Pređi na sadržaj

Nikl

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Nikl
Opšta svojstva
Ime, simbolnikl, Ni
Izgledsjajan, metalan, i srebrn sa zlatnim nijansama
U periodnome sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Ni
↓
Pd
kobalt ← nikl → bakar ‍
Atomski broj (Z)28
Grupa, periodagrupa 10, perioda 4
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)58,6934(4)[1]
El. konfiguracija[Ar] 3d8 4s2 or
[Ar] 3d9 4s1
po ljuskama
2, 8, 16, 2 ili 2, 8, 17, 1
Fizička svojstva
Agregatno stanječvrsto
Tačka topljenja1728 K ​(1455 °‍C, ​2651 °F)
Tačka ključanja3003 K ​(2730 °‍C, ​4946 °F)
Gustina pri s.t.8,908 g/cm3
tečno st., na t.t.7,81 g/cm3
Toplota fuzije17,48 kJ/mol
Toplota isparavanja379 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet26,07 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1783 1950 2154
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 2410 2741 3184
Atomska svojstva
Oksidaciona stanja4,* 3, 2, 1,** −1, −2
*[2], **[3]
(blago bazni oksid)
Elektronegativnost1,91
Energije jonizacije1: 737,1 kJ/mol
2: 1753,0 kJ/mol
3: 3395 kJ/mol
(ostale)
Atomski radijus124 pm
Kovalentni radijus124±4 pm
Valsov radijus163 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​postraničnocentr. kubična (FCC)
Postraničnocentr. kubična (FCC) kristalna struktura za nikl
Brzina zvuka tanak štap4900 m/s (na s.t.)
Topl. širenje13,4 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost90,9 W/(m·K)
Elektrootpornost69,3 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedferomagnetičan
Jangov modul200 GPa
Modul smicanja76 GPa
Modul stišljivosti180 GPa
Poasonov koeficijent0,31
Mosova tvrdoća4,0
Vikersova tvrdoća638 MPa
Brinelova tvrdoća667–1600 MPa
CAS broj7440-02-0
Istorija
Otkriće i prva izolacijaAksel Kronstedt (1751)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
58Ni 68,077% stabilni
59Ni tragovi 7,6×104 y ε 59Co
60Ni 26,223% stabilni
61Ni 1,140% stabilni
62Ni 3,635% stabilni
63Ni syn 100 y β− 63Cu
64Ni 0,926% stabilni
reference • Vikipodaci

Nikl (Ni, lat. niccolum) metal je VIIIB grupe.[4][5] Ima 14 izotopa čije se atomske mase nalaze između 53—67, od kojih je postojano 5 (58, 60, 61, 62, 64). On je srebrnasto-svetli sjajni metal sa blagim zlatnim nijansama. Nikl pripada prelaznim metalima, veoma je tvrd i duktilan. Čisti nikl pokazuje znatnu hemijsku aktivnost, koja se može posmatrati kada se on pretvori u prah (da bi se povećala površina izložena hemijskoj reakciji), dok veći komadi metala reaguju vrlo sporo, stajanjem na vazduhu pri uslovima okoline polako grade zaštitni sloj oksida na površini. Čak i u tom slučaju, nikl je dovoljno reaktivan sa kiseonikom pa se samorodni nikl vrlo retko može naći na površini Zemlje, a takav nikl je ograničen samo na unutrašnjost većih nikl-željeznih meteorita gde je zaštićen od oksidacije tokom vremena koje takav meteorit provede u svemiru. Na Zemlji, takav samorodni nikl pronađen je u kombinaciji sa željezom, što je refleksija porekla tih elemenata kao najvećih krajnjih proizvoda nukleosinteze supernova. Smatra se da mešavina željeza i nikla čini unutrašnje jezgro Zemlje.[6]

Korištenje nikla (u vidu meteoritske nikl-željezne legure) može se pratiti u davnu prošlost, u periodu oko 3500. p. n. e. Međutim, kao hemijski element nikl je prvi put izolovao i klasifikovao Aksel Kronstedt 1751. godine, koji je prvobitno pogrešno identifikovao njegovu rudu kao mineral bakra. Ime elementa potiče od imena nestašnog duha iz nemačke rudarske mitologije, Nikela, koji je personifikacija činjenice da su se bakarno-niklove rude opirale njihovom rafiniranju u bakar. Ekonomski značajan izvor nikla je željezna ruda limonit, koja često sadrži 1-2% nikla. Drugi važni rudni minerali nikla su garnierit i pentlandit. Najveći proizvođači rude nikla su Kanada (regija Sadberi, gde se kopa ruda za koju se smatra da je meteoritskog porekla), Nova Kaledonija u Tihom okeanu i Norilsk u Rusiji.

Zbog spore oksidacije nikla pri sobnoj temperaturi, on se smatra otpornim na koroziju. Istorijski, ova činjenica je dovela do njegovog korištenja za prekrivanje drugih metala, naročito željeza i mesinga, za oblaganje hemijske opreme i izradu određenih legura koje zadržavaju visoki srebreni sjaj, poput takozvanog nemačkog srebra. Oko 6% svetske proizvodnje nikla i danas se koristi za oblaganje metala čistim niklom u svrhu zaštite od korozije. Smatra se da predmeti obloženi niklom mogu izazvati alergiju na nikl. Nikl se dosta koristi za proizvodnju raznih kovanica, mada je rast cene na tržištu poslednjih godina doveo do njegove zamene jeftinijim metalima.

Nikl je jedan od četiri elementa koji pokazuju feromagnetne osobine oko sobne temperature. Alniko stalni magneti, zasnovani jednim delom na niklu, imaju srednju snagu između stalnih magneta zasnovanih na željezu i magneta retkih zemalja. Nikl u modernom svetu je vredan uglavnom zbog njegovih legura. Oko 60% svetske proizvodnje potroši se za niklove čelike (naročito nerđajući čelik). Druge najčešće legure, kao i neke nove superlegure, čine najveći deo ostale potrošnje nikla u svetu, dok upotreba niklovih jedinjenja u hemijskoj industriji učestvuje sa manje od 3% u ukupnoj proizvodnji nikla.[7] U jedinjenjima, nikl ima brojne niše hemijskih načina proizvodnje, kao što je katalizator za hidrogenaciju. Enzimi u nekim mikroorganizmima i biljkama sadrže nikl kao aktivno mesto, što čini ovaj metal nezamenjivim hranjivim sastojkom za ta bića.

Istorijat

[uredi | uredi izvor]

Za razliku od Kineza, koji su izgleda za nikl znali od davnina, u Evropi se tek pred kraj sedamnaestog veka pojavio nemački izraz kupfernickel koji je značio „lažni bakar“, a odnosio se na rudu koja je imala izgled bakarne, ali nije davala bakar kada je tretirana uobičajenim procesom. Aksel Kronstedt je 1751. godine konstatovao da ova ruda sadrži neki novi metal. Njegovo gledište tada nije bilo prihvaćeno, pa je Le Saž tvrdio da je u pitanju jedinjenje kobalta, gvožđa, arsena i bakra. Torbern Bergman je dokazao da je Kronstedtov metal zapravo novi element, ali ne u čistom stanju.

Rasprostranjenost i nalaženje

[uredi | uredi izvor]

Zastupljen je u zemljinoj kori u količini od 80 ppm (engl. parts per million) u obliku minerala koji skoro obavezno sadrže i kobalt: milerita, garsdorfita i garnierita. Najvažnija nalazišta se nalaze u Sadberiju (Ontario, Kanada). Čist nikl se nalazi u nekim meteoritima.

Eksploatacija ruda

[uredi | uredi izvor]

Rude ovog metala obično sadrže i halkopirit i druge minerale bakra i gvožđa. Koncentrovanje rude vrši se flotacijom, pa se ruda prži da bi se uklonio jedan deo sumpora. Potom se ruda topi sa kvarcom, koksom i krečnjakom u manjoj jamičastoj peći, pri čemu ostaje smeša sulfida nikla, bakra i gvožđa. Oksidacijom se odstranjuje gvožđe i najveći deo sumpora. Dobijena smeša može da posluži za dobijanje legure jer sadrži sulfid nikla i bakra. da bi se odvojio i bakar, smeša se topi sa bisulfatom i koksom u vertikalnoj peći. Bisulfat se redukuje u sulfat koji rastvara kupro-sulfid, pre nego nikl-sulfid, pa se zato stvaraju dva sloja kada se smeša ohladi i očvrsne. Gornji sadrži gotovo sav bakar, a donji nikl. Donji se potom prži da bi se preveo u oksid, da bi se potom redukovao u sirovi metal za rafinaciju. Ovo je poznato kao Orfordov proces.

Osobine

[uredi | uredi izvor]

Nikl je umereno tvrd, blistav metal srebrnobele boje otporan na koroziju. Magnetičan je. Na vazduhu je postojan na običnim temperaturama, a u kiseoniku sagoreva gradeći oksid. Razblažena hlorovodonična i sumporna kiselina sporo deluju na njega, ali azotna kiselina deluje lako i tada se gradi nikl-nitrat.[8]

Atomske i fizičke osobine

[uredi | uredi izvor]
Molarna zapremina nikla u odnosu na pritisak pri sobnoj temperaturi
Procenjena proizvodnja rude nikla u svetu (u hiljadama tona)[9]
Zemlja 2011. 2012.
 Filipini 270 330
 Indonezija 290 320
 Rusija 267 270
 Australija 215 230
 Kanada 220 220
 Brazil 209 140
 Nova Kaledonija 131 140
Ukupna svetska proizvodnja 1.940 2.100

Nikl je srebrnasto beli metal sa blagim zlatnim nijansama, koji ima izuzetno visoki sjaj. On je jedan od samo četiri hemijska elementa koji su magnetični na približno sobnoj temperaturi; druga tri su željezo, kobalt i gadolinijum. Kirijeva tačka nikla iznosi 355 °C, što znači da komadi nikla iznad ove temperature nisu magnetični.[10] Jedinična ćelija nikla ima kubičan plošno centrirani oblik uz parametar rešetke od 0,352 nm, što daje atomski radijus od 0,124 nm. Ova kristalna struktura je stabilna do pritiska od najmanje 70 GPa. Nikl pripada prelaznim metalima, dosta je tvrd i duktilan.

Problem elektronske konfiguracije

[uredi | uredi izvor]

Atom nikla ima dve elektronske konfiguracije, [Ar] 3d8 4s2 i [Ar] 3d9 4s1, koje su vrlo blizu po energiji, simbol [Ar] označava strukturu jezgra sličnu argonu. U naučnim krugovima postoji određeno neslaganje o tome koju od ove dve konfiguracije treba smatrati onom sa najnižom energijom.[11] Hemijski priručnici navode elektronsku konfiguraciju nikla [Ar] 4s2 3d8[12] ili ekvivalentnu kao [Ar] 3d8 4s2.[13] Ova konfiguracija odgovara Madelungovom pravilu, koje predviđa da se 4s popunjava pre 3d. Ovu teoriju podržava i eksperimentalna činjenica da je stanje najniže energije atoma nikla energetski nivo 3d8 4s2, tačnije nivo 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4.[14]

Međutim, svaka od ovih konfiguracija zapravo izaziva set stanja sa različitim energijama.[14] Dva seta energija se međusobno preklapaju, a prosečna energija stanja ima konfiguraciju [Ar] 3d9 4s1 koja je zapravo niža od prosečne energije stanja koje ima konfiguraciju [Ar] 3d8 4s2. Iz tog razloga, naučna literatura o atomskim proračunima navodi da je konfiguracija osnovnog stanja nikla [Ar] 3d9 4s1.[11]

Izotopi

[uredi | uredi izvor]
Nikl-hlorid heksahidrat

Nikl u prirodi sastavljen je iz pet stabilnih izotopa: 58
Ni, 60
Ni, 61
Ni, 62
Ni i 64
Ni, među kojima je najviše zastupljen 58
Ni sa uđelom od 68,077% rasprostranjenosti. Izotop 62
Ni ima najvišu nuklearnu energiju vezanja od svih nuklida. Njegova energija vezanja je viša od izotopa 56
Fe, čija se često pogrešno navodi kao najviša, kao i izotopa 58
Fe.[15] Poznato je 18 radioaktivnih izotopa među kojima je najstabilniji 59
Ni čije vreme poluraspada iznosi 76 hiljada godina. Sledi izotop 63
Ni sa vremenom poluraspada od 100,1 godina te 56
Ni sa vremenom poluraspada od 6,077 dana. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 60 sati, a većina ih ima vremena poluraspada kraća od 30 sekundi. Ovaj element takođe ima i jedno meta stanje.[16]

Izotop nikl-56 proizvodi se tokom procesa gorenja silicija te se kasnije oslobađa u velikim količinama tokom supernove tipa Ia. Oblik svetlosne krive ovih supernovi počev od srednjih do kasnijih perioda odgovara raspadu putem elektronskog zahvata nikla-56 do kobalta-56 te konačno do željeza-56.[17] Izotop nikl-59 je dugovečni kosmogeni radionuklid sa vremenom poluraspada od oko 76 hiljada godina. Taj izotop je našao mnoge načine primene u izotopskoj geologiji. 59
Ni se koristi za određivanje zemaljskog vremena meteorita te određivanja količine vanzemaljske prašine u ledu i sedimentima. Izotop nikl-60 je kćerinski proizvod radionuklida željeza-60, koji se raspada sa vremenom poluraspada od 2,6 miliona godina. Pošto je željezo-60 tako dugovečno, njegova stalnost u materijalima u Sunčevom sistemu u dovoljno visokim koncentracijama je možda generiralo primetne varijacije u izotopskom sastavu nikla 60
Ni. Samim tim, količina 60
Ni prisutan u vanzemaljskom materijalu može dati uvid u poreklo Sunčevog sistema i njegove rane istorije. Izotop nikl-62 ima najvišu energiju vezivanja po jezgru od svih izotopa bilo kojeg elementa (8,7956 MeV/jezgru).[18] Izotopi teži od 62
Ni ne mogu se dobiti nuklearnom fuzijom bez gubitka energije. Izotop 48Ni, otkriven 1999, je izotop teškog elementa koji je najbogatiji protonima. Sa 28 protona i 20 neutrona, taj izotop je dvostruko magičan (poput olova 208Pb) i stoga neuobičajeno stabilan.[16][19]

Važna jedinjenja nikla

[uredi | uredi izvor]

Nikl gradi niz jedinjenja, okside, hidroksid i soli. Gradi i niz kompleksnih jedinjenja kao na primer heksammin-nikl(II)-bromid.

Dokazivanje i određivanje nikla

[uredi | uredi izvor]

Upotreba

[uredi | uredi izvor]

Koristi se za prevlačenje drugih metala (niklovanje) radi zaštite, jer je sam otporan na koroziju i ima srebrnast sjaj. U ovu svrhu posebno se upotrebljava legiran sa srebrom. Nikl u prahu se koristi kao katalizator u mnogim reakcijama u industriji, kao što je proizvodnja margarina (pri stvrdnjavanju ulja). Legure nikla i bakra se koriste za izradu kovanog novca, pribora za jelo. Nikl se takođe dodaje čeliku i drugim legurama da bi povećao njihovu otpornost na koroziju (tada ima 6-12% nikla). Niklohromni čelici (1,5-3,0% nikla) su veoma tvrdi i otporni na udarce, pa se koriste za pravljenje delova motora sa unutrašnjim sagorevanjem. U zavisnosti od procentnog udela nikla u leguri, kao i elemenata koji se uz nikl koriste za legiranje, dobijaju se različite legure koje imaju različite namene (invar, permaloj, platinit, monel-metal, kupronikl, manganin).

Biološki značaj

[uredi | uredi izvor]

Nikl je mikroelementi prisutan u mnogim enzimima. Dnevno bi ga trebalo minimalno unositi u količini 0,3 miligrama. U sprašenom stanju nikl se koristi kao katalizator. Na primer, u procesu hidrogenizovanja biljnih ulja.

Nikl u Srbiji

[uredi | uredi izvor]

Nalazište rude ima na Golešu kod Lipljana i u području planine Rudnika u Šumadiji. Na planini Golešu postoji rudnik nikla, a u Glogovcu topionica nikla.

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Carnes, Matthew; Buccella, Daniela; Chen, Judy Y.-C.; Ramirez, Arthur P.; Turro, Nicholas J.; Nuckolls, Colin; Steigerwald, Michael (2009). „A Stable Tetraalkyl Complex of Nickel(IV)”. Angewandte Chemie International Edition. 48 (2): 3384. PMID 19021174. doi:10.1002/anie.200804435. 
  3. ^ Pfirrmann, Stefan; Limberg, Christian; Herwig, Christian; Stößer, Reinhard; Ziemer, Burkhard (2009). „A Dinuclear Nickel(I) Dinitrogen Complex and its Reduction in Single-Electron Steps”. Angewandte Chemie International Edition. 48 (18): 3357. PMID 19322853. doi:10.1002/anie.200805862. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Stixrude, Lars; Evgeny Waserman; Ronald Cohen (1. 11. 1997). „Composition and temperature of Earth's inner core”. Journal of Geophysical Research. American Geophysical Union. 102 (B11): 24729—24740. Bibcode:1997JGR...10224729S. doi:10.1029/97JB02125. Arhivirano iz originala 14. 05. 2012. g. Pristupljeno 02. 02. 2019. 
  7. ^ E., Derek G. Kerfoot (2005). „Nickel”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. doi:10.1002/14356007.a17_157. 
  8. ^ Rajković, M. B.; et al. (1993). Analitička hemija. Beograd: Savremena administracija. 
  9. ^ Cordellier, Serge. L'état du monde 2005, annuaire économique géopolique mondial (na jeziku: francuski). Editions La Découverte. ISBN 978-2707146441. 
  10. ^ Kittel, Charles (1996). Introduction to Solid State Physics. Wiley. str. 449. ISBN 978-0-471-14286-7. 
  11. ^ a b Scerri, Eric R. (2007). The periodic table: its story and its significance. Oxford University Press. str. 239—240. ISBN 978-0-19-530573-9. 
  12. ^ G.L. Miessler; D.A. Tarr (1999). Inorganic Chemistry (2 izd.). Prentice–Hall. str. 38. ISBN 9780138418915. 
  13. ^ R.H. Petrucci; et al. (2002). General Chemistry (8 izd.). Prentice–Hall. str. 950. ISBN 978-0130143297. 
  14. ^ a b Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J., NIST ASD Team (2014). NIST Atomic Spectra Database, (ver. 5.2), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD; da bi se došlo do podataka za nivo atoma nikla, potrebno je upisati "Ni I" u okvir Spectrum i kliknuti na link Retrieve data (jezik: engleski)
  15. ^ M. P. Fewell (1995). „The atomic nuclide with the highest mean binding energy”. American Journal of Physics. 63 (7): 653. doi:10.1119/1.17828.  arhivirano
  16. ^ a b Georges, Audi; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  17. ^ Bernard Ephraim Julius Pagel (1997). „Further burning stages: evolution of massive stars”. Nucleosynthesis and chemical evolution of galaxies. str. 154-160. ISBN 978-0-521-55958-4. 
  18. ^ „The Most Tightly Bound Nuclei”. Pristupljeno 19. 11. 2008. 
  19. ^ W. P. (23. 10. 1999). „Twice-magic metal makes its debut – isotope of nickel”. Science News. Arhivirano iz originala 24. 09. 2015. g. Pristupljeno 29. 9. 2006. 

Spoljašnje veze

[uredi | uredi izvor]
Nikl na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Никл&oldid=25909421”