Ni · Elemento 28 · Metal de transição
Resistente, resistente à corrosão e magnético — e o segundo maior componente do aço inoxidável.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde níquel se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 124 pm — isso corresponde a 0,124 nm, portanto cerca de 4,03 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Níquel permanece líquido em uma faixa de 1458 K, de 1728 K a 3186 K.
Onde está localizado
A história
O níquel é o metal resistente e anticorrosivo que mantém o mundo moderno funcionando perfeitamente. Esse metal de transição branco-prateado é tão durável e versátil que é usado em tudo, desde as moedas no seu bolso até o aço inoxidável de reatores nucleares. Batizado em referência a "kupfernickel" (cobre do Velho Nick) por frustrados mineiros alemães que não conseguiam extrair cobre de minérios contendo níquel, esse elemento tornou-se absolutamente indispensável para a tecnologia moderna. Descoberto em 1751 pelo químico sueco Axel Fredrik Cronstedt, o níquel foi inicialmente confundido com o cobre devido à aparência semelhante nos minérios. O que torna o níquel realmente notável é sua excepcional resistência à corrosão e sua capacidade de manter a resistência em temperaturas extremas. Ele suporta água do mar, ácidos e álcalis que destruiriam outros metais, sendo perfeito para aplicações marítimas e processamento químico. Eis o que torna o níquel absolutamente essencial: ele é o ingrediente principal do aço inoxidável, compondo de 8 a 12% das ligas de aço inoxidável austenítico. Sem níquel, o aço inoxidável perderia sua resistência à corrosão e se tornaria quebradiço. Isso significa que o níquel está literalmente mantendo nossa infraestrutura unida — de pias de cozinha a fábricas químicas e à Estação Espacial Internacional. O níquel também tem propriedades magnéticas fascinantes. Ele é ferromagnético como o ferro e o cobalto, mas perde seu magnetismo a 358°C (chamada temperatura de Curie). Essa propriedade é usada em controles automáticos de temperatura e sistemas de sprinklers contra incêndio. O níquel também tem a capacidade única de absorver gás hidrogénio, tornando-o útil para armazenamento de hidrogénio e aplicações em células de combustível. Uma das coisas mais interessantes sobre o níquel é seu papel na produção de ligas com memória de forma, como o Nitinol (níquel-titânio). Esses "metais inteligentes" conseguem lembrar sua forma original e retornar a ela quando aquecidos, sendo perfeitos para stents médicos, armações de óculos e aplicações aeroespaciais.
Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765), mineralogista sueco, descobriu o níquel em 1751 ao tentar extrair cobre do minério kupfernickel (hoje conhecido como niquelina, NiAs). Os mineiros alemães deram a esse minério problemático o nome de "kupfernickel" (que significa "cobre do Diabo") porque ele se parecia com o minério de cobre, mas não produzia cobre e liberava vapores tóxicos de arsénio quando fundido.
A análise cuidadosa de Cronstedt revelou que o kupfernickel continha um metal branco até então desconhecido, com propriedades distintas das de todos os elementos conhecidos. Suas técnicas de isolamento envolviam a torrefação do minério para remover o arsénio e, depois, a redução do óxido resultante com carvão vegetal para produzir níquel metálico.
A produção comercial de níquel começou na década de 1860 com o desenvolvimento do processamento de lateritas da Nova Caledônia. A descoberta dos depósitos de Sudbury em 1883, após a construção de ferrovias, transformou o níquel de curiosidade laboratorial em material industrial estratégico, permitindo o desenvolvimento do aço inoxidável e da metalurgia moderna.
Aplicações
O níquel transforma o ferro propenso à ferrugem em ligas resistentes à corrosão que constroem fábricas químicas, equipamentos para processamento de alimentos e maravilhas arquitetônicas. Esse metal versátil permite tanto os menores componentes eletrônicos quanto a maior infraestrutura industrial por meio de sua notável estabilidade química.
Aços inoxidáveis austeníticos contendo de 8 a 12% de níquel oferecem resistência à corrosão e conformabilidade superiores às dos tipos ferríticos. O aço inoxidável tipo 304 (18% de crómio, 8% de níquel) predomina em aplicações de processamento de alimentos, farmacêuticas e arquitetônicas. Os aços inoxidáveis duplex usam níquel para equilibrar as fases ferrítica e austenítica, alcançando resistência excepcional e resistência à corrosão em aplicações marítimas e químicas.
As superligas à base de níquel, como Inconel e Hastelloy, mantêm a resistência e a resistência à oxidação em temperaturas superiores a 1000°C. Essas ligas permitem o funcionamento de seções quentes de motores a jato, componentes de turbinas a gás e equipamentos de processamento químico sob condições extremas. Pás de turbina monocristalinas fundidas a partir de superligas de níquel permitem que os motores modernos alcancem eficiência e confiabilidade sem precedentes.
As baterias de hidreto metálico de níquel (NiMH) alimentam veículos híbridos como o Toyota Prius, proporcionando armazenamento de energia confiável com excelente vida útil em ciclos. As baterias de iões de lítio usam cada vez mais cátodos ricos em níquel (NCM 811: 80% de níquel, 10% de cobalto, 10% de manganés) para melhorar a densidade de energia e reduzir a dependência de cobalto em aplicações de veículos elétricos.
A eletrodeposição de níquel oferece proteção contra a corrosão e acabamentos decorativos para peças automotivas, acessórios hidráulicos e componentes eletrônicos. O revestimento de níquel químico cria camadas uniformes em geometrias complexas sem conexões elétricas, sendo essencial para discos rígidos de computador, componentes aeroespaciais e instrumentos de precisão.
De onde vem
84 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 81% dos elementos
O níquel se forma principalmente por meio de processos de captura de neutrões durante a nucleossíntese estelar e representa um dos elementos mais abundantes nos meteoritos de ferro. O núcleo da Terra contém concentrações significativas de níquel, enquanto o níquel da crosta deriva tanto do acúmulo primordial quanto de bombardeios meteóricos posteriores.
A crosta terrestre contém aproximadamente 90 partes por milhão de níquel, embora isso subestime enormemente a verdadeira abundância planetária do níquel devido à sua concentração no núcleo de ferro-níquel. O níquel superficial ocorre principalmente em depósitos lateríticos formados pelo intemperismo tropical e em depósitos de sulfetos associados a rochas ígneas máficas e ultramáficas.
A Bacia de Sudbury, em Ontário, Canadá, formada pelo impacto de um meteorito há 1,85 bilhão de anos, contém depósitos de classe mundial de níquel, cobre e elementos do grupo da platina. O impacto derreteu as rochas existentes e concentrou metais tanto de fontes terrestres quanto do meteorito impactante. Norilsk-Talnakh, na Rússia, representa outro importante depósito de sulfetos associado à formação de uma grande província ígnea.
Depósitos lateríticos tropicais na Nova Caledônia, nas Filipinas e na Indonésia formam-se pelo intemperismo químico intenso de rochas ultramáficas sob condições quentes e úmidas. Esses depósitos normalmente contêm de 1 a 3% de níquel em minerais de óxido e silicato, exigindo técnicas especializadas de processamento pirometalúrgico ou hidrometalúrgico.
Sulfetos maciços do fundo do mar e nódulos de manganés representam recursos emergentes de níquel à medida que os depósitos terrestres se esgotam. O desenvolvimento de tecnologia de mineração em águas profundas concentra-se nesses recursos, embora os desafios ambientais e técnicos continuem significativos.
Manuseio
O níquel é o alérgeno metálico mais comum, afetando 10-15% das mulheres e 2-5% dos homens por meio da exposição a joias e ocupacional. Certos compostos de níquel também apresentam riscos carcinogênicos que exigem controles abrangentes no local de trabalho.
A alergia ao níquel causa dermatite de contato provocada por joias, fechos de roupas e exposição ocupacional. O carbonilo de níquel (Ni(CO)₄) é um gás extremamente tóxico que pode causar edema pulmonar e morte em baixas concentrações. Sulfetos e óxidos de níquel são classificados como carcinogênicos para seres humanos, causando principalmente cânceres pulmonares e nasais em trabalhadores expostos ocupacionalmente.
Equipamentos de proteção individual, ventilação com exaustão local e acompanhamento médico previnem efeitos à saúde relacionados ao níquel. A proteção da pele e alternativas hipoalergênicas ajudam a prevenir o desenvolvimento de alergia ao níquel em pessoas sensíveis.
Respostas rápidas
Níquel (símbolo Ni) é o elemento 28 da tabela periódica, um Metal de transição do período 4, grupo 10. Resistente, resistente à corrosão e magnético — e o segundo maior componente do aço inoxidável. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ar] 3d⁸ 4s², resultando em 4 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 16, 2.Níquel derrete a 1728 K (1454.9 °C) e entra em ebulição a 3186 K (2912.9 °C).
A massa atómica padrão de Níquel é 58.693 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Níquel tem densidade de 8.908 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Níquel é aproximadamente 8.9× mais pesado.
Níquel tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.91. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Níquel foi descoberto em 1751 por Axel Fredrik Cronstedt. Recebe esse nome em homenagem a alemão Kupfernickel, "cobre do diabo".
Níquel constitui sobre 84 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.