>

Hrana bogata niklom. Svojstva kemijskog elementa nikla za zdravlje, kao i njegova uporaba; štetnost elementa i posljedice trovanja njime Što je nikal i kako izgleda

Ovaj srebrno sivi metal spada u prijelazne metale – ima i alkalna i kisela svojstva. Glavne prednosti metala su savitljivost, duktilnost i visoka svojstva protiv korozije. Gdje i kako se koristi nikal - pročitajte u nastavku.

Zbog prisutnosti oksidnog filma na površini, metal je obdaren sposobnošću savršenog otpora na koroziju. Osim toga, premaz ovog metala pouzdano štiti dijelove i predmete izrađene od drugih materijala od oksidacije. Zbog toga se nikal široko koristi u modernoj industriji.

Osim toga, element ima ne samo svojstva protiv korozije. Savršeno se odupire učincima raznih lužina. Zbog toga se koristi za zaštitu svih vrsta aluminijskih, željeznih i lijevano željeznih dijelova namijenjenih uporabi u agresivnim sredinama. Uključujući za proizvodnju lopatica zrakoplova, spremnika za prijevoz opasnih tvari i druge opreme za kemijsku industriju.

Ako govorimo o drugim područjima našeg života gdje je upotreba nikla danas u velikim razmjerima, vrijedi spomenuti proizvodnju:

  • proteze i proteze za medicinske potrebe;
  • baterije;
  • kemijski reagensi;
  • "bijelo zlato" u industriji nakita;
  • namoti za žice glazbenih instrumenata.

legure

Zbog svojih antikorozivnih svojstava, element se naširoko koristi za proizvodnju raznih legura od željeza, bakra, titana, kositra, molibdena itd. Više od 80 posto ukupne količine Ni iskopanog u cijelom svijetu troši se za to, naslage od kojih se nalaze u Rusiji (regije Ural, Murmansk i Voronjež, regija Norilsk), Južnoj Africi, Kanadi, Grčkoj, Albaniji i drugim zemljama. Ni se koristi za izradu nehrđajućeg čelika. Legure sa željezom koriste se u gotovo svim granama moderne industrije, kao iu izgradnji bilo kakvih civilnih ili industrijskih objekata.

Kao rezultat različitih postotnih kombinacija s bakrom, dobivaju se legure Monel, Constantine i druge. Koriste se za izradu kovanica, spremnika za sumpornu, perklornu ili fosfornu kiselinu, rezervnih dijelova i dijelova strojeva (ventili, izmjenjivači topline, čahure, opruge, lopatice impelera) namijenjenih za rad pod velikim opterećenjem.

Legure s dodatkom kroma - nikroma - otporne su na toplinu i stoga se koriste za izradu konstrukcijskih elemenata plinskih turbina, dijelova mlaznih motora i opreme za nuklearne reaktore.

Dodatkom molibdena dobivaju se legure otporne na kiseline i druge agresivne spojeve (suhi klor).

Legure koje sadrže aluminij, željezo, bakar i kobalt - alnik i magneto - imaju svojstva trajnih magneta i koriste se u izradi raznih radijskih mjernih instrumenata i električne opreme.

Proizvodi izrađeni od invara - legure s dodatkom željeza (Ni - 35 posto, Fe - 65%) imaju svojstvo da se praktički ne rastežu kada se zagrijavaju.

Ostale aplikacije

Jedna od najčešćih upotreba nikla u današnjoj industriji je poniklavanje, što je nanošenje tankog sloja nikla (debljine u rasponu od 12 do 36 mikrometara) na površinu drugih metala metodom galvanizacije. Antikorozivna obrada provodi se na sljedeći način:

  • metalne cijevi;
  • posuđe;
  • stolni pribor;
  • slavine i slavine za kuhinju ili kupaonicu;
  • okovi za namještaj i drugi ukrasni proizvodi.

Predmeti tretirani na ovaj način dugo će biti pouzdano zaštićeni od vlage, a također će, zahvaljujući srebrnom premazu koji neće izblijediti tijekom vremena, zadržati naočit izgled.

nikal- jednostavna tvar, rastegljiv, savitljiv, prijelazni metal srebrnasto-bijele boje, pri normalnim temperaturama u zraku prekriven je tankim slojem oksida. Kemijski neaktivan. Spada u teške obojene metale, nema ga u čistom obliku na zemlji - obično je u sastavu raznih ruda, velike je tvrdoće, dobro se polira, feromagnetičan je - privučen magnetom, u periodnom sustavu Mendeljejeva označen je simbolom Ni i ima 28. redni broj.

Vidi također:

STRUKTURA

Ima plošno centriranu kubičnu rešetku s periodom a = 0,35238 å nm, prostorne grupe Fm3m. Ova kristalna struktura je otporna na pritisak od najmanje 70 GPa. U normalnim uvjetima nikal postoji u obliku b-modifikacije, koja ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice (a = 3,5236 å). Ali nikal podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi h2 formira a-modifikaciju, koja ima heksagonalnu rešetku tijesnog pakiranja (a = 2,65 å, c = 4,32 å), koja se pretvara u kubičnu rešetku kada se zagrije iznad 200 °C. Kompaktni kubni nikl ima gustoću od 8,9 g/cm 3 (20 °C), atomski radijus 1,24 å

SVOJSTVA

Nikal je kovak i kovak metal, od njega se mogu izraditi vrlo tanki limovi i cijevi. Vlačna čvrstoća 400-500 MN/m2, granica elastičnosti 80 MN/m2, granica razvlačenja 120 MN/m2; relativno istezanje 40%; modul normalne elastičnosti 205 Gn/m2; Tvrdoća po Brinellu 600-800 Mn/m2. U temperaturnom području od 0 do 631K (gornja granica odgovara Curievoj točki). Feromagnetizam nikla posljedica je strukturnih značajki vanjskih elektronskih ljuski njegovih atoma. Nikal je dio najvažnijih magnetskih materijala i legura s minimalnim koeficijentom toplinskog rastezanja (permalloy, monel metal, invar itd.).

REZERVE I PROIZVODNJA

Nikal je prilično čest u prirodi - njegov sadržaj u zemljinoj kori je oko 0,01% (tež.). Nalazi se u zemljinoj kori samo u vezanom obliku; željezni meteoriti sadrže prirodni nikal (do 8%). Njegov sadržaj u ultramafičnim stijenama je oko 200 puta veći nego u kiselim stijenama (1,2 kg/t i 8 g/t). U ultramafičnim stijenama prevladavajuća količina nikla povezana je s olivinima koji sadrže 0,13 - 0,41% Ni.
U biljkama prosječno 5·10−5 težinskih postotaka nikla, u morskim životinjama - 1,6·10−4, u kopnenim životinjama - 1·10−6, u ljudskom tijelu - 1...2·10−6 .

Glavnina nikla dobiva se iz garnierita i magnetskog pirita.
Silikatna ruda se reducira ugljenom prašinom u rotacijskim cijevnih pećima do željezno-niklanih peleta (5-8% Ni), koje se zatim čiste od sumpora, kalciniraju i tretiraju otopinom amonijaka. Nakon zakiseljavanja otopine iz nje se elektrolitički dobiva metal.
Karbonilna metoda (Mondova metoda): Najprije se iz sulfidne rude dobiva bakar-nikal mat, preko kojeg se pod visokim tlakom propušta CO. Nastaje vrlo hlapljivi tetrakarbonilni nikal, čijom toplinskom razgradnjom nastaje posebno čisti metal.
Aluminotermalna metoda za dobivanje nikla iz oksidne rude: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

PODRIJETLO

Ležišta sulfidnih ruda bakra i nikla povezana su s lopolitnim ili pločastim masivima slojevitih gabroida ograničenih na zone dubokih rasjeda na drevnim štitovima i platformama. Karakteristična značajka ležišta bakra i nikla diljem svijeta imaju konzistentan mineralni sastav ruda: pirotin, pentlandit, kalkopirit, magnetit; Osim njih, rude sadrže pirit, kubanit, polidimit, nikelit, milerit, violarit, minerale platinske skupine, mjestimično kromit, arsenide nikla i kobalta, galenit, sfalerit, bornit, makinavit, wallerit, grafit i samorodno zlato.

Egzogeni depoziti silikatnih ruda nikla univerzalno su povezani s jednom ili drugom vrstom serpentenitne kore trošenja. Tijekom trošenja dolazi do postupne razgradnje minerala, kao i prijenosa pokretnih elemenata uz pomoć vode iz gornjih dijelova kore u donje. Tamo se ti elementi talože u obliku sekundarnih minerala.
Ležišta ove vrste sadrže rezerve nikla koje su 3 puta veće od njegovih rezervi u sulfidnim rudama, a rezerve nekih ležišta dosežu 1 milijun tona ili više nikla. Velike rezerve silikatnih ruda koncentrirane su u Novoj Kaledoniji, Filipinima, Indoneziji, Australiji i drugim zemljama. Prosječni sadržaj nikla u njima je 1,1-2%. Osim toga, rude često sadrže kobalt.

PRIMJENA

Ogromna većina nikla koristi se za proizvodnju legura s drugim metalima (fe, cr, cu, itd.), koje karakteriziraju visoka mehanička, antikorozivna, magnetska ili električna i termoelektrična svojstva. U vezi s razvojem mlaznih tehnologija i stvaranjem plinskih turbinskih jedinica posebno su važne legure kroma i nikla otporne na toplinu i toplinu. Legure nikla koriste se u strukturama nuklearnih reaktora.

Značajne količine nikla troše se u proizvodnji alkalnih baterija i antikorozivnih premaza. Savitljivi nikal u svom čistom obliku koristi se za proizvodnju limova, cijevi itd. Također se koristi u kemijskoj industriji za proizvodnju posebne kemijske opreme i kao katalizator za mnoge kemijske procese. Nikal je vrlo rijedak metal i, ako je moguće, treba ga zamijeniti drugim, jeftinijim i češćim materijalima.

Koristi se u izradi sustava nosača (titan nikelid) i protetike. Naširoko se koristi u proizvodnji kovanica u mnogim zemljama. U Sjedinjenim Državama je kovanica od 5 centi kolokvijalno poznata kao nikal. Nikal se također koristi za namatanje žica glazbenih instrumenata.

Nikal - Ni

KLASIFIKACIJA

Strunz (8. izdanje) 1/A.08-10
Nickel-Strunz (10. izdanje) 1.AA.05
Dana (7. izdanje) 1.1.17.2
Dana (8. izdanje) 1.1.11.5
Hej, CIM Ref 1.61

Godina je bila 1751. U maloj Švedskoj, zahvaljujući znanstveniku Axelu Frederiku Krondstedtu, pojavio se element broj 17. U to vrijeme bilo je samo 12 poznatih metala, plus sumpor, fosfor, ugljik i arsen. U svoju tvrtku primili su novog momka, zvao se Nikel.

Malo povijesti

Mnogo godina prije ovog čudesnog otkrića rudari iz Saske poznavali su rudu koja se mogla zamijeniti za bakar, a pokušaji da se iz tog materijala izvuče bakar bili su uzaludni. Osjećajući se prevarenom, ruda se počela zvati "kupfernickel" (na ruskom - "bakreni vrag").

Stručnjak za minerale Krondstedt zainteresirao se za ovu rudu. Nakon mnogo rada, dobiven je novi metal, koji je nazvan nikal. Istraživačku palicu preuzeo je Bergman. Dodatno je pročistio metal i zaključio da element nalikuje željezu.

Fizikalna svojstva nikla

Nikal je dio desete skupine elemenata i nalazi se u četvrtoj periodi periodnog sustava pod atomskim brojem 28. Ako unesete simbol Ni u tablicu, to je nikal. Ima žutu nijansu sa srebrnom bazom. Čak i na zraku, metal ne izblijedi. Tvrdo i prilično viskozno. Dobro je podložan kovanju, što omogućuje proizvodnju vrlo tankih proizvoda. Savršeno uglačan. Nikal se može privući pomoću magneta. Čak i na temperaturi od 340 stupnjeva s predznakom minus vidljiva su magnetska svojstva nikla. Nikal je metal koji je otporan na koroziju. Pokazuje slabu kemijsku aktivnost. Što možete reći o kemijskim svojstvima nikla?

Kemijska svojstva

Što je potrebno za određivanje kvalitativnog sastava nikla? Ovdje treba navesti od kojih se atoma (odnosno njihov broj) sastoji naš metal. Molarna masa (koja se naziva i atomska masa) je 58,6934 (g/mol). Krenuli smo naprijed s mjerenjima. Polumjer atoma našeg metala je 124 pm. Pri mjerenju radijusa iona rezultat je pokazao (+2e) 69 pm, a broj 115 pm je kovalentni radijus. Prema ljestvici poznatog kristalografa i velikog kemičara Paulinga, elektronegativnost je 1,91, a elektronski potencijal 0,25 V.

Učinci zraka i vode na nikal su praktički zanemarivi. Isto se može reći i za alkalije. Zašto ovaj metal ovako reagira? NiO se stvara na njegovoj površini. Ovo je premaz u obliku filma koji sprječava oksidaciju. Ako se nikal zagrije na vrlo visoku temperaturu, tada počinje reagirati s kisikom, a također reagira s halogenima, i sa svima njima.

Ako nikal dospije u dušičnu kiselinu, reakcija se neće dugo dogoditi. Također se lako aktivira u otopinama koje sadrže amonijak.

Ali ne utječe svaka kiselina na nikal. Kiseline poput klorovodične i sumporne kiseline otapaju ga vrlo sporo, ali sigurno. A pokušaji da se isto učini s niklom u fosfornoj kiselini uopće nisu bili uspješni.

Nikal u prirodi

Nagađanja znanstvenika su da je jezgra našeg planeta legura koja sadrži 90% željeza i 10 puta manje nikla. Postoji prisutnost kobalta - 0,6%. Tijekom procesa rotacije, atomi nikla su otpušteni u sloj koji pokriva zemlju. Oni su uz bakar i sumpor začetnici sulfidnih ruda bakra i nikla. Neki hrabriji atomi nikla nisu tu stali i krenuli su dalje. Atomi su hrlili na površinu u društvu s kromom, magnezijem i željezom. Zatim su pratioci našeg metala oksidirali i postali nepovezani.

Na površini globusa nalaze se kisele i ultrabazične stijene. Prema znanstvenicima, sadržaj nikla u kiselim stijenama mnogo je manji nego u ultrabazičnim stijenama. Stoga su tlo i vegetacija tamo prilično dobro obogaćeni niklom. Ali putovanje junaka o kojem se raspravlja u biosferi i vodi pokazalo se ne tako primjetnim.

Rude nikla

Industrijske rude nikla dijele se u dvije vrste.

  1. Sulfid bakar-nikal. Minerali: magnezij, pirotin, kubanit, milerit, petlandit, sperilit - to je ono što se nalazi u ovim rudama. Zahvaljujući magmi koja ih je formirala. Sulfidne rude također mogu dati paladij, zlato i još mnogo toga.
  2. Silikatne rude nikla. Rahli su, poput gline. Rude ovog tipa su željezne, silikatne i magnezijske.

Gdje se koristi nikal?

Nikal se široko koristi u tako moćnoj industriji kao što je metalurgija. Naime, u proizvodnji najrazličitijih legura. Legura uglavnom sadrži željezo, nikal i kobalt. Postoji mnogo legura na bazi nikla. Naš metal se spaja u leguru, na primjer, s titanom, kromom, molibdenom. Nikal se također koristi za zaštitu proizvoda koji brzo korodiraju. Ovi proizvodi su poniklani, odnosno stvaraju poseban sloj nikla koji sprječava koroziju da obavlja svoj gadni posao.

Nikal je vrlo dobar katalizator. Stoga se aktivno koristi u kemijskoj industriji. To su instrumenti, kemijsko posuđe, uređaji za razne primjene. Za kemikalije, hranu, isporuku lužina, skladištenje eteričnih ulja koriste se spremnici i rezervoari izrađeni od nikalnih materijala. Nuklearna tehnologija, televizija i razni uređaji, čiji je popis vrlo dugačak, ne mogu se koristiti bez ovog metala.

Ako pogledate u takvo područje kao što je izrada instrumenata, a zatim u područje strojarstva, primijetit ćete da su anode i katode ploče od nikla. A ovo nije cijeli popis namjena tako jednostavno divnog metala. Ne treba podcjenjivati ​​važnost nikla u medicini.

Nikl u medicini

Nikal se vrlo široko koristi u medicini. Prvo, uzmimo alate potrebne za izvođenje operacije. Rezultat operacije ovisi ne samo o samom liječniku, već io kvaliteti instrumenta koji koristi. Instrumenti se podvrgavaju brojnim sterilizacijama, a ako su izrađeni od legure koja ne sadrži nikal, korozija se neće dugo pojaviti. A alati izrađeni od čelika koji sadrži nikal traju mnogo dulje.

Ako govorimo o implantatima, za njihovu proizvodnju koriste se legure nikla. Čelik koji sadrži nikal ima visok stupanj čvrstoće. Naprave za pričvršćivanje kostiju, proteze, vijci - sve je napravljeno od ovog čelika. U stomatologiji su implantati također zauzeli snažnu poziciju. Ortodonti koriste kopče i proteze od nehrđajućeg čelika.

Nikal u živim organizmima

Ako pogledate svijet odozdo prema gore, slika se pojavljuje otprilike ovako. Tlo nam je pod nogama. Sadržaj nikla u njemu je veći nego u vegetaciji. Ali ako ovu vegetaciju promatramo pod prizmom koja nas zanima, tada se veliki sadržaj nikla nalazi u mahunarkama. I u usjevima žitarica postotak nikla raste.

Razmotrimo ukratko prosječni sadržaj nikla u biljkama, morskim i kopnenim životinjama. I naravno, u osobi. Mjerenje je u težinskim postocima. Dakle, masa nikla u biljkama je 5*10 -5. Kopnene životinje 1*10 -6, morske životinje 1,6*10 -4. A kod ljudi sadržaj nikla je 1-2*10 -6.

Uloga nikla u ljudskom tijelu

Uvijek želim biti zdrava i lijepa osoba. Nikal je jedan od važnih elemenata u tragovima u ljudskom tijelu. Nikal se obično nakuplja u plućima, bubrezima i jetri. Nakupine nikla kod ljudi nalaze se u kosi, štitnjači i gušterači. I to nije sve. Što metal radi u tijelu? Ovdje slobodno možemo reći da je Šveđanin, kosac i trubač. Naime:

  • pokušava, ne bez uspjeha, pomoći u opskrbi stanica kisikom;
  • redoks rad u tkivima također pada na teret nikla;
  • ne ustručava se sudjelovati u regulaciji tjelesnih hormonalnih razina;
  • sigurno oksidira vitamin C;
  • može se uočiti njegova uključenost u metabolizam masti;
  • Nikal izvrsno djeluje na hematopoezu.

Želio bih napomenuti ogromnu važnost nikla u ćeliji. Ovaj mikroelement štiti staničnu membranu i nukleinske kiseline, odnosno njihovu strukturu.

Iako se popis vrijednih djela nikla može nastaviti. Iz gore navedenog napominjemo da tijelo treba nikal. Ovaj element u tragovima u naše tijelo ulazi hranom. Obično ima dovoljno nikla u tijelu, jer ga trebate vrlo malo. Zvono za uzbunu nedostatka našeg metala je pojava dermatitisa. To je važnost nikla u ljudskom tijelu.

Legure nikla

Postoji mnogo različitih legura nikla. Zabilježimo glavne tri skupine.

U prvu skupinu spadaju legure nikla i bakra. Nazivaju se legurama nikla i bakra. Bez obzira na omjere u kojima su ova dva elementa spojena, rezultat je nevjerojatan i, što je najvažnije, bez iznenađenja. Homogena legura je zajamčena. Ako u njoj ima više bakra nego nikla, tada su svojstva bakra jače izražena, a ako prevladava nikal, legura ima karakter nikla.

Legure nikla i bakra popularne su u proizvodnji kovanica i dijelova strojeva. Za izradu opreme veće preciznosti koristi se legura Konstantin koja sadrži gotovo 60% bakra, a ostatak nikla.

Razmotrimo leguru s niklom i kromom. Nikromi. Otporan na koroziju, kiseline, otporan na toplinu. Takve se legure koriste za mlazne motore i nuklearne reaktore, ali samo ako sadrže do 80% nikla.

Prijeđimo na treću skupinu sa željezom. Dijele se u 4 tipa.

  1. Otporan na toplinu - otporan na visoke temperature. Ova legura sadrži gotovo 50% nikla. Ovdje kombinacija može biti s molibdenom, titanom, aluminijem.
  2. Magnetski - povećavaju magnetsku propusnost, često se koriste u elektrotehnici.
  3. Antikorozija - ova legura se ne može izbjeći u proizvodnji kemijske opreme, kao i pri radu u agresivnom okruženju. Legura sadrži molibden.
  4. Legura koja zadržava svoje dimenzije i elastičnost. Termoelement u peći. Ovdje dolazi takva legura. Kada se zagrijava, dimenzije se održavaju i elastičnost se ne gubi. Koliko je nikla potrebno da bi legura imala takva svojstva? Legura bi trebala sadržavati približno 40% metala.

Nikl u svakodnevnom životu

Ako pogledate oko sebe, možete shvatiti da legure nikla okružuju ljude posvuda. Počnimo s namještajem. Legura štiti bazu namještaja od oštećenja i štetnih utjecaja. Obratimo pozornost na okove. Bilo da se radi o prozoru ili komadu namještaja. Može se dugo koristiti i jako lijepo izgleda. Nastavimo naš izlet u kupaonicu. Ovdje nema načina bez nikla. Tuš glave, slavine, miješalice - sve poniklano. Zahvaljujući tome, možete zaboraviti što je korozija. I nije sramota pogledati proizvod jer izgleda slatko i podupire dekor. Dijelovi obloženi niklom nalaze se u ukrasnim strukturama.

Nikal se ne može nazvati sporednim metalom. Razni minerali i rude mogu se pohvaliti prisutnošću nikla. Drago mi je da je takav element prisutan na našem planetu, pa čak iu ljudskom tijelu. Ovdje igra važnu ulogu u hematopoetskim procesima, pa čak iu DNK. Opsežno se koristi u tehnologiji. Nikal je stekao dominaciju zbog svoje kemijske otpornosti u zaštiti premaza.

Nikal je metal koji ima veliku budućnost. Uostalom, u nekim je područjima neizostavan.

Nikal je element skupine 10 tablice D.I. Mendeljejev. Poznato relativno nedavno, također se nedavno koristilo u industriji. Nikal je dobio ime po imenu zlog gnoma, koji je umjesto toga rudarima bacao mineral nikal, koji uključuje nikal i arsen. U ta davna vremena nisu znali kako koristiti nikal, pa se "lažni" metal počeo zvati "nestašluk" od njemačkog nikla.

A danas ćemo pogledati fizikalna i kemijska svojstva i upotrebu nikla, dati ga opće karakteristike, proučimo legure i stupnjeve nikla.

Prijelazni je metal, odnosno pokazuje i kisela i alkalna svojstva. Ima srebrno-bijeli sjaj, duktilan, savitljiv, ali tvrd. Molekulska težina je mala - 28, pa se svrstava u lake tvari.

Ovaj video će vam reći o značajkama nikla kao metala:

Koncept i značajke

S kemijskog gledišta, nikal je vrlo zanimljiv i neobičan metal. S jedne strane, sposoban je reagirati i s kiselinama i s alkalijama, ali s druge strane, kemijski je inertan i čak odbija reagirati s koncentriranim alkalijama i kiselinama. Štoviše, ovo svojstvo je toliko izraženo da se nikal koristi u proizvodnji razne opreme otporne na kiseline i spremnika za lužine.

Metal se topi i zatim koristi u obliku šipki, listova i tako dalje. I u tom stanju pokazuje uobičajena metalna svojstva nisko aktivne tvari. Ali nikal pretvoren u vrlo fini prah postaje piroforan i sposoban se samozapaliti na zraku.

Tajna je u tome što je obična tvar u zraku, poput aluminija, na primjer, prekrivena oksidnim filmom, a taj film djeluje kao vrlo jak zaštitni sloj.

Ova kvaliteta određuje jednu od najstarijih upotreba metala - poniklavanje, odnosno nanošenje najtanjeg sloja nikla na površinu predmeta. Ovaj sloj u potpunosti štiti čelik, lijevano željezo, magnezij, aluminij i tako dalje od korozije.

Proizvodi od čistog nikla su rijetki i koriste se samo u posebno kritičnim područjima. Svoju upotrebu u industriji zahvaljuje još jednoj jedinstvenoj kvaliteti: u leguri, nikal daje materijalu istu izvrsnu otpornost na koroziju koju on sam posjeduje. Većina nehrđajućih i konstrukcijskih čelika uključuje nikal kao legirajuću komponentu. Upravo to osigurava čvrstoću čelika i njegovu trajnost.

Legure na bazi nikla vrlo su raznolike i imaju izvanredna svojstva: čvrstoću, otpornost na toplinu, sposobnost da izdrže velika opterećenja sila pri visokim temperaturama, otpornost na habanje, neosjetljivost na kemijski agresivne tvari i tako dalje. Od ukupnog volumena ekstrahirane tvari, oko 9% se koristi u čistom obliku. Još 7% troši se na poniklavanje, a ostatak se troši na proizvodnju legura.

Nikal tvori trijadu željeza sa željezom i kobaltom. Grupa također uključuje platinu - osmij, platinu, rodij. Međutim, unatoč njihovoj relativnoj blizini, svojstva metala značajno se razlikuju. Što se tiče čvrstoće, nikal nije mnogo inferioran željezu, čak ima veću gustoću, ali za razliku od potonjeg vrlo je otporan na koroziju, dok željezo brzo korodira na zraku, a posebno u dodiru s vodom.

U usporedbi s metalima platine, nikal je mnogo lakši, mnogo jeftiniji i mnogo aktivniji: platina, osmij i drugi su plemeniti metali koji imaju pozitivan elektrodni potencijal i izrazito su inertni.

Prednosti i nedostatci

Gotovo sva svojstva nikla u odnosu na nacionalno gospodarstvo su prednosti. Jedina mana metala je njegova prisutnost u prirodi. Nikal se smatra uobičajenim elementom, ali se nalazi samo u vezanom obliku. Samorodni nikal pada na zemlju samo u sastavu meteorita. Prema tome, metal se dobiva skupljim tehnologijama.

  • Nikal ima dobru čvrstoću i tvrdoću, a zadržava sposobnost kovanja i visoku žilavost: može se koristiti za proizvodnju najtanjih listova i šipki.
  • Metal ima izvrsnu otpornost na koroziju. Štoviše, tu kvalitetu prenosi na legure, koje sadrži kao legirajući element.
  • Legure na bazi nikla vrlo su raznolike i imaju iznimne kvalitete. Tako se legure željeza i nikla otporne na toplinu koriste u proizvodnji dijelova nuklearnih reaktora i mlaznih motora. Do danas je opisano i korišteno oko 3000 različitih legura nikla.
  • Presvlaka od nikla još uvijek se aktivno koristi ne samo u proizvodnji instrumenata i alatnih strojeva, već iu svakodnevnom životu i građevinarstvu. Poniklano posuđe, pribor za jelo, pribor i sl. nisu samo estetski atraktivni, već i apsolutno higijenski, bezopasni i iznimno izdržljivi. Inertnost i higijenska ispravnost metala uvjetuju njegovu upotrebu u prehrambenoj industriji.
  • Nikal je feromagnet, odnosno tvar sklona spontanom magnetiziranju. Ovo svojstvo omogućuje upotrebu metala za proizvodnju trajnih magneta.
  • Metal je relativno jeftin za dobivanje i ima dobre karakteristike električne vodljivosti. Nikal zamjenjuje skupo srebro ili u proizvodnji baterija.

Struktura i kemijski sastav nikla razmatraju se u nastavku.

Struktura i sastav

Nikal, kao i drugi čisti metali, ima homogenu, dobro uređenu strukturu, koja ovim tvarima daje sposobnost provođenja struje. Međutim, fazni sastav materijala može biti različit, što utječe na njegova svojstva.

  • U normalnim uvjetima radi se o β-modifikaciji nikla. Karakterizira ga kubična rešetka usmjerena na lice i određuje uobičajena svojstva metala - kovnost, duktilnost, obradivost, feromagnetizam i tako dalje.
  • Postoji i druga vrsta materijala. Nikal podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi vodika ne reagira, ali također mijenja svoju strukturu, pretvarajući se u α-modifikaciju. Potonji ima gustu šesterokutnu rešetku. Zagrijavanjem na 200 C α-faza prelazi u β-fazu. U industriji se bave β-modifikacijom nikla.

Ovaj video će vam reći kako sami pretvoriti nikl-kadmijevu bateriju u litij-ionsku bateriju:

Svojstva i karakteristike

Karakteristike β-faze, kao glavne, su od većeg interesa, jer je samo postojanje α-faze ograničeno. Svojstva metala su:

  • gustoća na normalnoj temperaturi - 8,9 g / cu. cm;
  • talište – 1453 C;
  • vrelište – 3000 C;
  • vrlo nizak koeficijent toplinskog širenja – 13,5∙10 −6 K −1
  • modul elastičnosti - 196-210 GPa;
  • Granica elastičnosti je 80 MN/sq. m;
  • granica razvlačenja – 120 MN/sq. m:
  • granica zatezanja 40-50 kgf / sq. mm;
  • specifični toplinski kapacitet tvari – 0,440 kJ/(kg K);
  • toplinska vodljivost - 90,1 W / (m K);
  • specifični električni otpor – 0,0684 µOhm∙m.

Nikal je feromagnetik, njegova Curiejeva točka je 358 C.

U nastavku ćemo govoriti o proizvodnji i proizvodnji legura nikla.

Proizvodnja

Nikal se smatra prilično uobičajenim - 13. među metalima. Međutim, njegova distribucija je donekle specifična. Nije uzalud metal nazvan elementom zemljinih dubina, budući da ga u ultramafičnim stijenama ima 200 puta više nego u kiselim stijenama. Prema jednoj uobičajenoj teoriji, Zemljina jezgra sastoji se od nikla i željeza.

Samorodni nikal se ne pojavljuje na Zemlji. U vezanom obliku prisutan je u rudama bakra i nikla - koje sadrže arsen i sulfide. To je nikal - crveni nikl pirit, isti onaj koji su rudari uzimali za pirit, kloantit - bijeli nikl pirit, garnierit, bakar pirit i tako dalje.

Sirovina je najčešće sulfidna ruda, uključujući nikal i nikal, tako da su uključeni dodatni koraci za odvajanje metala.

  • Sulfidne rude obično sadrže dosta vlage i glinenih tvari. Da bi ih se riješili, ruda se drobi, suši i briketira. Ako je sadržaj sumpora u rudi previsok, ona se prži.
  • Taljenje mat se provodi u šahtnim ili reverberacijskim pećima. Dobiva se legura nikla i željeznog sulfida, uključujući malu količinu bakra.
  • Odvajanje nikla i bakra.
  • Prženje koncentrata nikla, redukcijsko taljenje i rafinacija elektrolizom.

Metoda dobivanja nikla iz oksidirane rude izgleda nešto drugačije.

  • Ruda se podvrgava sulfidizirajućem taljenju uz djelomičnu redukciju.
  • Prihvatni mat - rastaljeni mat se upuhuje sa zrakom u pretvaračima.
  • Feinstein je otpušten i oslobođen bakra;
  • Zatim se nikal reducira ili se spaljeni nikal topi u feronikal.

Koliko košta 1 kg nikla? Cijene takvog metala uvelike su određene uspješnošću eksploatacije ležišta. Tako je Kina 2013. povećala proizvodnju sirovog željeza koje sadrži nikal, što je dovelo do osjetnog pada cijena metala. U jesen 2016. cijena tone metala bila je 10.045 dolara.

Područje primjene

Sam nikal se rijetko koristi. Područje je puno šire.

  • U svakodnevnom životu ljudi najčešće nailaze na poniklane proizvode - slavine, miješalice, okove za namještaj. Metalni dijelovi namještaja često su presvučeni slojem srebrnastog metala koji ne tamni. Isto vrijedi i za pribor za jelo i posuđe.
  • Druga poznata upotreba je bijelo zlato. Sastoji se od zlata određenog standarda i legure nikla.
  • Katode od nikla imaju široku primjenu u elektrotehnici. Brojne baterije su nikal-kadmijeve. Nikal, željezo-nikal i tako dalje natječu se s baterijom i mnogo su sigurniji.

Međutim, glavni potrošač nikla je obojena i crna metalurgija: 67% svih iskopanih metala koristi se za proizvodnju nehrđajućeg čelika. I 17% - za proizvodnju drugih, ne-željeznih legura.

  • Konstrukcijski i nehrđajući čelik koriste se doslovno posvuda: građevinarstvo i strojarstvo, elektrotehnika i proizvodnja cjevovoda, izrada instrumenata i konstrukcija nosivih okvira. Nikal je taj koji čelicima daje otpornost na koroziju.
  • Legure nikal-bakar najčešće se koriste u proizvodnji opreme otporne na kiseline i raznih dijelova koji moraju raditi u agresivnim kemijskim okruženjima.
  • Legure nikla i kroma poznate su po svojoj otpornosti na toplinu i otpornosti na lužine i kiseline. Koriste se u pećima, nuklearnim reaktorima, motorima i tako dalje.
  • Legure nikla, kroma i željeza, osim toga, ostaju otporne na velika opterećenja na vrlo visokim temperaturama - do 900 C. Ovo je nezamjenjiv materijal za plinske turbine.

Nikal je metal sa . Izdržljiv, savitljiv, otporan na kiseline i lužine i sposoban prenijeti ta svojstva gotovo svakoj leguri. Nije iznenađenje da se nikal tako široko koristi.

Jednostavan i pouzdan način obnavljanja nikal-kadmijevih baterija raspravlja se u videu u nastavku:

Upotreba nikla u legurama

Nikal je osnova većine materijala otpornih na toplinu koji se koriste u zrakoplovnoj industriji za dijelove elektrana.

  • Monel metal (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), otporan na toplinu do 500 °C, vrlo otporan na koroziju;
  • nikrom, otporna legura (60% Ni + 40% Cr);
  • permalloy (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ima visoku magnetsku osjetljivost s vrlo niskim gubicima histereze;
  • invar (65% Fe + 35% Ni), gotovo se ne izdužuje pri zagrijavanju.
  • Osim toga, legure nikla uključuju nikal i krom-nikal čelike, nikl-srebro i razne otporne legure kao što su konstantan, nikal i manganin.

Svi nehrđajući čelici nužno sadrže nikal, jer... Nikal povećava kemijsku otpornost legure. Legure nikla također se odlikuju visokom žilavošću i koriste se u proizvodnji izdržljivog oklopa. U izradi najvažnijih dijelova raznih uređaja koristi se legura nikal-željezo (36-38% nikla) ​​koja ima nizak koeficijent toplinskog širenja.

U proizvodnji jezgri elektromagneta naširoko se koriste legure pod općim nazivom permalloy. Ove legure, osim željeza, sadrže od 40 do 80% nikla. Kovanice su kovane od legura nikla. Ukupan broj različitih legura nikla u praktičnoj uporabi doseže nekoliko tisuća.

Niklanje metala

Nikal se u svom čistom obliku uglavnom koristi kao zaštitni premazi protiv korozije u različitim kemijskim okruženjima. Zaštitne prevlake na željezu i drugim metalima dobivaju se dvama poznatim metodama: plakiranjem i galvanizacijom. U prvoj metodi, obloženi sloj se stvara vrućim valjanjem tanke ploče od nikla zajedno s debelim željeznim limom. Omjer debljine nikla i metala koji se oblaže je približno 1:10. U procesu spojnog valjanja, zbog međusobne difuzije, ovi limovi se zavaruju, te se dobije monolitni dvoslojni ili čak troslojni metal čija površina nikla štiti ovaj materijal od korozije.

Ova vrsta vruće metode stvaranja zaštitnih prevlaka nikla naširoko se koristi za zaštitu željeza i nelegiranih čelika od korozije. To značajno smanjuje troškove mnogih proizvoda i uređaja izrađenih ne od čistog nikla, već od relativno jeftinog željeza ili čelika, ali presvučenih tankim zaštitnim slojem nikla. Veliki spremnici izrađeni su od poniklanih željeznih limova za transport i skladištenje, na primjer, kaustičnih lužina, koje se također koriste u raznim kemijskim industrijama.

Galvanska metoda stvaranja zaštitnih prevlaka s niklom jedna je od najstarijih metoda elektrokemijskih procesa. Ova operacija, u tehnici poznata kao poniklavanje, u načelu je relativno jednostavna. tehnološki proces. Uključuje neke pripremne radove u vrlo temeljitom čišćenju površine metala koji se oblaže i pripremu elektrolitičke kupke koja se sastoji od zakiseljene otopine soli nikla, obično nikal sulfata. Kod elektrolitičke presvlake, materijal koji se oblaže služi kao katoda, a ploča od nikla služi kao anoda. U galvanskom krugu, nikal se taloži na katodi s ekvivalentnim prijelazom s anode na otopinu. Metoda poniklavanja naširoko se koristi u inženjerstvu i u tu se svrhu troše velike količine nikla.

Nedavno se metoda elektrolitičkog niklanja koristi za stvaranje zaštitnih premaza na aluminiju, magneziju, cinku i lijevanom željezu. U radu je opisana uporaba metode poniklavanja aluminijskih i magnezijevih legura, posebice za zaštitu duraluminijskih lopatica propelerskih zrakoplova. Drugi rad opisuje upotrebu bubnjeva za sušenje od poniklanog lijevanog željeza u proizvodnji papira; Utvrđeno je značajno povećanje otpornosti bubnjeva na koroziju i povećanje kvalitete papira na poniklanim bačvama u usporedbi s konvencionalnim bačvama od lijevanog željeza bez poniklanja.

Niklanje se izvodi galvaniziranjem pomoću elektrolita koji sadrže nikal(II) sulfat, natrijev klorid, bor hidroksid, površinski aktivne tvari i sredstva za posvjetljivanje te topljive nikalne anode. Debljina dobivenog sloja nikla je 12 - 36 mikrona. Stabilan površinski sjaj može se osigurati naknadnim kromiranjem (debljina sloja kroma 0,3 mikrona).

Bezstrujno poniklavanje provodi se u otopini smjese nikal(II) klorida i natrijevog hipofosfita u prisutnosti natrijevog citrata:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

Proces se provodi pri pH 4 - 6 i 95 °C.

Upotreba nikla u proizvodnji baterija

Proizvodnja željezo-nikal, nikal-kadmij, nikal-cink, nikal-vodik baterija.

Najčešći “protiv” u kemijskim izvorima struje su cink, kadmij, željezo, a najčešći “protiv” su oksidi srebra, olova, mangana i nikla. Spojevi nikla koriste se u proizvodnji alkalnih baterija. Inače, željezno-nikal bateriju izumio je 1900. godine Thomas Alva Edison.

Pozitivne elektrode na bazi oksida nikla imaju prilično veliki pozitivni naboj, stabilne su u elektrolitu, lako se obrađuju, relativno su jeftine, traju dugo i ne zahtijevaju posebnu njegu. Ovaj skup svojstava učinio je elektrode od nikla najčešćima. Neke baterije, posebno cink-srebrne baterije, imaju bolje specifične karakteristike od željezo-nikal ili nikal-kadmijevih baterija. Ali nikal je puno jeftiniji od srebra, a skupe baterije traju puno manje.

Nikal-oksidne elektrode za alkalne baterije izrađene su od paste koja sadrži nikal-oksid hidrat i grafitni prah. Ponekad, umjesto grafita, funkcije vodljivog aditiva obavljaju tanke latice nikla ravnomjerno raspoređene u nikal hidroksidu. Ova aktivna masa pakirana je u vodljive ploče različitih izvedbi.

U posljednjih godina Druga metoda za proizvodnju elektroda od nikla postala je široko rasprostranjena. Ploče su prešane od vrlo finog praha oksida nikla s potrebnim dodacima. Druga faza proizvodnje je sinteriranje mase u atmosferi vodika. Ova metoda proizvodi porozne elektrode s vrlo razvijenom površinom, a što je veća površina, to je veća struja. Baterije s elektrodama izrađene na ovaj način su snažnije, pouzdanije, lakše, ali i skuplje. Stoga se koriste u najkritičnijim objektima - radio-elektroničkim sklopovima, izvorima struje u svemirskim letjelicama itd.

Nikalne elektrode, izrađene od najfinijeg praha, također se koriste u gorivim ćelijama. Ovdje posebno značenje poprimaju katalitička svojstva nikla i njegovih spojeva. Nikal je izvrstan katalizator za složene procese koji se odvijaju u ovim izvorima struje. Usput, u gorivim ćelijama, nikal i njegovi spojevi mogu se koristiti za stvaranje i "plus" i "minus". Jedina razlika je u aditivima.

Nikal u radijacijskim tehnologijama

Nuklid 63 Ni, koji emitira β+ čestice, ima poluživot od 100,1 godina i koristi se u krytronima. Za dobivanje neutronskih impulsa visokih energetskih vrijednosti u mehaničkim prekidačima snopa neutrona u novije vrijeme koriste se ploče od nikla umjesto kadmijevih ploča.

Primjena nikla u medicini
  • Koristi se u proizvodnji sustava nosača.
  • Protetika

Stvaranje grimiznog taloga pri dodavanju dimetilglioksima otopini amonijaka analizirane smjese najbolja je reakcija za kvalitativno i kvantitativno određivanje nikla. Ali nikal dimetilglioksimat ne treba samo analitičarima. Prekrasna duboka boja ovog složenog spoja privukla je pozornost parfimera: nikal dimetilglioksimat uvodi se u sastav ruža za usne. Neki od spojeva poput nikal dimetilglioksimata osnova su boja vrlo otpornih na svjetlost.

Ostale upotrebe nikla

Postoje zanimljive indikacije o upotrebi niklovanih ploča u ultrazvučnim instalacijama, kako električnim tako i mehaničkim, kao iu modernim dizajnima telefonskih aparata.

Postoje neka područja tehnologije u kojima se čisti nikal koristi izravno u obliku praha ili u obliku raznih proizvoda dobivenih iz praha čistog nikla.

Jedno od područja primjene nikla u prahu su katalitički procesi u reakcijama hidrogenacije nezasićenih ugljikovodika, cikličkih aldehida, alkohola i aromatskih ugljikovodika.

Katalitička svojstva nikla slična su onima platine i paladija. Dakle, ovdje se odražava kemijska analogija elemenata iste skupine periodnog sustava. Nikal, kao metal jeftiniji od paladija i platine, naširoko se koristi kao katalizator u procesima hidrogenacije.

U ove svrhe preporučljivo je koristiti nikal u obliku vrlo finog praha. Dobiva se posebnim načinom redukcije niklovog oksida vodikom u temperaturnom području od 300-350°.