Cheminis elementas nikelis turi atominį skaičių 28 ir simbolį Ni. Tai blizgus, sidabriškai baltas metalas, kuriame yra nedidelis kiekis aukso. Tamprumo ir kietumo pereinamasis metalas yra nikelis. Nors grynas nikelis yra chemiškai reaktyvus, didelėms dalelėms su oru reaguoti užtrunka ilgiau nei įprastai, nes normaliomis sąlygomis ant paviršiaus išauga nikelio oksido pasyvavimo sluoksnis, kuris stabdo tolesnę koroziją. Tačiau žemės plutoje randami tik nedideli gryno natūralaus nikelio kiekiai, dažniausiai ultramafinėse uolienose ir didesnių nikelio-geležies meteoritų, kurie per savo laiką už Žemės atmosferos ribų nesusiliečia su deguonimi, viduje.
Geležis ir meteorinis nikelis dažnai aptinkami kartu, o tai rodo jų kilmę kaip esminius supernovos nukleosintezės šalutinius produktus. Daroma prielaida, kad išorinė ir vidinė Žemės branduoliai sudaryti iš geležies ir nikelio derinio.
B.C. Iki 3500 m. prieš Kristų žmonės naudojo nikelį (natūralaus meteorinio nikelio ir geležies lydinio pavidalu). Axelis Fredrikas Cronstedtas kobalto kasyklose Los, Hälsingland, Švedija, iš pradžių supainiojo rūdą su vario mineralu ir 1751 m. pirmą kartą atskyrė ir priskyrė nikelį į elementą. Elemento pavadinimas kilęs iš nikelio – išdykusios figūros vokiečių kasybos folklore, vaizduojančios vario ir nikelio rūdų atsparumą vario rafinavimui. Geležies rūdos limonitas, kuriame paprastai yra 1–2 % nikelio, yra ekonomiškai svarbus nikelio šaltinis. Natūraliai susidarantis silikato mineralų kompleksas, žinomas kaip pentlanditas ir garnieritas, yra du svarbūs nikelio rūdos mineralai. Pagrindinės gamybos vietos yra Norilskas, Rusija; Naujoji Kaledonija Ramiajame vandenyne; ir Kanados Sudbury regione.
Kiti trys feromagnetiniai elementai yra geležis, kobaltas ir gadolinis. Nikelis yra viena iš šių keturių medžiagų. Kalbant apie stiprumą, tarp nuolatinių magnetų iš geležies ir retųjų žemių magnetų yra Alnico magnetai, kurie yra iš dalies nikelio pagrindu. Metalas dažniausiai naudojamas lydiniuose ir dengiant atsparumą korozijai. Nerūdijantis plienas sudaro daugiau nei 68% pasaulinės produkcijos. Jis naudojamas įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, 10 nikelio ir vario lydinių, 9 % dengimui, 7 % legiruotojo plieno, 3 % liejyklų ir 4 % įkraunamų akumuliatorių, naudojamų elektrinėse transporto priemonėse (EV). Nors nikelis dažnai naudojamas monetose, nikeliui alergiją kartais gali sukelti nikeliuoti daiktai.
Nikelis yra medžiaga, naudojama įvairiuose specializuotuose chemijos pramonės procesuose, įskaitant degalų hidrinimą, įkraunamų baterijų katodų gamybą, pigmentus ir metalo paviršiaus apdorojimą. Daugelis bakterijų ir augalų su fermentais, kurių aktyvioji vieta yra nikelis, priima nikelį kaip esminę maistinę medžiagą.
Nikelio fizinės ir atominės savybės
Nikelis yra labai poliruojamas sidabriškai baltas metalas, turintis šviesiai auksinį atspalvį. Tik keturi elementai – geležis, kobaltas, gadolinis ir tas elementas – yra feromagnetiniai esant arba artimai aplinkos temperatūrai. Temperatūra, kurioje nikelis nustoja būti magnetinis, yra žinoma kaip Curie temperatūra, kuri yra 355 °C. Nikelio atominis spindulys yra 0,124 nm, o jo elementas yra į veidą orientuotas kubas, kurio gardelės parametras yra 0,352 nm.
Mažiausiai 70 GPa slėgio nepakanka šiai kristalų struktūrai sulaužyti. Pereinamųjų metalų atveju nikelis turi santykinai aukštą elektros ir šilumos laidumą ir yra kietas, kalus ir plastiškas. Dėl dislokacijų vystymosi ir migracijos tikroji biri medžiaga niekada nepasiekia didelio gniuždymo stiprumo – 34 GPa, kurio tikimasi tobuliems kristalams.
Tačiau Ni nanodalelės tai pasiekė.
Nesutarimas dėl elektronų konfigūracijos
Dvi atominių elektronų konfigūracijos, kurių nikelio energija yra gana panaši, yra [Ar] 3d8 4s2 ir [Ar] 3d9 4s1. [Ar] reiškia visą argono šerdies struktūrą. Yra diskusijų, kuri konfigūracija turi mažesnę energiją. [16] Nikelio elektronų konfigūracija pateikiama kaip [Ar] 4s2 3d8, dažnai rašoma kaip [Ar] 3d8 4s2. Su šia konfigūracija suderinama Madelung energijos užsakymo taisyklė, kuri teigia, kad 4s yra pilnas prieš 3d. Empirinė išvada, kad mažiausia nikelio atomo energijos būsena yra 3d8 4s2 energijos lygis – tiksliau 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4 lygis – patvirtina šią teoriją.
Tačiau dėl puikios struktūros kiekviena iš šių dviejų konfigūracijų yra padalinta į kelis energijos lygius ir du energijos lygių rinkiniai sutampa. Palyginti su Ar] 3d8 4s2, būsenų, kurių [Ar] 3d9 4s1, vidutinė energija iš tikrųjų yra mažesnė. Dėl to pagrindinės būsenos konfigūracija [Ar] 3d9 4s1 yra išvardyta akademinėje literatūroje apie atominius skaičiavimus.
Nikelio izotopai
Nikelio izotopų atominis svoris svyruoja nuo 48 u (48 Ni) iki 82 u (82 Ni). Penki stabilūs nikelio izotopai, randami gamtoje, yra 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni ir 64Ni, o 58Ni turi didžiausią natūralią gausą (68,077%).
Nikelio-62 surišimo energija yra didžiausia iš bet kurio nuklido, o nukleonų surišimo energija yra 8,7946 MeV. Jo rišamoji energija yra didesnė nei 56Fe ir 58Fe – du įprasti nuklidai dažnai klaidingai nurodomi kaip turintys didžiausią surišimo energiją. Nors tai rodo, kad nikelis yra labiausiai paplitęs sunkusis elementas visatoje, geležis iš tikrųjų yra daug dažniau dėl didelio nikelio fotointegracijos greičio žvaigždėse.
Seniai išnykusio radioaktyvaus 60Fe palikuonis yra nikelis-60 (pusėjimo laikas 2,6 mln. metų). Atsižvelgiant į ilgą 60Fe pusinės eliminacijos laiką ir jo išlikimą saulės sistemos komponentuose, galima pastebėti 60Ni izotopinės sudėties pokyčius. Vadinasi, 60Ni paplitimas svetimose medžiagose gali atskleisti Saulės sistemos formavimąsi ir ankstyvą vystymąsi.
Yra žinomi mažiausiai 26 radioaktyvūs nikelio izotopai; stabiliausi yra 76.000Ni, 59Ni ir 63Ni (56 dienos), kurių pusinės eliminacijos laikas yra 6 60 metų. Visų kitų radioaktyviųjų izotopų pusinės eliminacijos laikas yra mažesnis nei 30 valandų ir dažnai mažesnis nei XNUMX sekundžių. Be to, šis elementas turi meta būseną.
Deginant silicį, susidaro radioaktyvusis nikelis-56, kuris vėliau išsiskiria dideliais kiekiais Ia tipo supernovose. Šių supernovų šviesos kreivės viduriniuoju ir vėlyvuoju laiku yra nuosekliai formuojamos kaip 56Ni po elektronų gaudymo skyla į kobaltą-56, o vėliau į geležį-56. Nikelis-59 yra kosmogeninis radionuklidas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 76.000 XNUMX metų.
Izotopų geologijoje 59Ni buvo naudojamas keliais būdais. 59Ni buvo naudojamas matuojant nežemiškų dulkių kiekį lede ir nuosėdose, taip pat iki šiol meteoritų amžių Žemėje. Manoma, kad nikelis-110, kurio pusinės eliminacijos laikas šiuo metu yra 78 milisekundžių, vaidina svarbų vaidmenį supernovos nukleosintezėje už geležį sunkesnių elementų. Sunkiojo elemento izotopas, turintis didžiausią žinomą protonų kiekį, yra 1999Ni, rastas 48 m. 48Ni yra „dviguba magija“ su 28 protonais ir 20 neutronų, kaip ir 28Ni su 50 protonais ir 78 neutronų. Dėl to abu yra gana stabilūs branduoliams su tokiu reikšmingu protonų ir neutronų disbalansu.
Branduolinio reaktoriaus atraminėse konstrukcijose yra teršalo nikelio-63. Jis sukurtas naudojant nikelio-62 neutronų gaudymo procesą. Nedideli kiekiai taip pat buvo rasti netoli branduolinių ginklų bandymų poligonų Ramiojo vandenyno pietuose.
Šaltinis: Vikipedija
Günceleme: 14/03/2023 13:14