Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение никель среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 124 pm — это 0,124 нм, поэтому около 4,03 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Никель находится в жидком состоянии в диапазоне 1458 K — от 1728 K до 3186 K.
Положение
История
Никель — прочный, устойчивый к коррозии металл, который помогает современному миру работать без перебоев. Этот серебристо-белый переходный металл настолько долговечен и универсален, что используется во всём: от монет в вашем кармане до нержавеющей стали в ядерных реакторах. Раздосадованные немецкие шахтёры назвали его «kupfernickel» («медь Старого Ника»), поскольку не могли извлечь медь из никельсодержащих руд, а этот элемент стал совершенно незаменимым для современных технологий. Никель был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Фредриком Кронстедтом, который сначала принял его за медь из-за схожего внешнего вида руд. Что делает никель по-настоящему удивительным, так это его исключительная устойчивость к коррозии и способность сохранять прочность при экстремальных температурах. Он выдерживает воздействие морской воды, кислот и щелочей, которые разрушили бы другие металлы, поэтому идеально подходит для морских применений и химической промышленности. Вот почему никель абсолютно необходим: это ключевой компонент нержавеющей стали, составляющий 8–12% аустенитных сплавов нержавеющей стали. Без никеля нержавеющая сталь утратила бы устойчивость к коррозии и стала хрупкой. Это значит, что никель буквально удерживает нашу инфраструктуру — от кухонных моек до химических предприятий и Международной космической станции. Никель обладает и удивительными магнитными свойствами. Он ферромагнитен, как железо и кобальт, но теряет магнетизм при 358°C — это называют температурой Кюри. Данное свойство используется в автоматических регуляторах температуры и системах пожарных спринклеров. Никель также обладает уникальной способностью поглощать газообразный водород, благодаря чему применяется для хранения водорода и в топливных элементах. Одна из самых интересных особенностей никеля — его роль в создании сплавов с памятью формы, например нитинола (никель–титан). Эти «умные металлы» могут запоминать первоначальную форму и возвращаться к ней при нагревании, поэтому идеально подходят для медицинских стентов, оправ очков и аэрокосмических применений.
Аксель Фредрик Кронстедт (1722–1765), шведский минералог, открыл никель в 1751 году, пытаясь извлечь медь из руды купферникеля (ныне известной как никелин, NiAs). Немецкие шахтёры назвали эту проблемную руду «kupfernickel» («медь Дьявола»), потому что она напоминала медную руду, но не давала меди и при плавке выделяла токсичные пары мышьяка.
Тщательный анализ Кронстедта показал, что купферникель содержит ранее неизвестный белый металл со свойствами, отличными от всех известных элементов. Для выделения никеля он обжигал руду, удаляя мышьяк, а затем восстанавливал полученный оксид древесным углём, получая металлический никель.
Промышленное производство никеля началось в 1860-х годах с разработкой переработки новокаледонских латеритов. Открытие месторождений Садбери в 1883 году во время строительства железной дороги превратило никель из лабораторной диковинки в стратегический промышленный материал, способствовав развитию нержавеющей стали и современной металлургии.
Применение
Никель превращает подверженное ржавлению железо в устойчивые к коррозии сплавы, из которых строят химические предприятия, оборудование для пищевой промышленности и архитектурные сооружения. Этот универсальный металл благодаря своей remarkable химической стабильности обеспечивает работу как мельчайших электронных компонентов, так и крупнейшей промышленной инфраструктуры.
Аустенитные нержавеющие стали, содержащие 8–12% никеля, обеспечивают более высокую коррозионную стойкость и формуемость по сравнению с ферритными марками. Нержавеющая сталь типа 304 (18% хрома, 8% никеля) широко используется в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в архитектуре. Дуплексные нержавеющие стали используют никель для уравновешивания фаз феррита и аустенита, достигая исключительной прочности и коррозионной стойкости в морских и химических применениях.
Суперсплавы на основе никеля, такие как Inconel и Hastelloy, сохраняют прочность и устойчивость к окислению при температурах выше 1000°C. Эти сплавы используются в горячих секциях реактивных двигателей, компонентах газовых турбин и оборудовании для химической переработки, работающем в экстремальных условиях. Монокристаллические лопатки турбин, отлитые из никелевых суперсплавов, позволяют современным двигателям достигать беспрецедентных эффективности и надёжности.
Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы питают гибридные автомобили, такие как Toyota Prius, обеспечивая надёжное хранение энергии и отличную циклическую долговечность. В литий-ионных аккумуляторах всё чаще используются катоды с высоким содержанием никеля (NCM 811: 80% никеля, 10% кобальта, 10% марганца), чтобы повысить плотность энергии и одновременно уменьшить зависимость от кобальта в электромобилях.
Гальваническое никелирование обеспечивает защиту от коррозии и декоративную отделку автомобильных деталей, сантехнической арматуры и электронных компонентов. Химическое никелирование создаёт равномерные покрытия на деталях сложной формы без электрических соединений; оно необходимо для компьютерных жёстких дисков, аэрокосмических компонентов и прецизионных приборов.
Откуда он происходит
84 мг/кг земной коры · более распространён, чем 81% элементов
Никель образуется главным образом в процессах захвата нейтронов во время звёздного нуклеосинтеза и является одним из наиболее распространённых элементов в железных метеоритах. Ядро Земли содержит значительные концентрации никеля, а никель земной коры происходит как из первичного накопления, так и из более поздней метеоритной бомбардировки.
Земная кора содержит примерно 90 частей на миллион никеля, хотя это значительно занижает его истинную планетарную распространённость из-за концентрации никеля в железо-никелевом ядре. На поверхности никель встречается главным образом в латеритных месторождениях, образовавшихся в результате тропического выветривания, и в сульфидных месторождениях, связанных с мафическими и ультрамафическими магматическими породами.
Бассейн Садбери в Онтарио, Канада, образовавшийся в результате падения метеорита 1.85 миллиарда лет назад, содержит месторождения никеля, меди и элементов платиновой группы мирового класса. Удар расплавил существующие породы и сконцентрировал металлы из земных источников и столкнувшегося метеорита. Норильск–Талнах в России — ещё одно крупное сульфидное месторождение, связанное с формированием крупной магматической провинции.
Тропические латеритные месторождения в Новой Каледонии, на Филиппинах и в Индонезии образуются в результате интенсивного химического выветривания ультрамафических пород в жарких и влажных условиях. Эти месторождения обычно содержат 1–3% никеля в оксидных и силикатных минералах и требуют специальных пирометаллургических или гидрометаллургических методов переработки.
Массивные сульфиды морского дна и марганцевые конкреции представляют собой новые источники никеля по мере истощения наземных месторождений. Разработка технологий глубоководной добычи сосредоточена на этих ресурсах, хотя экологические и технические проблемы остаются значительными.
Обращение
Никель является самым распространённым металлическим аллергеном: контакт с украшениями и воздействие на рабочем месте вызывают реакцию у 10-15% женщин и 2-5% мужчин. Некоторые соединения никеля также представляют канцерогенную опасность и требуют комплексных мер контроля на рабочем месте.
Аллергия на никель вызывает контактный дерматит при контакте с украшениями, застёжками одежды и на рабочем месте. Карбонил никеля (Ni(CO)₄) — чрезвычайно токсичный газ, который в низких концентрациях может вызвать отёк лёгких и смерть. Сульфиды и оксиды никеля классифицируются как канцерогены для человека и главным образом вызывают рак лёгких и носовой полости у работников, подвергающихся воздействию на рабочем месте.
Средства индивидуальной защиты, местная вытяжная вентиляция и медицинское наблюдение предотвращают вредные последствия воздействия никеля. Защита кожи и гипоаллергенные альтернативы помогают предотвратить развитие аллергии на никель у чувствительных людей.
Краткие ответы
Никель (символ Ni) — элемент 28 в периодической таблице, представитель семейства переходный металл в 4 периоде, 10 группе. Прочный, устойчивый к коррозии и магнитный — второй по значимости компонент нержавеющей стали. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Ar] 3d⁸ 4s²; она включает 4 занятые электронные оболочки с распределением 2, 8, 16, 2.Никель плавится при 1728 K (1454.9 °C) и кипит при 3186 K (2912.9 °C).
Стандартная атомная масса Никель составляет 58.693 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Никель составляет 8.908 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Никель примерно в 8.9× тяжелее.
Электроотрицательность Никель по шкале Полинга составляет 1.91. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Никель был открыт в 1751 году Axel Fredrik Cronstedt. Назван в честь немецкое Kupfernickel, «медь дьявола».
На долю Никель приходится около 84 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.