Ķīmiskajam elementam niķelim ir atomskaitlis 28 un simbols Ni. Tas ir spīdīgs, sudrabaini balts metāls un satur nelielu daudzumu zelta. Pārejas metāls ar elastību un cietību ir niķelis. Lai gan tīrs niķelis ir ķīmiski reaģējošs, lielo daļiņu reakcijai ar gaisu nepieciešams ilgāks laiks nekā parasti, jo normālos apstākļos uz virsmas izaug niķeļa oksīda pasivācijas slānis, lai apturētu turpmāku koroziju. Tomēr tikai neliels daudzums tīra dabiskā niķeļa ir atrodams Zemes garozā, parasti ultramafiskos iežos un lielāku niķeļa-dzelzs meteorītu iekšienē, kas nav nonākuši saskarē ar skābekli laikā, kad atrodas ārpus Zemes atmosfēras.
Dzelzs un meteoriskais niķelis bieži tiek atklāti kopā, kas liecina par to izcelsmi kā būtiskus supernovas nukleosintēzes blakusproduktus. Tiek pieņemts, ka Zemes ārējais un iekšējais kodols sastāv no dzelzs un niķeļa kombinācijas.
B.C. Līdz 3500. gadu pirms mūsu ēras cilvēki izmantoja niķeli (dabiska meteoriska niķeļa-dzelzs sakausējuma veidā). Aksels Fredriks Kronšteds kobalta raktuvēs Losā, Hēlsinglendā, Zviedrijā, sākotnēji rūdu sajauca ar vara minerālu un 1751. gadā pirmo reizi atdalīja un klasificēja niķeli kā elementu. Elementa nosaukums ir atvasināts no Niķeļa, kas ir ļauns tēls vācu kalnrūpniecības folklorā, kas atspoguļo vara un niķeļa rūdu izturību pret vara attīrīšanu. Dzelzsrūdas limonīts, kas parasti satur 1–2% niķeļa, ir ekonomiski nozīmīgs niķeļa avots. Dabā sastopamais silikātu minerālu komplekss, kas pazīstams kā pentlandīts un garnierīts, ir divi svarīgi niķeļa rūdas minerāli. Galvenās ražotnes ir Noriļskā, Krievijā; Jaunkaledonija Klusajā okeānā; un Kanādas Sadberijas reģionā.
Pārējie trīs feromagnētiskie elementi ir dzelzs, kobalts un gadolīnijs. Niķelis ir viena no šīm četrām vielām. Runājot par izturību, starp pastāvīgajiem magnētiem no dzelzs un retzemju magnētiem ir Alnico magnēti, kas daļēji ir izgatavoti uz niķeļa bāzes. Metālu galvenokārt izmanto sakausējumos un pārklājumos, lai nodrošinātu izturību pret koroziju. Nerūsējošais tērauds veido vairāk nekā 68% no pasaules ražošanas. To izmanto dažādos lietojumos, piemēram, 10 sakausējumos uz niķeļa un vara bāzes, 9% apšuvumam, 7% leģētam tēraudam, 3% lietuvēs un 4% uzlādējamām baterijām, ko izmanto elektriskajos transportlīdzekļos (EV). Lai gan niķeli bieži izmanto monētās, niķeļa alerģiju dažkārt var izraisīt niķelēti priekšmeti.
Niķelis ir viela, ko izmanto dažādos specializētos ķīmiskos rūpnieciskos procesos, tostarp degvielas hidrogenēšanā, uzlādējamo bateriju katodu ražošanā, pigmentos un metāla virsmu apstrādē. Daudzas baktērijas un augi ar fermentiem, kuru aktīvā vieta ir niķelis, pieņem niķeli kā būtisku uzturvielu.
Niķeļa fizikālās un atomiskās īpašības
Niķelis ir ļoti pulējams sudrabaini balts metāls ar gaiši zeltainu nokrāsu. Tikai četri elementi — dzelzs, kobalts, gadolīnijs un šis elements — ir feromagnētiski apkārtējās vides temperatūrā vai tuvu tam. Temperatūra, kurā niķelis pārstāj būt magnētisks, ir pazīstama kā Kirī temperatūra, kas ir 355 °C. Niķeļa atomu rādiuss ir 0,124 nm, un tā vienības šūna ir seju centrēts kubs ar režģa parametru 0,352 nm.
Spiediens vismaz 70 GPa nav pietiekams, lai izjauktu šo kristāla struktūru. Attiecībā uz pārejas metāliem niķelim ir salīdzinoši augsta elektriskā un siltuma vadītspēja, un tas ir ciets, kaļams un elastīgs. Izmežģījumu attīstības un migrācijas dēļ īsts lielapjoma materiāls nekad nesasniedz augsto spiedes stiprību 34 GPa, kas paredzēta perfektiem kristāliem.
Tomēr Ni nanodaļiņas to ir sasniegušas.
Domstarpības par elektronu konfigurāciju
Divas atomu elektronu konfigurācijas ar relatīvi līdzīgu niķeļa enerģiju ir [Ar] 3d8 4s2 un [Ar] 3d9 4s1. [Ar] apzīmē pilnu argona kodola struktūru. Ir dažas diskusijas par to, kurai konfigurācijai ir zemāka enerģija. [16] Niķeļa elektronu konfigurācija ir norādīta kā [Ar] 4s2 3d8, bieži rakstīta kā [Ar] 3d8 4s2. Madelung enerģijas pasūtīšanas noteikums, kas nosaka, ka 4s ir pilns pirms 3d, ir saderīgs ar šo konfigurāciju. Empīriskais atklājums, ka niķeļa atoma zemākais enerģijas stāvoklis ir 3d8 4s2 enerģijas līmenis – konkrētāk 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4 līmenis – atbalsta šo teoriju.
Tomēr smalkās struktūras dēļ katra no šīm divām konfigurācijām ir sadalīta vairākos enerģijas līmeņos, un abas enerģijas līmeņu kopas pārklājas. Salīdzinot ar Ar] 3d8 4s2, stāvokļu ar [Ar] 3d9 4s1 vidējā enerģija faktiski ir zemāka. Rezultātā pamata stāvokļa konfigurācija [Ar] 3d9 4s1 ir norādīta akadēmiskajā literatūrā par atomu aprēķiniem.
Niķeļa izotopi
Niķeļa izotopu atomu svars svārstās no 48 u (48Ni) līdz 82 u (82Ni). Pieci stabilie niķeļa izotopi, kas sastopami dabā, ir 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni un 64Ni, un 58Ni ir vislielākais dabiskais daudzums (68,077%).
Niķelim-62 ir visaugstākā saistīšanās enerģija no jebkura nuklīda, ar nukleonu saistīšanas enerģiju 8,7946 MeV. Tam ir augstāka saistīšanās enerģija nekā 56Fe un 58Fe, divi parastie nuklīdi bieži tiek kļūdaini uzskaitīti kā ar visaugstāko saistīšanas enerģiju. Lai gan šķiet, ka tas norāda, ka niķelis ir visizplatītākais smagais elements Visumā, dzelzs patiesībā ir daudz biežāk sastopams, jo niķelis ir augsts fotointegrācijas ātrums zvaigznēs.
Sen izmirušā radioaktīvā 60Fe pēcnācējs ir niķelis-60 (pussabrukšanas periods 2,6 miljoni gadu). Ņemot vērā 60Fe garo pussabrukšanas periodu un noturību Saules sistēmas komponentos, ir iespējams redzēt izmaiņas 60Ni izotopu sastāvā. Līdz ar to 60Ni izplatība svešķermeņos var izgaismot Saules sistēmas veidošanos un agrīnu attīstību.
Ir zināmi vismaz 26 niķeļa radioizotopi; visstabilākās ir 76.000Ni, 59Ni un 63Ni (56 dienas) ar pussabrukšanas periodu 6 60 gadu. Visu pārējo radioizotopu pussabrukšanas periods ir mazāks par 30 stundām un bieži vien mazāks par XNUMX sekundēm. Turklāt šim elementam ir meta stāvoklis.
Silīcija dedzināšanas rezultātā rodas radioaktīvais niķelis-56, kas pēc tam tiek izdalīts ievērojamos daudzumos Ia tipa supernovās. Šo supernovu gaismas līknes vidējā un vēlīnā laikā ir konsekventi veidotas kā 56Ni pēc elektronu uztveršanas sadalās līdz kobaltam-56 un pēc tam līdz dzelzs-56. Niķelis-59 ir kosmogēns radionuklīds ar ilgu pussabrukšanas periodu 76.000 XNUMX gadu.
Izotopu ģeoloģija ir izmantojusi 59Ni vairākos veidos. 59Ni ir izmantots, lai izmērītu ārpuszemes putekļu daudzumu ledū un nogulumos, kā arī līdz šim noskaidrotu meteorītu vecumu uz Zemes. Tiek uzskatīts, ka niķelim-110, kura pussabrukšanas periods pašlaik tiek lēsts 78 milisekundes, ir svarīga loma par dzelzi smagāku elementu supernovas nukleosintēzē. Smago elementu izotops ar augstāko zināmo protonu saturu ir 1999Ni, kas atrasts 48. gadā. 48Ni ir "dubultā maģija" ar 28 protoniem un 20 neitroniem, tāpat kā 28Ni ar 50 protoniem un 78 neitroniem. Rezultātā abi ir diezgan stabili kodoliem ar tik ievērojamu protonu-neitronu nelīdzsvarotību.
Kodolreaktora atbalsta struktūras satur niķeli-63, piesārņotāju. Tas tiek izveidots, izmantojot niķeļa-62 neitronu uztveršanas procesu. Nelieli daudzumi ir atrasti arī netālu no kodolieroču izmēģinājumu poligoniem Klusā okeāna dienvidu daļā.
Avots: Wikipedia
Günceleme: 14/03/2023 13:14