Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Nikkel

28
58.71
2, 3
Ni
4s2
3d8
Nikkel
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám nikkel, Ni, 28
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 10, 4, d
Megjelenés csillogó, fémes
Atomtömeg 58,6934(2) g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d8 4s2
Elektronok héjanként 2, 8, 16, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 8,908 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 7,81 g/cm³
Olvadáspont 1728 K
(1455 °C, 2651 °F)
Forráspont 3186 K
(2913 °C, 5275 °F)
Olvadáshő 17,48 kJ/mol
Párolgáshő 377,5 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 26,07 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapcentrált
Oxidációs állapotok 2, 3
(enyhén bázikus oxid)
Elektronegativitás 1,91 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 737,1 kJ/mol
Atomsugár 135 pm
Atomsugár (számított) 149 pm
Kovalens sugár 121 pm
Van der Waals-sugár 163 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség ferromágneses
Fajlagos ellenállás 1,68·10-8 Ω·m
Hővezetési tényező (300 K) 90,9 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 13,4 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) 4900 m/s
Young-modulus 200 GPa
Nyírási modulus 76 GPa
Bulk modulusz 180 GPa
Poisson-arányszám 0,31
Mohs-keménység 4,0
Vickers-keménység 638 MPa
Brinell-keménység 700 HB
CAS-szám 7440-02-0

A Nikkel bővebb leírása

A nikkel (nyelvújításkori magyar nevén: alany vagy álany[1]) a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Átmenetifém. A 10. (VIII. B) csoport eleme. Vegyjele Ni, rendszáma 28. Fémes színű szobahőmérsékleten szilárd fém. Érce, melyből előállítják (NiAs), vöröses színű, akárcsak a vörösréz érce, azzal a különbséggel, hogy a nikkelérc hevítése közben kellemetlen szagú arzéngáz keletkezik.

Története

A nikkelt már Kr. e. 3400-ban is használták, igaz nem tudatosan. A mai Szíria területén talált bronztárgyak tartalmaztak legfeljebb 2%-ban nikkelt, amely az előállításkor felhasznált réz- illetve cinkércből került bele. Kínai írások bizonyítják, hogy Kr. e. 1700 és 1400 között Ázsia területén használták a „fehér rezet” (újezüstöt) amely 5–30%-ig tartalmazott nikkelt.

Hivatalosan 1751-ben Axel Frederic Cronstedt ismerte fel és mutatta ki. Ő úgy nevezte, hogy az 1754-es nikkelfém, ami a svéd kopparnickel (réznikkel) szóból ered, ami pedig a mai német–cseh határon található Érchegységből származó nikkelérc nevéből származik: Rotnickelkies, azaz vöröskoboldkő. Az Érchegységben lakók hívták így, ugyanis látszólag úgy nézett ki mint a vörösréz érce, csakhogy nem lehetett belőle vörösrezet kinyerni, és azt gondolták, hogy a hegy szelleme, „Nickeln” elvarázsolta. Hasonló etimológiai története van a kobaltnak is.

Tiszta nikkelből az első pénzérméket 1881-ben verték.

Tulajdonságai

Körülbelül 3 cm-es nikkeldarab
Nikkel
Nikkel-hidroxid

A vascsoport eleme, közepes keménységű, közepes olvadáspontú, jól alakítható, ezüstfehér fém.

Kristályszerkezete: Lapközepes köbös rácsban kristályosodik. Interaktív 3D kristályszerkezetét itt találjuk meg.

Nincsenek allotrop módosulatai. Ez kiváló alakváltozó képességet eredményez.

Magas az olvadáspontja valamint elektromos ellenállása, ezért elektromos fűtőelemek anyagaként használják.

Ferromágneses, ötvözetei is mágneses tulajdonságúak.

Felületén nikkel-oxid (NiO) réteg alakul ki, ez megvédi a további oxidálódás ellen.

2Ni(sz) + O2(g) → 2NiO(sz)

Vegyületeiben a nikkel II, III, és ritkán IV vegyértékű. A vízmentes nikkel(II) sók többnyire sárga színűek, a a hidratált nikkel(II)-klorid (NiCl2x6H2O), valamint a hidratált nikkel(II)-szulfát (NiSO4 x 7H2O) zöldek.[2]

Sósavban és híg salétromsavban oldódik hidrogén fejlődés közben, tömény salétromsavban nitrózus gőzök fejlődése közben oldódik, a tömény oxidáló savak passziválják.

Kénsavval hidrogéngáz fejlődés közben reagál, és hidratált nikkel(II)-szulfát keletkezik.

Ni(sz) + H2SO4(aq) → Ni2+(aq) + SO42- (aq) + H2(g)

Reakciói halogénekkel:

Ni(sz) + Cl2(g) → NiCl2(sz) (sárga) (a hidratált nikkel(II)-klorid fűzöld színű.)

Ni(sz) + Br2(g) → NiBr2(sz) (sárga)

Ni(sz) + I2(g) → NiI2(sz) (fekete)[3]

Lúgokban nem oldódik.

Vegyületei

A nikkel vegyületeiben többnyire +2 oxidációs számú. A legtöbb vegyület zöld színű, de a vízmentes nikkelsók sárgák.[4]

A nikkel sói jól oldódnak vízben. Kloridja, nitrátja és szulfátja vizes oldatából kimutatható a nikkel, ugyanis a Ni2+ ion nátrium-hidroxiddal, ammónium-hidroxid-oldattal, nátrium-szulfid-oldattal, illetve dimetil-glioxim-oldattal csapadékot képez. (A csapadék általában szilárd anyag, mely a reakcióelegyben nem oldódik.)[5]

  • Na(OH) oldattal:
Ni+(aq) + 2HO-(aq) → Ni(OH)2(sz) (zöld színű csapadék)
  • ammóniával:
Ni+(aq) + 2NH3(aq) + 2H2O → Ni(OH)2(sz) + 2NH4+(aq) (zöld színű csapadék, mely ammónia fölöslegben feloldódik)
Ni(OH)2(sz) + 6NH3(aq) → [Ni(NH3)6]2+(aq) + 2HO-(aq)
  • Na2S oldattal fekete csapadék keletkezik:
Ni+(aq) + S2-(aq) → NiS(sz)
  • dimetil-glioxim-oldattal málnavörös színű nikkel(II)-dimetil-glioxim csapadék válik le:
Ni+(aq) + 2(CH3CNOH)2(EtOH) → Ni2+[CH3CNO-]2 + 2H+

Előfordulása

Viszonylag ritka elem, a földkéreg 0,0058 %-át teszi ki.

A legnagyobb nikkel-lelőhely: Sudbury (Ontario, Kanada). Ez adja a világon kitermelt nikkel 2/3-át. Itt 1,7 milliárd évvel ezelőtt egy hatalmas meteorit csapódott be. A kőzet 4%-a Ni, 2%-a Cu, de kisebb mennyiségben Co, Fe, Pt is található.

Magyarországi előfordulása: Szarvaskő (Bükk hegység) (titánvasérc telep). Bányászata nem kezdődött el.[6]

Érceiben általában kénhez, kovasavhoz, arzénhez vagy antimonhoz kapcsolódik. Legfontosabb ércei a pentlandit, a nikkelin és a garnierit.[7]

A nikkelt iparilag a pentlandit ((Fe,Ni)9S8) és a pirrhotit ásványokból állítják elő.[8] Más fontos nikkelércek a gersdorfit (NiAsS2) és a nikkelin (NiAs)[4].

A vasmeteoritok vagy más néven szideritek 5-20% nikkelt tartalmaznak vassal ötvözve.[8]

Előállítása

lásd:Színesfém-kohászat

Felhasználása

Annak ellenére, hogy viszonylag ritka elem, az egyik legfontosabb ipari fém.

A nikkelt főként ötvözőelemként alkalmazzák.

Felhasználják rozsdamentes acélok és korróziónak ellenálló ötvözetek készítésére.
Réz-nikkel ötvözetből készült csöveket használnak a tengervízből ivóvizet előállító berendezésekben.[9]
Gyakran alkalmaznak nikkelbevonatot más fémek korrózió elleni védelmére.

Elterjedten alkalmaznak nikkelt pénzérmék készítéséhez:

Az euró két, legnagyobb pénzérméje (1 és 2 eurós) jelentős mennyiségű nikkelt tartalmaz: a sárga része olyan ötvözet, mely 5% nikkelt tartalmaz, míg az ezüst színű mintegy 25% nikkelt.[10]
A forint pénzérméi is 4-25% nikkelt tartalmaznak.[11]

A finoman eloszlatott nikkel por (Raney-nikkel) katalizátorként szolgál növényi olajok hidrogénezéséhez.

Az üveghez adott nikkel zöldre színezi az üveget.

Felhasználják galvánelemek készítéséhez is.[9]

A nikkel ötvözete például az alpakka és a konstantán. Utóbbi ötvözet elektromos ellenállása a hőmérséklettel alig változik. A fehéraranynak is egyik ötvöző eleme.

Tiszta nikkelből laboratóriumi és orvosi eszközök is készülnek.[4]

Élettani hatásai

A nikkel és vegyületei mérgezőek.(Már a nyelvújítás idején Schuster János ingerlanynak nevezte a nikkelt...) [12]

A bőr és a légutak nyálkahártyájának gyulladását váltják ki, mivel erős izgató és szenzibilizáló hatásuk van. Humán rákkeltőkként tartják számon..[13]

A nikkel por ismétlődő vagy hosszabb expozíció esetén, hosszabb időn át belélegezve súlyos egészségkárosodást okozhat, károsítja a szerveket. A nikkel – a bőrrel érintkezve – allergiás bőrreakciót válthat ki. Ártalmas a vízi élővilágra, hosszan tartó károsodást okoz.[14][15][16][17]

A nikkelt használták régebben a fehérarany ötvöző elemeként is, de ma már egyre inkább kiküszöbölik.

Ékszerek, piercingek bevonására sem ajánlatos használni, allergizáló hatása miatt, de tartalmazhatják övcsatok, rozsdamentes acélból készült tárgyak, pénzérmék, szemüvegkeretek, egyes kozmetikumok pl. szemhéjtus, vagy hajfesték is. Ezek vásárlásakor figyeljünk arra, hogy a címkén fel legyen tüntetve, hogy a termék nikkelmentes.

A nikkelezett eszközzel való érintkezés, vagy nikkelt tartalmazó élelmiszerek (pl. margarin, kakaó (csokoládé), mogyoró, lencse, zab, mandula, dió, paradicsom koncentrátum stb.) fogyasztása nikkelallergiát válthat ki. Ennek tünetei: ekcémás elváltozások, asztma, kötőhártya gyulladás, illetve implantátumoknál helyi gyulladások. A természetes eredetű élelmiszerek azonban sohasem olyan ártalmasak, mint az, ha a nikkel adalékanyagként kerül az élelmiszerekbe.

A nikkel bányászatával illetve feldolgozásával dolgozó munkások is gyakran megbetegednek. Hiszen használják festékgyártásnál, kerámiákban, katalizátorokban, ékszerekben, fémpénzekben. Az amalgám is tartalmaz nikkelt, ötvöző anyagként.[18][19][20]

A felszíni vizek oldott Ni-tartalma kb. 7–10 µ g/l. Az ivóvíz megengedett határértéke 50 µ g/l Ni. A levegőbe is bekerülhet, főleg a kőolaj- és széntüzelésű erőművek füstjével. Koncentrációja a levegőben 6–25 ng/l, de az erősen iparosodott területeken ez 150 ng/l-ig is nőhet.[7]