Hóa chất niken và các tính chất khác. Niken - tính chất và ứng dụng

Với bạc, ngành công nghiệp ngày nay sử dụng gần như toàn bộ bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học một cách liên tục.


Một trong những vị trí danh dự trong danh sách các nguyên tố quan trọng nhất của ngành luyện kim là niken - một kim loại màu bạc, rất sáng bóng và có một số phẩm chất hữu ích.

Niken là gì?

Lịch sử đã không lưu giữ tên của người phát hiện ra niken, vì kim loại này đã được con người biết đến từ rất lâu. Các mẫu đầu tiên của nó được tìm thấy trong các thiên thạch, và do đó cực kỳ hiếm. Chúng được sử dụng để làm bùa và vũ khí “bùa mê” không bao giờ rỉ sét.

Quặng niken thường được tìm thấy ở các mỏ đồng ở Sachsen vào thời Trung cổ, nhưng sau đó người ta không biết cách nấu chảy kim loại từ nó. Các thợ mỏ người Đức gọi nó là “kupfernickel” hay đồng giả và vứt bỏ nó một cách khinh thường. Người ta tin rằng gã lùn độc ác Old Nick đã biến quặng đồng thành những viên đá vô giá trị. Nhà tự nhiên học người Thụy Điển A. Kronstedt đã có thể tách kim loại nguyên chất khỏi quặng niken vào năm 1775, nhưng khi đó họ không thể tìm ra cách sử dụng nó.

Có độ dẻo tốt, niken dễ dàng bị rèn và thực tế không bị oxy hóa dưới tác động của không khí hoặc nước, được phủ một lớp màng oxit mỏng để bảo vệ nó khỏi quá trình oxy hóa thêm. Nhưng nếu bạn nghiền kim loại ở trạng thái bột thì khi tiếp xúc với không khí sẽ dễ bốc cháy, oxy hóa và tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Điểm nóng chảy của nó khá cao và đạt tới 1455 độ C.


Nó là một kim loại màu bạc có tông màu vàng nhẹ, có độ bóng mạnh và dễ đánh bóng. Nó có đặc tính sắt từ, tức là nó bị nam châm hút. Độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn đã khiến nó trở nên cực kỳ phổ biến trong ngành công nghiệp hiện đại.

Niken được dùng để làm gì?

Ứng dụng chính của niken ngày nay là sản xuất thép không gỉ hợp kim cao. Bằng cách thêm niken và crom vào sắt nóng chảy, các nhà luyện kim đã nấu chảy ra những hợp kim cực kỳ mạnh nhưng đồng thời lại dẻo với khả năng chống ăn mòn cao. Bề mặt của kim loại sáng bóng và có thể được đánh bóng tốt, đồng thời hợp kim vẫn giữ được chất lượng khi nung nóng kéo dài và lặp đi lặp lại ở nhiệt độ cao.

Thép không gỉ và thép chịu nhiệt cần thiết trong một số ngành công nghiệp, chủ yếu là sản xuất thực phẩm, hóa dầu, sản xuất máy bay, sản xuất ô tô, sản xuất máy công cụ, v.v. Ngành công nghiệp quân sự sản xuất thép bọc thép có chứa niken.

Thép có chứa niken cũng có nhu cầu không kém trong ngành xây dựng. Chúng được sử dụng để tạo ra các yếu tố nội thất của tòa nhà - lan can, hàng rào, lan can, các yếu tố của nhóm lối vào. Trong ngành công nghiệp đồ nội thất ngày nay, các bộ phận định hình làm bằng thép không gỉ được đánh bóng, phụ kiện, cơ cấu đồ nội thất, v.v. Một lĩnh vực ứng dụng rộng rãi khác của niken là sản xuất các đồ dùng gia đình khác nhau (bát đĩa, dao kéo, v.v.) và các thiết bị gia dụng từ thép không gỉ.

Niken thường được sử dụng làm lớp phủ để bảo vệ các sản phẩm gang và thép khỏi bị ăn mòn. Mạ niken được thực hiện bằng phương pháp hóa học và mạ điện. Các bộ phận kết cấu mạ niken rất cần thiết trong công nghiệp hóa chất và sản xuất pin kiềm cho ô tô, vì kim loại này có khả năng chống lại dung dịch axit và kiềm. Niken và các hợp chất của nó thường đóng vai trò là chất xúc tác trong một số quá trình hóa học. Các bộ phận làm nóng có chứa niken (alumel, nichrome, permalloy, monel, v.v.) có hiệu suất nhiệt cao và được sử dụng trong cả thiết bị công nghiệp và thiết bị gia dụng.


Do có độ sáng bóng và độ cứng cao nên niken được dùng làm tiền xu ở nhiều nước. Không giống như bạc và đồng mềm hơn, đồng xu chứa niken được sử dụng trong nhiều thập kỷ mà hầu như không bị mài mòn. Tất nhiên, độ sáng bóng dần dần mờ đi, nhưng ngay cả những đồng xu cũ vẫn có hình in nổi được bảo quản hoàn hảo.

Niken là kim loại có độ phản ứng hóa học thấp, có màu trắng bạc. Nguyên tố này được ký hiệu là Ni và nằm ở nhóm thứ mười của chu kỳ thứ tư của bảng tuần hoàn.

Một câu chuyện rất thú vị có liên quan đến nguồn gốc tên gọi của nguyên tố này. Sự thật là trong cái tên Nicolaus trong thần thoại Đức, họ gọi kẻ gây ra trò nghịch ngợm, ác linh, kẻ hai mặt. Điều này được giải thích là do quặng tạo ra niken có bề ngoài rất giống nhau, nhưng thành phần hóa học của nó là niken arsenide (niken pyrit đỏ), khi nấu chảy sẽ giải phóng khí asen độc hại. Những nỗ lực cô lập đồng đã không thành công, nhưng vào năm 1751, nhà khoáng vật học người Thụy Điển Kronstedt đã cô lập được oxit xanh. Sau khi khôi phục nó, nhà nghiên cứu đã thu được kim loại, sau này được gọi là niken.

Tìm niken trong tự nhiên

Quặng niken chính:

• niken (niken pyrit đỏ, cupfernickel) NiAs;
• Millerit (niken pyrit màu vàng) NiS;
• pentlandit (Fe,Ni)₉S₈;
• pyrit từ tính (Fe, Ni, Cu)S;
• ánh asen-niken (gersdorffite) NiAsS.

Pentlandit

Ứng dụng niken

Và mặc dù nguyên tố này không hoạt động về mặt hóa học nhưng nó đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ví dụ, niken được mạ trên các kim loại khác để bảo vệ chúng khỏi... Ni cũng có thể được sử dụng để chế tạo các tấm kim loại rất mỏng dùng trong thiết bị điện tử, đặc biệt là pin.

Hợp kim niken cũng được sử dụng tích cực trong chân tay giả và sản xuất niềng răng.

Tính chất vật lý của niken

Niken là kim loại có màu trắng bạc, không bị xỉn màu. Trong không khí nó trở nên được bao phủ.

Niken rất cứng nhưng đồng thời cũng khá dẻo và dễ uốn.

Điểm nóng chảy là 1455 ° C, điểm sôi khoảng 2900 ° C và mật độ là 8,90 kg/dm³.

Niken có tính sắt từ với điểm nhiệt độ ≈ 358°C.

Tính chất hóa học của niken

Niken trong hợp chất có thể có các trạng thái oxy hóa sau: +1, +2, +3 và +4. Các hợp chất trong đó niken có trạng thái oxy hóa +4 rất hiếm và không ổn định. Khi đun nóng trên 800 °C, niken phản ứng với oxy tạo thành oxit:

2Ni + O₂ → 2NiO

Khoáng bunsenit (NiO)

Bột niken trong không khí. Kết quả là các oxit niken được hình thành:

5Ni + 3O₂ → 3NiO + Ni₂O₃

Phản ứng với cacbon monoxit tạo thành khí cacbonyl độc:

Ni + 4СO → Ni(СO)₄

Ở nhiệt độ cao, nó phản ứng với nitơ tạo thành niken nitrit:

Ni + N₂ = Ni₃N₂

Phản ứng tỏa nhiệt xảy ra với lưu huỳnh:

Khi đun nóng, carbon, boron, silicon và phốt pho cũng tạo thành các hợp chất có thành phần không cân bằng hóa học, ví dụ:

3Ni + C = Ni₃C,

2Ni + B = Ni₂B,

3Ni + P = Ni₃P.

Kim loại phản ứng với halogen tạo thành halogenua:

Ni + Cl₂ = NiCl₂.

Niken có khả năng hấp thụ hydro, dẫn đến sự hình thành dung dịch rắn của hydro trong niken.

Kim loại niken phản ứng với axit nitric

3Ni + 8HNO₃ = 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Khi đun nóng, nó phản ứng với axit nitric và sulfuric đậm đặc:

Ni + 2H₂SO₄ = NiSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

Ni + 4HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

Niken sunfat khan

Với dung dịch loãng của axit clohydric và axit sunfuric:

Ni + 2HCl = NiCl₂ + H₂,

Ni + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂.

Niken thay thế các kim loại nằm ở bên phải dung dịch muối của chúng trong dãy điện hóa:

Ni + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu.

Niken không tương tác với nước, chất kiềm và flo ngay cả khi đun nóng. Bạn sẽ tìm thấy những thí nghiệm thú vị để nghiên cứu tính chất hóa học của kim loại.

Phản ứng phát hiện ion niken

Để thực hiện phản ứng định tính đối với niken, thuốc thử Chugaev (dimethylglyoxime) được sử dụng. Nếu thuốc thử Chugaev được thêm vào dung dịch amoniac gồm muối niken, sẽ tạo thành kết tủa màu đỏ thẫm sáng. Các ion niken có thể được phát hiện bằng phản ứng này. Có thể xác định hàm lượng niken ngay cả khi hàm lượng ion của nó trong dung dịch thấp - trong mọi trường hợp, khi thêm thuốc thử, dung dịch sẽ chuyển sang màu đỏ thẫm.

Niken được phát hiện vào năm 1751, nhưng trong 50-70 năm, sản xuất và tiêu thụ công nghiệp của nó không phát triển. Chỉ trong năm 1825-1826. Việc sản xuất niken công nghiệp đầu tiên với số lượng đáng chú ý được tổ chức ở Thụy Điển. Sự phát triển của ngành công nghiệp niken đã bị cản trở trong một thời gian dài do thiếu các phương pháp hợp lý để xử lý quặng niken được biết đến vào thời điểm đó (quặng asen và niken sunfua ở Thụy Điển và Đức).
Vào thời điểm đó, niken chỉ cần thiết để thu được hợp kim đồng-niken cần thiết cho việc đúc những đồng tiền lẻ. Những hợp kim như vậy đã được sản xuất ở Ấn Độ, Trung Quốc và Trung Á trong một thời gian rất dài, mặc dù sự tồn tại của niken vẫn chưa được biết đến.
Sự phát triển của sản xuất niken chỉ bắt đầu vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, khi nhiều đặc tính vật lý và kỹ thuật cao của kim loại này được biết đến và các mỏ niken phong phú được phát hiện ở New Caledonia (1865) và ở Canada. .
Sản lượng niken trung bình hàng năm ở các nước tư bản. nhân dịp kỷ niệm 5 năm thế kỷ 19 và 20. được đưa ra dưới đây, nghìn tấn:

Gần đây, niken đã trở thành một trong những kim loại cần thiết trong công nghiệp vì nó có nhiều tính chất vật lý và hóa học giúp phân biệt nó với một số kim loại màu khác.
Niken cứng, dẻo, dễ uốn và dễ uốn; nó cho phép tất cả các loại xử lý; Các tấm, ống và băng mỏng nhất có thể được làm từ nó. Niken là vật liệu chịu lửa, do đó nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ nhiệt độ cao và cũng có khả năng kháng axit: nó không bị oxy hóa trong quá trình bảo quản lâu dài trong không khí và ngay cả khi được nung nóng đến 500° cũng không tạo ra cặn. Độ bền và khả năng chống ăn mòn của niken cao hơn các kim loại màu nặng khác. Niken, giống như sắt và coban, có đặc tính từ tính, được sử dụng để tách nó ra khỏi quặng. Niken tạo thành các hợp chất và hợp kim với nhiều kim loại và mang lại cho chúng nhiều đặc tính đa dạng và rất có giá trị (tăng độ bền, độ dẻo, độ dẻo dai, kháng axit, chịu nhiệt, kháng ohm cao, tính chất từ ​​tính và không từ tính), đồng thời mang lại cho chúng vẻ đẹp vẻ bề ngoài. Khi có mặt một số nguyên tố khác, tác dụng của niken mạnh hơn rất nhiều nên hợp kim nhiều thành phần thường được sử dụng nhiều hơn.
Niken phân bố không đều trong vỏ trái đất. Trữ lượng quặng niken đậm đặc thích hợp cho việc khai thác chỉ được tìm thấy ở một số khu vực nhất định trên thế giới.
Nhà sản xuất niken chính là Canada (sản lượng niken ở Canada trong những năm gần đây chiếm khoảng 80% tổng sản lượng niken trong thế giới tư bản). Một lượng đáng kể niken được nấu chảy ở Cuba, New Caledonia và Nhật Bản. Các quốc gia còn lại là nhà sản xuất niken thường xuyên. Ngay cả các nước tư bản lớn như Mỹ, Anh và Pháp hầu như không tự sản xuất được kim loại này. Các nước này nhập khẩu số lượng lớn niken từ Canada, Cuba và New Caledonia. Năm 1956, Hoa Kỳ nhập khẩu 130 nghìn tấn và năm 1957 - 134 nghìn tấn niken.
Công ty lớn nhất tham gia sản xuất niken là International Nickel Co. of Canada Ltd. Năm 1957, các nhà máy của công ty đã nấu chảy được 132 nghìn tấn niken (tất cả các nước trong thế giới tư bản đã nấu chảy được 222 nghìn tấn).
Số liệu về sản xuất niken ở các nước tư bản được đưa ra dưới đây (hàm lượng niken trong các sản phẩm luyện kim), nghìn tấn:

Niken được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: cơ khí, hàng không và tên lửa, ô tô, kỹ thuật hóa học, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hóa chất, dệt may và thực phẩm.
Niken được sử dụng rộng rãi làm chất phụ gia cho các kim loại khác và trong hợp kim với các kim loại khác. Việc bổ sung một lượng nhỏ niken vào thép, đôi khi cùng với các kim loại khác, làm cho nó dẻo, dai và chịu nhiệt.
Thép không gỉ crom-niken, thường chứa 6-8% niken và 18-20% crom, được sử dụng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit trong đóng tàu, sản xuất thiết bị hóa học, bộ đồ ăn và xây dựng các công trình hoành tráng. Thép không gỉ với thành phần hợp kim khác cũng được mong đợi.
Niken kết hợp với các chất phụ gia hợp kim khác (crom, molypden, đồng) được sử dụng để sản xuất gang chứa niken có độ bền cao, chống mài mòn và khả năng gia công tốt. Gang có chứa niken được sử dụng để sản xuất các bộ phận của động cơ đốt trong, đầu máy xe lửa, máy cắt kim loại, bộ điều khiển và khuôn dập nguội.
Nhiều hợp kim niken có các đặc tính điện, nhiệt điện và từ tính rất có giá trị.
Nichrome, chứa 75-85% niken, 10-20% crom và một ít sắt, được sử dụng trong các thiết bị sưởi ấm. Hợp kim này có điện trở ohm cao và không bị oxy hóa trong không khí ở nhiệt độ cao.
Niken, chủ yếu chứa đồng, 25-35% niken, hỗn hợp mangan, sắt và kẽm, có đặc tính kháng cao và được sử dụng trong sản xuất biến trở và các thiết bị điện khác.
Chromel, một hợp kim có lực điện nhiệt cao, được sử dụng làm cặp nhiệt điện. Permalloy, một hợp kim của niken và sắt, có tính thấm từ cao, dễ dàng từ hóa và khử từ ban đầu trong trường yếu và được sử dụng trong kỹ thuật điện.
Hợp kim crom-niken chịu nhiệt, trong đó niken là kim loại chính kết hợp với crom đã đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ. Sự quan tâm đặc biệt đến các hợp kim này là do sự phát triển của công nghệ phản lực và việc tạo ra các tổ máy tua-bin khí. Hợp kim EI, Inconel, Nimonic, Hastelloy và các hợp kim khác, chịu được hoạt động ở 600°, được sử dụng để sản xuất cánh động cơ phản lực, ống chịu nhiệt và các bộ phận khác của máy bay phản lực và tua bin khí cố định. Trong những năm gần đây, hợp kim niken đã được sử dụng trong cấu trúc lò phản ứng hạt nhân.
Niken cũng được sử dụng để bảo vệ nhôm, magie, kẽm và gang khỏi bị ăn mòn. Kim loại cần bảo vệ được phủ niken bằng phương pháp mạ niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ. Cực dương niken và niken sunfat được sử dụng để mạ niken.
Một lượng lớn niken được tiêu thụ trong quá trình sản xuất pin kiềm sắt-niken và niken-cadmium, được đặc trưng bởi công suất cao, độ bền và tuổi thọ dài.
Niken dẻo ở dạng nguyên chất được sử dụng để sản xuất tấm, ống, thanh và dây. Các thiết bị và dụng cụ hóa học đặc biệt cũng được làm từ niken dẻo.
Kim loại Monel, chứa 68% niken, 28% đồng, silicon và sắt, được sử dụng để chế tạo dụng cụ phẫu thuật, thiết bị liên lạc và dụng cụ. Hợp kim này được đặc trưng bởi khả năng chống ăn mòn cao, tính chất cơ học cao và khả năng gia công tốt. Nó có thể được cuộn, kéo, rèn, gia công, hàn, hàn; Nó có thể được sử dụng để sản xuất tấm, thanh, dải và dây.
Bạc đồng niken và bạc niken - hợp kim của niken và đồng - cũng là những vật liệu có giá trị thường thay thế bạc trong sản xuất đồng hồ, dụng cụ, bát đĩa và đồ trang sức.
Niken cũng được dùng làm chất xúc tác; chúng thường được thay thế bằng chất xúc tác bạch kim đắt tiền hơn. Một số hợp chất hóa học niken được sử dụng làm thuốc thử trong sản xuất hóa chất.
Năm 1957, mức tiêu thụ niken ở Mỹ lên tới 111,0 nghìn tấn, chiếm hơn 50% tổng sản lượng niken ở các nước tư bản. Sản xuất, ứng dụng và mô hình tiêu thụ niken ở Hoa Kỳ được trình bày dưới đây:

Niken được sử dụng ở dạng kim loại - ở cực âm và dạng hạt, ở dạng oxit, ở dạng sunfat và mờ. Dưới đây là dữ liệu về mức tiêu thụ niken ở Hoa Kỳ theo loại sản phẩm, nghìn tấn:

Niken là kim loại rất khan hiếm, việc tiêu thụ kim loại này được quản lý chặt chẽ. Vì vậy, tất cả các nước đang tìm cách giảm mức tiêu thụ. Các lĩnh vực chính của việc tiết kiệm niken là sử dụng các tấm thép có hàm lượng crôm cao và crom-mangan thay vì thép không gỉ crom-niken, giới thiệu các hợp kim gốc sắt chịu nhiệt thay vì hợp kim gốc niken; thay thế thép không gỉ bằng lưỡng kim, thép carbon, được chế tạo bằng cách ốp bằng thép không gỉ. Ở Mỹ, 50% thép không gỉ được sản xuất không có niken.

30.04.2019

Tập đoàn luyện kim từ Ấn Độ Tata Steel đã đưa ra tuyên bố rằng trong sáu năm tới họ sẽ tập trung tất cả các cơ sở chuyên về...

30.04.2019

Chính cái tên “dây máy bay” đã nói lên điều đó. Nó được sử dụng để tạo ra các hệ thống điện trên tàu. Cáp tích hợp có thể đối phó thành công với...

30.04.2019

Trong một thời gian rất dài, profile kim loại hay tấm tôn đã được coi là một trong những sản phẩm dẫn đầu trên thị trường vật liệu xây dựng để hoàn thiện....

30.04.2019

Doanh nghiệp thăm dò địa chất nhà nước "Kazgeology" đã phân tích kết quả hoạt động của mình trong năm qua. Một trong những mục tiêu chính mà tám...

30.04.2019

Không có gì bí mật khi thiết kế tổng thể của căn phòng phần lớn phụ thuộc vào gạch men. Có tính đến màu sắc, cấu trúc và một số đặc điểm khác biệt...

30.04.2019

Ngày nay, mục đích chính của máy nén diesel là cung cấp năng lượng từ khối khí nén trong điều kiện sử dụng các loại thiết bị khác...

29.04.2019

Theo thông tin được công bố trên tờ Nhật báo Thông tin Kinh tế của Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa, nó đề cập đến cơ quan Tân Hoa Xã,...

Niken là nguyên tố hóa học thứ 17 trong bảng tuần hoàn Mendeleev với số nguyên tử 28. Chất này là kim loại chuyển tiếp, được phân biệt bởi độ dẻo và có màu trắng bạc đặc trưng. Không thể hiện hoạt động hóa học mạnh mẽ. Chính tên của chất được dịch từ tiếng Đức có nghĩa là “tinh thần núi”. Mọi người đã quen thuộc với niken từ thế kỷ 17, nhưng nó vẫn chưa được phân lập thành một chất riêng biệt. Nó được tìm thấy trong quặng đồng trong quá trình khai thác đồng và được gọi là đồng giả (kupfernickel) theo tinh thần của những ngọn núi. Chất này được Axel Crostedt phân lập thành một kim loại riêng biệt vào năm 1751 và đặt tên là “niken”.

Vào giữa thế kỷ 18, con người biết đến 12 kim loại, cũng như lưu huỳnh, phốt pho, cacbon và asen. Đồng thời, niken được thêm vào chúng, được gán số thứ 17.

Đặc tính niken

Yếu tố mới được phát hiện không tìm thấy ứng dụng của nó ngay lập tức. Chỉ hai thế kỷ sau, người ta bắt đầu tích cực sử dụng kim loại. Nó trở nên đặc biệt phổ biến trong luyện kim. Hóa ra, niken là nguyên tố hợp kim tuyệt vời cho thép và sắt. Do đó, hợp kim với niken có khả năng chống lại các tác động hóa học khác nhau rất tốt, không bị ăn mòn và cũng có thể chịu được nhiệt độ rất cao. Ví dụ, một hợp kim của niken và sắt, được gọi là invar trong luyện kim, không thể giãn nở khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, đó là một trong những lý do chính tại sao invar được sử dụng để chế tạo đường ray cho đường sắt và nhiều bộ phận khác.

Tính chất vật lý của niken

Niken là kim loại có màu vàng bạc đặc trưng. Trong không khí cởi mở, nó vẫn giữ được màu sắc và độ bóng và không phai. Độ cứng Brinell của kim loại là 600-800 Mn/m2. Mặc dù có độ cứng khá cao nhưng kim loại này vẫn chịu được nhiều ảnh hưởng và xử lý vật lý khác nhau, bao gồm cả rèn và đánh bóng. Điều này cho phép niken được sử dụng để sản xuất các sản phẩm rất mỏng và tinh xảo.

Kim loại có đặc tính từ ngay cả ở nhiệt độ khá thấp (xuống tới -340 0 C). Chống lại sự ăn mòn.

Tính chất vật lý của niken

Số nguyên tử	28
Khối lượng nguyên tử, a.u.m	58,69
Đường kính nguyên tử, chiều	248
Mật độ, g/cm³	8,902
Nhiệt dung riêng, J/(K mol)	0,443
Độ dẫn nhiệt, W/(m·K)	90,9
Điểm nóng chảy, °C	1453
Điểm sôi, °C	2730-2915
Nhiệt nóng chảy, kJ/mol	17,61
Nhiệt bay hơi, kJ/mol	378,6
Thể tích mol, cm³/mol	6,6
Nhóm kim loại	Kim loại nặng

Tính chất hóa học của niken

Niken có số nguyên tử 28 và được ký hiệu trong danh pháp hóa học bằng ký hiệu Ni. Nó có khối lượng mol là 58,6934 g/mol. Nguyên tử niken có bán kính 124 chiều. Độ âm điện của nó trên thang Pauling là 1,94 và thế năng điện tử của nó là 0,25 V.

Kim loại không tiếp xúc với ảnh hưởng tiêu cực của không khí và nước. Điều này là do sự hình thành một lớp màng ở dạng oxit niken (NiO) trên bề mặt của nó, ngăn cản quá trình oxy hóa tiếp theo của nó.

Chỉ phản ứng với oxy trong những điều kiện nhất định, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ cao, nó cũng có khả năng tương tác với tất cả các halogen.

Thể hiện phản ứng mãnh liệt trong axit nitric, cũng như trong dung dịch amoniac. Tuy nhiên, một số muối, ví dụ như axit clohydric và axit sulfuric, hòa tan kim loại khá chậm. Nhưng nó hoàn toàn không hòa tan trong axit photphoric.

Sản xuất niken

Nguyên liệu chính để khai thác niken là quặng đồng-niken sunfua. Do đó, chính từ những loại quặng này, người ta thu được khoảng 80% niken trong tổng sản lượng trên thế giới, ngoại trừ Nga. Quặng được làm giàu có chọn lọc bằng tuyển nổi, sau đó tinh quặng đồng, niken và pyrrhotite được tách ra khỏi quặng.

Để thu được kim loại nguyên chất, người ta sử dụng quặng niken cô đặc, cùng với chất trợ dung, được nấu chảy trong trục điện hoặc lò phản xạ. Kết quả của quá trình này là đá thải được tách ra và niken được chiết xuất ở dạng mờ, chứa tới 15% niken.

Đôi khi, trước khi chất cô đặc được gửi đi nấu chảy, nó được rang và tạo thành dạng viên. Thành phần của sunfua tan chảy (mờ) sau quá trình nấu chảy cũng chứa Fe, Co và gần như hoàn toàn là Cu, cũng như các kim loại quý. Tiếp theo, sắt được tách ra, sau đó còn lại một hợp kim chứa đồng và niken. Hợp kim được làm nguội chậm, sau đó được nghiền mịn và đưa đi tuyển nổi tiếp để tách hai nguyên tố. Cu và Ni cũng có thể được tách ra bằng quá trình gọi là cacbonyl, dựa trên khả năng thuận nghịch của phản ứng.

Ba phương pháp phổ biến nhất để thu được niken là:

1. Phục hồi. Cơ sở là quặng silicat, từ đó, với sự tham gia của bụi than, các viên sắt-niken chứa từ 5% đến 8% niken được hình thành. Lò nung ống quay được sử dụng cho quá trình này. Sau đó, các viên được làm sạch lưu huỳnh, nung và xử lý bằng dung dịch amoniac, từ đó thu được niken sau khi axit hóa.
2. Cacbonyl. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp Mond. Dựa trên việc sản xuất đồng-niken mờ từ quặng sunfua. CO được truyền qua lớp mờ dưới áp suất cao, dẫn đến sự hình thành tetracarbonylnickel, từ đó dưới tác động của nhiệt độ cao, niken có độ tinh khiết cao được giải phóng.
3. Nhiệt nhôm. Phương pháp này dựa trên việc thu hồi niken từ quặng oxit: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Hợp chất niken

Niken tạo thành nhiều hợp chất khác nhau, cả hữu cơ và vô cơ, mỗi hợp chất được sử dụng trong một số lĩnh vực hoạt động nhất định của con người.

Hợp chất niken vô cơ

Trong số này đáng chú ý là oxit. Đặc biệt, monoxit của nó, sự hình thành xảy ra do phản ứng của kim loại và oxy ở nhiệt độ khá cao vượt quá 500 0 C, được sử dụng làm vật liệu để sản xuất sơn và men trong sản xuất gốm và thủy tinh. Và trong quá trình sản xuất cực dương dùng trong pin kiềm, niken sesquioxide Ni 2 O 3 được sử dụng. Để thu được nó, niken nitrat hoặc niken clorat phải được nung rất chậm.

Không ít vị trí được trao cho hydroxit niken. Ví dụ, Ni(OH) 2 được hình thành do tác dụng của chất kiềm với dung dịch muối niken. Hydroxit này được đặc trưng bởi một màu xanh nhạt. Từ niken hydroxit, dưới tác dụng của chất oxy hóa trong môi trường kiềm, một oxit ngậm nước được hình thành, trên cơ sở đó pin kiềm Edison hoạt động. Ưu điểm của loại pin này là khả năng không sạc trong thời gian dài, trong khi pin chì thông thường không thể không sạc trong thời gian dài.

Muối niken (II) thường được hình thành do sự tương tác của NiO hoặc Ni(OH) 2 với các axit khác nhau. Trong hầu hết các trường hợp, muối niken hòa tan tạo thành hydrat tinh thể. Các muối không tan là Ni 3 (PO 4) 2 photphat và Ni 2 SiO 4 silicat. Các hydrat tinh thể và dung dịch có đặc điểm là màu xanh lục, còn muối khan có đặc điểm là màu vàng hoặc vàng nâu.

Các hợp chất phức tạp của Niken(II) cũng tồn tại. Để tạo thành chúng, oxit niken được hòa tan trong dung dịch amoniac. Niken dimethylglyoximate Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 được sử dụng làm phản ứng với các ion niken. Nó được đặc trưng bởi màu đỏ của môi trường axit.

Các hợp chất niken ít đặc trưng nhất là hợp chất niken(III). Trong số này, người ta biết đến một chất màu đen, thu được từ phản ứng oxy hóa niken (II) hydroxit trong môi trường kiềm với hypochlorite hoặc halogen:

2Ni(OH) 2 + 2NaOH + Br 2 = Ni 2 O 3 *H 2 O + 2NaBr + H 2 O

Hợp chất niken hữu cơ

Liên kết Ni-C xảy ra theo hai cách:

1. Theo loại y. Các hợp chất như vậy được gọi là phức hợp y. Chúng bao gồm các hợp chất có dạng sau: và , trong đó R=Alk hoặc Ar, L=PR3, trong đó X là một axitoligand.
2. Theo loại p. Chúng được gọi là phức hợp p. Chúng bao gồm các hợp chất hữu cơ alkene và polyene, có chứa niken ở trạng thái oxy hóa bằng không. Các hợp chất như vậy thường được đặc trưng bởi cấu trúc lượng giác hoặc tứ diện.

Niken là kim loại dẻo màu trắng bạc có độ bóng đặc trưng. Đề cập đến kim loại màu nặng. Niken là một chất phụ gia hợp kim có giá trị. Niken không được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng nguyên chất; nó thường được tìm thấy trong quặng. Niken nguyên chất (Nickel/Nickel), Niken 200 và Niken 201, được khai thác bằng công nghệ đặc biệt.

Khi kết hợp với các kim loại khác, niken có khả năng tạo thành các hợp kim niken cứng và bền:

• hợp kim đồng-niken (Monel/Monel)- hợp kim gốc đồng với niken làm chất phụ gia hợp kim. Thành phần thường chứa tới 67% niken và tới 38% đồng. Nhóm hợp kim này bao gồm: Monel 400, Monel 401, Monel 404, Monel R-405, Monel K-500, v.v.
• hợp kim niken-crom (Inconel)- Hợp kim chịu nhiệt austenit. Nhóm này bao gồm: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 617, Inconel 625, Inconel 690, Inconel 718, Inconel 725, Inconel X-750, v.v.
• hợp kim niken-sắt-crom (Inconloy/Incoloy)– có thể thêm molypden, đồng, titan vào hợp kim. Nhóm này bao gồm: Incoloy 20, Incoloy 800, Incoloy 800H, Incoloy 800HT, Incoloy 825, Incoloy 925, v.v.
• hợp kim niken-molypden (Hastelloy/Hastelloy)– có thể có sự hiện diện của crom, sắt và cacbon trong chế phẩm. Nhóm này bao gồm: Hastelloy C-4, Hastelloy C-22, Hastelloy C-276, Hastelloy B-2, v.v.

Tính chất niken

Niken là một chất sắt từ, điểm Curie – 358°C, điểm nóng chảy – 1455°C, điểm sôi – 2730-2915°C. Mật độ - 8,9 g/cm 3, hệ số giãn nở nhiệt -13,5∙10 −6 K −1. Trong không khí, niken đặc ổn định, trong khi niken phân tán cao có tính tự cháy.

Niken có các tính chất sau:

• độ dẻo và tính dẻo;
• sức mạnh ở nhiệt độ cao;
• khả năng chống oxy hóa trong nước và không khí;
• độ cứng và độ nhớt vừa đủ;
• khả năng chống ăn mòn cao;
• sắt từ;
• chất xúc tác tốt;
• đánh bóng tốt.

Bề mặt niken được phủ một lớp oxit NiO mỏng, giúp bảo vệ kim loại khỏi quá trình oxy hóa.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm chính của niken và hợp kim là khả năng chịu nhiệt, chịu nhiệt và tăng độ bền cơ học (áp suất lên tới 440 MPa). Những ưu điểm còn bao gồm hoạt động trong dung dịch kiềm và axit đậm đặc nóng. Ngoài ra, niken có thể duy trì tính chất từ ​​ở nhiệt độ thấp.

Nhược điểm chính của niken là giá trị nhiệtEMF giảm đáng kể trong quá trình làm lạnh nhanh sau khi ủ (lên tới 600°C). Một nhược điểm khác của niken là niken nguyên chất không có trong tự nhiên. Nó có được thông qua các công nghệ đắt tiền, ảnh hưởng đến giá thành của nó.

Khu vực ứng dụng

Lĩnh vực ứng dụng chính của niken là luyện kim. Trong đó, ông tham gia sản xuất thép không gỉ hợp kim cao. Bằng cách thêm niken vào sắt nóng chảy, các nhà luyện kim thu được các hợp kim bền và dẻo có khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt độ cao cao hơn. Điều đáng chú ý là hợp kim niken vẫn giữ được chất lượng của chúng khi đun nóng kéo dài lặp đi lặp lại.

Do những đặc tính này, thép niken không gỉ và chịu nhiệt được sử dụng:

• trong ngành thực phẩm và hóa chất;
• trong ngành công nghiệp hóa dầu và xây dựng;
• trong y học và dược phẩm;
• trong ngành hàng không và cơ khí;
• trong sản xuất cáp ngầm;
• trong sản xuất các bộ phận làm nóng cho thiết bị công nghiệp;
• trong sản xuất nam châm vĩnh cửu;
• trong sản xuất máy công cụ và thiết bị đặc biệt;
• trong sản xuất các yếu tố nội thất của tòa nhà;
• trong ngành nội thất;
• sản xuất đồ dùng gia đình và đồ dùng gia đình;

Do tính dẻo và dễ rèn nên niken có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm rất mỏng, chẳng hạn như dải, dải và tấm niken. Niken cũng được sử dụng tích cực trong sản xuất dây và que.