Info Pomoć  

 Početna za: NIKAL, Ni  

 Početna Tabele ovosti Download Zumbar Linkovi

Atomski (redni) broj 28
Relativna atomska masa 58,6934
Naziv na hrvatskom Nikal
Internacionalni naziv Niccolum
Oksidacijska stanja -1, 0, 1, [2], 3, 4, 6
Talište / Vrelište (K) 1726 / 3005
Elektronegativnost 1,91 / 4,40 eV
Konfiguracija zadnje ljuske 3d84s2
Element je Prijelazni element
Spada u grupu 10 / VIIIb
Spada u skupinu Trijada željeza

NIKAL, Ni
  Općenito
Općenito o elementu

Kemijski podaci
Opis, radijus, elektronegativnost... 
Spojevi, dobivanje i uporaba
O dobivanju, spojevima i uporabi...
Fizikalni podaci
Termodinamika, vodljivost, gustoća...
Biološki podaci
Toksičnost, količina u čovjeku, uloga...
Izotopi
Broj izotopa, ključni izotopi...
Minerali i proizvodnja
Minerali, rude...

Download
Download podataka o elementima

Ostali resursi
Linkovi na element na drugim stranicama
Susjedi:

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje nikla:

Sulfidne rude bakra i nikla vrlo su sličnog sastava. Postupak koncentriranja identičan je kao i kod dobivanja bakra do dobivanja nikalnog kamena koji sadrži 48% Ni, 27% Cu, 21% S, < 1% Fe, a ostatak je kobalt i plemeniti metali. Vrlo sporim hlađenjem nikalnog kamena razdvajaju se bakrovi od niklovih sulfida. Daljnja obrada niklovog sulfida (sastava približno Ni3S2) odvija se Mondovim karbonilnim postupkom redukcije koksom (pri čemu se dobije sirovi nikal) ili elektrolizom sulfida.

1. Mondovim postupkom se fino usitnjeni niklov sulfid žari do oksida koji se reducira na metal vodenim plinom pri približno 400°C prema reakciji:

2NiO(s) + CO(g) + H2(g) -> 2Ni(s) + CO2(g) + H2O(g)

Dobiveni prah se zagrijava u tornjevima do temperature 80°C. Kroz prah se propušta ugljični monoksid (CO) i pri tom nastaje lako hlapljivi niklov tetrakarbonil (Ni(CO)4) koji se uvodi u drugi foranj s kuglicama čistog nikla zagrijanim do 180°C. Tu se Ni(CO)4 raspada, a nikal se u obliku finog praha izlučuje na postojećim kuglicama. Oslobođeni CO vraća se ponovo u proces. Nikal dobiven ovim postupkom vrlo je čist, koncecentracije 99,95%.

2. U elektrolitičkom postupku prethodno dobiveni rastaljeni niklov sulfid se izlije u blokove koji služe kao anode. Elektrolizom se oksidiraju nikal i sumpor (prisutni plemeniti metali se ne oksidiraju već padaju na dno kao anodni mulj), a na katodi se izlučuje elementarni nikal prema reakcijama:

Anodna reakcija: Ni3S2(S) <-> 3Ni2+ +6e- + 2S(s)
Katodnareakcija: 3Ni2+ +6e- <-> 3Ni(s)

U spomenutom anodnom mulju nalaze se plemeniti metali kao zlato, srebro, platina, iridij, rodij, paladij, rutenij i kobalt. Ovi se metali mogu izdvojiti u elementarnom stanju naknadnim procesima rafinacije koji su opisani kod tih elemenata.


Svojstva i upotreba nikla:

Nikal je srebrnasto-bijel, sjajan, tvrd, plastičan, žilav i teško taljiv metal. Može se polirati do visokog sjaja i obrađivati svim postupcima plastične deformacije u tanke folije, cijevi i trake. Pri sobnoj temperaturi slabo je feromagnetičan i to svojstvo zadržava do 340°C. Prilično je otporan prema koroziji u raznim sredinama. Pri sobnoj temperaturi otporan je na djelovanje atmosferskih plinova, vode, halogenih elemenata i sumpora (na zraku tamni vrlo polako), ali zagrijan reagira kako s halogenim elementima, sumporom i fosforom, tako i s arsenom, selenijem i drugim. S kisikom daje niklov(II)-oksid, a zagrijan do crvenog žara s vodenom parom daje niklov(I)-oksid uz oslobađanje vodika. Praškasti je nikal piroforan i zapali se zagrijavanjem na zraku. Lako upija veće količine plinova (kao CO, H2). Vrlo je otporan prema lužinama sve do temperature od 500°C. U neoksidativnim kiselinama otapa se vrlo sporo, dok ga razrijeđene oksidirajuće kiseline otapaju vrlo brzo. Koncentrirana dušična kiselina pasivizira površinu, ali dugotrajnijim djelovanjem ipak dolazi do postupnog otapanja. U reakcijama nikla s kiselinama stvaraju se soli nikla(II) koje su zelene boje kada su hidratizirane, a isto tako i njihove otopine.

Neprerađeni, sirovi nikal kao komercijalni proizvod pojavljuje se na tržištu u obliku zrnaca, elektrolitičkog nikla, feronikla, finog praha, ingota i prešanih briketa. Čistoća mu je oko 99%, a glavne primjese su bakar (0,25%) i ugljik (0.15%). Talište mu je, ovisno o čistoći, u području temperatura od 1435 - 1445°C. Zbog velike otpornosti na koroziju nikal se upotrebljava za izradu opreme za prehrambenu i kemijsku industriju, konstrukcijskih dijelova u brodogradnji, metalnog kovanog novca, posuda te za prekrivanje površina mnogih metala elektrolitičkim niklovanjem (aluminija, magnezija i željeza, odnosno čelika). Upotrebljava se u proizvodnji alkalnih željezo-nikalnih i nikal-kadmijevih akumulatora, a značajna mu je primjena kao katalizatora u kemijskoj industriji u reakcijama hidrogenacije. Među najpoznatijim nikalnim katalizatorima je Raney nikal, skeletni katalizator.


Legure nikla:

Nikal se najviše upotrebljava kao legirajući metal pri proizvodnji nehrđajućih i vatrootpornih čelika, te za dobivanje mnogobrojnih binarnih i višekomponentnih legura, koje se odlikuju antikorozivnim, vatrootpornim, električnim, termoelektričnim i magnetskim svojstvima.

Feronikal je legura željeza s dodatkom 24 - 48% nikla koja se koristi poglavito u proizvodnji nehrđajućih čelika. Za potrebe proizvodnje navedenih i drugih čelika s visokim sadržajem nikla troši se gotovo polovica svjetske proizvodnje nikla. U nehrđajućim čelicima nikal se dodaje kao feronikal tako da navedeni čelici sadrže 3,5 do 22% nikla. Redovito se dodaje i 16 - 26% kroma. U strukturi čelika nikal stabilizira austenitnu strukturu i poboljšava kovnost čelika. Uz krom doprinosi otpornosti na koroziju pri povišenim temperaturama. Dodavanjem nikla do koncentracije 9% progresivno se povećava čvrstoća, tvrdoća i žilavost čelika. Također se priređuje legura nikla samo s kromom (80% Ni i 20% Cr) pod nazivom Nikrom legura.

Najvažnije legure u kojima nikal sudjeluje s dominantnim ili relativno visokim udjelom:

-Duranikal 301 (93.9% Ni, 4.5% AI, 0.5% Ti, 0.15% C, 0.15% Fe, 0.05% Cu) legura je nikla s aluminijem.

-Monel legure (~ 65% Ni, ~ 32% Cu, 1,35% Fe, 0.12% C) visoke su čvrstoće i antikorozivne na povišenim temperaturama. Koriste se u procesnoj industriji, brodogradnji i u prizvodnji kućanskih uređaja i opreme.

-MAGNETSKE LEGURE: Permalloy (78.5% Ni, 21.5% Fe); Hipernik (50% Ni, 50% Fe) i Perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co), Al-Ni-Co (ALNICO) legure (14% Ni, 24% Co, 9% Al, 3% Cu i 50% Fe), (22-24% Ni, 11-14% Al, a ostalo je Fe) i slični sastavi tipični su predstavnici magnetskih legura. Poznati su klasični ALNICO magneti.

-Konstantan (45% Ni, 55% Cu) legura je velikog električnog otpora koji se gotovo ne mijenja s temperaturom pa se koristi u elektrotehnici za žičane otpornike i termopar elemente.

-Nicrom legure s osnovnim sastavom od 80% Ni i 20% Cr s malim dodacima silicija koriste se za izradu otpornih žica raznih grijaćih tijela i pribora za domaćinstvo (bijeli metal).

-Calorit (65% Ni, 8% Mn, 12% Cr, 15% Fe) također se koriste za izradu grijaćih tijela.

-Cromel (35-60% Ni, 16-19% Cr, a ostalo je Fe) također ima veliki električni otpor i ne korodira pa se upotrebljava za izradu otpornika i termoelemenata.

-Elinvar (34% Ni, 57% Fe, 4% Cr, 2% W) ima veoma mali koeficijent rastezanja pa se upotrebljava za izradu opruga mehaničkih satova i za precizne instrumente.

-Invar (36% Ni i 64% Fe) ima također mali temperaturni koeficijent rastezanja pa se upotrebljava u radio-tehnici, mjernoj tehnici za izradu tremostata i sl.

-Hastelloy (45% Ni, 22% Cr i Fe, 9% Mo s malim dodacima Co i W) legure su izuzetno otporne na djelovanje sumporne, klorovodične i drugih kiselina pa se primjenjuju u kemijskoj procesnoj tehnici koja koristi navedene kiseline.

-Incoloy (~35% Ni, ~20% Cr, ~45% Fe, 0.75% Cu, 0.10% C) visoko su vatrostalne legure koje se koriste za izradu posuda za taljenje i dijelova visokotemperaturnih peći.

-Metalno-keramički kompoziti (MCC) sadrže 30-70% Ni, a ostatak su karbidi titanija, volframa i kroma raspršeni u obliku sitnih kristala ili viskera u kristalnoj rešetci nikla. Bitno povećavaju čvrstoću, žilavost i vatrostalnost nikla. Upotrebljavaju se za izradu dijelova izloženih velikim dinamičkim naprezanjima pri visokim temperaturama (npr. u plinskim turbinama i reaktorima), kao konstrukcijski materijali u kemijskoj industriji, za izradu rotacijskih dijelova crpki itd.

-Platinit (48% Ni i 52% Fe) legura je koja ima koeficijent termičkog širenja jednak staklu pa se i koristi za spojeve metala sa staklom i kao zamjena za platinu u elektroindustriji.

Istraživanja materijala za američku vojnu industriju su dovela do otkrića izuzetne legure nikla i titanija, pod nazivom nitinol, koja ima svojstvo pamćenja prethodnog oblika (koji je imala ispod određene kritične temperature). Predviđena je za izradu specijalnih obujmica i učvršćivaća koji bi se pothlađeni lako montirali, a postigavši ponovno svoju radnu temperaturu (iznadkritičnu) skupili bi se i učvrstili predviđeni(e) element(e).


Spojevi nikla:

Nikal može stvarati spojeve u kojima ima oksidacijski broj O, +1, +2, +3 i +4. Međutim, najveći broj njegovih spojeva ima oksidacijski broj +2. Spojevi u kojima je trovalentan, malobrojni su i ne stabilni. Nikal tvori komplekse u oksidacijskim stanjima +6, +4, +3, +1 i 0.

-Niklovi(II)-halogenidi (smeđe-zeleni NiF2, žuti NiCl2, žuti NiBr2 i crni NiI2) kristalizacijom iz vodenih otopina lako daju tetrahidrate (obično uz promjenu boje), a najznačajniji je NiCl2 koji se upotrebljava kao katalizator, tj. prenositelj klora u reakcijama u kojima sudjeluje klor ili klorovodik.

-Niklov(II)-hidroksid (Ni(OH)2) nastaje kao voluminozni talog zelene boje dodatkom lužine otopini koja sadrži ione Ni2+. Žarenjem iznad 230°C prelazi u niklov(II)-oksid, a oksidacijom s bromom ili hipokloritom daje hidratizirani niklov(III)-oksid. Otapa se u kiselinama dajući različite soli. Upotrebljava se u alkalnim akumulatorima.

-Niklov(II)-karbonat (NiCO3) higroskopan je spoj. Dodatkom karbonatnih iona otopini koja sadrži ione Ni2+ taloži se niklov(II)-hidroksidkarbonat (2NiCO3 x 3Ni(OH) x 24H2O) koji se u prirodi javlja kao mineral zaratit.
-Niklov(II)-nitrat (Ni(NO3)2) ima zlatnožute, jako higroskopne kristale dobro topljive u vodi. Iz vodenih otopina kristaliziraju hidrati s dvije do devet molekula vode. Upotrebljava se kao katalizator i polazna sol u proizvodnji akumulatora.
-Niklov(II)-oksid (NiO) javlja se u obliku zelenih kristala netopljivih u vodi, a topljivih u kiselinama. U prirodi se javljava u obliku minerala bunzenita. S ugljikom i vodikom lako se reducira do metala. Upotrebljava se u keramičkoj industruji, za proizvodnju boja i emajla, za proizvodnju katalizatora i kao poluvodič.
-Niklov(II)-sulfat (NiSO4) ima žute romboedarske kristale dobro topljive u vodi. Iz vodenih otopina (do 31,5°C) ili stajanjem na zraku kristalizira smaragdno-zelena nikalna galica (NiSO4 x 7H2O). Ovaj hidrat stvara dvostruke soli tipa schonita [M2Ni(SO4) x 26H2O] gdje je M atom K, Rb, Cs, Ti ili skupina NH4. Upotrebljava se za elektrolitičko niklovanje drugih metala, za dobivanje katalizatora i u industriji akumulatora.
-Niklov(III)-oksihidrat (NiOOH ili Ni2O3H2O) crn je talog nastao oksidacijom Ni(OH)2 hipokloritom u lužnatom mediju. Može se dobiti i anodnom oksidacijom. Ova reakcija koristi se u Edisonovom ili alkalnom akumulatoru (Fe-Ni akumulatori).
-Od mnogobrojnih kompleksnih spojeva nikla navedeni su neki s različitim koordinacijskim brojevima. (To je broj, koji pokazuje prostorni raspored i broj skupina liganada, kao što su CO, CN-, CNS-, NH3, Cl-, H2O itd., koje su prvi susjedi središnjem atomu). U principu nikal stvara dvije vrste kompleksa. Prvi su oktaedarskog tipa bez rezultantnog spina (orbitalni ili "ionski") u kojima su ligandi prvenstveno H2O, NH3 i različite aminske skupine (npr. Ni(H2O)^6^2+, Ni(NH3)ˇ6^2+, Ni(amin)ˇ6^2+). Ovi kompleksi imaju spektralne linije i boju u kratkovalnom vidljivom dijelu spektra. Druga vrsta sastoji se od tetrakovalentnih kubičnih komplesa s ligandima kao što su CN-, dioksimi i njihovi derivati. Imaju boje od crvene do žute što pokazuje da su im spektralne linije u dugovalnom dijelu spektra. Navodimo neke od niklovih kompleksa: -tetrakloronikolat(II)-ion ([NiCl4]^2-), 
-heksaakvoniklov(II)-ion ([Ni(H2O)6]^2+), 
-naračasti tetracijanonikal(II)-ion ([Ni(CN)4]^2-) 
-tamnocrveni bis(dimetil glioksimato) nikal(II) koji se koristi kao reagens za analitičko određivanje nikla. Ipak je najvažniji niklov tetrakarbonil (Ni(CO)4), tetrakarbonil-nikal(O)). To je bezbojna tekućina karakteristična jaka i neugodna mirisa, a pare su, u smjesi sa zrakom, eksplozivne. Ne otapa se u vodi, a otapa se alkoholu, benzenu, acetonu i drugim organskim otapalima. Ne reagira s razrijeđenim kiselinama i lužinama, a burno reagira s halogenidima. Izuzetno je otrovan (pet puta je otrovniji od CO). Upotrebljava se za dobivanje čistog nikla Mondovim postupkom i kao izvor CO u organskim sintezama.

 Početna za: NIKAL, Ni

Početna Veliki PSE Tabele Zumbar Linkovi
Prijavi grešku