NIKEL: TARIHÇE, ÖZELLIKLER, YAPI, KULLANIMLAR, RISKLER - KIMYA - 2024

Nikel beyaz kimyasal sembol Ni, bir geçiş metalidir. İyi bir ısı ve elektrik iletkeni olmasının yanı sıra sertliği demirinkinden daha fazladır ve genel olarak çok reaktif olmayan ve korozyona karşı oldukça dayanıklı bir metal olarak kabul edilir. Saf haliyle, altın tonlu gümüştür.

1751'de İsveçli bir kimyager olan Axel Fredrik Cronsted, onu bir İsveç köyündeki bir kobalt madeninden çıkarılan Kupfernickel (şeytanın bakırı) olarak bilinen bir mineralden izole etmeyi başardı. İlk başta, Cronsted mineralin bakır olduğunu düşündü, ancak izole edilmiş elementin bakırdan farklı olarak beyaz renkli olduğu ortaya çıktı.

Altın tonlarının parladığı nikel küreler. Kaynak: René Rausch

Cronsted elementi nikel olarak adlandırdı ve daha sonra kupfernickel adı verilen mineralin nikelit (nikel arsenit) olduğu tespit edildi.

Nikel esas olarak iki birikintiden çıkarılır: magmatik kayaçlar ve dünyanın magmasının diğer segregasyonları. Mineraller doğada pentladit gibi kükürtlüdür. İkinci nikel kaynağı garniyerit gibi nikel açısından zengin mineraller içeren lateritlerdir.

Nikelin ana uygulama alanı, birçok metal ile alaşımların oluşumudur; örneğin, dünya nikel üretiminin yaklaşık% 70'ini tüketen endüstriyel bir faaliyet olan paslanmaz çeliğin üretiminde yer almaktadır.

Ek olarak, nikel, elektrik motorları, hoparlörler ve mikrofonların üretimi için tasarlanmış manyetik yapıda bir alaşım olan alnico gibi alaşımlarda kullanılır.

Nikel, 19. yüzyılın ortalarında sikke yapımında kullanılmaya başlandı. Bununla birlikte, kullanımı artık daha ucuz metallerle değiştirilmiştir; bazı ülkelerde kullanılmaya devam etmesine rağmen.

Nikel, bitkiler tarafından bir nitrojen kaynağı olarak kullanılabilen ürenin amonyağa indirgenmesinde rol oynayan enzim üreazı aktive ettiği için bitkiler için gerekli bir elementtir. Üre ayrıca bitkilerde ciddi hasara neden olan toksik bir bileşiktir.

Nikel insanlar için büyük toksisite unsurudur, kanserojen bir ajan olduğuna dair kanıtlar vardır. Ayrıca nikel kontakt dermatite ve alerji gelişimine neden olur.

Tarih

Antik dönem

Adam eski zamanlardan beri nikelin varlığını biliyordu. Örneğin, şu anda Suriye'ye ait olan topraklarda bulunan bronz nesnelerde (MÖ 3500)% 2'lik bir nikel yüzdesi bulundu.

Ayrıca Çin el yazmaları, baitong olarak bilinen "beyaz bakır" ın MÖ 1700-1400 yılları arasında kullanıldığını öne sürüyor. Mineral 17. yüzyılda Büyük Britanya'ya ihraç edildi; ancak bu alaşımın (Cu-Ni) nikel içeriği 1822 yılına kadar keşfedilmedi.

Ortaçağ Almanya'sında, bakıra benzer ve yeşil lekelere sahip kırmızımsı bir mineral bulundu. Madenciler bakırı cevherden ayırmaya çalıştılar, ancak girişimlerinde başarısız oldular. Ek olarak, mineral ile temas sağlık sorunları yarattı.

Bu nedenlerden dolayı madenciler, minerali kötü huylu bir duruma bağladılar ve bu durumu gösteren farklı isimler verdiler; "Eski Nick" gibi, ayrıca kupfernickel (şeytanın bakırı). Şimdi, söz konusu mineralin nikel arsenit, NiAs olduğu biliniyor.

Keşif ve üretim

1751'de Axel Fredrik Cronsted, bir İsveç köyü olan Los Halsinglandt yakınlarında bulunan bir kobalt madeninden elde edilen kupfernickel'den bakırı izole etmeye çalıştı. Ancak, o zamana kadar bilinmeyen ve ona nikel denen beyaz bir metal elde etmeyi başardı.

1824'ten başlayarak, kobalt mavisi üretiminin bir yan ürünü olarak nikel elde edildi. 1848'de, pirotin mineralinde bulunan nikeli işlemek için Norveç'te bir izabe tesisi kuruldu.

1889'da nikel, çelik üretimine girdi ve Yeni Kaledonya'da keşfedilen yataklar, dünya tüketimi için nikeli sağladı.

Özellikleri

Görünüm

Simli beyaz, parlak ve hafif altın rengi.

Atom ağırlığı

58.9344 u

Atom numarası (Z)

28

Erime noktası

1.455ºC

Kaynama noktası

2.730ºC

Yoğunluk

- Oda sıcaklığında: 8,908 g / mL

-Erime noktasında (sıvı): 7,81 g / mL

Füzyon ısısı

17.48 kJ / mol

Buharlaşma ısısı

379 kJ / mol

Molar kalori kapasitesi

26.07 J / mol

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 1.91

İyonlaşma enerjisi

İlk iyonlaşma seviyesi: 737.1 kJ / mol

İkinci iyonlaşma seviyesi: 1.753 kJ / mol

Üçüncü iyonizasyon seviyesi: 3.395 kJ / mol

Atomik radyo

Ampirik 124 pm

Kovalent yarıçap

124.4 ± 16.00

Termal iletkenlik

90,9 W / (m · K)

Elektriksel direnç

20ºC'de 69,3 nΩ m

Sertlik

Mohs ölçeğinde 4.0.

karakteristikleri

Nikel, sünek, dövülebilir bir metaldir ve demirden daha büyük bir sertliğe sahiptir, iyi bir elektrik ve termal iletken olarak. Normal sıcaklıklarda ferromanyetik bir metaldir, Curie sıcaklığı 358ºC'dir. Bundan daha yüksek sıcaklıklarda nikel artık ferromanyetik değildir.

Nikel, dört ferromanyetik elementten biridir, diğer üçü ise: demir, kobalt ve gadolinyumdur.

İzotoplar

⁴⁸ Ni ve ⁷⁸ Ni ile sınırlı 31 nikel izotopu vardır .

Beş doğal izotop vardır: % 68.27 bolluk ile ⁵⁸ Ni; % 26.10 bolluk ile ⁶⁰ Ni; % 1.13 bolluk ile ⁶¹ Ni; % 3.59 bolluk ile ⁶² Ni; ve % 0.9'luk bir bolluk ile ⁶⁴ Ni.

Nikel için yaklaşık 59 u'luk atom ağırlığı, izotopların hiçbirinde belirgin bir üstünlük olmadığını gösterir ( ⁵⁸ Ni en bol olmasına rağmen ).

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Nikel metalik yüz merkezli kübik (fcc) bir yapıya kristalleşir. Bu fcc fazı son derece kararlıdır ve 70 GPa'ya yakın basınçlara kadar değişmeden kalır; Yüksek basınç altında nikelin fazları veya polimorfları hakkında çok az bibliyografik bilgi vardır.

Nikel kristallerinin morfolojisi değişkendir çünkü bir nanotüpü tanımlayacak şekilde düzenlenebilirler. Nanopartikül veya makroskopik bir katı olarak metalik bağ aynı kalır (teoride); yani Ni atomlarını bir arada tutan aynı değerlik elektronlarıdır.

Nikel için iki olası elektronik konfigürasyona göre:

3d ⁸ 4s ²

3b ⁹ 4s ¹

Metalik bağa on elektron katılır; 3 boyutlu yörüngede sekiz veya dokuz, 4s yörüngesinde iki veya bir. Değerlik bandının pratik olarak dolu olduğuna ve elektronlarını iletim bandına taşımaya yakın olduğuna dikkat edin; nispeten yüksek elektrik iletkenliğini açıklayan bir gerçek.

Nikel'in fcc yapısı o kadar stabildir ki, ona eklendiğinde çelik tarafından bile benimsenir. Böylece nikel içeriği yüksek olan paslanmaz demir de fcc'dir.

Oksidasyon numaraları

Nikel, öyle görünmese de, bol sayıda veya oksidasyon durumuna da sahiptir. Negatifler, 3 boyutlu yörüngesinin onunu tamamlamak için iki elektrondan yoksun olduğunu bilerek açıktır; dolayısıyla, oksidasyon numaraları -1 (Ni ^- ) veya -2 (Ni ^2- ) olan bir veya iki elektron kazanabilir .

Nikel için en kararlı oksidasyon sayısı , 4s yörüngesinin elektronlarını kaybeden ve 3d yörüngesinde (3d ⁸ ) sekiz elektrona sahip olan Ni ²⁺ katyonunun varlığını varsayarak ⁺ 2'dir .

Ayrıca, iki başka pozitif oksidasyon numarası vardır: +3 (Ni ³⁺ ) ve +4 (Ni ⁴⁺ ). Okul veya lise seviyelerinde nikelin yalnızca Ni (II) veya Ni (III) olarak var olduğu öğretilir, çünkü bunlar çok kararlı bileşiklerde bulunan en yaygın oksidasyon sayılarıdır.

Ve bir bileşiğin, yani nötr Ni atomunun parçası olan metalik nikel olduğunda, oksidasyon numarası 0 (Ni ⁰ ) ile katıldığı veya bağlandığı söylenir .

Nikel nerede bulunur?

Mineraller ve deniz

Nikel yer kabuğunun% 0,007'sini oluşturur, bu nedenle bolluğu azdır. Ancak, Nife olarak bilinen dünyanın erimiş çekirdeğinde demirden sonra hala en bol bulunan ikinci metaldir. Deniz suyunun ortalama nikel konsantrasyonu 5,6 · ^10-4 mg / L'dir.

Normalde, ana nikel kaynaklarından biri olan demir ve nikel sülfürden oluşan bir mineral olan magmatik kayaçlarda, pentlanditte bulunur:

Kayaç, pentlandit ve pirotin minerallerinden oluşur. Kaynak: John Sobolewski (JSS)

Pentlandit minerali Sudbury, Ontario, Kanada'da mevcuttur; bu metalin dünyadaki ana yataklarından biri.

Pentlandit, nikel açısından zengin bir demir sülfit olan pirotin ile ilişkili olan% 3 ila 5 arasında bir nikel konsantrasyonuna sahiptir. Bu mineraller, yeryüzündeki magmanın segregasyonlarının ürünleri olan kayalarda bulunur.

Lateritler

Nikelin diğer önemli kaynağı, sıcak bölgelerde kurak topraklardan oluşan lateritlerdir. Silika bakımından fakirdirler ve aşağıdakiler dahil çeşitli minerallere sahiptirler: garnierit, bir magnezyum nikel silikat; ve limonit, bir demir cevheri

Nikel üretiminin% 68'i bu amaçla kullanıldığından, demir ile alaşımda ağırlıklı olarak paslanmaz çelik üretiminde kullanılmaktadır.

Ayrıca bakır ile korozyona dayanıklı bir alaşım oluşturur. Bu alaşım% 60 nikel,% 30 bakır ve az miktarda diğer metallerden, özellikle demirden oluşur.

Nikel, dirençli alaşımlarda, manyetikte ve nikel gümüş gibi diğer amaçlar için kullanılır; ve nikel ve bakırdan oluşan ancak gümüş içermeyen bir alaşım. Ni-Cu tüpleri tuzdan arındırma tesislerinde, kalkanlamada ve madeni para yapımında kullanılır.

Nikel, korozyona karşı direnç oluşturan alaşımlara tokluk ve gerilme mukavemeti sağlar. Bakır, demir ve krom içeren alaşımların yanı sıra bronz, alüminyum, kurşun, kobalt, gümüş ve altın alaşımlarında kullanılmaktadır.

Monel alaşımı% 17 nikel,% 30 bakır ve eser miktarda demir, manganez ve silikondan oluşur. Deniz suyuna dayanıklı olması gemi pervanelerinde kullanım için idealdir.

Koruyucu eylem

Flor ile reaksiyona giren nikel, flor elementi için koruyucu bir tabaka oluşturur ve florin gaz hatlarında metalik nikel veya Monel alaşımının kullanılmasına izin verir.

Nikel, alkalilerin etkisine karşı dayanıklıdır. Bu nedenle konsantre sodyum hidroksit içeren kaplarda kullanılır. Diğer metaller için koruyucu bir yüzey oluşturmak için elektro kaplamada da kullanılır.

Diğer kullanımlar

Nikel, birleştirildiği platin mineral grubundan altı metal için indirgeme ajanı olarak kullanılır; esas olarak platin ve paladyum. Alkalin yakıt pilleri için elektrotların üretiminde nikel köpük veya ağ kullanılır.

Nikel, margarin yapımında kullanılan doymamış bitkisel yağ asitlerinin hidrojenasyonu için bir katalizör olarak kullanılır. Bakır ve Cu-Ni alaşımı, E. coli üzerinde antibakteriyel etkiye sahiptir.

Nanopartiküller

Nikel nanopartiküller (NPs-Ni), makroskopik bir numuneye kıyasla daha büyük yüzey alanlarından dolayı geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Bu NPs-Ni bitki özlerinden sentezlendiğinde, antimikrobiyal ve antibakteriyel aktiviteler geliştirirler.

Yukarıda bahsedilenin nedeni, su ile temas halinde oksitlenme, Ni2 ⁺ katyonları ve mikrobiyal hücreleri denatüre eden yüksek derecede reaktif oksijen türleri oluşturma eğiliminin artmasıdır .

NPs-Ni ise katı yakıt hücrelerinde, fiberlerde, mıknatıslarda, manyetik akışkanlarda, elektronik parçalarda, gaz sensörlerinde vb. Elektrot malzemesi olarak kullanılmaktadır. Aynı şekilde katalitik destekler, adsorbanlar, ağartma maddeleri ve atık su arıtıcılardır.

-Kompozitler

Elektrokaplamada nikel banyolarında nikel klorür, nitrat ve sülfat kullanılmaktadır. Ayrıca, sülfat tuzu, tekstillerin boyanması için katalizörlerin ve mordanların hazırlanmasında kullanılır.

Akümülatörlerde nikel peroksit kullanılmaktadır. Nikel ferritler, çeşitli elektrik ekipmanlarında antenlerde manyetik çekirdek olarak kullanılmaktadır.

Nikel tertrakarbonil, asetilen ve alkollerden akrilatların sentezi için karbon monoksit sağlar. Kombine baryum ve nikel oksidi (BaNiO ₃ ), Ni-Cd, Ni-Fe ve Ni-H gibi birçok şarj edilebilir pilin katotlarının üretimi için hammadde görevi görür.

Biyolojik rol

Bitkiler büyümeleri için nikelin varlığına ihtiyaç duyar. Üreaz dahil çeşitli bitki enzimleri tarafından bir kofaktör olarak kullanıldığı bilinmektedir; Üreyi amonyağa dönüştüren enzim, bu bileşiği bitkilerin işleyişinde kullanabiliyor.

Ayrıca üre birikmesi bitkilerin yapraklarında bir değişiklik meydana getirir. Nikel, baklagiller tarafından nitrojen fiksasyonunu desteklemek için bir katalizör görevi görür.

Nikel eksikliğine en duyarlı mahsuller baklagiller (fasulye ve yonca), arpa, buğday, erik ve şeftalidir. Eksikliği bitkilerde kloroz, yaprak dökümü ve büyüme yetersizlikleri ile kendini gösterir.

Bazı bakterilerde üreaz enzimi nikele bağımlıdır, ancak bunların yaşadıkları organizmalar üzerinde öldürücü bir etkiye sahip olabileceği düşünülmektedir.

Süperoksit dismutaz gibi diğer bakteriyel enzimlerin yanı sıra bakterilerde ve bazı parazitlerde, örneğin tripanozomlarda bulunan glisidaz nikele bağımlıdır. Bununla birlikte, daha yüksek türlerde aynı enzimler nikele değil çinkoya bağlıdır.

Riskler

Büyük miktarlarda nikelin yutulması akciğer, burun, gırtlak ve prostat kanserlerinin oluşumu ve gelişimi ile ilişkilidir. Ayrıca solunum problemleri, solunum yetmezliği, astım ve bronşite neden olur. Nikel dumanları akciğer tahrişine neden olabilir.

Ciltle nikel teması, hassasiyete neden olabilir ve bu da daha sonra alerji yaratır ve ciltte kızarıklık olarak kendini gösterir.

Cildin nikele maruz kalması, önceden hassaslaşmış kişilerde "nikel kaşıntısı" olarak bilinen bir dermatite neden olabilir. Nikele duyarlı hale geldikten sonra sonsuza kadar varlığını sürdürür.

Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (IARC), Grup 1'e nikel bileşikleri yerleştirmiştir (insanlarda kanserojen olduğuna dair yeterli kanıt vardır). Ancak OSHA, nikeli kanserojen olarak düzenlemez.

Metalik nikel maruz kalmanın önerilir ve bileşikleri, 1 mg / m aşamaz ³ kırk saatlik haftalık mesai çalışma sekiz saat karıştırıldı. Nikel karbonil ve nikel sülfür, oldukça toksik veya kanserojen bileşiklerdir.

Referanslar

1. Muhammad Imran Din ve Aneela Rani. (2016). Nikel ve Nikel Oksit Nanopartiküllerinin Sentezi ve Stabilizasyonunda Son Gelişmeler: Yeşil Bir Usta. Uluslararası Analitik Kimya Dergisi, cilt. 2016, Makale Kimliği 3512145, 14 sayfa, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Su Arıtma Yöntemlerinde Adsorban Olarak Nikel Bazlı Nano Parçacıklar - Bir Gözden Geçirme. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Vikipedi. (2019). Nikel. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Nikel Enstitüsü. (2018). Paslanmaz çelik: Nikelin rolü. Nickelinstitute.org'dan kurtarıldı
5. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (20 Mart 2019). Nikel. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
6. Troy Buechel. (5 Ekim 2018). Bitki yetiştiriciliğinde Nikel'in rolü. Promix. Kurtarıldı: pthorticulture.com
7. Lenntech. (2019). Periyodik tablo: Nikel. Kurtarıldı: lenntech.com
8. Bell Terence. (28 Temmuz 2019). Nikel metal profil. Thebalance.com'dan kurtarıldı
9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Haziran 2018). 10 Nikel Element Gerçekleri. Kurtarıldı: thinkco.com
10. Dinni Nurhayani ve Akhmad A. Korda. (2015). Nikel ilavesinin bakır-nikel alaşımının Escherichia coli süspansiyonlarına karşı antimikrobiyal, fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi. AIP Konferansı Bildirileri 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727