам никеля Россия занимает первое место в мире. Существуют огромные градообразующие металлургические комбинаты («Норильский никель»), снабжающие никелем весь остальной мир.

Он входит в состав жаропрочных сплавов, которые применяются в изготовлении деталей для двигателей, а также в авиационной и космической промышленности. Благодаря никелю сплавы приобретают прочность и становятся устойчивыми к коррозии. Поэтому никель входит в состав многих нержавеющих сталей, используется для создания никелевого покрытия на поверхности других металлов.

Сплав никеля и хрома, известный как нихром, используется в качестве нагревательного элемента в электроприборах (чайниках, обогревателях, электроплитах).

Очень широко никель используется в производстве аккумуляторов, как катализатор в химической и фармацевтической промышленности.

Поскольку никель достаточно инертен, его используют в изготовлении протезов (ортопедических, стоматологических — брекетов, при протезировании зубов и т.д.).

Лучше всего простому обывателю никель знаком в связи с тем, что во многих странах из него делают «белую» (не «медяшки») монету.

Этот металл также используется для обмотки струн музыкальных инструментов.

Оглядитесь вокруг, и вы наверняка заметите что-то из никеля или его сплавов.

Роль никеля в организме человека

Никель необходим для жизнедеятельности многих живых существ. В растениях его среднее содержание составляет 5•10-5% от массы, в морских животных — 1,6•10-4%, в сухопутных представителях фауны — 10-6%, в человеке — 10-6% — 2•10-6% (в организме взрослого человека содержится около 10 мг никеля).

Роль никеля в организмах живых существ изучена достаточно широко. Установлено, что животные содержат больше никеля, чем растения. Существуют даже специальные виды микроорганизмов, накапливающие никель, которые содержат в десятки тысяч раз больше никеля, чем в окружающей их среде.

соединений никеля в крови человека с возрастом может меняться в ту или другую сторону. Самая высокая концентрация этого микроэлемента отмечается в печени, почках, поджелудочной железе, легких и гипофизе.

Значение никеля в организме человека проявляется в том, что он:

  • участвует в некоторых важнейших ферментативных реакциях, активизируя некоторые ферменты и выступая структурным компонентом;
  • участвует в структурировании и функционировании некоторых белков и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК);
  • регулирует жировой и углеводный обмен;
  • стимулирует кроветворение, участвуя в гемопоэзе наряду с другими элементами (железом, кобальтом и медью);
  • активизирует действие инсулина;
  • участвует в синтезе организмом гормонов;
  • угнетает действие адреналина и снижает артериальное давление.

Источники никеля в организме человека

Суточная потребность человеческого организма в никеле точно не установлена. Предположительно в рационе человека должно содержаться 100-300 мкг никеля в сутки. Исследования показывают, что в суточном рационе обычного человека содержится 100-150 мкг никеля. При снижении рациона никеля до 50 мкг в сутки начинают проявляться симптомы его нехватки.

Продукты, богатые никелем:

  • горох, фасоль, чечевица;
  • ячневая крупа, рис, гречиха, овес, кукуруза, ржаная мука;
  • мясо и мясные субпродукты;
  • рыба и морепродукты;
  • молоко и молочные продукты;
  • белокочанная капуста, морковь, салат, лук;
  • сушеные грибы;
  • яблоко, груша, виноград, черная смородина, абрикос, вишня;
  • орехи (особенно фисташки);
  • чай, какао, шоколад.

Хорошим подспорьем в обеспечении организма никелем является также водопроводная вода, куда он попадает из труб.

Дефицит никеля в организме человека

Недостаток никеля в организме человека встречается редко, поэтому изучен недостаточно хорошо и только на животных. Основным симптомом дефицита никеля является дерматит. Однако не всякий дерматит означает нехватку в организме никеля. Даже наоборот, избыток никеля также может вызвать дерматит (об избытке никеля ниже).

Проведенные на животных эксперименты показали, какие симптомы может вызвать недостаток никеля:

  • гипопигментация;
  • резкое снижение уровня холестерина и гематокрита в крови;
  • вялость, слабость в мышцах, снижение двигательной активности;
  • задержка физического развития, укорочение задних конечностей;
  • патологические изменения в печени;
  • повышение смертности за счет уменьшения способности организма сопротивляться заболеваниям.

Избыток никеля в организме человека

В больших количествах никель — токсичный элемент. Токсичной дозой для взрослого человека считается 50 мг никеля, летальная доза пока не определена.

Получить избыток никеля из нормальных пищевых продуктов питания практически невозможно, поскольку в таком случае организм без последствий для себя избавляется от его избытка. Проблема возникает тогда, когда в организм попадает неорганический никель, а такое случается в производственных или бытовых условиях.

 На некоторых производствах отмечается повышенное содержание в среде никелевой пыли или карбонильного никеля, которые представляют большую опасность для человека, а постоянное контактирование по роду работы с окислами или сульфидом никеля на протяжении нескольких лет может привести к опухоли легких или носоглотки.

Иногда избыток никеля может возникнуть даже из-за использования зубных и ортопедических протезов, кухонной посуды, содержащей никель, ношения ювелирных изделий, в состав которых входит никель (например, из белого золота).

Нередко ненужный организму никель попадает в организм вместе с табачным дымом. В старых водопроводных системах наблюдается повышенное содержание никеля.

Поэтому для профилактики отравления никелем (и другими тяжелыми металлами) нужно обязательно пользоваться фильтрами для очистки воды.

Избыток никеля оказывает разрушительное действие на генетический аппарат клетки, замедляет деятельность гормонов и ферментов, то есть подрывает самые основы здоровья человека.

Симптомами избытка никеля являются:

  • головные боли, тошнота, рвота, одышка;
  • чрезмерная возбудимость ЦНС или, наоборот, снижение реакции на стрессовые раздражители, неврастения;
  • повышение температуры тела;
  • боли в правом подреберье (в области печени);
  • уробилин в моче;
  • дефицит магния, избыток железа или цинка;
  • носовые кровотечения, полнокровие;
  • сердечная недостаточность, тахикардия, скачки артериального давления;
  • анемия (малокровие);
  • никелевый дерматит, экзема, зуд, посинение кожных покровов;
  • депигментация кожи (витилиго);
  • ринит;
  • астма;
  • отеки легких и головного мозга;
  • повышение риска развития онкологических заболеваний, в том числе рака легких, почек, кожи (особенно вследствие отравления карбонилом никеля, который является страшным канцерогеном);
  • замедление роста и развития у детей;
  • снижение иммунитета.

Металл никель

Никель

Калькулятор металлопроката

Никель является жарпочрочным, жаростойким и коррозионностойким металлом, что определяет его применение в качестве конструкционного материала для изделий, подверженных воздействию различных агрессивных сред в том числе при повышенных температурах, а также подверженных механическим нагрузкам при высоких температурах. Помимо этого никель служит является популярным легирующим элементом для сталей и сплавов. На странице представлено описание данного металла: физические свойства, области применения, марки никеля, виды продукции.

Никель (Ni) (Niccolum) — химический элемент с атомным номером 28 в периодической системе, ковкий и пластичный металл. Имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, хорошо полируется, притягивается магнитом. Плотность никеля составляет 8,902 г/см3, температура плавления tпл. = 1453°С, температура кипения tкип. = 2730-2915°С, данный металл является ферромагнетиком, точка Кюри около 358 °C. На воздухе компактный никель стабилен. Поверхность никеля покрыта тонкой пленкой оксида NiO, которая прочно предохраняет металл от дальнейшего окисления.

В земной коре содержание никеля составляет около 8·10-3% по массе. Возможно, громадные количества никеля — около 17·1019тонн — заключены в ядре Земли, которое, по одной из распространенных гипотез, состоит из железоникелевого сплава. В морской воде содержание никеля составляет примерно 1·10-8-5·10-8%.

Впервые присутствие никеля в соединении никеля и мышьяка NiAs («купферникель») обнаружил шведский металлург А.Ф. Кронштедт в 1751 году. Тогда никель относили к «полуметаллу» — простому веществу, обладающему как свойствами металлов, так и неметаллов.

Данная точка зрения подвергалась серьезным сомнениям. Но в 1775 году швед Т. Бергман доказал, что никель — простое вещество. Окончательное утверждение никеля произошло в 1804 году, когда немецкий химик И.

Рихтер получил чистый никель путем восстановления никелевого купороса.

Физические свойства никеля

Свойство Никель
Атомный номер 28
Атомная масса, а.е.м 58,69
Атомный диаметр, пм 248
Плотность, г/см³ 8,902
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) 0,443
Теплопроводность, Вт/(м·K) 90,9
Температура плавления, °С 1453
Температура кипения, °С 2730-2915
Теплота плавления, кДж/моль 17,61
Теплота испарения, кДж/моль 378,6
Молярный объем, см³/моль 6,6
Группа металлов Тяжелый металл

Химические свойства никеля

Свойство Никель
Ковалентный радиус, пм 115
Радиус иона, пм (+2e) 69
Электроотрицательность (по Полингу): 1,91
Электродный потенциал: 0
Степени окисления: 3, 2, 0

Марки никеля и сплавов

Современная промышленность выпускает большое количество различных марок никеля.

  • Н0, Н1 — никель первичный, содержание Ni+Co — не менее 99,99% и 99,93% соответственно. Никель данных марок выпускается в виде катодных листов, пластин, полос. Эту продукцию получают с помощью электролиза.
  • Н2, Н3, Н4 — никель первичный, содержание Ni+Co — не менее 99,8%, 98,6% и 97,6% соответственно. Никель этих марок выпускается в виде пластин, полос, катодных листов, гранул, обрезов и слитков. Данную продукцию получают с помощью электролиза, переплава, прессования отходов никеля, огневого рафинирования.
  • НП1, НП2, НП3, НП4 — никель полуфабрикатный, содержание Ni+Co — не менее 99,99%, 99,5%, 99,3% и 99,0% соответственно. Никель приведенных марок выпускается в виде никелевой проволоки, прутков, листов, полос и лент.
  • НПА1, НПА2 — никель полуфабрикатный анодный, содержание Ni+Co — не менее 99,7%, 99,0% соответственно. Никель представленных марок выпускается в виде листов и стержней.
  • НПАН — Никель полуфабрикатный анодный непассивирующийся (на поверхности изделий из никеля данной марки не образуется тонкая пленка с высоким сопротивлением), содержание Ni+Co — не менее 99,4%. Никель этой марки выпускается в виде стержней и листов.
  • НК0,2 — Никель кремнистый, содержание Ni+Co — не менее 99,4%. Никель данной марки выпускается в виде проволоки.
  • НМц1, НМц2, НМц2,5, НМц5 — никель марганцевый, содержит до 98,5% Ni+Co (марка НМц1). Никель приведенных марок выпускается в виде проволоки.

    Достоинства:

  • обладает высокой жаропрочностью и жаростойкостью;
  • имеет высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.
    Недостатки:

  • имеет высокую стоимость.

Никель по большей части является составным компонентом различных сплавов. Все нержавеющие стали обязательно содержат никель, так как никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов используется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения. При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч. Различные металлы никелируют, что позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый слой, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.

Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей.

Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций.

Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из никеля. Наиболее распространены никелевая проволока и нить, лента и фольга, прутки и круги, листы и полосы, трубки, порошок. Достаточное широкое применение в промышленности получили никелевые аноды, которые используются при никелировании поверхностей различных изделий. Также для никелирования применяют порошок никеля.

Другой вид никелевых листов, катоды, используются в качестве шихты в производстве никельсодержащих сплавов. Помимо катодов в качестве легирующей добавки к сплава применяют и никелевый порошок.

В целом продукция из никеля активно применяется в тех областях промышленности, в которых предъявляются повышенные требования к коррозионной стойкости материалов в агрессивных средах.

Никель — это что такое? Свойства никеля

Никель

Шел 1751 год. В маленькой Швеции благодаря ученому Акселю Фредерику Крондстедту появился элемент под номером 17. На тот момент было всего 12 известных металлов, плюс сера, фосфор, углерод и мышьяк. Они и приняли к себе в компанию новенького, название ему — никель.

Немного истории

За много лет до этого чудесного открытия горняки из Саксонии были знакомы с рудой, которую можно было принять за медную руду. Попытки извлечь из этого материала медь были тщетными. Почувствовав себя обманутыми, руду стали называть «купферникель» (по-русски — «медный дьявол»).

Этой рудой заинтересовался эксперт по минералам Крондстедт. После долгих трудов получился новый металл, который и назвали никелем. Эстафету по исследованию перехватил Бергман. Он еще больше очистил металл и пришел к заключению, что данный элемент напоминает железо.

Никель в природе

Домыслы ученых заключаются в том, что ядро нашей планеты — это сплав, в котором железа содержится 90 %, а никеля в 10 раз меньше. Есть наличие кобальта — 0,6 %. В процессе вращения в слой земного покрытия выбрались атомы никеля.

Они-то и являются основателями сульфидно медно-никелевых руд, вместе с медью, серой. Некоторые более смелые атомы никеля на этом не остановились и пробивали дорогу дальше. На поверхность атомы стремились в компании с хромом, магнием, железом.

Далее попутчики нашего металла окислялись и отсоединялись.

На поверхности земного шара имеют место кислые породы и ультраосновные. По наблюдению ученых, содержание никеля в кислых породах гораздо ниже, чем в ультраосновных. Поэтому почва и растительность там достаточно хорошо обогащены никелем. А вот путешествие обсуждаемого героя в биосфере и воде оказалось не так заметно.

Никелевые руды

Промышленно-никелевые руды делятся на два типа.

  1. Сульфидные медно-никелевые. Минералы: магний, пирротин, кубанит, милерит, петландит, сперрилит — вот что содержится в этих рудах. Спасибо магме, которая их образовала. Из сульфидных руд можно также получить палладий, золото и многое другое.
  2. Силикатные никелевые руды. Они неплотные, похожие на глину. Руды этого типа бывают железистые, кремнистые, магнезиальные.

Где применяется никель

Обширно никель применяется в такой мощной отрасли, как металлургия. А именно в изготовлении самых разнообразных сплавов. В основном в сплав входит железо, никель и кобальт. Существует много сплавов, в основу которых входит именно никель.

Соединяется наш металл в сплав, например, с титаном, хромом, молибденом. Никель также используется, чтобы защитить продукцию, которая быстро подвергается коррозии.

Эту продукцию никелируют, то есть создают специальное никелевое покрытие, которое не дает коррозии сделать свое противное дело.

Никель — это очень хороший катализатор. Поэтому он активно используется в химической промышленности. Это приборы, химпосуда, аппараты для различного применения.

Для химреагентов, продовольствия, доставки щелочей, хранения эфирных масел используют цистерны и резервуары из никелевых материалов.

Без этого металла не обходятся в атомной технике, телевидении, в самых разных приборах, список которых очень длинный.

Если заглянуть в такую сферу, как приборостроение, а следом в сферу машиностроения, то можно заметить, что аноды и катоды – это никелевые листы. И это далеко не весь перечень применения такого просто чудесного металла. Не стоит преуменьшать значение никеля и в медицине.

Никель в медицине

Никель в медицине используется очень широко. Для начала возьмем инструменты, необходимые для проведения операции. Результат операции зависит не только от самого врача, но и от качества инструмента, которым он работает.

Инструменты подвергаются многочисленным стерилизациям, и если они изготовлены из сплава, в который не входит никель, то коррозия не заставит себя долго ждать.

А инструменты, сделанные из стали, которая содержит никель, гораздо дольше служат.

Если говорить об имплантатах, для их изготовления пускают в ход никелевые сплавы. Никельсодержащая сталь обладает высокой степенью прочности. Приспособления для фиксации костей, протезы, винты — все сделано из этой стали. В стоматологии имплантаты тоже заняли свои крепкие позиции. Бюгели, брекеты из нержавеющей стали используют ортодонты.

Никель в живых организмах

Если смотреть на мир снизу-вверх, то картина вырисовывается примерно такая. Под ногами у нас почва. никеля в ней больше чем в растительности. Но если рассмотреть эту растительность под той призмой, которая нас интересует, то большое содержание никеля находится в бобовых. А в злаковых культурах процент никеля возрастает.

Рассмотрим коротко среднее содержание никеля в растениях, морских и наземных животных. И конечно же, в человеке. Измерение идет в весовых процентах. Итак, масса никеля в растениях 5*10-5. Наземные животные 1*10-6, морские животные 1,6*10-4. И у человека содержание никеля 1-2*10-6.

Сплавы из никеля

Существует много разных сплавов из никеля. Отметим основные три группы.

К первой группе относятся сплавы никеля и меди. Они так и называются никель-медные сплавы. В каких бы соотношениях ни сплавляли эти два элемента, результат потрясающий и главное – без неожиданностей. Однородный сплав гарантирован. Если в нем присутствует больше меди, чем никеля, то более ярко выражаются свойства меди, а если преобладает никель, сплав проявляет характер никеля.

Никель-медные сплавы популярны в производстве монет, машинных деталей. Сплав Константин, в котором почти 60 % меди, а остальное никель, используется для того, чтобы создать аппаратуру более высокой точности.

Рассмотрим сплав с никелем и хромом. Нихромы. Устойчивы к коррозии, кислотам, жаропрочные. Такие сплавы применяют для реактивных двигателей, атомных реакторов, но только в том случае, если в них присутствует до 80 % никеля.

Перейдем к третьей группе сплавов. Это сплавы с железом. Делят их на 4 вида.

  1. Жаропрочный – стойкий к высоким температурам. Такой сплав почти на 50 % содержит никель. Здесь сочетание может быть с молибденом, титаном, алюминием.
  2. Магнитные — увеличивают магнитную проницаемость, часто используют в электротехнике.
  3. Антикоррозийные – без этого сплава не обойтись при производстве химического оборудования, а также при работе в агрессивной среде. В сплав входит молибден.
  4. Сплав, сохраняющий свои размеры и упругость. Термопара в печи. Именно сюда идет такой сплав. При нагревании сохраняются размеры габаритов, и упругость не теряется. Сколько никеля нужно, чтобы сплав был с такими свойствами? Металла в сплаве должно быть приблизительно 40 %.

Никель в быту

Если оглядеться вокруг, то можно понять, что никелевые сплавы окружают человека везде. Начнем с мебели. Сплав защищает основу мебели от повреждений, вредных воздействий. Обратим внимание на фурнитуру. Хоть на оконную, хоть на мебельную. Она может долго эксплуатироваться и очень симпатично смотрится.

Продолжим нашу экскурсию в ванную. Здесь без никеля никак. Лейки для душа, кран, смеситель — все это никелированное. Благодаря этому можно забыть, что такое коррозия. И не стыдно посмотреть на изделие, потому что выглядит мило и поддерживает декор.

Детали с никелированным покрытием встречаются в декоративных строениях.

Никель никак нельзя назвать второстепенным металлом. Разные минералы и руды могут похвастаться наличием никеля. Радует, что такой элемент присутствует на нашей планете и даже в теле человека. Здесь он играет не последнюю скрипку в кроветворных процессах и даже в ДНК. Обширно используется в технике. Свое главенство никель одержал благодаря химической стойкости при защите покрытий.

Никель – это металл, у которого большое будущее. Ведь в некоторых сферах он незаменим.

Никель — что это за металл?

Никель

Никель — металл с атомным номером 28. Обозначается символом Ni. Он имеет серебристо-белый оттенок, в нормальных условиях покрывается оксидной пленкой. Благодаря своей пластичности, никель легко поддается ковке.

Физические свойства

Никель — ферромагнетик, то есть при температуре ниже точки Кюри он обладает намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля. Для никеля точка Кюри составляет 358 ⁰С. Металл не тускнеет на открытом воздухе.

Основные физические свойства никеля:

  • Структура решетки — кубическая гранецентрированая.
  • Плотность при нормальных условиях — 8,902 г/см3.
  • Температура плавления — 1453 ⁰С.
  • Удельная теплота плавления — 17,61 кДж/моль.
  • Температура кипения – 3000 ⁰С.
  • Удельная теплота испарения — 378,6 кДж/моль.
  • Молярная теплоемкость — 26,1 Дж/(K*моль)
  • Удельная теплоемкость — 0,440 кдж/(кг*К).
  • Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
  • Удельное электрическое сопротивление — 0,0684 мкОм*м.

История

Никель был официально открыт в 1751 году химиком Акселем Кронстедтом, который нашел его в кобальтовой земле. Однако еще раньше его раскапывали в горах Саксонии. Горняки использовали руду, содержащую никель, для изготовления стекла.

По внешним признакам саксонцы сначала принимали эту руду за серебряную и пытались переплавить ее в драгоценный металл, но этого не получалось. Кроме того, при плавлении из руды выделялся ядовитый газ, который наносил вред горнякам.

Неудачу потерпели и попытки добыть из этой руды медь.

В итоге в конце XVII в. саксонцы назвали руду «купферникель», что в переводе означает «медный дьявол». Это связано с тем, что горняки считали выделение ядовитого газа происками злых духов, обитавших в горах.

Именно купферникель исследовал Аксель Кронстедт в 1751 году. Он получил из него окисел зеленого цвета и восстановил его до металла, который до этого не был известен науке. Химик назвал этот металл никелем.

В 1775 году Торберн Улаф Бергман получил никель в более чистом виде и подробнее описал его свойства. Он выяснил, что по своему составу этот металл больше похож на железо, чем на медь.

В конце XVIII – начале XIX вв. многие химики, начиная с Жозефа Луи Пруста, детально изучали никель.

В 1804 году немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер получил наконец чистый металл, и никель окончательно утвердился как химический элемент.

Биологическая роль

Никель — микроэлемент, который необходим всем живым организмам. Его среднее содержание в растениях — 0,00005 %, в наземных животных — 0,000001 %, в морских — 0,00016 % массы тела.

Роль никеля в организме изучена не до конца. Известно, что он участвует в ферментативных реакциях и влияет на окислительные процессы. Он содержится в легких, печени, мышцах, поджелудочной и щитовидной железах, некоторых отделах головного мозга. Микроэлемент также накапливается в ороговевших тканях человека, животных и птиц, в том числе в волосах и перьях.

Избыточное содержание никеля в растениях приводит к уродливым формам, в организме животных — к различным глазным заболеваниям (кератоконъюнктивитам, кератитам).

Пары и пыль никеля токсичны и могут вызывать поражения кожи, легких и носоглотки, а частое вдыхание паров металла опасно появлением злокачественных новообразований.

Нахождение в природе и производство

Больше всего никеля содержится в глубоких слоях. В земной коре — его 0,0058%, в ультраосновных породах — 0,2 %. Если верить гипотезе, что земное ядро состоит из никелистого железа, общее содержание никеля в земле составляет примерно 3%. Никель также обнаружен в некоторых метеоритах.

В земной коре этот металл соседствует с железом и магнием, с которыми он имеет сходную валентность. В минералах магния и железа никель содержится в виде изоморфной примеси. Также существует 53 известных науке минерала никеля.

Большая часть из них была образована под воздействием давления и высоких температур, например, при застывании магмы. Сульфидные руды, содержащие данный металл, имеют в своем составе медь.

Некоторые руды никеля включают железо, серу, мышьяк, кобальт, магний.

Больше всего этого металла добывается на территории России. Крупные никелевые рудники также находятся в Канаде, Австралии, Новой Каледонии, Индонезии и на Кубе.

Больше всего никеля (около 80%) получают из сульфидных медно-никелевых руд, значительно меньше — из силикатных (окисленных) руд.

Химические свойства

Никель химически малоактивен. Он образует поверхностную оксидную пленку, из-за чего устойчив в атмосфере, щелочи, многих кислотах и воде. Металл не подвергается коррозии. Образует два оксида (NiO и Ni2O3) и два гидроксида (Ni(OH)2 и Ni(OH)3).

Хлорид, нитрат, сульфат и нитрат никеля — четыре растворимые соли. Они имеют желтый или желто-коричневый оттенок и окрашивают растворы в зеленый цвет. Фосфат, оксалат и сульфиды никеля (черный, зеленый и бронзовый) — нерастворимые соли.

Металл поглощает газы (углерод, водород и многие другие), которые ухудшают его механические свойства. С кислородом взаимодействует при температуре выше 500 ⁰С.

В мелкодисперсном состоянии никель самовоспламеняется на воздухе. При нагревании соединяется с галогенами. Образует сульфид при горении в сере, а при нагревании оксида NiO с серой получается моносульфид. Металл также вступает в реакцию с азотной кислотой: образуются нитрат никеля и оксид азота.

По химическим свойствам больше всего похож на железо и кобальт, в меньшей степени — на благородные металлы и медь. Он горит только в виде порошка, проявляет переменную валентность в соединениях (чаще всего двухвалентен). Образует комплексные и координационные соединения.

Применение

Наиболее широкая область применения никеля — изготовление сплавов различных металлов. Его сплавляют:

  • Со сталью. Это повышает химическую стойкость сплава: все нержавеющие стали содержат в своем составе никель.
  • С железом. Этот сплав имеет низкий коэффициент термического расширения, благодаря чему он успешно используется для изготовления различных деталей для электроприборов.
  • С кобальтом и магнием. Образуется жаростойкий сплав, который выдерживает высокие температуры до 500 ⁰С и отличается устойчивостью к коррозии.
  • С золотом и серебром. Это так называемое «белое золото» — прочный ювелирный сплав.
  • С хромом. В результате образуется нихром — жаропрочный, крипоустойчивый, пластичный сплав, который хорошо держит форму.
  • С железом, медью и хромом. Этот сплав характеризуется высокой магнитной восприимчивостью.

Сплавы никеля отличаются высокой степенью вязкости, благодаря чему находят применение при изготовлении брони. Многие сплавы используются в газотурбинных установках, конструкциях атомных реакторов. Из них также делают нагревательные элементы и монеты. Сплавы получили широкое применение в производстве аккумуляторов.

Никель используется и в чистом виде: из него изготавливают трубы, листы и др., а в химических лабораториях он служит катализатором многих реакций. Из металла также производят специализированную химическую аппаратуру. Оксид никеля применяется в производстве стекла, керамики и глазурей. Для многих металлов используется никелирование — создание никелевого покрытия с целью защитить от коррозии.

Из никеля делают спирали электронных сигарет, им обматывают струны музыкальных инструментов. В медицине этот элемент используется для протезирования и изготовления брекет-систем.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть