Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

НИ́КЕЛЬ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 22. Москва, 2013, стр. 713-714

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. И. Жиров

НИ́КЕЛЬ (лат. Niccolum), Ni, хи­мич. элемент VIII груп­пы ко­рот­кой фор­мы (10-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 28, ат. м. 58,6934. При­родный Н. со­сто­ит из пя­ти изо­то­пов: $\ce{^{58}Ni}$ (68,077%), $\ce{^{60}Ni}$ (26,223%), $\ce{^{61}Ni}$ (1,140%), $\ce{^{62}Ni}$ (3,634%), $\ce{^{64}Ni}$ (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 А. Крон­стед­том. Назв. про­ис­хо­дит от ми­не­ра­ла куп­фер­ни­ке­ля ($\ce{NiAs}$, 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 Н. в зем­ной ко­ре со­став­ля­ет 8·10–3% по мас­се. Из­вест­но св. 50 ми­не­ра­лов Н., важ­ней­ши­ми из ко­то­рых яв­ля­ют­ся пент­лан­дит $\ce{(Ni,Fe)9S8}$, мил­ле­рит $\ce{NiS}$, гар­ние­рит $\ce{(Ni,Mg)6Si4O10(OH)2}$ (см. Ни­ке­ле­вые ру­ды). Са­мо­род­ный Н. (в ви­де спла­ва с же­ле­зом) час­то вхо­дит в со­став ме­тео­ри­тов (см. Же­лез­ные ме­тео­ри­ты, Же­ле­зо­ка­мен­ные ме­тео­ри­ты).

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Н. $3d^84s^2$; в со­еди­не­ни­ях обыч­но про­яв­ля­ет сте­пе­ни окис­ле­ния +2, +4, ре­же +1, +3; энер­гии ио­ни­за­ции $\ce{Ni^0→Ni^{+1}→Ni^{+2}→Ni^{+3}→Ni^{+4}}$ со­от­вет­ст­вен­но рав­ны 737,1; 1753,0; 3395; 5300 кДж/моль; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 1,91; атом­ный ра­ди­ус 124,6 пм.

Ком­пакт­ный Н. – се­реб­ри­сто-бе­лый ме­талл с ха­рак­тер­ным бле­ском, очень ков­кий и пла­стич­ный; кри­стал­лич. ре­шёт­ка гра­не­цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­ская; $t_{пл}$ 1455 °C, $t_{кип}$ 2900 °C, плот­ность 8908 кг/м3 (при 20 °C); фер­ро­маг­не­тик, точ­ка Кю­ри 631 К; тем­пе­ра­тур­ный ко­эф. ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния 13,5·10–6 К–1. Мо­дуль уп­ру­го­сти 200 ГПа, твёр­дость по Бри­нел­лю 700 МПа.

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

Н. в мел­ко­дис­перс­ном со­стоя­нии об­ла­да­ет вы­со­кой ка­та­ли­тич. 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 $\ce{Ni}$ (20–50% по мас­се) с алю­ми­ни­ем с по­сле­дую­щей об­ра­бот­кой спла­ва кон­цен­три­ров. рас­тво­ром щё­ло­чи (для рас­тво­ре­ния $\ce{Al}$) и про­мы­ва­ни­ем ос­тат­ка во­дой в ат­мо­сфе­ре во­до­ро­да.

Н. от­но­сит­ся к мик­ро­эле­мен­там, не­об­хо­дим для жиз­не­дея­тель­но­сти мле­ко­пи­таю­щих и рас­те­ний, вхо­дит в со­став не­ко­то­рых фер­мен­тов. В ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка со­дер­жит­ся ок. 1 мг $\ce{Ni}$. Н. и ряд его со­еди­не­ний об­ла­да­ют ток­сич. дей­ст­ви­ем, вы­зы­ва­ют дер­ма­ти­ты, за­бо­ле­ва­ния ды­ха­тель­ной сис­те­мы, зло­ка­че­ст­вен­ные но­во­об­ра­зо­ва­ния и др.

Получение

Зна­чит. часть ме­тал­лич. Н. про­из­во­дит­ся из суль­фид­ных руд. Пер­вич­ные суль­фид­ные ру­ды Н. со­дер­жат в за­мет­ных ко­ли­че­ст­вах так­же $\ce{Co, Cu, Ag, Au}$ и пла­ти­но­вые ме­тал­лы, по­это­му их пе­ре­ра­бот­ка про­во­дит­ся с из­вле­че­ни­ем всех не­об­хо­ди­мых ком­по­нен­тов. На пер­вых ста­ди­ях пе­ре­ра­бот­ки – окис­лит. об­жи­ге кон­цен­тра­та – от­де­ля­ет­ся бо́ль­шая часть суль­фи­да $\ce{Fe}$ (осн. ком­по­нент пер­вич­ных руд). По­лу­чен­ный ок­сид­ный кон­цен­трат пе­ре­во­дят в рас­твор ам­миа­ка в при­сут­ст­вии ки­сло­ро­да и $\ce{CO2}$. Рас­твор от­де­ля­ют от $\ce{CoO}$ суль­фи­дом ам­мо­ния. За­клю­чит. ста­ди­ей очи­ст­ки яв­ля­ет­ся элек­тро­хи­мич. ра­фи­ни­ро­ва­ние. Кро­ме $\ce{Ni, Co}$ и $\ce{Cu}$, из анод­ных шла­мов мож­но вы­де­лить $\ce{Ag, Au}$ и пла­ти­но­вые ме­тал­лы. Объ­ём ми­ро­во­го про­из-ва Н. дос­ти­га­ет 1 млн. т/год.

Применение

Бо́ль­шую часть про­из­во­ди­мо­го Н. ис­поль­зу­ют как ком­по­нент ле­ги­ро­ван­ных ста­лей и для по­лу­че­ния спла­вов, об­ла­даю­щих вы­со­кой ме­ха­нич. проч­но­стью, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью, жа­ро­проч­ностью, жа­ро­стой­ко­стью, маг­нит­ны­ми и др. осо­бы­ми фи­зич. свой­ст­ва­ми (см. Ни­ке­ле­вые спла­вы). Ме­тал­лич. Н. при­ме­ня­ют для соз­да­ния по­кры­тий на по­верх­но­сти др. ме­тал­лов, как кон­ст­рук­ци­он­ный ма­те­ри­ал для хи­мич. ап­па­ра­ту­ры и ядер­ных ре­ак­то­ров, для из­го­тов­ле­ния ак­ку­му­ля­тор­ных элек­тро­дов, как ка­та­ли­за­тор.

Лит.: Пе­рель­ман Ф. М., Зво­ры­кин А. Я. Ко­бальт и ни­кель. М., 1975; Эмс­ли Дж. Эле­мен­ты. М., 1993.

Вернуться к началу