Nikkel

Nikkel (sümbol Ni) on ferromagnetiline keemiline element järjekorranumbriga 28. Nikkel on värvuselt hõbevalge läikiv metall kerge kuldse varjundiga. Niklil on viis stabiilset isotoopi massiarvudega 58, 60, 61, 62 ja 64.

Nikli tihedus normaaltingimustel on 8,9 g/cm³. Nikli sulamistemperatuur on 1455 °C ja keemistemperatuur 2913 °C.

Tähtsamad niklisulamid on nikroom (nikkel + kroom), melhior (vask + nikkel), invar (raud + nikkel) ja platiniit (raud + nikkel).

Nikkel on toatemperatuuril keemiliselt püsiv. Õhuhapnikuga kokkupuutel moodustub nikli pinnale aja jooksul oksiidikiht, mis kaitseb metalli edasise oksüdeerumise eest.

Massi järgi on nikkel Maal kuues element raua, hapniku, räni, magneesiumi ja väävli järel ning moodustab 1,8% Maa massist. Samas on nikkel koos rauaga koondunud Maa tuuma, maakoores leidub teda vähem.

Levik

Nikkel on maakoores keskmise levikuga element. On teada ligi 50 niklimineraali, neist olulisemad on sulfiidsed ühendid, näiteks pentlandiit (FeNi)₉S₈, milleriit NiS, aga ka mõned silikaatsed mineraalid, näiteks garnieriit (Ni,Mg)₆Si₄O₁₀(OH)₈. Niklit toodetakse eelkõige sulfiidseist vask-nikkelmaakidest (Kanadas, Austraalias ja Lõuna-Aafrikas) või silikaatsest toormest (Uus-Kaledoonias, Kuubal, Filipiinidel, Indoneesias jm). Üldvarusid maismaal hinnatakse 70 miljonile tonnile.

Avastamine ja nimetus

Nikkel oli sulameis (vase ja tsingiga) kasutusel juba Vana-Hiinas üle viie tuhande aasta tagasi. Puhtal kujul avastas ja eraldas nikli rootsi mineraloog Axel Fredrik Cronstedt Rootsi looduslikust nikkelarseniidist NiAs 1751. aastal. Seda mineraali tunti juba palju varem saksakeelse nime Kupfernickel all ja seostati kiusliku Saksi mäevaimuga (ligikaudses tõlkes on Kupfernickel "vana Nicki vask"), kes ei lase sellest maagist vaske sulatada. Tegelik põhjus seisnes asjaolus, et Kupfernickel (praeguse nimetusega nikoliit või nikeliin) oli väliselt väga sarnane vasemaagiga, mille koostis on Cu₂O (mõlemad mineraalid on ühesugust punast värvi).

Cronstedti avastus ei leidnud kaua aega tunnustust (teadlane suri enne seda 1765. aastal). Puhtamal kujul eraldas nikli rootsi keemik ja metallurg Torbern Bergman 1775. aastal. Füüsikalised omadused määras täpsemalt alles 19. sajandi alguses Jeremias Benjamin Richter.

Saamine

Nikli saamise tehnoloogia oleneb suuresti kasutatavast toormest. Rakendatakse nii püro- kui ka hüdrometallurgilisi meetmeid.

Silikaatsed maagid ei ole rikastatavad (kasutada tuleb kogu maaki). Neid töödeldakse loistamisega ning saadakse ebapuhas ferronikkel. Viimasele lisatakse väävliühendeid (FeS₂ või CaSO₄) ja puhutakse konverteris läbi raua eemaldamiseks, peenestatakse ja põletatakse ning moodustunud NiO-st redutseeritakse nikkel.

Sulfiidseid vase-niklimaake töödeldakse nende spetsiifikast olenevalt erinevalt. Maagikontsentraatidele lisatakse sageli SiO₂ ja allutatakse korduvalt paagutamisele ning sulatamisele (sulfiidid redutseeruvad, tekkiv raudoksiid läheb silikaadi moodustumisel räbu koostisse). Järgneb keerukate sulfiidide (Ni₃S₂, Cu₂S jt) ning metallide (Ni, Cu) segu eraldamine, mis sisaldab sulatamist NaHSO₄-ga jt töötlusi. Lõppfaasis eraldatakse nikkel sageli elektrolüüsiga.

Omadused

Nikkel on lihtainena hõbevalge, kollaka läikega plastne metall. Ta on hästi töödeldav, kuid juba vähesed lisandid, eriti väävel ja hapnik, halvendavad oluliselt mehaanilisi omadusi ja korrosioonikindlust. Nikkel on ferromagneetik, Curie punkt on 631K.

• Keemiliselt on kompaktne nikkel väheaktiivne, õhus püsiv. Metall kattub õhus NiO kaitsekihiga ning on püsiv kuni umbes 800 °C.
• Hapetega H₂SO₄, HCl, H₃PO₄ ja HF reageerib nikkel väga aeglaselt, kuid reageerib kergesti lahja HNO₃-ga, kontsentreeritud HNO₃ toimel passiveerub.
• Nikkel ei reageeri leeliste lahustega (ega sulandid, ka mitte vedel NH₃), nikkel reageerib (õhu juuresolekul) NH₃ vesilahusega. Alles üle 550 °C oksüdeerub nikkel sulatatud NaOH toimel (viimane redutseerub seejuures vaba naatriumini): 2Ni + 2NaOH → 2NiO + 2Na + H₂.

Vee ja õhuniiskuse suhtes on nikkel püsiv.

• Vesinikuga moodustab nikkel tahkeid lahuseid (hüdriide, millest püsivam on NiH, saadakse kaudselt).
• Lämmastik lahustub niklis väga vähe. Pihusa (peendispersse) nikli reageerimisel NH₃-ga (300–450 °C juures) moodustub nikkel(I)nitriid Ni₃N.
• Halogeenidega kuumutamisel tekivad nikkel(II)halogeniidid. Nikkel on üks püsivamaid metalle F₂ suhtes.
• Sulatatud nikkel reageerib süsinikuga, tekib nikkelkarbiid Ni₃C (jahutamisel laguneb, eraldub grafiit).
• Räniga moodustub nikkel silitsiide (neist püsivam on Ni₃Si)
• Booriga tekivad nikli boriidid (neist rasksulavaim NiB₁₂).
• Väävli reageerimisel nikliga tekivad sulfiidid NiS, Ni₂S₃ jmt.
• Fosforiga moodustuvad fosfiidid Ni₅P₂, Ni₂P jt.
• Nikkel on kõrge katalüütilise aktiivsusega. Metalli rakendatakse katalüsaatorina (pihusas olekus) paljudes hüdrogeenimis-, dehüdrogeenimis-, oksüdeerimis-, isomerisatsiooni- ja kondensatsioonireaktsioonides. Katalüsaatorina kasutatakse ka nn skelett-niklit, mida saadakse nn Raney nikli, sulami Ni + Al või Ni + Si töötlemisel leelise lahusega (Al või Si "lahustub", jääb järele suure eripinnaga, aktiivne Ni).

Nikkel-62 (⁶²Ni) aatomituumadel on kõige tugevam tuuma seoseenergia nukleoni kohta. See on suurem kui ⁵⁶Fe ja ⁵⁸Fe aatomituumade nukleonidel. Vastavaid raua aatomeid on arvuliselt rohkem kui nikli aatomeid ja on levinud ekslik teave, nagu oleks raua aatomite tuumad on kõige suurema seoseenergiaga nukleoni kohta.

Ühendid

Soolad ja hüdroksiidid

Nikli kõige laialdasemalt kasutatavad ühendid on vees lahustuvad Ni(II) soolad. Nad esinevad enamasti sinakasroheliste või roheliste kristallhüdraatidena, levinumad soolad on kloriid, sulfaat ja nitraat, vastavalt NiCl₂•6H₂O, NiSO₄•7H₂O ja Ni(NO₃)₂•6H₂O. Soolade lahustumisel tekib sinakasroheline lahus (Ni²⁺-iooni värvus). Leeliste toimel Ni(II) soolade lahustele moodustub Ni(OH)₂ roheka värvusega sade. Ni(OH)₂ oksüdeerumisel (aeglaselt õhus, kiiremini oksüdeerijate, nt H₂O₂ või Br₂ toimel) tekib must kristalne nikkel(III)oksiidhüdroksiid NiO(OH).

Oksiidid

Nikli binaarsetest oksiididest esineb vaid üks ühend – nikkelmonooksiid NiOx (x ~ 1). See aine leidub ka looduses (mineraal bunseniit), olenevalt saamistingimustest esineb α- ja β-NiO. NiO värvus võib varieeruda helerohelisest kuni mustani. NiO saadakse nikli kuumutamisel õhus või hapnikus ning Ni(NO₃)₂, NiCO₃ või Ni(OH)₂ termilisel lagunemisel. NiO kasutatakse Ni(II) soolade ja katalüsaatorite, klaasipigmentide ning glasuuride saamiseks. Üle 1230 °C algab NiO dissotsiatsioon (tekib Ni ja O₂). NiO moodustab kaksikoksiide teiste metallioksiididega (nt. BaNiO₂).

Tootmine ja kasutamine

Nikli aastane toodang on umbes miljon tonni. Osa niklist toodetakse ferroniklina (sulam rauaga, mida saab kasutada teiste niklisulamite saamisel).

Suur osa niklitoodangust kasutatakse ära niihästi raua- kui ka värviliste metallide sulamite tootmiseks. Metallide kaitseks korrosiooni vastu kasutatakse ka elektrolüütilist nikeldamist. Mõni protsent nikli toodangust kasutatakse katalüsaatorite saamiseks, mida rakendatakse sünteesikeemias ja toiduainetööstuses (margariini tootmisel vedelrasvades nende katalüütilisel hüdrogeenimisel). Põhilised niklitootjad on Venemaa, Kanada, Uus-Kaledoonia ja Austraalia.

Bioloogiline roll

Täiskasvanud 70 kg kaaluvas inimeses leidub niklit umbes 0,9–9 mg ja see on vajalik mitme ensüümi kofaktorina.^[1]

Suurem osa organismi jõudnud niklist eemaldatakse neerude kaudu. Nikkel on suures koguses toksiline.

Niklit sisaldab näiteks ensüüm ureaas, mis katalüüsib karbamiidi ehk uurea lagunemist.

Viited

Välislingid

• Nikkel Materjalimaailmas
• Nickel Compounds Toxicity