El níquel tiene una amplia gama de aplicaciones en nuestra vida diaria, como en la fabricación de monedas y la producción de aleaciones. Hoy, echemos un vistazo más de cerca a este metal: el níquel.
El níquel se sitúa en el Grupo VIII de la tabla periódica, junto con el hierro, cobalto, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino, formando el Grupo VIII. Entre ellos, el hierro, el cobalto y el níquel se denominan “elementos del grupo del hierro”.
I. El descubrimiento y la nomenclatura del níquel
La humanidad conoce y utiliza el níquel desde hace mucho tiempo. El níquel se utilizó por primera vez en China ya en el siglo III a. C., cuando los chinos añadieron mineral de níquel al cobre para hacer una aleación: el cobre blanco, utilizado para fundir monedas.
A finales del siglo XVII, los mineros alemanes descubrieron un mineral de color marrón rojizo que a menudo tenía motas verdes en su superficie. Cuando se agrega a las materias primas para fabricar vidrio, puede teñirlo de verde. En ese momento, este mineral se confundía con el mineral de cobre y los metalúrgicos intentaron extraer cobre de él varias veces, pero todos los intentos fracasaron.
Los mineros lo llamaron "Kupfernickel", donde Kupfer significa cobre en alemán y níquel significa duende engañoso, por lo que Kupfernickel podría traducirse como "cobre falso".
No fue hasta 1751 que el mineralogista y químico sueco Cronstedt AF (1722-1765) estudió este mineral. Después de varios experimentos, aisló un metal blanco del Kupfernickel y lo llamó níquel.
Este es también el origen del nombre latino del níquel, Niccolum. Transliteramos la primera sílaba a “níquel”, con el símbolo químico Ni. Ahora sabemos que Kupfernickel es un mineral de arseniuro de níquel y que las manchas verdes en su superficie son carbonato de níquel.
En la edición de abril de 1943 del “Journal of Chemical Education” estadounidense se publicó un artículo de la International Nickel Company, titulado “El misterioso Paktong”, extraído del siguiente modo:
“¡Hace trescientos años, un día, un enorme barco mercante, azotado por tormentas y acercándose lentamente al río Támesis hacia el muelle, regresaba a casa! Hace un año abandonó Londres en busca del Lejano Oriente. Ahora ha regresado llevando mercancías como té, seda y especias.
Además, había un artículo nuevo, hecho de metal, que brillaba con el suave brillo de la plata pura, pero definitivamente no era plata, era un metal duro. Los chinos lo llamaban Paktong y guardaban cuidadosamente el secreto de cómo hacerlo.
Tras la difusión de este extraño metal, generaciones de metalúrgicos europeos intentaron imitar el cobre blanco, pero nunca encontraron el motivo de cada fracaso. No fue hasta mediados del siglo XVIII que un científico sueco identificó un nuevo metal, reconocido por otro científico, como la misteriosa aleación metálica para la producción de cobre blanco. Es el metal que los mineros de Sajonia descubrieron y maldijeron como cobre falso.
II. Distribución, presencia y contenido del níquel.
El níquel no es escaso en la corteza terrestre, siendo más abundante que los metales comunes como el plomo y el estaño, pero significativamente menos que el hierro. El cobalto y el níquel coexisten frecuentemente en la naturaleza, siendo la cobaltita (CoAsS) y la pirita de níquel (NiS·FeS) importantes minerales de cobalto y níquel.
En la naturaleza, los minerales de níquel más importantes son la garnierita (arseniuro de níquel) y el arseniuro de níquel (sulfarseniuro). Cuba es el país más famoso del mundo en términos de depósitos de mineral de níquel, y también se encuentran grandes cantidades de mineral de níquel en la República Dominicana.
El contenido de níquel en el sol es de 80 ppm, en el agua de mar es de 0,0001 ppm y en la corteza terrestre es de 80 ppm. El níquel también es uno de los elementos esenciales para los organismos, pero su contenido en los organismos es muy pequeño, menos de una diezmilésima parte, lo que se conoce como oligoelemento. Los alimentos ricos en níquel incluyen: chocolate, nueces, frijoles secos y cereales.
III. Isótopos de níquel
Existen muchos isótopos de níquel, con diferentes propiedades. Aquí hay una lista de ellos:
| Isótopos | Abundancia | Media vida | Modo de decadencia | Energía de desintegración/eV | Productos de descomposición |
| 56 Sí | Artificial | 6.077天 | captura de electrones | 2,136 | 56Co |
| 58 Sí | 68,077% | Estable | |||
| 59 Sí | Artificial | 76.000年 | captura de electrones | 1.072 | 59 Co. |
| 60 Sí | 26,233% | Estable | |||
| 61 Sí | 1,14% | Estable | |||
| 62 Sí | 3,634% | Estable | |||
| 63 Sí | Artificial | 100,1° | desintegración beta | 2,137 | 63 culo |
| 64 Sí | 0,926% | Estable |
4. La estructura y propiedades de los elementos
1. Estructura:
La celda unitaria es una celda cúbica centrada en las caras que contiene 4 átomos de metal por celda.
Parámetros de red:
- a = 352h4
- segundo = 352h4
- C=352,4h
- α=90°
- β=90°
- Y=90°
- Dureza Mohs: 4
- Configuración electrónica externa: 3d 8 4s 2
- Configuración electrónica fuera del núcleo: 2,8,16,2
2. Propiedades físicas:
(1) Metal aproximadamente de color blanco plateado;
- Densidad: 8.902 g/cm 3
- Punto de fusión: 1453,0 ℃
- Punto de ebullición: 2732,0 ℃
- Volumen atómico: 6,59 cm 3 /mol
- Masa atómica relativa: 58,69
(2) Duro y dúctil;
(3) ferromagnético:
(4) Altamente pulido y resistente a la corrosión:
(5) Conductivo y térmicamente conductor.
3. Propiedades químicas
(1) A temperatura ambiente, el níquel forma una densa película de óxido en su superficie en el aire húmedo, que no solo previene una mayor oxidación, sino que también resiste la corrosión por soluciones alcalinas y salinas;
(2) El níquel a granel no se quema, el alambre fino de níquel puede quemarse y las partículas finas y porosas de níquel especialmente fabricadas se quemarán de color blanco en el aire;
(3) Cuando se calienta, el níquel reacciona violentamente con el oxígeno, el azufre, el cloro y el bromo;
(4) El níquel en polvo fino puede absorber una cantidad considerable de hidrógeno cuando se calienta;
(5) El níquel se disuelve lentamente en ácido clorhídrico diluido, ácido sulfúrico diluido y ácido nítrico diluido, pero su superficie queda pasivada en ácido nítrico fumante. Se vuelve verde después de disolverse en ácido nítrico.
V. Preparación del níquel
1. Método de electrólisis.
Tostar el mineral de sulfuro enriquecido en óxidos, reducirlo a níquel en bruto con carbono y luego obtener níquel metálico puro mediante electrólisis.
2. Método de carbonilación.
Reacciona el mineral de sulfuro de níquel con monóxido de carbono para producir tetracarbonilo de níquel, que se descompone cuando se calienta para producir níquel metálico muy puro.
3. Método de reducción de hidrógeno.
El níquel metálico se puede obtener reduciendo el óxido de níquel con hidrógeno.
Los diez principales países productores de níquel del mundo (producción anual: miles de toneladas)
| Nombre del país | 1977 | mil novecientos ochenta y dos | 1987 | 1992 |
| Rusia | 144,3 | 165,2 | 272.0 | 215.0 |
| Canadá | 235,4 | 88,6 | 189.0 | 192.1 |
| Nueva Caledonia | 109.1 | 60.1 | 56,9 | 113.1 |
| Indonesia | 14.0 | 45,9 | 57,8 | 78.1 |
| Australia | 85,8 | 87,6 | 74,6 | 64.0 |
| Porcelana | – | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| Cuba | 37.0 | 36.1 | 33,8 | 32.2 |
| Sudáfrica | 23.0 | 22.0 | 34.3 | 28.4 |
| República Dominicana | 24.2 | 5.4 | 32,5 | 25.0 |
| Botsuana | 12.1 | 17.8 | 25,9 | 23,5 |
| Subtotal de diez países | 685.0 | 540,6 | 801.8 | 808.4 |
| Total mundial | 772,8 | 621,6 | 892,5 | 921.9 |
SIERRA. Usos del níquel
1. Ampliamente utilizado en la fabricación de aleaciones.
Agregar níquel al acero puede mejorar su resistencia mecánica. Por ejemplo, cuando el contenido de níquel en el acero aumenta del 2,94% al 7,04%, la resistencia a la tracción aumenta de 52,2 kg/mm 2 a 72,8 kg/mm 3 . El acero al níquel se utiliza para fabricar piezas de máquinas que resisten altas presiones, soportan impactos y cargas alternativas, como álabes de turbinas, cigüeñales, bielas, etc.
El acero al níquel que contiene 36% de níquel y 0,3-0,5% de carbono tiene un coeficiente de expansión muy pequeño, casi ninguna expansión o contracción térmica, y se utiliza para fabricar diversas maquinarias de precisión, calibres precisos, etc. El acero con alto contenido de níquel que contiene 46% de níquel y 0,15% de carbono se llama "Invar" porque su coeficiente de expansión es similar al del platino y el vidrio. Este tipo de acero con alto contenido en níquel se puede soldar al vidrio.
Es muy importante en la producción de lámparas y puede utilizarse como sustituto del alambre de platino. Algunas monturas de lentes de precisión también están hechas de este acero Invar, lo que evita que la lente se caiga del marco debido a la expansión y contracción térmica. Una aleación compuesta por 67,5% de níquel, 16% de hierro, 15% de cromo y 1,5% de manganeso tiene una alta resistencia eléctrica y se utiliza en la fabricación de diversas resistencias y calentadores eléctricos.
2. Las aleaciones de níquel-titanio tienen capacidad de "memoria"
Las aleaciones de níquel-titanio tienen capacidades de "memoria" y, además, una memoria muy fuerte, que vuelve con precisión a su forma original después de haber sido deformadas millones de veces durante un período de tiempo considerable. Esta capacidad de “memoria” sirve para recordar su forma original, por lo que se llama “aleación con memoria de forma”.
Originalmente, esta aleación tiene una temperatura de transformación característica. Por encima de esta temperatura de transformación tiene un tipo de estructura cristalina y por debajo de ella otro tipo de estructura cristalina. Diferentes estructuras dan como resultado diferentes propiedades.
Por ejemplo, una aleación con memoria de níquel-titanio es muy dura y fuerte por encima de su temperatura de transformación, pero por debajo de esta temperatura se vuelve muy blanda y fácil de trabajar en frío. Entonces, cuando necesitamos recordar una determinada manera, le damos forma en consecuencia. Ésta es vuestra forma de “memoria permanente”. Por debajo de la temperatura de transformación, al ser muy blando, podemos deformarlo considerablemente según queramos.
Y cuando necesite volver a su forma original, simplemente caliéntelo por encima de la temperatura de transformación. Las aleaciones con memoria de forma de níquel-titanio se utilizan ampliamente en el campo médico, como en filtros de coágulos sanguíneos, varillas de corrección espinal, arcos de ortodoncia, clips para aneurismas cerebrales, placas óseas, articulaciones artificiales, tapas de cabeza femoral, músculos cardíacos artificiales y bombas en miniatura para artificiales. riñones.
3. Fabricación de grúas electromagnéticas.
El níquel es magnético y puede ser atraído por imanes. Las aleaciones de aluminio, cobalto y níquel tienen un magnetismo aún mayor. Cuando una aleación de este tipo es atraída por un electroimán, no sólo será arrastrada, sino que también podrá soportar algo sesenta veces su peso sin caerse. Por tanto, se puede utilizar para fabricar grúas electromagnéticas.
4. Utilizado en la fabricación de acero inoxidable.
El níquel se utiliza con mayor frecuencia en el acero inoxidable, que puede resistir la corrosión de la atmósfera, el vapor y el agua, así como la corrosión ácida, alcalina y salina. Por lo tanto, el acero inoxidable es ampliamente utilizado en aplicaciones químicas, metalúrgicas, de construcción y diversas aplicaciones civiles como en la fabricación de contenedores, torres, tanques, tuberías, etc., que requieren soldadura en industrias como la petroquímica, textil, industria ligera, nuclear. energía; y en producción de urea, torres sintéticas, torres de lavado, torres de condensación, torres de extracción de vapor y otros equipos de alta presión resistentes a la corrosión.
5. Utilizado para niquelado.
El níquel también se utiliza para niquelado, cubriendo acero y otros sustratos metálicos con una capa superficial duradera y resistente a la corrosión que es entre un 20% y un 25% más resistente a la corrosión que las capas galvanizadas.
6. Utilizado como catalizador y en tintes.
VII. Compuestos importantes de níquel
Los principales estados de oxidación del níquel son +2, además de -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., permitiendo que el níquel forme variedad de compuestos. Aquí se introducen óxido de níquel, sulfato de níquel, hidróxido con alto contenido de níquel y complejos de níquel.
1. Óxido de níquel
- Aspecto y propiedades: polvo verde.
- Densidad relativa (agua = 1): 6,6-6,8
- Solubilidad: Insoluble en agua, insoluble en álcali, soluble en ácido, etc. Soluble en agua ácida y amoníaco, ácido perclórico caliente, ácido sulfúrico caliente.
- Usos principales: Utilizado como pigmentos en cerámica y vidrio. En la industria del esmalte se utiliza como adhesivo y colorante para esmaltes de porcelana. En la industria cerámica se utiliza como materia prima para pigmentos. En la producción de materiales magnéticos, se utiliza como materia prima para la ferrita de níquel-zinc. En la industria del vidrio, se utiliza como colorante para vidrio color té y carcasas de vidrio para tubos de rayos catódicos. También es materia prima para la fabricación de sales de níquel y catalizadores de níquel.
2. sulfato de níquel
- Aspecto y propiedades: Cristales verdes, sistema cristalino ortorrómbico.
- Punto de ebullición (C): 840 (anhidro)
- Densidad relativa (agua=1): 2,07
- Solubilidad: Soluble en agua, soluble en etanol, ligeramente soluble en ácido, agua con amoníaco.
- Usos principales: Utilizado principalmente en la industria de galvanoplastia y en la fabricación de baterías de níquel-cadmio y otras sales de níquel, también utilizado en síntesis orgánica y en la producción de aceites secantes como catalizador de pinturas.
3. Hidróxido de níquel
- Aspecto y características: pólvora negra.
- Solubilidad: insoluble en agua y solución alcalina. Soluble en agua ácida y amoniacal.
- Usos: utilizado para fabricar pilas alcalinas, etc.
- Preparación: se obtiene oxidando hidróxido de níquel con hipoclorito.
- Otros: se descompone en el punto de fusión.
4. Complejos de níquel
Debido a que el níquel tiene orbitales d que pueden acomodar pares de electrones solitarios, puede formar complejos. Los principales tipos de complejos de níquel son los siguientes:
- Compuesto de coordinación de amina: (Ni (NH 3 ) 6 ) 2+
- Compuesto de coordinación de cianuro: (Ni (CN) 4 ) 2-
- Quelato: (Ni(en) 3 ) 2+
- Compuestos de coordinación carbonilo: (a) Ni (CO) 4 (b) (C 2 H 5 ) 2 No
