Никель - появление, свойства, символ, использование, факты

Никель имеет атомный номер 28 и химический символ Ni. Это глянцевый серебристо-белый металл со слабым золотистым оттенком. Никель является переходным металлом, твердым и пластичным одновременно. Чистый никель, измельченный в порошок для увеличения площади реакционной поверхности, обладает высокой химической активностью; тем не менее, более крупные детали медленно реагируют с воздухом в типичных условиях, потому что на поверхности накапливается оксидный слой, предотвращающий дальнейшую коррозию (пассивацию). Несмотря на это, чистый самородный никель встречается только в следовых количествах в земной коре, в основном в ультраосновных породах и недрах более крупных железоникелевых метеоритов, которые не подвергались воздействию кислорода вне атмосферы.

При комнатной температуре никель медленно окисляется на воздухе и считается устойчивым к коррозии. Исторически он использовался для покрытия железа и латуни, покрытия химического оборудования и производства определенных сплавов с сильным серебристым покрытием, таких как нейзильбер. Около 9% мирового производства никеля по-прежнему используется для антикоррозионного никелирования. Аллергия на никель может возникнуть при использовании никелированных предметов. Никель обычно используется в монетах, хотя его растущая цена привела к значительному замещению его менее дорогими металлами в последние годы.

Никель (0)

Тетракарбонил никеля (Ni(CO) ₄ ), открытый Людвигом Мондом, при нормальной температуре представляет собой летучую, очень ядовитую жидкость. Комплекс разлагается на никель и монооксид углерода при нагревании:

Ni(CO)₄ ⇌ Ni + 4CO

Никель (я)

Комплексы никеля(I) встречаются редко. Многие комплексы никеля (I) имеют связи Ni-Ni, такие как темно-красный диамагнитный K ₄ [Ni ₂ (CN) ₆ ], который образуется при восстановлении K ₂ [Ni ₂ (CN) ₆ ] амальгамой натрия. В воде эта молекула окисляется, высвобождая H ₂ . Предполагается, что степень окисления никеля(I) важна для никельсодержащих ферментов, таких как [NiFe]-гидрогеназа, которая катализирует обратимое восстановление протонов до H ₂ .

Никель (II)

Все распространенные анионы, включая сульфид, сульфат, карбонат, гидроксид, карбоксилаты и галогениды, образуют соединения с никелем (II). Сульфат никеля (II) синтезируют в больших количествах путем растворения металлического никеля или оксидов в серной кислоте, в результате чего получаются гекса- и гептагидраты, подходящие для гальванического покрытия никеля. Соли никеля, такие как хлорид, нитрат и сульфат, растворяются в воде с образованием зеленых растворов аквакомплекса металла [Ni(H ₂ O) ₆ ] ^2+.

Никель (III) и (IV)

Известно множество соединений Ni(III). Кроме того, Ni (III) образует простые соли в сочетании с ионами фтора или оксида. Тиолы и другие -донорные лиганды могут стабилизировать Ni(III). Ni(IV) присутствует в смешанном оксиде BaNiO ₃ , тогда как Ni(III) присутствует в гидроксиде оксида никеля, который используется в качестве катода во многих перезаряжаемых батареях, включая никель-кадмиевые, никель-железные, никель-водородные и никель-металлогидрид, и некоторые производители используют его в литий-ионных батареях. Ni(IV) представляет собой редкую степень окисления никеля, на сегодняшний день обнаружено лишь несколько соединений.

Добыча и открытие никеля

Типичные металлургические методы холодной и горячей обработки позволяют легко производить никель. Большинство никелевых руд содержат сульфид никеля (NiS). При нагревании этих минералов на воздухе сульфид никеля превращается в оксид никеля. Кроме того, когда вы обрабатываете оксид никеля химическим веществом, вы получаете чистый никель после удаления кислорода.

Во время экспериментов с новым металлом, полученным из шахты недалеко от Лоса, Хельсингланд, Швеция, барон Аксель Фредрик Кронстедт первоначально предположил, что это медь. В результате никель ранее был известен как «Купферский никель».

Вхождение

Никель чаще всего встречается на Земле в минералах пентландите и миллерите, сера — в миллерите, мышьяк — в никелине, мышьяк и сера — в никелевом галените. Никель обычно встречается в виде сплава камасита и тэнита в железных метеоритах. Присутствие никеля в метеоритах было обнаружено в 1799 году Жозефом-Луи Прустом, французским ученым, работавшим в то время в Испании. Большая часть никеля добывается из двух типов рудных месторождений. Первый - латерит, в котором основными комбинациями рудных минералов являются никельсодержащий лимонит и гарниерит (смесь различных водосодержащих никеля и богатых никелем силикатов).

Физические свойства никеля

1. Эта кристаллическая структура может выдерживать давление до 70 ГПа.
2. Никель относится к переходным металлам.
3. Он твердый, ковкий и пластичный, с высокой электро- и теплопроводностью для переходного металла.
4. Обладает высокой прочностью на сжатие.

Химические свойства никеля

1. Никель — серебристо-белый металл с легким золотистым оттенком, который можно полировать до блеска.
2. Это один из четырех элементов, обладающих магнитными свойствами при комнатной температуре или близкой к ней, наряду с железом, кобальтом и гадолинием.
3. Элементарная ячейка никеля представляет собой гранецентрированный куб.

Спор о конфигурации электрона

Атом никеля содержит две электронные конфигурации, очень близкие по энергии, [Ar] 3d ⁸ 4s ² и [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ . Есть некоторые споры о том, имеет ли конфигурация наименьшее количество энергии. Электронная конфигурация никеля приводится в учебниках по химии как [Ar] 4s ² 3d ⁸ . Эта конфигурация согласуется с правилом упорядочения энергии Маделунга, которое предсказывает, что 4s будут заполнены раньше, чем 3d. Это подтверждается экспериментальными данными о том, что наинизшее энергетическое состояние атома никеля представляет собой энергетический уровень 3d ⁸ 4s ² .

Однако из-за тонкой структуры каждая из этих двух конфигураций распадается на многочисленные энергетические уровни, и два набора энергетических уровней перекрываются. Средняя энергия состояний с конфигурацией [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ ниже, чем у состояний с конфигурацией [Ar] 3d ⁸ 4s ² . В результате конфигурация основного состояния никеля в научной литературе по атомным расчетам приводится как [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ .

Соединения

Наиболее распространенной степенью окисления никеля является +2, но соединения Ni, Ni+ и Ni ³⁺ хорошо известны, а необычные степени окисления Ni ^2- и Ni ^– были созданы и исследованы.

Применение никеля

1. Наиболее важным применением этого элемента является производство монет.
2. Из-за своей способности противостоять коррозии даже при высоких температурах он используется в газовых турбинах и ракетных двигателях.
3. Он используется для создания различных сплавов, которые затем используются для создания броневых пластин, гвоздей и труб.
4. Монель (сплавы никеля и меди) представляет собой прочный состав, устойчивый к коррозии в морской воде. В результате он используется в гребных валах лодок и опреснительных установках.
5. Элемент Ni встречается в различных батареях, включая никель-металлогидридные батареи и перезаряжаемые никель-кадмиевые батареи.
6. Поскольку характеристики никеля делают металл податливым и гибким, это хороший материал для изготовления проводов.
7. Суперсплавы, полученные путем соединения никеля с железом или кобальтом, используются в газовых турбинах и компонентах реактивных двигателей.
8. Никель используется в различных бытовых приборах и предметах повседневного обихода, включая ручные электроинструменты, видеокамеры, радиосканеры, гитарные струны, портативные компьютеры, сотовые и беспроводные телефоны.
9. В опреснительных установках часто используется медно-никелевый сплав для преобразования морской воды в пресную.
10. Соединение диметилглиоксима никеля используется в качестве красителя в косметике, красках и некоторых типах полимеров.
11. Никель также используется для гальванического покрытия других металлов, что является важным применением этого природного химического вещества.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Является ли [NiCl ₄ ] ^2- тетраэдрическим и парамагнитным?

Отвечать:

Despite the fact that both [NiCl₄]^2- and [Ni(CO)₄ are tetrahedral, their magnetic properties differ. This is owing to the different nature of the ligands. Cl^– is a weak field ligand, hence it does not pair unpaired 3d electrons. As a result, [NiCl₄]₂ is paramagnetic.

Вопрос 2: Почему квадрат NiCl ₄ плоский?

Отвечать:

All electrons are coupled up in the presence of strong field CN^– ions. In square planar geometry, the vacant 4d, 3s, and two 4p orbitals undergo dsp2 hybridization to form bonds with CN– ligands. As a result, [Ni(CN)4]2- is diamagnetic.

Вопрос 3: Для чего используется никель?

Отвечать:

Nickel is a silvery-white metal that is mostly used to strengthen stainless steel and other alloys and make them more resistant to severe temperatures and corrosive environments.

Вопрос 4: Каковы некоторые негативные эффекты никеля?

Отвечать:

Nickel, like many other metals on the planet, has some negative effects on humans if too much of it enters the body. For starters, inhaling some nickel compounds during mining can induce untreatable allergies in miners. These workers are more likely to develop fibrosis, lung cancer, and other diseases. When high concentrations of nickel accumulate in the air, soil, food, or water supply, humans are at danger of poisoning.

Вопрос 5. Является ли никель хорошим проводником электричества?

Отвечать:

Yes, nickel, like any other metal, is a relatively good electrical conductor. It is for this reason that nickel elements are used in a variety of electronic equipment. Furthermore, nickel wires conduct electrons nearly as well as copper wires.

Вопрос 6: Как никель используется в ракетных двигателях?

Отвечать:

Because of its capacity to resist corrosion even at high temperatures, it is utilised in gas turbines and rocket engines.

Вопрос 7: Что такое монель?

Отвечать:

Monel (alloys of nickel and copper) is a robust composition that can withstand seawater corrosion.