Ни́кель (лат. Niccolum), Ni, химический элемент VIII группы короткой формы (10-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 28, атомная масса 58,6934. Природный никель состоит из пяти изотопов: ⁵⁸Ni (68,077 %), ⁶⁰Ni (26,223 %), ⁶¹Ni (1,140 %), ⁶²Ni (3,634 %), ⁶⁴Ni (0,926 %). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 50–78.

Историческая справка

Никельсодержащие сплавы были известны в Китае более 2000 лет назад. Элемент открыт (выделен в форме простого вещества) в 1751 г. А. Кронстедтом. Название происходит от минерала купферникеля (NiAs, никелин), известного уже в 17 в. и часто вводившего в заблуждение горняков внешним сходством с медными рудами (нем. Kupfer – медь, Nickel – горный дух, якобы подсовывавший горнякам вместо руды пустую породу).

Распространённость в природе

Содержание никеля в земной коре составляет 8·10^–3 % по массе. Известно свыше 50 минералов никеля, важнейшими из которых являются пентландит (Ni,Fe)₉S₈, миллерит NiS, гарниерит (Ni,Mg)₆Si₄O₁₀(OH)₂. Самородный никель (в виде сплава с железом) часто входит в состав железных и железокаменных метеоритов.

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома никеля 3d⁸4s²; в соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +4, реже +1, +3; энергии ионизации Ni⁰→Ni⁺¹→Ni⁺²→Ni⁺³→Ni⁺⁴ соответственно равны 737,1; 1753,0; 3395; 5300 кДж/моль; электроотрицательность по Полингу 1,91; атомный радиус 124,6 пм.

Компактный никель – серебристо-белый металл с характерным блеском, очень ковкий и пластичный; кристаллическая решётка гранецентрированная кубическая; t_пл 1455 °C, t_кип 2900 °C, плотность 8908 кг/м³ (при 20 °C); ферромагнетик, точка Кюри 631 К; температурный коэффициент линейного расширения 13,5·10^–6 К^–1. Модуль упругости 200 ГПа, твёрдость по Бринеллю 700 МПа.

Никель химически малоактивен. Компактный металл не окисляется на воздухе при комнатной температуре, при нагревании выше 800 °C окисляется с поверхности (тонкодисперсный никель пирофорен). Никель в природе.Никель в природе.Никель медленно взаимодействует с соляной, серной кислотами; быстро растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием раствора нитрата никеля(II); концентрированной азотной кислотой пассивируется. С растворами и расплавами щелочей и карбонатов щелочных металлов не взаимодействует. Поглощает H₂ и образует с ним твёрдые растворы; гидриды NiH и NiH₂ получают косвенными путями. Компактный Ni не реагирует с N₂ и NH₃, мелкодисперсный – с NH₃ при 300–400 °C образует нитрид Ni₃N. Расплавленный Ni растворяет углерод, образуя карбид Ni₃C, который разлагается при кристаллизации расплава. Мелкодисперсный Ni взаимодействует с CO, образуя тетракарбонил никеля Ni(CO)₄, который используют для получения никеля высокой чистоты. При сплавлении с кремнием образует силициды Ni₅Si₂, Ni₂Si, NiSi, при сплавлении с бором – бориды Ni₃B, Ni₂B, Ni₃B₂, Ni₄B₃, NiB₁₂, NiB. С кислородом при нагревании даёт оксид никеля(II) NiO, при электрохимическом окислении – гидратированный оксид никеля(III) NiO(OH) и оксид никеля(IV) NiO₂. Никель реагирует при нагревании с парáми серы, давая сульфиды NiS, NiS₂, Ni₃S₂, Ni₃S₄, Ni₆S₅ и Ni₇S₆. С парáми фосфора образует фосфиды Ni₅P₂, Ni₂P и Ni₃P, с галогенами – безводные дигалогениды. Реакция с F₂ даёт дифторид в виде плёнки на поверхности компактного металла, поэтому аппаратура, изготовленная из Ni и его сплавов, может быть использована для работы с фтором, фтороводородом и плавиковой кислотой. Фторирование смеси KCl и NiCl₂ приводит к фторидному комплексу Ni(IV)K₂[NiF₆], используемому в качестве фторирующего реагента. Для никеля характерно образование комплексных соединений, например парамагнитных октаэдрических комплексов [Ni(NH₃)₆]²⁺ и [Ni(H₂O)₆]²⁺, диамагнитных квадратных комплексов [Ni(CN)₄]^2–. Образует разнообразные по структуре никельорганические соединения.

Никель в мелкодисперсном состоянии обладает высокой каталитической активностью в реакциях гидрирования, дегидрирования, окисления, изомеризации, конденсации. Как катализатор широко используется т. н. никель Ренея (мелкораздробленный порошок, насыщенный водородом), получаемый при сплавлении при 1200 °C Ni (20–50 % по массе) с алюминием с последующей обработкой сплава концентрированным раствором щёлочи (для растворения Al) и промыванием остатка водой в атмосфере водорода.

Никель относится к микроэлементам, необходим для жизнедеятельности млекопитающих и растений, входит в состав некоторых ферментов. В организме человека содержится около 1 мг Ni. Никель и ряд его соединений обладают токсичным действием, вызывают дерматиты, заболевания дыхательной системы, злокачественные новообразования и др.

Получение

Значительную часть металлического никеля производят из сульфидных руд. Первичные сульфидные руды никеля содержат в заметных количествах также Co, Cu, Ag, Au и платиновые металлы, поэтому их переработка проводится с извлечением всех необходимых компонентов. На первых стадиях переработки – окислительном обжиге концентрата – отделяется бо́льшая часть сульфида Fe (основной компонент первичных руд). Полученный оксидный концентрат переводят в раствор аммиака в присутствии кислорода и CO₂. Раствор отделяют от CoO сульфидом аммония. Заключительной стадией очистки является электрохимическое рафинирование. Кроме Ni, Co и Cu, из анодных шламов можно выделить Ag, Au и платиновые металлы. Объём мирового производства никеля достигает 1 млн т/год (2013).

Применение

Бо́льшую часть производимого никеля используют как компонент легированных сталей и для получения сплавов, обладающих высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, жаростойкостью, магнитными и другими особыми физическими свойствами. Металлический никель применяют для создания покрытий на поверхности других металлов, как конструкционный материал для химической аппаратуры и ядерных реакторов, для изготовления аккумуляторных электродов, как катализатор.