Nikel

Nickel, ₂₈Ni

Nickel
Görünüm	parlak, metalik ve gümüş rengi
Standart atom ağırlığı Ar, std(Ni)	7001586934000000000♠58.6934(4)
Periyodik tablodaki Nickel
– ↑ Ni ↓ Pd kobalt ← nickel → bakır
Atom numarası (Z)	28
Grup	10. grup
Period	periyot 4
Blok	d-blok
Element kategorisi	Geçiş metali
Elektron konfigürasyonu	[Ar] 3d8 4s2 or [Ar] 3d9 4s1
Kabuk başına elektron	2, 8, 16, 2 or 2, 8, 17, 1
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1728 K ​(1455 °C, ​2651 °F)
Kaynama noktası	3003 K ​(2730 °C, ​4946 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	8.908 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	7.81 g/cm3
Isı entalpisi	17.48 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	379 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	26.07 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1783 1950 2154 2410 2741 3184
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 (bir hafif baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.91
İyonlaşma enerjisi	1.: 737.1 kJ/mol 2.: 1753.0 kJ/mol 3.: 3395 kJ/mol (daha fazlası)
Atom yarıçapı	deneysel: 124 pm
Kovalent yarıçapı	124±4 pm
Van der Waals yarıçapı	163 pm
nickel spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yüz merkezli kübik (fcc)
Sesin hızı klay çubuk	4900 m/s (r.t.)
Termal Genleşme	13.4 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik	90.9 W/(m·K)
Elektriksel direnç	69.3 nΩ·m (20 °C)
Manyetik sıralama	ferromanyetik
Young modülü	200 GPa
Kayma modülü	76 GPa
Bulk modülü	180 GPa
Poisson oranı	0.31
Mohs sertliği	4.0
Vickers sertliği	638 MPa
Brinell sertliği	667–1600 MPa
CAS Numarası	7440-02-0
Tarihçe
Keşfeden ve ilk izolasyon	Axel Fredrik Cronstedt (1751)
nickel ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 58Ni 68.077% kararlı 59Ni izi 7.6×104 y ε 59Co 60Ni 26.223% kararlı 61Ni 1.140% kararlı 62Ni 3.635% kararlı 63Ni syn 100 y β− 63Cu 64Ni 0.926% kararlı

Nikel, sembolü Ni ve atom numarası 28 olan kimyasal bir elementtir. Hafif altın renkli bir gümüşi beyaz parlak metaldir. Nikel geçiş metallerine aittir ve sert ve sünektir. Reaktif yüzey alanını en üst düzeye çıkarmak için toz haline getirilen saf nikel önemli bir kimyasal aktivite gösterir, ancak daha büyük parçalar standart koşullar altında hava ile reaksiyona girer, çünkü yüzeyde bir oksit tabakası oluşur ve daha fazla korozyon (pasivasyon) önler. Buna rağmen, saf doğal nikel, Dünya'nın kabuğunda genellikle küçük miktarlarda, genellikle ultramafik kayalarda ve Dünya atmosferi dışındayken oksijene maruz kalmayan daha büyük nikel-demir meteoritlerin iç kısımlarında bulunur.

Meteorik nikel, süpernova ve netron yıldızı çarpışması nükleosentezinin ana son ürünleri olarak bu elementlerin kökeninin bir yansıması olan demir ile birlikte bulunur. Bir demir-nikel karışımının Dünya'nın iç ve dış çekirdeklerini oluşturduğu düşünülmektedir.

Nikel kullanımı (doğal bir meteorik nikel-demir alaşımı olarak) MÖ 3500'e kadar izlenmiştir. Nikel ilk olarak 1751 yılında, İsveç'in Hälsingland, Los kobalt madenlerinde, bir bakır mineralinin cevherini yanlış anlayan Axel Fredrik Cronstedt tarafından kimyasal bir element olarak izole edildi ve sınıflandırıldı. Elemanın adı, bakır-nikel cevherlerinin bakırın rafine edilmesine direndiği gerçeğini kişiselleştiren Alman madenci mitolojisinin (Eski Nick'e benzer) yaramaz bir spriteından geliyor. Ekonomik açıdan önemli bir nikel kaynağı, genellikle %1-2 nikel içeren demir cevheri limonitidir. Nikel'in diğer önemli cevher mineralleri arasında pentlandit ve garnierit olarak bilinen Ni açısından zengin doğal silikatların bir karışımı yer alır. Başlıca üretim tesisleri arasında Kanada'daki Sudbury bölgesi (meteorik kökenli olduğu düşünülmektedir), Pasifik'te Yeni Kaledonya ve Rusya'da Norilsk bulunmaktadır.

Nikel oda sıcaklığında hava ile yavaşça oksitlenir ve korozyona dayanıklı kabul edilir. Tarihsel olarak, demir ve pirinç kaplamak, kimya ekipmanlarını kaplamak ve Alman gümüşü gibi yüksek gümüş rengi bir cila tutan bazı alaşımları üretmek için kullanılmıştır. Dünya nikel üretiminin yaklaşık %9'u halen korozyona dayanıklı nikel kaplama için kullanılmaktadır. Nikel kaplı nesneler bazen nikel alerjisine neden olur. Nikel madeni paralarda yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak yükselen fiyatı son yıllarda daha ucuz metallerle değiştirilmesine neden olmuştur.

Nikel, yaklaşık oda sıcaklığında ferromanyetik olan dört elementten biridir (diğerleri demir, kobalt ve gadolinyumdur). Kısmen nikele dayanan Alnico sabit mıknatısları, demir esaslı sabit mıknatıslar ile nadir toprak mıknatısları arasında orta kuvvette bulunur. Metal modern zamanlarda esas olarak alaşımlarda değerlidir; dünya üretiminin yaklaşık %68'i paslanmaz çelikte kullanılmaktadır. %10 daha nikel bazlı ve bakır bazlı alaşımlar için, %7 alaşım çelikler için %7, dökümhanelerde %3, kaplamada %9 ve hızlı büyüyen pil sektörü dahil diğer uygulamalarda %4 kullanılır. Bir bileşik olarak, nikel, hidrojenasyon için bir katalizör, piller için katotlar, pigmentler ve metal yüzey işlemleri gibi bir dizi niş kimyasal üretim kullanımına sahiptir. Nikel, aktif bir yer olarak nikel enzimleri olan bazı mikroorganizmalar ve bitkiler için temel bir besindir.

Özellikleri

Atom ve fiziksel özellikler

Tek cidarlı bir karbon nanotüp içindeki bir Ni nanokristalinin elektron mikrografisi; ölçek çubuğu 5 nm

Nikel, yüksek bir cila alan hafif bir altın tonu olan gümüşi beyaz bir metaldir. Oda sıcaklığında veya yakınında manyetik olan sadece dört elementten biridir, diğerleri demir, kobalt ve gadolinyumdur. Curie sıcaklığı 355 °C (671 °F), yani toplu nikelin bu sıcaklığın üzerinde manyetik olmadığı anlamına gelir. Nikelin birim hücresi, 0.352 nm kafes parametresine sahip, 0.124 nm'lik bir atom yarıçapı veren yüz merkezli bir küptür. Bu kristal yapı, en az 70 GPa'lık basınçlara dayanıklıdır. Nikel geçiş metallerine aittir. Sert, dövülebilir ve sünektir ve geçiş metalleri elektrik ve termal iletkenliği için nispeten yüksektir. İdeal kristaller için öngörülen 34 GPa'lık yüksek basınç dayanımı, çıkıkların oluşumu ve hareketi nedeniyle gerçek dökme malzemede asla elde edilemez; bununla birlikte, Ni nanoparçacıklarına ulaşılmıştır.

Elektron konfigürasyon anlaşmazlığı

Nikel atomunun enerjide çok yakın olan iki elektron konfigürasyonu vardır [Ar] 3d⁸ 4s² ve [Ar] 3d⁹ 4s¹ sembolü argon benzeri çekirdek yapıyı ifade eder. Hangi konfigürasyonun en düşük enerjiye sahip olduğu konusunda bazı anlaşmazlıklar vardır. Kimya ders kitapları, [Ar] 3d⁸ 4s² olarak da yazılabilen [Ar] 4s² 3d⁸ olarak nikelin elektron konfigürasyonunu sunar. Bu konfigürasyon, 4s'nin 3d'den önce dolduğunu öngören Madelung enerji sıralaması kuralını kabul eder. Deneysel gerçek, nikel atomunun en düşük enerji durumunun bir 3d⁸ 4s² enerji seviyesi, özellikle 3d⁸(³F) 4s^{2 3}F, J = 4 seviyesi olduğu ile desteklenmektedir.

Bununla birlikte, bu iki konfigürasyonun her biri, ince yapı nedeniyle birkaç enerji seviyesine ayrılır ve iki enerji seviyesi seti çakışır. [Ar] 3d⁹ 4s¹ konfigürasyonu olan durumların ortalama enerjisi aslında [Ar] 3d⁸ 4s² konfigürasyonu olan durumların ortalama enerjisinden daha düşüktür. Bu nedenle, atom hesaplamaları hakkındaki araştırma literatürü nikelin temel durum konfigürasyonunu [Ar] 3d⁹ 4s¹ olarak belirtmektedir.

izotopları

Atom ağırlığı olarak nikelin izotopları 48 u (⁴⁸ Ni) ila 78 u (⁷⁸ Ni).

Doğal olarak oluşan nikel beş kararlı izotoptan oluşur; ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni ve ⁶⁴Ni, ⁵⁸Ni en bol olanıdır (%68.077 doğal bolluk oranı). ⁶²Ni'den daha ağır izotoplar enerji kaybetmeden nükleer füzyonla oluşturulamaz.

Nikel-62, herhangi bir nüklidin nükleonu başına 8.7946 MeV / nükleonda en yüksek ortalama nükleer bağlanma enerjisine sahiptir. Bağlanma enerjisi her ikisinden de fazladır ⁵⁶Fe ve ⁵⁸Fe, daha bol bulunan elementler genellikle en sıkı bağlanmış nüklidlere sahip olarak yanlış bir şekilde belirtilir. Her ne kadar bu nikel-62'yi evrendeki en bol ağır element olarak öngörüyor gibi görünse de, yıldızların iç kısımlarında nikelin nispeten yüksek fotodisintegrasyon oranı, demirin açık ara en bol olmasına neden olur.

Kararlı izotop nikel-60, 2.6 milyon yıllık bir yarı ömre sahip olan soyu tükenmiş radyonüklid ⁶⁰Fe'nin ana ürünüdür. ⁶⁰Fe'nin bu kadar uzun bir yarılanma ömrü olduğundan, güneş sistemindeki malzemelerdeki kalıcılığı, ⁶⁰Ni'nin izotopik bileşiminde gözlenebilir varyasyonlar üretebilir. Bu nedenle, dünya dışı bir malzemede bulunan ⁶⁰Ni'nin bolluğu, güneş sisteminin kökenine ve erken tarihine ilişkin fikir verebilir.

En az 26 nikel radyoizotop karakterize edilmiştir, en kararlı olanı 76.000 yıl yarılanma ömrüne sahip ⁵⁹Ni, 100 yıl ile ⁶³Ni ve 6 gün ile ⁵⁶Ni'dir. Kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömürleri 60 saatten azdır ve bunların çoğunun yarılanma ömürleri 30 saniyeden azdır. Bu elementin ayrıca bir meta durumu vardır.

Radyoaktif nikel-56 silikon yakma işlemi ile üretilir ve daha sonra tip Ia süpernovaları sırasında büyük miktarlarda serbest bırakılır. Bu süpernovaların orta ila geç zamanlarda ışık eğrisinin şekli, nikelin-56'nın kobalt-56'ya ve nihayetinde demir-56'ya elektron yakalanması yoluyla bozulmaya karşılık gelir. Nikel-59, 76.000 yıllık bir yarı ömre sahip uzun ömürlü bir kozmojenik radyonüklittir. ⁵⁹Ni, izotop jeolojisinde birçok uygulama bulmuştur. ⁵⁹Ni, göktaşlarının karasal yaşlarına tarih atmak ve buz ve tortularda dünya dışı tozların bolluğunu belirlemek için kullanılmıştır. Nikel-78'in yarı ömrü son zamanlarda 110 milisaniyede ölçüldü ve demirden daha ağır elementlerin süpernova nükleosentezinde önemli bir izotop olduğuna inanılıyor. 1999 yılında keşfedilen ⁴⁸Ni nüklidi, bilinen en proton bakımından zengin ağır element izotopudur. 28 proton ve 20 nötron ile ⁴⁸Ni, 28 proton ve 50 nötron ile ⁷⁸Ni olduğu gibi "iki kat büyülüdür". Bu nedenle her ikisi de çok büyük proton-nötron dengesizliği olan nüklidler için alışılmadık derecede kararlıdır.

Bulunuşu

Cilalı ve kimyasal olarak kazınmış bir demir göktaşı parçası, bileşiminde Dünya'nın metalik çekirdeğine benzer olduğuna inanılıyor ve demir-nikel alaşımının (Widmanstatten deseni) bireysel kristallerini gösteriyor.

Dünyada, nikel çoğunlukla pentlanditte kükürt ve demir, milleritte kükürt, mineral nikelin içinde arsenik ve nikel galenada arsenik ve kükürt ile birlikte görülür. Nikel demir meteoritlerinde kamakit ve taenit alaşımları olarak bulunur. Meteorlarda nikelin varlığı ilk olarak 1799'da İspanya'da çalışan bir Fransız kimyager olan Joseph-Louis Proust tarafından tespit edildi. Proust, 1783 yılında Miguel Rubín de Celis tarafından elde edilen Campo del Cielo'dan (Arjantin) gelen meteorit örneklerini demir ile birlikte nikel (yaklaşık %10) varlığını keşfetti.

Nikelin büyük kısmı iki tip cevher yatağından çıkarılır. Birincisi, başlıca cevher mineral karışımlarının nikel limonit, (Fe,Ni)O(OH) ve garnierit (çeşitli sulu nikel ve nikel bakımından zengin silikatların bir karışımı) olduğu laterittir. İkincisi, ana cevher mineralinin pentlandit olduğu magmatik sülfit yataklarıdır: (Ni,Fe)₉S₈.

Avustralya ve Yeni Kaledonya, dünya toplamının %45'i ile en büyük tahmin rezervine sahiptir.

Dünya genelinde ortalama %1 veya daha fazla nikel tespit edilen kaynak en az 130 milyon ton nikel (bilinen rezervlerin yaklaşık iki katı) içerir. Yaklaşık %60'ı lateritlerde ve %40'ı sülfür yataklarındadır.

Jeofizik kanıtlarda, Dünya'daki nikelin çoğunun Dünya'nın dış ve iç çekirdeklerinde olduğuna inanılmaktadır. Kamasit ve taenit, doğal olarak oluşan demir ve nikel alaşımlarıdır. Kamasit için, alaşım genellikle 90:10 ila 95:5 oranındadır, ancak taurit için nikel içeriği %20 ila %65 arasında iken safsızlıklar (kobalt veya karbon gibi) mevcut olabilir. Kamasit ve taenit de nikel demir göktaşlarında bulunur.

Bileşikler

Tetrakarbonil nikel

Nikelin en yaygın oksidasyon durumu +2'dir, ancak Ni⁰, Ni⁺ ve Ni³⁺ bileşikleri iyi bilinir ve egzotik oksidasyon durumları Ni²⁻, Ni¹⁻ ve Ni⁴⁺ üretilir ve incelenir.

Nikel(0)

Ludwig Mond tarafından keşfedilen nikel tetrakarbonil (Ni(CO)₄₎, oda sıcaklığında uçucu, oldukça toksik bir sıvıdır. Isıtma sırasında, kompleks tekrar nikel ve karbon monoksite ayrışır:

Ni(CO)
4 ⇌ Ni + 4 CO

Bu davranış, yukarıda açıklandığı gibi nikeli saflaştırmak için Mond işleminde kullanılır. İlgili nikel (0) kompleks bis (siklooktadien) nikel (0), organonickel kimyasında faydalı bir katalizördür çünkü siklooktadien (veya morina) ligandları kolayca yer değiştirir.

Nikel(I)

Nikel (I) kompleksleri nadirdir, ancak bir örnek tetrahedral kompleks NiBrPPh³)³'tür. Birçok nikel (I) kompleksi, K²[Ni²(CN)⁶] 'nın sodyum amalgam ile indirgenmesiyle hazırlanan koyu kırmızı diyamanyetik K⁴[Ni²(CN)⁶] gibi Ni-Ni bağına sahiptir. Bu bileşik, H²'yi serbest bırakarak suda oksitlenir.

Nikel (I) oksidasyon durumunun, protonların H²'ye geri dönüşümlü olarak indirgenmesini katalize eden [NiFe] -hidrojenaz gibi nikel içeren enzimler için önemli olduğu düşünülmektedir.

Nikel(II)

Sulu çözelti içinde çeşitli Ni(II) komplekslerinin rengi.

Nikel (II), sülfür, sülfat, karbonat, hidroksit, karboksilatlar ve halidler dahil olmak üzere tüm yaygın anyonlara sahip bileşikler oluşturur. Nikel (II) sülfat büyük miktarlarda nikel metal veya oksitlerin sülfürik asit içinde çözülmesiyle üretilir ve nikel elektrokaplama için faydalı bir heksa- ve heptahidratlar oluşturulur. Klorür, nitrat ve sülfat gibi yaygın nikel tuzları, metal aquo kompleksinin [Ni(H₂O)₆]²⁺ yeşil çözeltilerini vermek için suda çözünür.

Dört halojenür, oktahedral Ni merkezlerine sahip moleküller içeren katılar olan nikel bileşikleri oluşturur. Nikel (II) klorür en yaygın olanıdır ve davranışı diğer halidleri gösterir. Nikel (II) klorür, nikel veya oksidin hidroklorik asit içinde çözülmesi suretiyle üretilir. Genellikle formülü NiCl₂•6H₂O olarak yazılan yeşil hekzahidrat olarak görülür. Suda çözündüğünde, bu tuz metal aquo kompleksini [Ni(H
2O)
6]2+
oluşturur. NiCl₂•6H₂O'nun dehidrasyonu sarı susuz NiCl
2'yi verir.

Bazı tetrakoordinat nikel (II) kompleksleri, ör. bis (trifenilfosfin) nikel klorür, hem tetrahedral hem de kare düzlemsel geometrilerde bulunur. Dört yüzlü kompleksler paramanyetikken, kare düzlemsel kompleksler diyamanyetiktir. Manyetik denge özelliklerine ve oktahedral komplekslerin oluşumuna sahip olduklarında, sadece kare-düzlemsel geometri oluşturan daha ağır 10 metal, paladyum (II) ve platin (II) iki değerlikli kompleksleri ile kontrast oluştururlar.

Nikelosen bilinmektedir; elektron sayısı 20'dir, bu da nispeten kararsız hale getirir.

Nikel (III) ve (IV)

Nikel(III) antimonid

Çok sayıda Ni(III) bileşiği bilinmektedir, bu tür ilk örnekler Nikel(III) trihalofosfinler (Ni_III(PPh₃)X₃)'tür. Ayrıca Ni (III), florür veya oksit iyonları ile basit tuzlar oluşturur. Ni (III), tiyoller ve fosfinler gibi p-donör ligandları ile stabilize edilebilir.

Ni (IV) karışık BaNiO
3 oksitinde bulunurken, Ni (III) nikel-kadmiyum, nikel-demir, nikel hidrojen ve nikel dahil olmak üzere birçok şarj edilebilir pilde katot olarak kullanılan nikel oksit hidroksitte bulunur. metal hidrür ve Li-ion pillerdeki bazı üreticiler tarafından kullanılır. Ni (IV) nikelin nadir bir oksidasyon durumu olmaya devam etmektedir ve bugüne kadar çok az bileşik bilinmektedir.

Tarihçe

Nikel cevherleri gümüş cevherleriyle kolayca karıştırıldığından, bu metalin ve kullanımının anlaşılması nispeten yakın zamanlara dayanır. Bununla birlikte, kasıtsız nikel kullanımı eskidir ve MÖ 3500'e kadar izlenebilir. Şu anda Suriye'den gelen bronzların %2 kadar nikel içerdiği bulunmuştur. Bazı eski Çin el yazmaları, MÖ 1700 ile 1400 yılları arasında "beyaz bakır" ın (baitong olarak bilinen cupronickel) kullanıldığını göstermektedir. Bu Paktong beyaz bakır, 17. yüzyılın başlarında İngiltere'ye ihraç edildi, ancak bu alaşımın nikel içeriği 1822'ye kadar keşfedilmedi. Nikel-bakır alaşımı sikkeleri, muhtemelen Çin cupronickelinden MÖ 2. yüzyılda Bactrian kralları Agathocles, II. Euthydemus ve Pantaleon tarafından basıldı.

nickeline/niccolite

Ortaçağ Almanya'sında Erzgebirge'de (Cevher Dağları) bakır cevherine benzeyen kırmızı bir mineral bulundu. Bununla birlikte, madenciler ondan herhangi bir bakır elde edemediğinde, bakırı beslemek için Alman mitolojisinin (Eski Nick'e benzer) yaramaz bir sprite suçladılar. Alman Kupfer'den bu cevher Kupfernickel'i bakır olarak adlandırdılar. Bu cevher artık nikel, nikel arsenid olarak biliniyor. 1751'de Baron Axel Fredrik Cronstedt, İsveç Los köyündeki bir kobalt madeninde kupfernickel'den bakır çıkarmaya çalıştı ve bunun yerine adını mineral, nikele veren ruhun adını verdiği beyaz bir metal üretti. Modern Almancada, Kupfernickel veya Kupfer-Nickel alaşım cupronickel'i belirtir.

Başlangıçta, nikelin tek kaynağı nadir Kupfernickel'di. 1824'ten başlayarak, kobalt mavisi üretiminin bir yan ürünü olarak nikel elde edildi. İlk büyük ölçekli nikel eritme işlemi Norveç'te 1848 yılında nikel açısından zengin pirotitten başladı. 1889'da çelik üretimine nikelin girmesi, nikele olan talebi arttırdı ve 1865'te keşfedilen Yeni Kaledonya'nın nikel yatakları, 1875 ve 1915 yılları arasında dünyadaki arzın çoğunu sağladı. 1883'te Sudbury Havzasında, 1920'de Rusya'da Norilsk-Talnakh'da ve 1924'te Güney Afrika'da Merensky Resifinde büyük yatakların keşfi, büyük ölçekli nikel üretimini mümkün kıldı.

Para basma

Sözü edilen Baktriyen sikkelerin yanı sıra, nikel 19. yüzyılın ortalarına kadar sikkelerin bir bileşeni değildi.

Kanada

1922'den 1981'e kadar savaş dışı yıllarda Kanada'da (o zaman dünyanın en büyük nikel üreticisi) %99,9 nikel beş kuruşluk madeni paralar basıldı; metal içeriği bu paraları manyetik hale getirdi. Savaş zamanı 1942-45 döneminde, nikelin büyük kısmı veya tamamı Kanada ve ABD madeni paralarından zırh üretmek için saklandı. Kanada, 1968'den 2000'e kadar yüksek değerli madeni paralarında %99,9 nikel kullandı.

İsviçre

Neredeyse saf nikel madeni paraları ilk kez 1881'de İsviçre'de kullanıldı.

Birleşik Krallık

Birmingham, 1833'te Malaya'da ticaret yapmak için nikel paraları bastı.

Amerika Birleşik Devletleri

Amerika Birleşik Devletleri'nde, "nikel" veya "nick" terimi başlangıçta bakırın yerini %12 nikel 1857-58, daha sonra aynı alaşımın Hint Baş kurdu 1859'dan 1864'e değiştiren bakır-nikel Uçan Kartal sentine uyguladı. Daha sonra, 1865'te, terim üç sent nikeli ifade etti, nikel %25'e yükseldi. 1866'da, beş sentli kalkan nikeli (%25 nikel, %75 bakır) bu tanımı uygun hale getirdi. Alaşım oranı ile birlikte, bu terim ABD'de günümüze kadar kullanılmıştır.

Mevcut kullanım

21. yüzyılda, yüksek nikel fiyatı, dünyadaki madeni paralarda metalin bir miktar değiştirilmesine yol açtı. Hala nikel alaşımları ile yapılan madeni paralar arasında bir ve iki euro paralar, 5¢, 10¢, 25¢ ve 50¢ ABD paraları ve 20p, 50p, 1£ ve 2£ İngiltere paraları bulunmaktadır. 5p ve 10p İngiltere paralarındaki nikel alaşımı, 2012'de başlayan nikel kaplama çelik ile değiştirildi ve bazı insanlar için alerji sorunlarına ve halkın tartışmasına neden oldu.

Dünya üretimi

Nikel üretiminin zaman eğilimi

Nikel cevherleri, önde gelen nikel üreten bazı ülkelerde sınıf gelişimi.

Endonezya (560.000 ton), Filipinler (340.000 ton), Rusya (210.000 ton), Yeni Kaledonya (210.000 ton), Avustralya (170.000 ton) ve Kanada (160.000 ton) 2019 itibarıyla en büyük üretici ve yılda 2.3 milyon tondan (t) daha fazla nikel çıkarılıyor. Rus olmayan Avrupa'daki en büyük nikel yatakları Finlandiya ve Yunanistan'da bulunmaktadır. Ortalama %1 veya daha fazla nikel içeren belirlenmiş karasal kaynaklar en az 130 milyon ton nikel içerir. Yaklaşık %60'ı lateritlerde ve %40'ı sülfür yataklarındadır. Ayrıca, özellikle Pasifik Okyanusu'nda, okyanus tabanının geniş alanlarını kapsayan manganez kabuklarında ve nodüllerde geniş derin deniz nikel kaynakları bulunmaktadır.

Amerika'da nikelin kârlı bir şekilde çıkarıldığı bir yer, birkaç mil karelik nikel taşıyan garnierite yüzey yataklarının bulunduğu Riddle, Oregon. Maden 1987'de kapandı. Kartal madeni projesi Michigan'ın üst yarımadasında yeni bir nikel madeni idi. İnşaat 2013 yılında tamamlandı ve operasyonlar 2014'ün üçüncü çeyreğinde başladı. İlk tam faaliyet yılında, Kartal madeni 18.000 ton üretti.

Ekstraksiyon ve saflaştırma

Nikel ekstraktif metalurji ile elde edilir: cevherden %75 saflıkta bir metal veren geleneksel kavurma ve indirgeme işlemleri ile ekstrakte edilir. Birçok paslanmaz çelik uygulamasında, safsızlıklara bağlı olarak %75 saf nikel daha fazla saflaştırılmadan kullanılabilir.

Geleneksel olarak, çoğu sülfür cevheri, daha fazla rafine etmek için bir mat üretmek üzere pirometalurjik teknikler kullanılarak işlenmiştir. Hidrometalurjik tekniklerdeki son gelişmeler önemli ölçüde daha saf metalik nikel ürünüyle sonuçlanmıştır. Çoğu sülfid tortusu geleneksel olarak bir köpük yüzdürme işlemi ve ardından pirometalurjik ekstraksiyon yoluyla konsantrasyonla işlenir. Hidrometalurjik işlemlerde, nikel sülfür cevherleri flotasyon (Ni/Fe oranı çok düşükse diferansiyel flotasyon) ile konsantre edilir ve daha sonra eritilir. Nikel mat Sherritt-Gordon prosesi ile işlenir. İlk olarak, hidrojen sülfür ilave edilerek, bir kobalt ve nikel konsantresi bırakarak bakır çıkarılır. Daha sonra nihai nikel içeriği %99'dan fazla olacak şekilde kobalt ve nikeli ayırmak için solvent ekstraksiyonu kullanılır.

Elektrorafinasyon

Gözeneklerde görülebilen yeşil, kristalize nikel-elektrolit tuzları ile elektrolitik olarak rafine edilmiş nikel nodülü.

Mond işlemi ile yapılan yüksek derecede saflaştırılmış nikel küreler.

İkinci ortak arıtma işlemi, metal matın bir nikel tuzu çözeltisine süzülmesini, ardından nikelin çözeltiden elektrolitik kazanılmasını elektrolitik nikel olarak bir katoda yerleştirmektir.

Mond süreci

En saf metal, %99.99'dan daha fazla bir saflığa ulaşan Mond işlemi ile nikel oksitten elde edilir. Süreç Ludwig Mond tarafından patentlendi ve 20. yüzyılın başından bu yana endüstriyel kullanımda. Bu işlemde nikel, karbon monoksit ile 40-80 °C'de bir kükürt katalizörü varlığında reaksiyona girerek nikel karbonil oluşturur. Demir de demir pentakarbonil verir, ancak bu reaksiyon yavaştır. Gerekirse, nikel damıtma ile ayrılabilir. Dicobalt oktakarbonil ayrıca bir yan ürün olarak nikel damıtma içinde oluşturulur, ancak uçucu olmayan bir katı vermek üzere reaksiyon sıcaklığında tetrakobalt dodekakarbonile ayrışır.

Nikel, iki işlemden biriyle nikel karbonilden elde edilir. Pelet adı verilen on binlerce nikel kürenin sürekli karıştırıldığı yüksek sıcaklıklarda büyük bir odadan geçirilebilir. Karbonil, saf nikeli nikel küreciklerine ayırır ve biriktirir. Alternatif işlemde, nikel karbonil, ince bir nikel tozu oluşturmak için 230 °C'de daha küçük bir bölmede ayrıştırılır. Yan ürün karbon monoksit yeniden sirküle edilir ve tekrar kullanılır. Oldukça saf nikel ürünü "karbonil nikel" olarak bilinir.

Metal değeri

2006 yılı boyunca ve 2007'nin ilk aylarında nikelin piyasa fiyatı yükseldi; 5 Nisan 2007 tarihi itibariyle metal 52.300 $ /ton veya 1.47 $ /oz seviyesinde işlem görüyordu. Fiyat daha sonra önemli ölçüde düştü ve Eylül 2017 itibariyle metal 11.000 $/ ton veya 0.31 $ /oz seviyesinde işlem görüyordu.

Uygulamalar

Nikel köpük (üstte) ve iç yapısı (altta)

Günümüzde küresel nikel üretimi şu şekilde kullanılmaktadır: paslanmaz çelikte %68; Demir dışı alaşımlarda %10; Elektrokaplamada %9; Alaşımlı çelikte %7; Dökümhanelerde %3; ve %4 diğer kullanımlar (piller dahil).

Nikel, paslanmaz çelik, alnico mıknatıslar, madeni paralar, şarj edilebilir piller, elektro gitar telleri, mikrofon kapsülleri, sıhhi tesisat armatürleri üzerine kaplama ve permalloy, elinvar ve invar gibi özel alaşımlar dahil olmak üzere birçok spesifik ve tanınabilir endüstriyel ve tüketici ürününde kullanılır. Kaplama içinde camda yeşil bir renk tonu olarak kullanılır. Nikel öncelikli olarak bir alaşımlı metaldir ve başlıca kullanımı nikel çeliklerinde ve nikel dökme demirlerde bulunur, burada tipik olarak çekme mukavemetini, tokluğu ve elastik limiti arttırır. Bakır, krom, alüminyum, kurşun, kobalt, gümüş ve altın (Inconel, Incoloy, Monel, Nimonic) ile nikel pirinç ve bronzlar ve alaşımlar dahil olmak üzere diğer birçok alaşımda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Korozyona karşı dirençli olduğu için, dekoratif gümüş yerine bazen nikel kullanılmıştır. Nikel ayrıca bazı ülkelerde 1859'dan sonra ucuz bir madeni para metali olarak (yukarıya bakın) kullanıldı, ancak 20. yüzyılın sonraki yıllarında, ABD ve Kanada diğer ülkeler dışında daha ucuz paslanmaz çelik (yani demir) alaşımları ile değiştirildi.

Nikel, bazı değerli metaller için mükemmel bir alaşımdır ve yangın analizinde platin grubu elementlerinin (PGE) bir toplayıcısı olarak kullanılır. Bu şekilde, nikel altı PGE elementinin tamamını cevherlerden tamamen toplayabilir ve kısmen altın toplayabilir. Yüksek verimli nikel madenleri de PGE geri kazanımına (esas olarak platin ve paladyum) girebilir; Rusya'daki Norilsk ve Kanada'daki Sudbury Havzası bunlara örnektir.

Alkalin yakıt hücreleri için gaz difüzyon elektrotlarında nikel köpük veya nikel kafes kullanılır.

Nikel ve alaşımları sıklıkla hidrojenasyon reaksiyonları için katalizör olarak kullanılır. İnce bir şekilde bölünmüş nikel-alüminyum alaşımı olan Raney nikeli yaygın bir formdur, ancak Raney tipi katalizörler dahil ilgili katalizörler de kullanılır.

Nikel doğal olarak manyetostriktif bir maddedir, yani manyetik bir alanın varlığında, malzemenin uzunluğunda küçük bir değişiklik geçirir. Nikelin manyetostriksiyonu 50 ppm mertebesinde ve negatiftir, bu da büzülmesini gösterir.

Nikel, güçlendirmek için tungsten karbür veya sert metal endüstrisinde bir bağlayıcı olarak kullanılır ve ağırlıkça %6 ila %12 oranlarında kullanılır. Nikel, tungsten karbürü manyetik hale getirir ve sertlik kobalt bağlayıcısı olanlardan daha az olmasına rağmen, sağlamlaştırma parçalarla korozyon direnci ekler.

100.1 yıllık yarılanma ömrü ile ⁶³Ni, canlı tutma elektrodu tarafından iyonizasyonu daha güvenilir hale getirmek için bir beta partikül (yüksek hızlı elektron) yayıcı olarak krytron cihazlarında yararlıdır.

Tüm nikel üretiminin yaklaşık %27'si mühendislik, %10'u yapı ve inşaat, %14'ü boru ürünleri, %20'si metal ürünleri, %14'ü taşıma, %11'i elektronik ürünler ve %5'i diğer kullanımlar için tasarlanmıştır.

Biyolojik rol

Raney nikel, margarin yapmak için doymamış yağların hidrojenasyonunda yaygın olarak kullanılır ve standart altı margarin ve artık yağ, kirletici olarak nikel içerebilir. Forte ve diğ tip 2 diyabetik hastaların kontrol deneklerinde 0.77 ng/ml'ye göre kanda 0.89 ng/ml Ni olduğunu bulmuşlardır.

1970'lere kadar tanınmamasına rağmen, nikelin bazı bitkilerin, öbakterilerin, arkebakterilerin ve mantarların biyolojisinde önemli bir rol oynadığı bilinmektedir. Üreaz gibi nikel enzimleri bazı organizmalarda virülans faktörleri olarak kabul edilir. Üreaz, üre hidrolizini katalizleyerek amonyak ve karbamat oluşturur.

NiFe hidrojenazları, proton ve elektronlar oluşturmak üzere H₂'nin oksidasyonunu katalize edebilir ve ayrıca ters reaksiyonu, hidrojen gazı oluşturmak için protonların indirgenmesini katalize edebilir. Methanojenik arkada metan oluşumunu veya ters reaksiyonu katalizleyebilen metil koenzim M redüktazda bir nikel-tetrapyrol koenzim, kofaktör F430 bulunur. Karbon monoksit dehidrojenaz enzimlerinden biri bir Fe-Ni-S kümesinden oluşur. Diğer nikel taşıyan enzimler, bakterilerde nadir bir bakteriyel süperoksit dismutaz ve glioksalaz I enzimleri ve birkaç parazitik ökaryotik tripanozomal paraziti içerir (maya ve memeliler dahil olmak üzere daha yüksek organizmalarda, bu enzim iki değerlikli Zn²⁺ içerir).

Diyet nikeli, nikel bağımlı bakterilerin neden olduğu enfeksiyonlarla insan sağlığını etkileyebilir, ancak nikelin, kalın bağırsakta bulunan bakteriler için, aslında bir prebiyotik işlevi gören temel bir besin maddesi olması da mümkündür. ABD Tıp Enstitüsü, nikelin insanlar için önemli bir besin maddesi olduğunu doğrulamamıştır, bu nedenle ne Tavsiye Edilen Diyet Yardımı (RDA) ne de Yeterli Alım sağlanmamıştır. Diyet edilebilir nikelin Tolere Edilebilir Üst Alım Seviyesi, çözünür nikel tuzları olarak 1000 ug / gündür. Diyet alımının %10'dan daha az emilmesi ile 70 ila 100 ug / gün olduğu tahmin edilmektedir. Emilen şey idrarla atılır. Nispeten yüksek miktarlarda nikel - yukarıdaki tahmini ortalama yutmayla karşılaştırılabilir - paslanmaz çelikte pişirilen gıdalara sızar. Örneğin, 10 pişirme döngüsünden sonra süzülen nikel miktarı, bir porsiyon domates sosuna ortalama 88 ug'dir.

Toksisite

Nikel

Tehlikeler
GHS piktogramlar
GHS işaret kelimesi	Tehlike
GHS Tehlike bildirimleri	H317, H351, H372, H402, H412
GHS Önlem Açıklamaları	P201, P202, P260, P264, P270, P272, P273, P280, P302+352, P308+313, P333+313, P363, P405, P501
NFPA 704	0 2 0

Nikel maruziyetinin ana kaynağı, nikel bitkiler için gerekli olduğundan oral tüketimdir. Nikel hem gıda hem de suda doğal olarak bulunur ve insan kirliliği ile artabilir. Örneğin, nikel kaplı musluklar suyu ve toprağı kirletebilir; madencilik ve eritme nikeli atık suya dökebilir; nikel çelik alaşımlı pişirme kapları ve nikel pigmentli tabaklar nikeli yiyeceklere salabilir. Atmosfer, nikel cevheri rafine edilmesi ve fosil yakıt yanmasıyla kirlenebilir. İnsanlar nikeli doğrudan tütün dumanından ve mücevherler, şampuanlar, deterjanlar ve madeni paralarla cilt temasından emebilir. Daha az yaygın bir kronik maruz kalma şekli hemodiyaliz yoluyla olur, çünkü nikelin iyonlarının izleri albüminin şelatlama etkisinden plazmaya emilebilir.

Ortalama günlük maruz kalma, insan sağlığı için bir tehdit oluşturmaz. Her gün insanlar tarafından emilen nikelin çoğu böbrekler tarafından çıkarılır ve idrar yoluyla vücuttan dışarı atılır veya emilmeden gastrointestinal sistemden atılır. Nikel kümülatif bir zehir değildir, ancak daha yüksek dozlar veya kronik inhalasyon maruziyeti toksik, hatta kanserojen olabilir ve mesleki bir tehlike oluşturabilir.

Nikel bileşikleri, sülfidik cevher rafinerisi çalışanlarının epidemiyolojik çalışmalarında gözlenen artan solunum kanseri risklerine dayanarak insan kanserojenleri olarak sınıflandırılmaktadır. Bu, sıçanlarda ve farelerde Ni sub sülfür ve Ni oksit ile yapılan NTP biyo-tahlillerinin pozitif sonuçları ile desteklenmektedir. İnsan ve hayvan verileri sürekli olarak oral maruz kalma yoluyla kanserojenlik eksikliğini gösterir ve inhalasyondan sonra nikel bileşiklerinin solunum tümörleri ile kanserojenliğini sınırlar. Nikel metal şüpheli bir kanserojen olarak sınıflandırılır; ağırlıklı olarak metalik nikele maruz kalan işçilerin solunum kanseri risklerinin artmaması ile nikel metal tozu ile yapılan sıçan yaşam boyu inhalasyon karsinojenisite çalışmasında solunum tümörlerinin eksikliği arasında tutarlılık vardır. Çeşitli nikel bileşikleri ve nikel metaliyle yapılan kemirgen inhalasyon çalışmalarında bronşiyal lenf nodu hiperplazisi veya fibrozisi olan ve olmayan akciğer iltihaplanmalarında artış gözlenmiştir. Sıçan çalışmalarında, suda çözünür nikel tuzlarının oral yoldan alınması hamile hayvanlarda perinatal mortalite etkilerini tetikleyebilir. Bu etkilerin insanlar için geçerli olup olmadığı belirsizdir çünkü yüksek derecede maruz kalmış kadın işçilerin epidemiyolojik çalışmaları olumsuz gelişimsel toksisite etkileri göstermemiştir.

İnsanlar işyerinde teneffüs, yutma ve cilt veya göz ile temas yoluyla nikele maruz kalabilir. İş Sağlığı ve Güvenliği İdaresi (OSHA), nikel karbonil hariç, 8 saatlik işgünü başına çalışma alanı için yasal sınırı (izin verilen maruz kalma sınırı) belirlemiştir. Ulusal İş Sağlığı ve Güvenliği Enstitüsü (NIOSH), 8 saatlik işgünü başına önerilen maruz kalma sınırını (REL) 0.015 mg /m3 olarak belirtir. 10 mg /m3'te nikel yaşam ve sağlık için hemen hemen tehlikelidir. Nikel karbonil [Ni(CO)₄] aşırı toksik bir gazdır. Metal karbonillerin toksisitesi, hem metalin toksisitesinin hem de karbonil fonksiyonel gruplardan karbon monoksit gazının giderilmesinin bir fonksiyonudur; nikel karbonil de havada patlayıcıdır.

Duyarlı kişiler, kontakt dermatit olarak bilinen nikele cilt temas alerjisi gösterebilir. Hassasiyeti yüksek bireyler yüksek nikel içerikli gıdalara da tepki gösterebilir. Pomfoleks hastalarında nikele duyarlılık da olabilir. Nikel, kısmen delinmiş kulaklar için mücevherlerde kullanılması nedeniyle dünya çapında en iyi onaylanmış temas alerjeni. Delinmiş kulakları etkileyen nikel alerjileri genellikle kaşıntılı, kırmızı deri ile işaretlenir. Birçok küpe şimdi bu sorunu çözmek için nikel veya düşük salınımlı nikel olmadan üretilmiştir. İnsan cildiyle temas eden ürünlerde izin verilen miktar artık Avrupa Birliği tarafından düzenlenmektedir. 2002 yılında araştırmacılar, 1 ve 2 Euro'luk madeni paraların çıkardığı nikelin bu standartların çok üstünde olduğunu keşfettiler. Bunun bir galvanik reaksiyonun sonucu olduğuna inanılmaktadır. Nikel 2008 yılında Amerikan Temas Dermatit Derneği tarafından Yılın Alerjeni seçildi. Ağustos 2015'te, Amerikan Dermatoloji Akademisi nikelin güvenliği konusunda bir pozisyon bildirisi kabul etti: "Tahminler, nikel duyarlılığını içeren kontakt dermatitin yaklaşık 1.918 milyar $'ı ve yaklaşık 72.29 milyon insanı etkilediğini gösteriyor."

Raporlar, hem hipoksinin neden olduğu faktörün (HIF-1) nikele bağlı aktivasyonunun hem de hipoksinin neden olduğu genlerin yukarı regülasyonunun hücre içi askorbatın tükenmesinden kaynaklandığını göstermektedir. Kültür ortamına askorbat eklenmesi, hücre içi askorbat seviyesini arttırdı ve HIF-l'in ve HIF-la bağımlı gen ekspresyonunun hem metal kaynaklı stabilizasyonunu tersine çevirdi.