Никель

Никель

Никель (от латинского Niccolum) является элементом четвёртого периода десятой группы с атомным номером 28 периодической системы химических элементов Менделеева. Простое вещество никель является ковким пластичным переходным металлом серебристо-белого цвета. На воздухе при обычной температуре на поверхности образуется тонкая плёнка оксида. Никель химически малоактивен. Этот элемент получил своё название из немецкой мифологии от имени злого духа гор, подбрасывающего искателям меди напоминающий медную руду минерал - мышьяково-никелевый блеск. В переводе с немецкого Nickel означает «озорник», при выплавке никелевых руд выделялись мышьяковые газы, что принесло никелю дурную славу.

Открыт этот элемент был в 1751 году. Хотя задолго до этого момента саксонским горнякам хорошо была известна руда, внешне походившая на медную. Она применялась для окраски стёкол в зелёный цвет в стекловарении. Все попытки получить медь из этой руды не увенчались успехом, поэтому в конце XVII столетия её стали называть купферникель или Kupfernickel – «Медный дьявол». Эта руда (красный никелевый колчедан) была исследована в 1751 году шведским минералогом Кронштедтом. Он получил зелёный окисел, после восстановления которого ему далось получить новый металл – никель. Когда он получил более чистый металл, было установлено, что по всем свойствам он напоминает железо. На языке горняков никкел является ругательным словом, характеризующим двуличность.

На воздухе никель не тускнеет, он обладает гранецентрированной кубической решёткой, период которой a = 0,35238 нм. В чистом виде никель достаточно пластичен и хорошо поддаётся обработке давлением. С точки Кюри (это 358 градусов Цельсия) является ферромагнетиком. Удельное электрическое сопротивление никеля равно 0,0684 мкОм∙м. Модуль упругости составляет 196—210 ГПа. Коэффициенты линейного и объёмного теплового расширения при ноле градусов Цельсия равны α=13,5∙10−6 K−1 и β=38—39∙10−6 K−1 соответственно. Плотность никеля при нормальных условиях составляет 8,902 г/см3. Температуры плавления и кипения равны 1453 и 2732 градусов Цельсия соответственно. У никеля очень высокая коррозионная стойкость, он устойчив в воде, ряде кислот, щелочах и на воздухе. Химическая стойкость обуславливается склонностью к пассивированию (образование оксидной плёнки). Зато в азотной кислоте активно растворяется.

Никель является достаточно распространённым в природе веществом – в земной коре содержится около 0,01% от всей массы. В природе никель встречается лишь в связанном виде, например, в метеоритах содержится порядка 8% самородного никеля. Изоморфно никель замещает магний и железо. Малая часть никеля присутствует в природе в виде сульфидов. Обычно этот металл содержится в мышьяк-содержащих и сульфидных медно-никелевых рудах: хлоантит, никелин, гарниерит, пентландит, магнитный колчедан, мышьяково-никелевый блеск. В среднем в морских животных содержится 1,6•10−4 весовых процентов, в наземных - 1•10−6, в организме человека до 2•10−6, а в растениях - 5•10−5. В Канаде, России, Кубе, ЮАР содержатся основные месторождения руд никеля.

На начало 1998 года общие запасы никеля составляют 135 миллионов тонн, 49 миллионов тонн из которых – достоверные. Основной рудой никеля является никелин, миллерит и пентландит. Порой никель – основной продукт процесса рафинирования, однако зачастую его получают в качестве побочного продукта в технологиях иных металлов. От 40 до 66 процентов никеля содержится в «окисленных никелевых рудах», 33 процента – в сульфидных, менее процента – в других. В промышленных условиях окисленные никелевые руды делят на: железистые и магнезиальные. Тугоплавкие магнезиальные чаще всего подвергают электроплавке на ферроникель. Наиболее железистые или латеритовые руды перерабатываются гидрометаллургическими методами, применяя также сернокислотное автоклавное или аммиачно-карбонатное выщелачивание. Продуктами этих технологий стали: закись никеля, синтер, сульфидные концентраты, никель электролитный, кобальт и никелевые порошки. Менее железистые или нонтронитовые руды плавятся на штейн. Основная масса никеля получается из магнитного колчедана и гарниериты.

Никель – основа большего числа жаропрочных материалов, которые используются в аэрокосмической промышленности, суперсплавов: монель-металл, белое золото, нихром, пермаллой, инвар, хромоникелевые и никелевые стали, нейзильбер и другие. Никель используют для предохранения поверхности другого металла от коррозии (никелирование). Толщина никелевого слоя равна 12-36 мкм. Устойчивость блеска обеспечивается последующим хромированием. Никель применяют для производства никель-цинковых, никель-кадмиевых, железо-никелевых и никель-водородных аккумуляторов. Никелид титана используют для изготовления брекет-систем, никель применяют при протезировании. Во многих странах этот металл используется для производства монет. Из-за низкой теплопроводности (90,9 Вт/(м•К)) никель применяют для изготовления держателей нагретых элементов, проводников для кварцевых горелок в дуговых ртутных лампах. Из никеля производят обмотки струн различных музыкальных инструментов. В 2012 году цены на никель варьировались в пределах от 15 500 до 17 600 американских долларов за тонну.

Никель – микроэлемент, которых необходим для нормального развития и жизни живых организмов. У животных никель накапливается в ороговевших тканях, перьях. Особенно вредными являются летучие соединения никеля, например, тетракарбонил. Никель является основной причиной аллергии на металлы, которые контактируют с кожей человека. Очень ядовитым является карбонид никеля. В производственных помещениях в воздухе не должно содержаться более 0,0005 мг/м3 его паров.