Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca nichel tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 124 pm — that is 0.124 nm, so about 4032 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Nichel is liquid over a 1458 K window, from 1728 K to 3186 K.
Dove si trova
La storia
Il nichel è il metallo tenace e resistente alla corrosione che fa funzionare senza problemi il mondo moderno. Questo metallo di transizione bianco-argenteo è così durevole e versatile da essere utilizzato in tutto, dalle monete che avete in tasca all'acciaio inossidabile dei reattori nucleari. Prende il nome da «kupfernickel» (il rame del vecchio Nick), appellativo dato da frustrati minatori tedeschi che non riuscivano a estrarre il rame dai minerali contenenti nichel; oggi questo elemento è diventato assolutamente indispensabile per la tecnologia moderna. Scoperto nel 1751 dal chimico svedese Axel Fredrik Cronstedt, il nichel fu inizialmente scambiato per rame a causa del suo aspetto simile nei minerali. Ciò che rende davvero straordinario il nichel è la sua eccezionale resistenza alla corrosione e la capacità di mantenere la propria robustezza a temperature estreme. Può resistere all'acqua di mare, agli acidi e agli alcali che distruggerebbero altri metalli, rendendolo perfetto per le applicazioni marine e il trattamento chimico. Ecco perché il nichel è assolutamente essenziale: è l'ingrediente chiave dell'acciaio inossidabile, di cui costituisce l'8-12% nelle leghe di acciaio inossidabile austenitico. Senza nichel, l'acciaio inossidabile perderebbe la propria resistenza alla corrosione e diventerebbe fragile. Ciò significa che il nichel tiene letteralmente insieme le nostre infrastrutture: dai lavelli delle cucine agli impianti chimici fino alla Stazione Spaziale Internazionale. Il nichel possiede anche affascinanti proprietà magnetiche. È ferromagnetico come il ferro e il cobalto, ma perde il magnetismo a 358°C (la cosiddetta temperatura di Curie). Questa proprietà viene utilizzata nei controlli automatici della temperatura e nei sistemi antincendio a sprinkler. Il nichel ha inoltre la capacità unica di assorbire il gas idrogeno, risultando utile per lo stoccaggio dell'idrogeno e nelle applicazioni con celle a combustibile. Uno degli aspetti più interessanti del nichel è il suo ruolo nella produzione di leghe a memoria di forma come il Nitinol (nichel-titanio). Questi «metalli intelligenti» possono ricordare la loro forma originale e ritornarvi quando vengono riscaldati, rendendoli perfetti per gli stent medici, le montature degli occhiali e le applicazioni aerospaziali.
Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765), mineralogista svedese, scoprì il nichel nel 1751 mentre tentava di estrarre il rame dal minerale kupfernickel (oggi noto come nichelina, NiAs). I minatori tedeschi avevano chiamato questo minerale problematico «kupfernickel» (che significa «rame del diavolo») perché assomigliava al minerale di rame, ma non produceva rame e liberava fumi tossici di arsenico durante la fusione.
L'attenta analisi di Cronstedt rivelò che il kupfernickel conteneva un metallo bianco precedentemente sconosciuto, con proprietà distinte da quelle di tutti gli elementi conosciuti. Le sue tecniche di isolamento prevedevano l'arrostimento del minerale per rimuovere l'arsenico, seguito dalla riduzione dell'ossido risultante con carbone per produrre nichel metallico.
La produzione commerciale di nichel iniziò negli anni 1860 con lo sviluppo della lavorazione delle lateriti della Nuova Caledonia. La scoperta dei depositi di Sudbury nel 1883, in seguito alla costruzione della ferrovia, trasformò il nichel da curiosità di laboratorio a materiale industriale strategico, consentendo lo sviluppo dell'acciaio inossidabile e della metallurgia moderna.
Applicazioni
Il nichel trasforma l'acciaio, rendendolo resistente alla corrosione, e consente di costruire impianti chimici, apparecchiature per la lavorazione degli alimenti e meraviglie architettoniche. Questo metallo versatile rende possibili sia i più piccoli componenti elettronici sia le più grandi infrastrutture industriali, grazie alla sua notevole stabilità chimica.
Gli acciai inossidabili austenitici contenenti l'8-12% di nichel offrono una resistenza alla corrosione e una formabilità superiori rispetto ai gradi ferritici. L'acciaio inossidabile tipo 304 (18% di cromo, 8% di nichel) è predominante nelle applicazioni alimentari, farmaceutiche e architettoniche. Gli acciai inossidabili duplex utilizzano il nichel per bilanciare gli stati di ferrite e austenite, ottenendo un'eccezionale robustezza e resistenza alla corrosione per applicazioni marine e chimiche.
Le superleghe a base di nichel come Inconel e Hastelloy mantengono la robustezza e la resistenza all'ossidazione a temperature superiori a 1000°C. Queste leghe consentono di realizzare le sezioni calde dei motori a reazione, i componenti delle turbine a gas e le apparecchiature per il trattamento chimico che operano in condizioni estreme. Le pale di turbina monocristalline colate con superleghe di nichel permettono ai motori moderni di raggiungere un'efficienza e un'affidabilità senza precedenti.
Le batterie al nichel-metallo idruro (NiMH) alimentano veicoli ibridi come la Toyota Prius, fornendo uno stoccaggio energetico affidabile con un'eccellente durata dei cicli. Le batterie agli ioni di litio utilizzano sempre più catodi ricchi di nichel (NCM 811: 80% di nichel, 10% di cobalto, 10% di manganese) per migliorare la densità energetica riducendo al contempo la dipendenza dal cobalto nelle applicazioni dei veicoli elettrici.
La nichelatura elettrolitica offre protezione dalla corrosione e finiture decorative per componenti automobilistici, raccordi idraulici e componenti elettronici. La nichelatura chimica crea rivestimenti uniformi su geometrie complesse senza collegamenti elettrici, risultando essenziale per i dischi rigidi dei computer, i componenti aerospaziali e la strumentazione di precisione.
Da dove proviene
84 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 81% of elements
Il nichel si forma principalmente attraverso processi di cattura dei neutroni durante la nucleosintesi stellare e rappresenta uno degli elementi più abbondanti nei meteoriti ferrosi. Il nucleo terrestre contiene concentrazioni significative di nichel, mentre il nichel della crosta deriva sia dall'accumulo primordiale sia dai successivi bombardamenti meteoritici.
La crosta terrestre contiene circa 90 parti per milione di nichel, anche se questo valore sottostima notevolmente l'abbondanza planetaria effettiva del nichel, a causa della sua concentrazione nel nucleo ferro-nichel. Il nichel superficiale si trova principalmente in depositi lateritici formatisi attraverso l'alterazione tropicale e in depositi solfuri associati a rocce ignee mafiche e ultramafiche.
Il bacino di Sudbury in Ontario, Canada, formatosi in seguito all'impatto di un meteorite 1,85 miliardi di anni fa, contiene depositi di nichel, rame ed elementi del gruppo del platino di rilevanza mondiale. L'impatto fuse le rocce esistenti e concentrò i metalli provenienti sia dalle fonti terrestri sia dal meteorite impattante. Norilsk-Talnakh in Russia rappresenta un altro importante deposito di solfuri associato alla formazione di una grande provincia ignea.
I depositi lateritici tropicali della Nuova Caledonia, delle Filippine e dell'Indonesia si formano attraverso un'intensa alterazione chimica delle rocce ultramafiche in condizioni calde e umide. Questi depositi contengono tipicamente l'1-3% di nichel nei minerali ossidati e silicatici e richiedono tecniche specializzate di trattamento pirometallurgico o idrometallurgico.
I solfuri massivi del fondale marino e i noduli di manganese rappresentano risorse emergenti di nichel, man mano che i depositi terrestri si esauriscono. Lo sviluppo delle tecnologie di estrazione in acque profonde si concentra su queste risorse, sebbene le sfide ambientali e tecniche rimangano significative.
Manipolazione
Il nichel è l'allergene metallico più comune e colpisce il 10-15% delle donne e il 2-5% degli uomini attraverso i gioielli e l'esposizione professionale. Alcuni composti del nichel presentano inoltre rischi cancerogeni che richiedono controlli completi sul luogo di lavoro.
L'allergia al nichel causa dermatite da contatto dovuta a gioielli, chiusure degli indumenti ed esposizione professionale. Il carbonile di nichel (Ni(CO)₄) è un gas estremamente tossico che può causare edema polmonare e morte a basse concentrazioni. I solfuri e gli ossidi di nichel sono classificati come cancerogeni per l'uomo e causano principalmente tumori polmonari e nasali nei lavoratori esposti professionalmente.
I dispositivi di protezione individuale, la ventilazione per aspirazione localizzata e la sorveglianza medica prevengono gli effetti sulla salute legati al nichel. La protezione della pelle e le alternative ipoallergeniche aiutano a prevenire lo sviluppo dell'allergia al nichel nelle persone sensibili.
Risposte rapide
Nichel (symbol Ni) is element 28 on the periodic table, a metallo di transizione in period 4, group 10. Tough, corrosion-resistant and magnetic — and the second-biggest ingredient in stainless steel. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁸ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 16, 2 electrons respectively.Nichel melts at 1728 K (1454.9 °C) and boils at 3186 K (2912.9 °C).
The standard atomic weight of Nichel is 58.693 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Nichel has a density of 8.908 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of nichel is about 8.9× heavier.
Nichel has a Pauling electronegativity of 1.91. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Nichel was discovered in 1751 by Axel Fredrik Cronstedt. It is named after german Kupfernickel, "devil's copper".
Nichel makes up about 84 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.