História do níquel, propriedades, estrutura, usos, riscos

Ele níquel É um metal de transição branco cujo símbolo químico é o ou. Sua dureza é maior que a do ferro, além disso, é um bom condutor de calor e eletricidade e, em geral, é considerado um pouco de metal reativo e muito resistente à corrosão. Em seu estado puro, ele é prateado com nuances douradas.

Em 1751, Axel Fredrik Cronsted, químico sueco, conseguiu isolá -lo de um mineral conhecido como Kupfernickel (Devil's Copper), extraído de uma mina de cobalto de uma vila sueca. A princípio, Cronsted pensou que o mineral era de cobre, mas o elemento isolado acabou sendo branco, diferente de cobre.

Esferas de níquel nas quais seus tons dourados são shops. Fonte: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Cronsted chamou o elemento como um níquel e, posteriormente, foi estabelecido que o mineral chamado Kupfernickel era Nicolita (níquel arseniuro).

O níquel é extraído principalmente de dois depósitos: as rochas ígneas e outras segregações do magma da Terra. Minerais são sulfurosos, como Pentladita. A segunda fonte de níquel é a mais recente, com minerais ricos em níquel como o Garnierita.

A principal aplicação do níquel está na formação de ligas com numerosos metais; Por exemplo, ele intervém na elaboração de aço inoxidável, atividade industrial que consome cerca de 70 % da produção mundial de níquel.

Além disso, o níquel é usado em ligas como Alnicus, uma liga de natureza magnética para a elaboração de motores elétricos, alto -falantes e microfones.

O níquel começou a ser usado na elaboração de moedas em meados do século XIX. No entanto, seu uso foi atualmente substituído por metais mais baratos; Embora continue sendo usado em alguns países.

O níquel é um elemento essencial para as plantas, pois ativa a enzima UreASA que intervém na degradação da uréia em amônia, utilizável pelas plantas como fonte de nitrogênio. Além disso, a uréia é um composto tóxico que causa danos graves às plantas.

O níquel é um elemento de grande toxicidade para os seres humanos, há evidências de ser um agente carcinogênico. Além disso, o níquel causa o desenvolvimento de dermatite e alergia.

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História

Antiguidade

O homem sabia desde os tempos antigos a existência de níquel. Por exemplo, foi encontrado em objetos de bronze (3500 a.c.), presente em terras atualmente pertencentes à Síria, uma porcentagem de níquel de 2%.

Além disso, os manuscritos chineses assumem que o "cobre branco", conhecido como Baitong, foi usado entre 1700 e 1400 para.c. O mineral foi exportado para a Grã -Bretanha no século XVII; Mas o conteúdo de níquel desta liga (Cu-ni) não foi descoberto até 1822.

Na Alemanha medieval, foi encontrado um minério avermelhado, semelhante ao cobre, e apresentou manchas verdes. Os mineiros tentaram isolar o cobre do mineral, mas falharam em sua tentativa. Além disso, contato com distúrbios de saúde produzidos por minerais.

Por esses motivos, os mineiros atribuíram ao mineral uma condição maligna e atribuíram nomes diferentes que ilustravam essa condição; Como "Old Nick", também Kupphernickel (cobre do diabo). Agora se sabe que o mineral em questão era Nicolita: níquel arseniuro, nias.

Descoberta e produção

Em 1751, Axel Fredrik Cronsted tentou isolar o cobre do Kupfernickel, obtido de uma mina de cobalto localizada perto do Hassinglandt, uma vila sueca. Mas ele só conseguiu obter um metal branco, que era até então desconhecido e o chamava de níquel.

Em 1824, o níquel foi obtido como um subproduto da produção azul de cobalto. Em 1848, uma fundição para o processamento do níquel presente no mineral de pirrotita foi estabelecida na Noruega.

Em 1889, o níquel foi introduzido na produção de aço, e os depósitos descobertos em Nueva Caledonia forneceram o níquel para o consumo mundial.

Propriedades

Aparência

Prata, lustrosa e com um leve corante dourado.

Peso atômico

58.9344 u

Número atômico (Z)

28

Ponto de fusão

1.455 ºC

Ponto de ebulição

2.730 ºC

Densidade

-À temperatura ambiente: 8.908 g/ml

Pode atendê -lo: Violet Glass

-No ponto de fusão (líquido): 7,81 g/ml

Calor de fusão

17,48 KJ/mol

Calor de vaporização

379 KJ/mol

Capacidade calórica molar

26.07 J/mol

Eletro-negatividade

1,91 na escala Pauling

Energia de ionização

Primeiro nível de ionização: 737,1 KJ/mol/mol

Segundo nível de ionização: 1.753 KJ/mol

Terceiro nível de ionização: 3.395 KJ/mol

Rádio atômico

Empírico 124 pm

Rádio covalente

124,4 ± 16 pm

Condutividade térmica

90,9 com (M · k)

Resistividade elétrica

69,3 Nω · m a 20 ºC

Dureza

4.0 na escala MOHS.

Caracteristicas

O níquel é um metal dúctil e maleável e tem uma dureza maior que a do ferro, sendo um bom condutor elétrico e térmico. É um metal ferromagnético a temperaturas normais, sendo sua temperatura curie de 358 ºC. A temperaturas mais altas, o níquel deixa de ser ferromagnético.

O níquel é um dos quatro elementos ferromagnéticos, sendo os outros três: ferro, cobalto e gadolinio.

Isótopos

Existem 31 isótopos de níquel, limitados pelo ⁴⁸Nem ⁷⁸Nenhum.

Existem cinco isótopos naturais: ⁵⁸Nem, com uma abundância de 68,27 %; ⁶⁰Nem, com uma abundância de 26,10 %; ⁶¹Nem, com uma abundância de 1,13 %; ⁶²Nem, com uma abundância de 3,59 %; e ⁶⁴Nem, com uma abundância de 0,9 %.

O peso atômico de quase 59 U para o níquel demonstra que não há predominância acentuada em nenhum dos isótopos (mesmo quando o ⁵⁸Nem é o mais abundante).

Estrutura e configuração eletrônica

O níquel metálico cristaliza em uma estrutura cúbica centrada em faces (FCC). Essa fase da FCC é extremamente estável e permanece inalterada para pressões próximas a 70 GPa; Pequenas informações bibliográficas sobre fases de níquel ou polimorfos sob altas pressões.

A morfologia dos cristais de níquel é variável, pois podem ser organizados de tal maneira que definem um nanotubo. Como nanopartículas ou sólido macroscópico, a ligação metálica permanece a mesma (em teoria); Ou seja, é o mesmo elétrons de Valência que mantêm os átomos de Ni.

De acordo com as duas possíveis configurações eletrônicas para níquel:

[AR] 3D⁸ 4s²

[AR] 3D⁹ 4s¹

Existem dez elétrons envolvidos na ligação metálica; oito ou nove no orbital 3D, junto com dois ou um no orbital 4s. Observe que a banda de Valência está praticamente cheia, perto de transportar seus elétrons para a banda de direção; fato que explica sua condutividade elétrica relativamente alta.

A estrutura da FCC do níquel é tão estável, que o aço é adotado quando adicionado. Assim, ferro inoxidável com alto teor de níquel também é FCC.

Números de oxidação

O níquel, mesmo que pareça, também tem números abundantes ou estados de oxidação. Os negativos são óbvios, sabendo que dois elétrons estão faltando apenas para completar os dez de seu orbital 3D; Assim, você pode ganhar um ou dois elétrons, tendo números de oxidação -1 (ou^-) ou -2 (ou^2-), respectivamente.

O número de oxidação mais estável para o níquel é +2, assumindo a existência do cátion ou²⁺, que perdeu os elétrons do 4S orbital e tem oito elétrons no 3D Orbital (3d⁸).

Existem também dois outros números de oxidação positiva: +3 (ou³⁺) e o +4 (ou⁴⁺). Nos níveis da escola ou do ensino médio, é ensinado apenas que o níquel existe como Ni (II) ou Ni (III), o que é porque eles são os números de oxidação mais comuns e encontrados em compostos muito estáveis.

E quando é o níquel metálico que faz parte de um composto, ou seja, com seu átomo neutro ou, diz -se que ele participa ou links com um número de oxidação de 0 (ou⁰).

Onde está o níquel?

Minerais e mar

O níquel constitui 0,007 % da crosta terrestre, então sua abundância é baixa. Mas ainda é o segundo metal em abundância após o ferro no núcleo fundido da terra, conhecido como NIFE. A água do mar tem uma concentração média de níquel de 5,6,10^-4 mg/l.

Pode atendê -lo: gluconeogênese

É normalmente encontrado em rochas ígneas, sendo o Pentland, um mineral formado de sulfeto de ferro e níquel [(ni, ​​fé)₉S₈], uma das principais fontes do níquel:

ROCA composto por minerais de Pentland e Pirrotita. Fonte: John Sobolewski (JSS) [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

O Mineral Pentlandita está presente em Sudbury, Ontário, Canadá; Um dos principais depósitos deste metal no mundo.

Pentlands tem uma concentração de níquel entre 3 e 5 %, sendo associada à pirrotita, um sulfeto de ferro rico em níquel. Esses minerais estão em produtos de rochas das segregações do magma da Terra.

Lateritas

A outra fonte importante de níquel são os lateritas, consistindo em solos áridos das regiões quentes. Eles são pobres em sílica e têm vários minerais, incluindo: Garnierita, um magnésio e silicato de níquel; e a limonita, um mineral de ferro [(fé, ni) ou (oh) com um conteúdo entre 1 e 2 % de níquel.

Estima -se que 60 % de níquel seja extraído do mais recente e os 40 % restantes dos depósitos sulfurosos magmáticos.

Meteoritos e óleo

O níquel também é encontrado em meteoritos de ferro com as ligas Kamacita e Taenita. Kamacita é uma liga de ferro e níquel, com uma porcentagem de 7 % dela; Enquanto o Taenita é a mesma liga, mas com uma porcentagem de níquel entre 20 e 65 %.

O níquel é fixado em compostos orgânicos, por esse motivo, está em alta concentração em carvão e petróleo.

A China é a maior produtora de níquel do mundo, seguida pela Rússia, Japão, Austrália e Canadá.

Formulários

-Níquel elementar

Ligas

Válvula fabricada com liga de monel. Fonte: Heather Smith [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

É usado em liga com ferro principalmente para a elaboração de aço inoxidável, já que 68 % da produção de níquel é usada para esse fim.

Também forma uma liga com cobre, resistente à corrosão. Esta liga consiste em 60 % de níquel, 30 % de cobre e pequenas quantidades de outros metais, especialmente ferro.

O níquel é usado em propósitos resistentes, magnéticos e outros, como prata de níquel; E uma liga que consiste em níquel e cobre, mas não contém dinheiro. Os tubos Ni-Cu são usados ​​em plantas de dessalinização, armadura e moedas.

O níquel fornece tenacidade e resistência à tração a ligas que formam a resistência à corrosão. Além das ligas com cobre, ferro e cromo, é usado em liga com bronze, alumínio, chumbo, cobalto, prata e ouro.

A liga de monel consiste em 17 % de níquel, 30 % de cobre e com ferro, manganês e silício. É resistente à água do mar, o que o torna ideal para uso em navios.

Ação protetora

O níquel ao reagir com flúor forma uma camada protetora do elemento flúor, permitindo que o níquel de metal ou a liga de monel seja usada em ductos de flúor.

O níquel é resistente à ação dos álcalis. Por esse motivo, é usado em recipientes contendo hidróxido de sódio concentrado. Também é usado em galvanoplastia para criar uma superfície protetora para outros metais.

Outros usos

O níquel é usado como um agente redutor de seis metal do grupo de platina dos minerais em que é combinado; Principalmente de Platinum e Paladium. A espuma de níquel ou malha é usada na elaboração de baterias de combustível alcalino.

O níquel é usado como um catalisador para a hidrogenação de ácidos graxos não saturados vegetais, sendo usados ​​no processo de elaboração da margarina. Cobre e liga Cu-ni têm ação antibacteriana no e. coli.

Nanopartículas

Nanopartículas de níquel (NPS-NI), encontre uma grande variedade de uso seguindo sua maior área de superfície em comparação com uma amostra macroscópica. Quando esses NPs-Ni são sintetizados a partir de extratos vegetais, eles desenvolvem atividades antimicrobianas e antibacterianas.

Pode atendê -lo: elementos químicos naturais

O motivo do exposto acima se deve à sua maior tendência a oxidar em contato com a água, formando cátions ou²⁺ e espécies oxigenadas muito reativas, que desnaturalizam células microbianas.

Por outro lado, os NPs-NI são usados ​​como material de eletrodo em células de combustível sólido, fibras, ímãs, fluidos magnéticos, peças eletrônicas, sensores de gás, etc. Eles também são catalíticos, suportes adsorventes, agentes de água sanitária e purificação de águas residuais.

-Compostos

Cloreto, nitrato e sulfato de níquel são usados ​​em banhos de níquel em galvanoplastia. Além disso, seu sal de sulfato é usado na preparação de catalisadores e mordentes para manchas têxteis.

O peróxido de níquel é usado em baterias de armazenamento. Feritas de níquel são usados ​​como núcleos magnéticos nas antenas em vários equipamentos elétricos.

O níquel teimoso carbonil traz monóxido de carbono para síntese de acrilato, de acetileno e álcoois. Bário combinado e óxido de níquel (Banium₃) Serve como matéria-prima para a fabricação de catodos de muitas baterias recarregáveis, como Ni-CD, Ni-FE e NI-H.

Artigo biológico

As plantas exigem a presença de níquel para o crescimento. Sabe -se que várias enzimas de plantas o usam como cofator, incluindo UreASA; Enzima que converte a uréia em amônia, sendo capaz de usar esse composto no funcionamento das plantas.

Além disso, o acúmulo de uréia produz uma alteração nas folhas das plantas. O níquel age na forma de um catalisador para favorecer a fixação de nitrogênio por leguminosas.

As culturas mais sensíveis à deficiência de níquel são leguminosas (feijão e alfafa), cevada, trigo, ameixas e pêssegos. Sua deficiência se manifesta nas plantas por clorose, folhas de queda e deficiências de crescimento.

Em algumas bactérias, a enzima UreASA depende do níquel, mas são consideradas que podem ter uma ação virulenta nos organismos que habitam.

Outras enzimas bacterianas, como dismutase de super -corxido, bem como a glioxidase presente em bactérias e alguns parasitas, por exemplo, em trigonossomas, dependem de níquel. No entanto, as mesmas enzimas em espécies superiores não dependem de níquel, mas zinco.

Riscos

A ingestão de grandes quantidades de níquel está associada à geração e desenvolvimento de câncer pulmonar, nasal, laringe e próstata. Além disso, causa problemas respiratórios, insuficiência respiratória, asma e bronquite. Os vapores de níquel podem causar irritação pulmonar.

O contato de níquel com a pele pode causar sensibilização, que subsequentemente produz uma alergia, manifestada como uma erupção cutânea.

A exposição cutânea de níquel pode ser a causa de uma dermatite conhecida como "coceira de níquel", em pessoas previamente sensibilizadas. Quando a consciência do níquel ocorre, persiste indefinidamente.

A Agência Internacional de Pesquisa do Câncer (IARC), colocou os compostos de níquel no Grupo 1 (há evidências suficientes de carcinogenicidade em humanos). No entanto, a OSHA não regula o níquel como carcinogênio.

Recomenda -se que a exposição ao níquel metálico e seus compostos não possa ser maior que 1 mg/m³ por oito horas de trabalho em uma semana de trabalho de quarenta horas. Possui níquel carbonil e sulfeto de níquel como compostos muito tóxicos ou carcinogênicos.

Referências

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