Nikkel

Allikas: Vikipeedia
28



2
16
8
2
Ni
58,71
Nikkel

Nikkel (sümbol Ni) on ferromagneetiline keemiline element järjekorranumbriga 28. See on värvuselt hõbevalge läikiv metall kerge kuldse varjundiga. Sellel on 5 stabiilset isotoopi massiarvudega 58, 60, 61, 62 ja 64.

Nikli tihedus normaaltingimustel on 8,9 g/cm3. Nikli sulamistemperatuur on 1455 °C ja keemistemperatuur 2913 °C.

Tähtsamad niklisulamid on nikroom (nikkel + kroom), melhior (vask + nikkel), invar (raud + nikkel) ja platiniit (raud + nikkel).

Ta on toatemperatuuril keemiliselt püsiv. Õhuhapnikuga kokkupuutel moodustub selle pinnale aja jooksul oksiidi kiht, mis kaitseb metalli edasise oksüdeerumise eest.

Massi järgi on nikkel Maal kuues element raua, hapniku, räni, magneesiumi ja väävli järel ning moodustab 1,8% Maa massist. Samas on see koos rauaga koondunud Maa tuuma ja maakoores leidub seda vähem.

Levik[muuda | muuda lähteteksti]

Garnieriit on üks tuntumaid niklimineraale.

Nikkel on maakoores keskmiselt levinud element. Tuntud on ligi 50 niklimineraali, neist tähtsamad on sulfiidsed ühendid nagu näiteks pentlandiit (FeNi)9S8, milleriit NiS, aga ka mõned slikaadsed mineraalid, näiteks garnieriit (Ni,Mg)6Si4O10(OH)8. Niklit toodetakse peamiselt sulfiidsetest vask-nikkelmaakidest (Kanadas, Austraalias ja Lõuna-Aafrikas) või silikaatsest toormest (Uus-Kaledoonias, Kuubal, Filipiinidel, Indoneesias jm). Üldvarusid maismaal hinnatakse 70 miljonile tonnile.

Avastamine ja nimetus[muuda | muuda lähteteksti]

Nikkel oli sulamites (vase ja tsingiga) kasutusel juba Vana-Hiinas üle viie tuhande aasta tagasi. Individuaalsel kujul avastas ja eraldas nikli rootsi mineraloog Axel Fredrik Cronstedt Rootsi looduslikust nikkelarseeniidist NiAs 1751. aastal. Seda mineraali tunti juba palju varem saksakeelse nime Kupfernickel all ja seostati kiusliku Saksi mäevaimuga (ligikaudses tõlkes on Kupfernickel „vana Nick’i vask“), kes ei lase sellest maagist vaske sulatada. Tegelik põhjus seisnes asjaolus, et Kupfernickel (praeguse nimetusega nikoliit või nikeliin) oli väliselt väga sarnane vasemaagi koostisega Cu2O (mõlemad mineraalid on ühesugust punast värvi). Cronstedti avastus ei leidnud kaua aega tunnustust (teadlane suri enne seda 1765. aastal). Puhtamal kujul eraldas nikli rootsi keemik ja metallurg Torbern Bergman 1775. aastal. Füüsikalised omadused määratles täpsemalt alles 19. sajandi alguses Jeremias Benjamin Richter.

Saamine[muuda | muuda lähteteksti]

Elektrolüütiliselt saadud puhas nikkel.

Nikli saamise tehnoloogia oleneb suuresti kasutatavast toormest. Rakendatakse nii püro- kui ka hüdrometallurgilisi meetmeid.

Silikaatsed maagid ei ole rikastatavad (kasutada tuleb kogu maaki). Neid töödeldakse loistamisega ning saadakse ebapuhas ferronikkel. Viimasele lisatakse väävliühendeid (FeS2 või CaSO4) ja puhutakse konverteris läbi raua eemaldamiseks, peenestatakse ja põletatakse ning moodustunud NiO-st redutseeritakse nikkel.

Sulfiidseid vase-niklimaake töödeldakse nende spetsiifikast olenevalt erinevalt. Maagikontsentraatidele lisatakse sageli SiO2 ja allutatakse korduvalt paagutamisele ning sulatamisele (sulfiidid redutseeruvad, tekkiv raudoksiid läheb silikaadi moodustumisel räbu koostisesse). Järgneb keerukate sulfiidide (Ni3S2, Cu2S jt) ning metallide (Ni, Cu) segu eraldamine, mis sisaldab sulatamist NaHSO4-ga jt töötlusi. Lõppfaasis eraldatakse nikkel sageli elektrolüüsiga.

Omadused[muuda | muuda lähteteksti]

Oksüdeerunud nikli pind on värvuselt roheline.

Nikkel on lihtainena hõbevalge, kollaka läikega plastne metall. Ta on hästi töödeldav, kuid juba vähesed lisandid, eriti väävel ja hapnik, halvendavad oluliselt mehaanilisi omadusi ja korrosioonikindlust. Nikkel on ferromagneetik, Curie’ punkt on 631K.

  • Keemiliselt on kompaktne nikkel väheaktiivne, õhus püsiv. Metall kattub õhus NiO kaitsekihiga ning on püsiv kuni umbes 800 °C.
  • Hapetega H2SO4, HCl, H3PO4 ja HF reageerib nikkel väga aeglaselt, kuid reageerib kergesti lahja HNO3-ga, kontsentreeritud HNO3 toimel passiveerub.
  • Nikkel ei reageerileeliste lahustega (ega sulandid, ka mitte vedel NH3), nikkel reageerib (õhu juuresolekul) NH3 vesilahusega. Alles üle 550 °C oksüdeerub nikkel sulatatud NaOH toimel (viimane redutseerub seejuures vaba naatriumini): 2Ni + 2NaOH → 2NiO + 2Na + H2.

Vee ja õhuniiskuse suhtes on nikkel püsiv.

Ühendid[muuda | muuda lähteteksti]

Nikli korrosioon happevihma toimel.

Soolad ja hüdroksiidid[muuda | muuda lähteteksti]

Nikli kõige laialdasemalt kasutatavad ühendid on veeslahustuvad Ni(II) soolad. Nad esinevad enamasti sinakasroheliste või roheliste kristallhüdraatidena, levinumad soolad on kloriid, sulfaat ja nitraat, vastavalt NiCl2•6H2O, NiSO4•7H2O ja Ni(NO3)2•6H2O. Soolade lahustumisel tekib sinakasroheline lahus (Ni2+-iooni värvus). Leeliste toimel Ni(II) soolade lahustele moodustub Ni(OH)2 roheka värvusega sade. Ni(OH)2 oksüdeerumisel (aeglaselt õhus, kiiremini oksüdeerijate, nt H2O2 või Br2 toimel) tekib must kristalne nikkel(III)oksiidhüdroksiid NiO(OH)

Oksiidid[muuda | muuda lähteteksti]

Nikli binaarsetest oksiididest esineb vaid üks ühend – nikkelmonooksiid NiOx (x ~ 1). See aine leidub ka looduses (mineraal bunseniit), olenevalt saamistingimustest esineb α- ja β-NiO. NiO värvus võib varieeruda helerohelisest kuni mustani. NiO saadakse nikli kuumutamisel õhus või hapnikus ning Ni(NO3)2, NiCO3 või Ni(OH)2 termilisel lagunemisel. NiO kasutatakse Ni(II) soolade ja katalüsaatorite, klaasipigmentide ning glasuuride saamiseks. Üle 1230 °C algab NiO dissotsiatsioon (tekib Ni ja O2). NiO moodustab kaksikoksiide teiste metallioksiididega (nt. BaNiO2).

Tootmine ja kasutamine[muuda | muuda lähteteksti]

Puhtast niklist valmistatud mündid.

Nikli aastane toodang jääb umbes miljoni tonnini. Osa metallist toodetakse ferroniklina (sulam rauaga, mida saab kasutada teiste Ni-sulamite saamisel). Rõhuv enamus nikli toodangust kasutatakse ära nii raua- kui ka värviliste metallide sulamite koostises. Rakendatakse ka teiste metallide elektrolüütilist nikliga katmist (nikeldamist) kaitseks korrosiooni vastu. Mõni protsent nikli toodangust kasutatakse katalüsaatorite saamiseks, mida rakendatakse sünteesikeemias ja toiduainetööstuses (margariini tootmisel vedelrasvades nende katalüütilisel hüdrogeenimisel). Põhilised niklitootjad maailmas on Venemaa, Kanada, Uus-Kaledoonia ja Austraalia.

Bioloogiline roll[muuda | muuda lähteteksti]

Täiskasvanud 70 kg kaaluvas inimeses leidub niklit umbes 0,9–9 mg ja see on vajalik mitme ensüümi kofaktorina.[1]

Enamus organismi jõudnud niklist eemaldatakse neerude kaudu. Suures koguses on aga nikkel toksiline.

Niklit sisaldab näiteks ensüüm ureaas, mis katalüüsib karbamiidi ehk uurea lagunemist.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Biokeemia 1 slaid 35

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]

Keemiliste elementide perioodilisuse süsteem
Metallid Poolmetallid Väärisgaasid Mittemetallid Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid

Berüllium - Magneesium - Alumiinium - Skandium - Titaan - Vanaadium - Kroom - Mangaan - Raud - Koobalt - Nikkel - Vask - Tsink - Gallium - Ütrium - Tsirkoonium - Nioobium - Molübdeen - Tehneetsium - Ruteenium - Roodium - Pallaadium - Hõbe - Kaadmium - Indium - Tina - Hafnium - Tantaal - Volfram - Reenium - Osmium - Iriidium - Plaatina - Kuld - Elavhõbe - Tallium - Plii - Vismut - Poloonium - Rutherfordium - Dubnium - Seaborgium - Bohrium - Hassium - Meitneerium - Darmstadtium - Röntgeenium - Koperniikium - Ununtrium - Fleroovium - Ununpentium