Никель — химический элемент¶

Никель (Ni, лат. Niccolum) — химический элемент десятой группы четвёртого периода периодической таблицы Менделеева, атомный номер 28. Относится к переходным металлам, в природе встречается преимущественно в виде сульфидных и арсенидных руд, а также в составе ультраосновных пород. Один из наиболее распространённых элементов в земной коре — его содержание оценивается примерно в 0,008 % (80 г/т).

¶Этимология и история

Название элемента происходит от немецкого Kupfernickel — «медная руда Ника», «дьявольская медь». Старые горняки Рудных гор (Гарц, Саксония) находили красноватую руду, похожую на медную, но не дававшую металла при плавке; суеверные шахтёры объясняли это проделками подземного духа Ника (персонажа немецкой мифологии, отождествлявшегося с дьяволом). В 1751 году шведский минералог Аксель Кронстедт, переплавляя купферникель, обнаружил, что руда не содержит меди, а даёт новый металл. Он назвал его koppelnickel, позднее металл был назван никелем. В 1775 году шведский химик Юхан Готлиб Ган изолировал чистый металл химическим способом.

¶Физические и химические свойства

Никель — серебристо-белый металл с лёгким желтоватым оттенком, твёрдый, ковкий и пластичный. Обладает ферромагнитными свойствами (точка Кюри 358 °C), что роднит его с железом и кобальтом.

Основные физические характеристики:

Химически никель достаточно инертен: на воздухе в обычных условиях покрывается тонкой защитной оксидной плёнкой, из-за чего медленно окисляется. При нагревании выше 600 °C активно реагирует с кислородом с образованием NiO. Растворяется в разбавленных минеральных кислотах с выделением водорода, в концентрированной азотной кислоте пассивируется. С горячей серной и соляной кислотой образует соли NiSO₄ и NiCl₂. С фтором и хлором даёт NiF₂ и NiCl₂. Образует множество комплексных соединений, в частности тетракарбонил никеля Ni(CO)₄ — важный промежуточный продукт промышленной очистки металла (процесс Монда).

¶Природные ресурсы и добыча

Крупнейшие мировые запасы никеля сосредоточены в Новой Каледонии, Австралии, Индонезии, на Филиппинах, в России, Канаде и на Кубе. Основные руды:

• Латеритные (оксидные) руды — образуются при выветривании ультраосновных пород; содержат минералы гарньеит (Mg,Fe)₂SiO₄·nH₂O и лимонит.
• Сульфидные руды — пирротин, пентландит (Fe,Ni)₉S₈, халькопирит; обычно содержат попутно кобальт, медь и платиновые металлы.

В России крупнейшие месторождения — Норильское (Таймыр, Норильский горно-металлургический комбинат) и Мончегорское (Мончегорск, «Печенганикель»), а также месторождения на Урале (Оренбургская область, «Уралникель»). Норильский промышленный район даёт основную часть российского никеля и является одним из крупнейших мировых производителей.

¶Производство и выплавка

Основные методы извлечения никеля из руд:

1. Пирометаллургический путь — обжиг и плавка сульфидных руд с получением магматического штейна, затем конвертирование; применяется для сульфидных руд.
2. Гидрометаллургический путь — выщелачивание латеритных руд серной кислотой (процесс HPAL), осаждение гидроксида и восстановление.
3. Карбонильный метод (процесс Монда) — очистка никеля через летучий карбонил Ni(CO)₄ с последующим его разложением.

Мировое производство никеля превышает 3 млн тонн в год. Крупнейшие производители — Индонезия, Филиппины, Новая Каледония, Россия, Австралия и Китай.

¶Применение

Никель — важнейший конструкционный и легирующий металл:

• Сталелитейная промышленность — основной потребитель (около 70 % мирового производства): легирование нержавеющих и жаропрочных сталей, чугунов.
• Суперсплавы — никелевые сплавы на основе Ni-Cr, Ni-Co, Ni-Fe с добавками Al, Ti, Mo сохраняют прочность при 800–1100 °C; применяются в газотурбинных двигателях, ракетной технике.
• Монетное производство — ряд стран чеканит монеты из никеля или никелированных сплавов.
• Никелирование — гальваническое покрытие для защиты от коррозии и декоративных целей.
• Никель-металлгидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы — накопители энергии для электротранспорта и портативной техники.
• Химическая промежуточная и каталитическая промышленность — никель Raney в гидрировании, Ni(CO)₄ в производстве высокочистого металла.

¶Биологическая роль и токсичность

Никель входит в состав некоторых ферментов (например, уреазы бактерий и некоторых растений), в организме человека присутствует в микроколичествах. Избыточное поступление соединений никеля может вызывать аллергический контактный дерматит, а некоторые соединения (сульфат никеля, карбонил никеля) классифицируются как потенциальные канцерогены. Карбонил никеля Ni(CO)₄ особенно токсичен — пары вызывают отёк лёгких.

¶Интересные факты

• Никель входит в состав метеоритного железа (около 5–7 %), что стало одним из аргументов в пользу метеоритного происхождения железа в древности.
• Никелево-железные аккумуляторы (типа NiFe, изобретённые Томасом Эдисоном) отличаются исключительной долговечностью — отдельные экземпляры работают более 80 лет.
• Монета в 5 центов США (nickel) с 1866 года содержит 25 % никеля, что и дало ей название.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• Г. П. Батори, В. Ф. Терехов. «Никель: руды, металлургия, сплавы»
• В. А. Рудой, А. А. Быков. «Никель и кобальт» (М.: Недра)
• Справочник химика, т. 2
• USGS Mineral Commodity Summaries: Nickel