Viquipèdia

Níquel

element químic amb nombre atòmic 28

El níquel és l'element químic de símbol Ni i nombre atòmic 28.[3] Forma part del grup 10 de la taula periòdica dels elements.

Níquel
28Ni
cobalt ← níquel → coure
-
↑
Ni
↓
Pd
Aspecte
Brillant, metàl·lic, platejat amb un matís daurat



Línies espectrals del níquel
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Níquel, Ni, 28
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 10, 4, d
Pes atòmic estàndard 58,6934(4)(2)
Configuració electrònica [Ar] 4s2 3d8 o [Ar] 4s1 3d9 (vegeu text)
2, 8, 16, 2 o bé 2, 8, 17, 1
Configuració electrònica de Níquel
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.) 		8,908 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f. 		7,81 g·cm−3
Punt de fusió 1.728 K, 1.455 °C
Punt d'ebullició 3.186 K, 2.913 °C
Entalpia de fusió 17,48 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 377,5 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 26,07 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.783 1.950 2.154 2.410 2.741 3.184
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 4[1], 3, 2, 1[2], -1
(òxid bàsic feble)
Electronegativitat 1,91 (escala de Pauling)
Energies d'ionització
(més) 		1a: 737,1 kJ·mol−1
2a: 1.753,0 kJ·mol−1
3a: 3.395 kJ·mol−1
Radi atòmic 124 pm
Radi covalent 124±4 pm
Radi de Van der Waals 163 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Cúbica centrada en la cara
Níquel té una estructura cristal·lina cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica Ferromagnètic
Resistivitat elèctrica (20 °C) 69,3 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 90,9 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 13,4 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (t. a.) 4.900 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 200 GPa
Mòdul de cisallament 76 GPa
Mòdul de compressibilitat 180 GPa
Coeficient de Poisson 0,31
Duresa de Mohs 4,0
Duresa de Vickers 638 MPa
Duresa de Brinell 700 MPa
Nombre CAS 7440-02-0
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del níquel
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
58Ni 68,077% 58Ni és estable amb 30 neutrons
59Ni traça 76.000 a ε - 59Co
60Ni 26,223% 60Ni és estable amb 32 neutrons
61Ni 1,14% 61Ni és estable amb 33 neutrons
62Ni 3,634% 62Ni és estable amb 34 neutrons
63Ni sin 100,1 a β− 0,0669 63Cu
64Ni 0,926% 64Ni és estable amb 36 neutrons

Història

L'ús del níquel es remunta aproximadament al segle iv aC, generalment junt amb el coure, ja que apareix ben sovint en els minerals d'aquest metall; bronzes originaris de l'actual Síria tenen continguts de níquel superiors al 2%. Manuscrits xinesos suggerixen que el «coure blanc» s'utilitzava a Orient cap a 1400-1700 aC, no obstant la facilitat de confondre les menes de níquel amb les de plata indueix a pensar que en realitat l'ús del níquel va ser posterior, cap al segle iv aC.

Els minerals que contenen níquel, com la niquelina, s'havien emprat, en confondre'ls amb mineral de cobalt, per a pintar el vidre.[4] A Alemanya, a les muntanyes Metal·líferes els miners anomenaven despectivament Kupfernickel a les menes que semblaven de coure, però de les quals no s'obtenia aquest metall, el coure de nickel. Nickel seria el nom d'una mena de follet o esperit maligne de les muntanyes.[5]

El 1751 Axel Fredrik Cronstedt, intentant determinar quins metalls d'interès contenien les menes de les mines sueques de Los (a l'època, Loos), va obtindre un metall que donava un color groc en dissoldre'l en àcid nítric. Inicialment, va pensar que havia trobat coure, i hi va afegir ferro esperant que la reacció prevista donaria coure vermell, però això no va succeir. Després de molts experiments va aconseguir aïllar el metall del mineral de kupfernickel.[6] Cronstedt va publicar el seu descobriment a les Transaccions de la Reial Acadèmia Sueca de les Ciències (Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar) el 1751 i el 1754.[7] Molts científics van reconèixer el descobriment del nou element, però d'altres mantenien que el níquel era una barreja de cobalt, ferro, arsènic i coure. Tots aquests dubtes es van esvair el 1775 quan Torbern Olof Bergman va demostrar que les barreges d'aquests elements, en qualsevol proporció, no presentaven les propietats del níquel.[6]

La primera moneda de níquel pur s'encunyà el 1881.

Abundància i obtenció

S'estima que el níquel és present a l'escorça terrestre en una proporció d'entre el 0,01 i el 0,02 %[8] o 84 ppm (g/t),[9] essent el 22è[8] o 23è[9] element més abundant. Hom suposa que és molt més abundant al nucli de la Terra, que estaria compost fonamentalment de ferro i níquel.[8] El níquel també apareix en forma de metall en alguns dels meteorits que cauen a la Terra, junt amb el ferro, formant aliatges com la kamacita o la taenita.

Les menes més habituals entre les que contenen níquel són la pentlandita (Ni,Fe)9S₈, una pirita magnètica amb més del 5% de níquel anomenada pirrotina Fe1–xS i la garnierita (Ni,Mg)₆(OH)₈Si₄O10. Altres minerals serien la gersdorffita NiAsS, la annabergita Ni₃(AsO₄)₂ · 8H₂O, la niquelina NiAs o la nepouïta Ni₃Si₂O₅(OH)₄.[8][9]

La taula següent mostra la producció de les mines de níquel l'any 2019 i l'estimació de la producció per al 2020 i de les reserves:

Producció mundial i reserves de níquel (en tones)[10]
Territori Producció 2019 Producció estimada 2020 Reserves estimades
Indonèsia 853.000 760.000 21.000.000
Filipines 323.000 320.000 4.800.000
Rússia 279.000 280.000 6.900.000
Nova Caledònia 208.000 200.000
Canadà 181.000 150.000 2.800.000
Austràlia 159.000 170.000 20.000.000
Xina 120.000 120.000 2.800.000
Brasil 60.600 73.000 16.000.000
República Dominicana 56.900 47.000
Cuba 49.200 49.000 5.500.000
Estats Units 13.500 16.000 100.000
Altres 310.000 290.000 14.000.000
Total (arrodonit) 2.610.000 2.500.000 94.000.000

Característiques principals

És un metall de transició de color blanc platejat, conductor de l'electricitat i de la calor, és dúctil i mal·leable pel que es pot laminar, polir i forjar fàcilment, i presenta cert ferromagnetisme. Es troba en diferents minerals, en meteorits (aliat amb ferro) i, en principi, hi ha níquel en l'interior de la Terra.

És resistent a la corrosió i se sol utilitzar com a recobriment, per mitjà d'electrodeposició. El metall i algun dels seus aliatges, com el monel, s'utilitzen per a manejar el fluor i alguns fluorurs pel fet que reacciona amb dificultat amb aquests productes.

El seu estat d'oxidació més normal és +2. Pot presentar-ne altres, s'han observat estats d'oxidació 0, +1 i +3 en complexos, però no en són gens característics.

Isòtops

En la naturalesa es troben 5 isòtops estables: Ni-58, Ni-60, Ni-61, Ni-62 i Ni-64, sent el més lleuger el més abundant (68,077%). S'han caracteritzat a més 18 isòtops radioactius dels que els més estables són el Ni-59, el Ni-63 i el Ni-56 amb períodes de semidesintegració de 76.000 anys, 100,1 anys i 6,077 dies respectivament. Els altres radioisòtops, amb masses atòmiques des de 52 uma (Ni-52) a 74 uma (Ni-74), tenen períodes de semidesintegració inferiors a 60 hores i la majoria no arriben els 30 segons. El níquel té a més un estat metaestable.

El Ni-56 es produeix en grans quantitats en supernoves de tipus II corresponent la forma de la corba de llum a la desintegració del Ni-56 en Co-56 i aquest en Fe-56.

El Ni-59 és un isòtop de llarga vida obtingut per cosmogènesis. Aquest isòtop ha trobat diverses aplicacions en la datació radiomètrica de meteorits i en la determinació de l'abundància de pols extraterrestre en gels i sediments. El Ni-60 és fill del Fe-60 (període de semidesintegració d'1,5 milions d'anys) la persistència del qual en el sistema solar en concentracions prou altes ha pogut causar variacions observables en la composició isotòpica del Ni-60, d'aquesta manera, l'anàlisi de l'abundància de Ni-60 en materials extraterrestres pot proporcionar informació sobre l'origen del sistema solar i la seua història primordial.

Aplicacions

Aproximadament el 65% del níquel consumit s'empra en la fabricació d'acer inoxidable austenític i un altre 12% en superaliatges de níquel. El restant 23% es reparteix entre altres aliatges, bateries recarregables, catàlisi, encunyació de moneda, recobriments metàl·lics i fosa:

Rol biològic

Moltes hidrogenases contenen níquel, especialment aquelles la funció de les quals és oxidar l'hidrogen. Sembla que el níquel pateix canvis en el seu estat d'oxidació el que indicaria que el nucli de níquel és la part activa de l'enzim.

El níquel està també present en l'enzim metil com a reductasa i en bacteris metanògens.

Precaucions

L'exposició al níquel metall i els seus compostos solubles no ha de superar els 0,05 mg/cm³ mesurats en nivells de níquel equivalent per a una exposició laboral de 8 hores diàries i 40 setmanals. Els vapors i la pols de sulfur de níquel se sospita que poden ser cancerígens.

El carbonil de níquel (Ni(CO)₄), generat durant el procés d'obtenció del metall, és un gas extremadament tòxic.

Les persones sensibilitzades poden manifestar al·lèrgies al níquel. La quantitat de níquel admissible en productes que puguin entrar en contacte amb la pell està regulada per la Unió Europea; tot i així, la revista Nature va publicar el 2002 un article en què investigadors afirmaven haver trobat en monedes d'1 i 2 euros nivells superiors als permesos, es creu que a causa d'una reacció galvànica.

Referències

  1. ↑ M. Carnes et al. «A Stable Tetraalkyl Complex of Nickel(IV)». Angewandte Chemie International Edition, 48, 2009, pàg. 3384. DOI: 10.1002/anie.200804435.
  2. ↑ S. Pfirrmann et al. «A Dinuclear Nickel(I) Dinitrogen Complex and its Reduction in Single-Electron Steps». Angewandte Chemie International Edition, 48, 2009, pàg. 3357. DOI: 10.1002/anie.200805862.
  3. ↑ «níquel». Gran Enciclopèdia Catalana. Grup Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 7 agost 2021].
  4. ↑ Enghag 2008, p. 689.
  5. ↑ Trifonov 1982, p. 62.
  6. ↑ 6,0 6,1 Trifonov 1982, p. 63.
  7. ↑ Enghag 2008, p. 690.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 Newton 2010, p. 377.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 Enghag 2008, p. 685.
  10. ↑ «NICKEL» (PDF) (en anglès). Mineral Commodity Summaries. U.S. Geological Survey, gener 2021, pàg. 2.

Bibliografia

  • Enghag, Per. Encyclopedia of the Elements (en anglès). WILEY-VCH Verlag GmbH, 2008, p. 76. ISBN 3-527-30666-8. 
  • Newton, David E. Chemical Elements (en anglès). Segona. Gale, 2010. ISBN 9781414476087. 
  • Trifonov, D. N.; Trifonov, V. D.. Chemical Elements - How They Were Discovered (en anglès). Moscou: MIR, 1982. 

Vegeu també

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Níquel

Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Níquel&oldid=32256480»