Propriedades físicas do níquel. Onde o níquel é usado na indústria? De que é feito o níquel?

Este metal cinza prateado pertence ao metal de transição - possui propriedades alcalinas e ácidas. As principais vantagens do metal são maleabilidade, ductilidade e altas propriedades anticorrosivas. Onde e como o níquel é usado - leia abaixo.

Devido à presença de uma película de óxido na superfície, o metal é dotado da capacidade de resistir perfeitamente à corrosão. Além disso, o revestimento deste metal protege de forma confiável peças e objetos feitos de outros materiais contra oxidação. É por isso que o níquel é amplamente utilizado na indústria moderna.

Além disso, o elemento não possui apenas propriedades anticorrosivas. Resiste perfeitamente aos efeitos de vários álcalis. Por isso, é utilizado para proteger todo tipo de peças de alumínio, ferro e ferro fundido destinadas ao uso em ambientes agressivos. Inclusive para fabricação de pás de aeronaves, tanques para transporte de substâncias perigosas e outros equipamentos para a indústria química.

Se falarmos de outras áreas da nossa vida onde hoje o uso do níquel é em grande escala, vale citar a produção:

• próteses e aparelhos ortodônticos para necessidades médicas;
• baterias;
• reagentes químicos;
• “ouro branco” na indústria joalheira;
• enrolamentos para cordas de instrumentos musicais.

Ligas

Devido às suas propriedades anticorrosivas, o elemento é amplamente utilizado para a produção de diversas ligas de ferro, cobre, titânio, estanho, molibdênio, etc. Mais de 80 por cento do volume total de Ni extraído em todo o mundo é consumido para isso, depósitos dos quais estão localizados na Rússia (regiões de Ural, Murmansk e Voronezh, região de Norilsk), África do Sul, Canadá, Grécia, Albânia e outros países. Ni é usado para fazer aço inoxidável. As ligas com ferro são utilizadas em quase todos os ramos da indústria moderna, bem como na construção de quaisquer instalações civis ou industriais.

Como resultado de diferentes combinações percentuais com o cobre, obtêm-se as ligas Monel, Constantine e outras. São utilizados para a fabricação de moedas, tanques de armazenamento de ácido sulfúrico, perclórico ou fosfórico, peças de reposição e peças de máquinas (válvulas, trocadores de calor, buchas, molas, pás de impulsores) destinadas ao uso sob altas cargas.

Ligas com adição de cromo - nicrômio - são resistentes ao calor e por isso são utilizadas na fabricação de elementos estruturais de turbinas a gás, peças de motores a jato e equipamentos para reatores nucleares.

Ao adicionar molibdênio, obtêm-se ligas resistentes a ácidos e outros compostos agressivos (cloro seco).

Ligas contendo alumínio, ferro, cobre e cobalto - alnic e magneto - possuem propriedades de ímãs permanentes e são utilizadas na fabricação de diversos instrumentos de medição de rádio e equipamentos elétricos.

Os produtos feitos de invar - liga com adição de ferro (Ni - 35 por cento, Fe - 65%) têm a propriedade de praticamente não esticar quando aquecidos.

Outras aplicações

Um dos usos mais comuns do níquel na indústria hoje é o niquelagem, que é a aplicação de uma fina camada de níquel (espessura variando de 12 a 36 micrômetros) na superfície de outros metais por meio de um método de galvanoplastia. O tratamento anticorrosivo é realizado da seguinte forma:

• tubos metálicos;
• pratos;
• talheres;
• misturadores e torneiras para cozinha ou casa de banho;
• acessórios para móveis e outros produtos decorativos.

Os objetos tratados desta forma ficarão protegidos da umidade de forma confiável por um longo tempo e também, graças ao revestimento prateado que não desbota com o tempo, manterão uma aparência apresentável.

O níquel é o 17º elemento químico da tabela periódica de Mendeleev com número atômico 28. A substância é um metal de transição, que se distingue pela sua ductilidade e possui uma cor branca prateada característica. Não apresenta forte atividade química. O próprio nome da substância traduzido do alemão significa “espírito da montanha”. As pessoas já conheciam o níquel no século XVII, mas ele ainda não havia sido isolado como uma substância separada. Foi encontrado em minérios de cobre durante a mineração de cobre e foi chamado de cobre falso (kupfernickel) devido ao espírito das montanhas. A substância foi isolada como um metal separado por Axel Crostedt em 1751 e batizou-a de “níquel”.

Em meados do século XVIII, as pessoas conheciam 12 metais, além de enxofre, fósforo, carbono e arsênico. Ao mesmo tempo, foi adicionado níquel a eles, ao qual foi atribuído o 17º número.

Características do Níquel

O elemento recém-descoberto não encontrou aplicação imediata. Apenas dois séculos depois as pessoas começaram a usar ativamente o metal. Tornou-se especialmente popular na metalurgia. Acontece que o níquel é um excelente elemento de liga para aço e ferro. Assim, as ligas com níquel são muito resistentes a diversas influências químicas, não estão sujeitas a danos por corrosão e também podem suportar temperaturas muito altas. Por exemplo, uma liga de níquel e ferro, chamada invar na metalurgia, é incapaz de se expandir quando exposta a altas temperaturas, o que é uma das principais razões pelas quais o invar é usado para fazer trilhos para ferrovias e muitos outros elementos.

Propriedades físicas do níquel

O níquel é um metal com uma tonalidade prateada amarelada característica. Ao ar livre mantém a cor e o brilho e não desbota. A dureza Brinell do metal é 600-800 Mn/m2. Apesar de sua dureza bastante elevada, o metal se presta bem a diversas influências e tratamentos físicos, incluindo forjamento e polimento. Isso permite que o níquel seja utilizado na produção de produtos muito finos e delicados.

O metal possui propriedades magnéticas mesmo em temperaturas bastante baixas (até -340 0 C). Resistente a danos por corrosão.

Propriedades químicas do níquel

O níquel tem número atômico 28 e é designado na nomenclatura química pelo símbolo Ni. Tem massa molar de 58,6934 g/mol. O átomo de níquel tem um raio de 124 pm. Sua eletronegatividade na escala de Pauling é 1,94 e seu potencial eletrônico é 0,25 V.

O metal não está exposto às influências negativas do ar e da água. Isso se deve à formação de um filme em forma de óxido de níquel (NiO) em sua superfície, o que impede sua posterior oxidação.

Reage com o oxigênio apenas sob certas condições, especialmente sob altas temperaturas. Em altas temperaturas também é capaz de interagir com absolutamente todos os halogênios.

Apresenta reação violenta em ácido nítrico, bem como em soluções com amônia. No entanto, alguns sais, por exemplo o ácido clorídrico e o ácido sulfúrico, dissolvem o metal muito lentamente. Mas não se dissolve em ácido fosfórico.

Produção de níquel

O principal material para a mineração de níquel são os minérios de sulfeto de cobre-níquel. Assim, é desses minérios que se obtém cerca de 80% do níquel da produção total do mundo, excluindo a Rússia. Os minérios são submetidos ao enriquecimento seletivo por flotação, após a qual os concentrados de cobre, níquel e pirrotita são separados do minério.

Para a obtenção do metal puro, utiliza-se concentrado de minério de níquel que, junto com os fluxos, é fundido em eixos elétricos ou fornos reverberatórios. Como resultado desse processo, os estéreis são separados e o níquel é extraído na forma de fosco, que contém até 15% de níquel.

Às vezes, antes de o concentrado ser enviado para fundição, ele é torrado e peletizado. A composição do fundido de sulfeto (fosco) após o processo de fundição também contém Fe, Co e quase completamente Cu, além de metais nobres. Em seguida, o ferro é separado, após o que resta uma liga que contém cobre e níquel. A liga é submetida a um resfriamento lento, após o qual é finamente moída e enviada para posterior flotação para separar os dois elementos. Cu e Ni também podem ser separados pelo chamado processo carbonílico, que se baseia na reversibilidade da reação.

Os três métodos mais comuns de obtenção de níquel são:

1. Restaurador. A base é o minério de silicato, a partir do qual, com a participação do pó de carvão, são formadas pelotas de ferro-níquel contendo de 5% a 8% de níquel. Fornos tubulares rotativos são usados ​​para este processo. Em seguida, os pellets são limpos de enxofre, calcinados e tratados com solução de amônia, da qual se obtém o níquel após acidificação.
2. Carbonil. Este método também é chamado de método de Mond. Baseado na produção de fosco de cobre-níquel a partir de minério de sulfeto. O CO passa sobre o fosco sob alta pressão, resultando na formação de tetracarbonilníquel, do qual, sob a influência de altas temperaturas, é liberado níquel altamente puro.
3. Aluminotérmico. Este método é baseado na recuperação de níquel de minério óxido: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Compostos de níquel

O níquel forma muitos compostos diferentes, tanto orgânicos como inorgânicos, cada um dos quais é utilizado em determinadas áreas da atividade humana.

Compostos inorgânicos de níquel

Entre estes vale destacar os óxidos. Em particular, o seu monóxido, cuja formação ocorre como resultado da reação do metal e do oxigênio a uma temperatura bastante elevada, superior a 500 0 C, é utilizado como material a partir do qual são feitas tintas e esmaltes na produção de cerâmica e vidro. E na produção de ânodos que são utilizados em baterias alcalinas, utiliza-se sesquióxido de níquel Ni 2 O 3. Para obtê-lo, o nitrato ou clorato de níquel é submetido a um aquecimento muito lento.

Nem o menor lugar é dado aos hidróxidos de níquel. Por exemplo, Ni(OH) 2 é formado como resultado da ação de álcalis em soluções aquosas de sais de níquel. Este hidróxido é caracterizado por uma cor verde clara. A partir do hidróxido de níquel, sob a influência de um agente oxidante em ambiente alcalino, forma-se um óxido hidratado, a partir do qual funciona a bateria alcalina Edison. A vantagem desta bateria é a sua capacidade de permanecer descarregada por muito tempo, enquanto uma bateria de chumbo convencional não pode permanecer descarregada por muito tempo.

Os sais de níquel (II) são geralmente formados como resultado da interação de NiO ou Ni(OH) 2 com vários ácidos. Os sais solúveis de níquel, na maioria dos casos, formam hidratos cristalinos. Os sais insolúveis são fosfato de Ni 3 (PO 4) 2 e silicato de Ni 2 SiO 4. Os hidratos e soluções cristalinas são caracterizados por uma cor esverdeada, e os sais anidros são caracterizados por uma cor amarela ou amarelo acastanhada.

Também existem compostos complexos de níquel (II). Para formá-los, o óxido de níquel é dissolvido em uma solução de amônia. O dimetilglioximato de níquel Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 é usado como uma reação a íons de níquel. É caracterizada pela coloração vermelha de um ambiente ácido.

Os compostos de níquel menos característicos são os compostos de níquel (III). Destas, é conhecida uma substância negra, obtida a partir da reação de oxidação do hidróxido de níquel (II) em meio alcalino com hipoclorito ou halogênios:

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = Ni2O3 *H2O + 2NaBr + H2O

Compostos orgânicos de níquel

A ligação Ni-C ocorre de duas maneiras:

1. Tipo Y. Esses compostos são chamados de complexos y. Estes incluem compostos tendo a seguinte forma: e , onde R = Alk ou Ar, L = PR3, onde X é um ligante ácido.
2. Por tipo p. Eles são chamados de complexos p. Estes incluem compostos organo-níquel de alceno e polieno, que contêm níquel no estado de oxidação zero. Tais compostos são geralmente caracterizados por uma estrutura trigonal ou tetraédrica.

(os números de coordenação estão indicados entre parênteses) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

O teor médio de níquel na crosta terrestre é de 8-10-3% em massa, nos oceanos 0,002 mg/l. Conhecido aprox. 50 níquel, dos quais os mais importantes são: pentlandita (Fe,Ni) 9 S 8, millerita NiS, garnierita (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskita (não puíta) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, níquel NiAs, annabergita Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. O níquel é extraído principalmente de sulfeto de cobre-níquel ( Canadá, Austrália, África do Sul) e dos oxidados por silicato (Nova Caledônia, Cuba, Filipinas, Indonésia, etc.). As reservas mundiais de níquel onshore são estimadas em 70 milhões de toneladas.

Propriedades. Níquel-prata-branco. Cristalino. rede centrada na face cúbico, a = 0,35238 nm, z = 4, espaço. grupo RT3t. T.pl. 1455°C. fardo 2900°C; jangada 8,90g/cm3; C 0 p 26,1 J/( . K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S0 298 29,9 JDmol K); nível de dependência da temperatura para níquel sólido lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), para lgp líquido(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728-3170K); coeficiente de temperatura expansão linear 13,5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) a 273 K, 90,9 W/(m K) a 298 K; g 1,74 N/m (1520°C); r 7,5 10 -8 Ohm m, coeficiente de temperatura. r 6,75. 10-3 K-1 (298-398 K); , 631 K. Módulo de elasticidade 196-210 GPa; crescimento 280-720 MPa; relaciona alongamento 40-50%; de acordo com Brinell (recozido) 700-1000 MPa. O níquel puro é muito dúctil, pode ser bem processado em condições quentes e frias, pode ser laminado, trefilado e forjado.

N o níquel é quimicamente inativo, mas os compostos de níquel finamente dispersos obtidos em baixas temperaturas são pirofóricos. Padrão Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Em temperaturas normais, o níquel não é coberto por uma camada fina. Não interação. com e umidade. Quando aquecido A produção de níquel começa a ~ 800 °C. O níquel reage muito lentamente com os ácidos clorídrico, sulfúrico, fosfórico e fluorídrico. Vinagre e outras substâncias praticamente não têm efeito sobre ele. para você, especialmente na ausência de. Reage bem com dil. HNO3, conc. HNO 3 é passivado. As soluções e e, assim como o NH 3 líquido, não têm efeito sobre o níquel. Soluções aquosas NH 3 presente. correlacionar níquel.

N ickel em estado disperso tem excelentes propriedades catalíticas. nos distritos, . Eles usam níquel esquelético (níquel de Raney), obtido por liga com Al ou Si com este último. , ou níquel para .

N o níquel absorve H 2 e forma soluções sólidas com ele. NiH 2 (estável abaixo de 0°C) e NiH mais estável foram obtidos indiretamente. Quase não é absorvido pelo níquel até 1400 °C, o valor do pH do N 2 é de 0,07% a 450 °C. O níquel compacto não reage com o NH 3; o níquel disperso forma nitreto de Ni 3 N com ele a 300-450 °C.

O níquel fundido dissolve C para formar carboneto Ni 3 C, que se decompõe com a liberação de; Ni 3 C na forma de preto acinzentado (decompõe-se a ~ 450 ° C) é obtido pela cementação do níquel em CO a 250-400 ° C. O níquel disperso com CO produz Ni(CO) 4 volátil. Quando ligado ao Si, forma sílica; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si e NiSi fundem congruentemente, respectivamente. a 1282, 1318 e 992 °C, Ni 3 Si e NiSi 2 - incongruentes, respectivamente. a 1165 e 1125°C, o Ni 3 Si 2 se decompõe sem fundir a 845°C. Quando fundido com B dá boretos: Ni 3 B (p.f. 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580°C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (decompõe-se a 1600 °C). Com o Se, o níquel forma selenetos: NiSe (p.f. 980 °C), Ni 3 Se 2 e NiSe 2 (decompõem-se a 800 e 850 °C, respectivamente), Ni 6 Se 5 e Ni 21 Se 20 (existem apenas no estado sólido) . Quando o níquel é ligado ao Te, obtêm-se teluretos: NiTe e NiTe 2 (aparentemente se forma uma ampla região de soluções sólidas entre eles), etc.

Arseniato Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-verde; taxa p de 0,022%; to-tami se decompõe; acima de 200 °C desidrata, a ~ 1000 °C decompõe-se; ficando sólido.

Silicato Ni 2 SiO 4 - verde claro com padrão rômbico. grato; denso 4,85g/cm3; decompõe-se sem derreter a 1545°C; em insolúvel; mineiro K-tami se decompõe lentamente quando aquecido. Aluminato NiAl 2 O 4 (níquel espinélio) - azul com cúbico. grato; mp. 2110°C; denso 4,50g/cm3; não é só. V; decompõe lentamente o to-tami; .

As conexões complexas mais importantes. níquel-a m m i n s. Naib. Característica são hexaamminas e aquatetraminas, respectivamente. 2+ e 2+. Estes são cristais azuis ou violetas. in-va, geralmente sol. em, em soluções azul brilhante; quando as soluções são fervidas e quando expostas à solução, elas se decompõem; são formados em soluções durante o processamento de amônia de níquel e cobalto.

Nos complexos Ni(III) e Ni(IV), a coordenação o número de níquel é 6. Exemplos são o K 3 violeta e o K 2 vermelho, formados pela ação do F 2 sobre uma mistura de NiCl 2 e KCl; forte. Outros tipos de heteropoliácidos são conhecidos, por exemplo. (NH 4) 6 H 7. 5H 2 O, um grande número de compostos intracomplexos. Ni(II). Veja também Compostos organo-níquel.

Recibo. processar materiais piro e hidrometalúrgicos. caminho. Para oxidados por silicato (não podem ser enriquecidos), use qualquer um dos redutores. fundição para produção de ferroníquel, que é então submetido à purga em conversor para fins de enriquecimento, ou fundição para fosco contendo enxofre (FeS 2 ou CaSO 4). O fosco resultante é soprado em um conversor para remover o Fe e depois triturado e queimado para reduzir o NiO do material resultante. O níquel metálico é obtido por fundição. Os concentrados de níquel obtidos a partir do enriquecimento de concentrados de sulfeto são fundidos em fosco com este último. purga no conversor. Do fosco cobre-níquel, após seu resfriamento lento, isola-se o concentrado Ni 3 S 2, que, semelhante aos foscos oxidados, é queimado e reduzido.

Uma das formas de hidroprocessamento de minérios oxidados é a redução ou mistura de H 2 e N 2 com este último. solução de NH 3 e CO 2 com purga. A solução é purificada de Co. Durante a decomposição da solução durante a destilação do NH 3, precipita-se o hidroxocarbonato de níquel, que é calcinado e reduzido do NiO resultante. O níquel é obtido por fundição ou redissolução. na solução de NH 3 e após destilação do NH 3 da polpa de H 2, obtém-se o níquel. Dr. caminho - ácido sulfúrico oxidado em. A partir da solução resultante, após sua purificação, o níquel é depositado e o concentrado de NiS resultante é processado como fosco.

O hidroprocessamento de materiais de sulfeto de níquel (concentrados, foscos) é reduzido à oxidação em autoclave. soluções de NH 3 (com baixo teor de Co) ou H 2 SO 4. A partir de soluções de amônia, após a separação do CuS, o níquel é precipitado. Para separação de Ni,A extração de Co e Cu de soluções de amônia também é utilizada. métodos que utilizam, em primeiro lugar, extratantes quelantes.

A oxidação em autoclave para produzir soluções de sulfato é usada tanto para materiais enriquecidos (foscos) com transferência de níquel, etc. para a solução, quanto para concentrados pobres de pirrócio Fe 7 S 8. Neste último caso, o predominante é oxidado. pirrotita, que permite isolar S elementar e concentrado de sulfeto, que é posteriormente fundido em níquel fosco.

Uso de níquel em ligas

O níquel é a base da maioria dos materiais resistentes ao calor usados ​​na indústria aeroespacial para peças de usinas de energia.

• Monel metálico (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), resistente ao calor até 500 °C, muito resistente à corrosão;
• nicromo, liga de resistência (60% Ni + 40% Cr);
• permalói (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), possui alta suscetibilidade magnética com perdas por histerese muito baixas;
• invar (65% Fe + 35% Ni), quase não se alonga quando aquecido.
• Além disso, as ligas de níquel incluem aços níquel e cromo-níquel, níquel prata e várias ligas de resistência, como Constantan, níquel e manganina.

Todos os aços inoxidáveis ​​contêm necessariamente níquel, porque... O níquel aumenta a resistência química da liga. As ligas de níquel também são caracterizadas por alta tenacidade e são utilizadas na fabricação de armaduras duráveis. Na fabricação das peças mais importantes de diversos dispositivos, é utilizada uma liga de níquel-ferro (36-38% de níquel), que possui baixo coeficiente de expansão térmica.

Na fabricação de núcleos eletroímãs, ligas sob o nome geral permalloy são amplamente utilizadas. Essas ligas, além do ferro, contêm de 40 a 80% de níquel. As moedas são cunhadas em ligas de níquel. O número total de diferentes ligas de níquel em uso prático chega a vários milhares.

O níquel em sua forma pura é usado principalmente como revestimento protetor contra corrosão em diversos ambientes químicos. Os revestimentos protetores de ferro e outros metais são obtidos por dois métodos bem conhecidos: revestimento e galvanoplastia. No primeiro método, a camada revestida é criada laminando a quente uma fina placa de níquel com uma espessa folha de ferro. A proporção entre a espessura do níquel e do metal a ser revestido é de aproximadamente 1:10. No processo de laminação das juntas, por difusão mútua, essas chapas são soldadas, obtendo-se um metal monolítico de duas ou mesmo três camadas, cuja superfície de níquel protege esse material da corrosão.

Este tipo de método a quente de criação de revestimentos protetores de níquel é amplamente utilizado para proteger o ferro e os aços não ligados da corrosão. Isto reduz significativamente o custo de muitos produtos e dispositivos feitos não de níquel puro, mas de ferro ou aço relativamente barato, mas revestidos com uma fina camada protetora de níquel. Grandes tanques são feitos de chapas de ferro niqueladas para transporte e armazenamento, por exemplo, de álcalis cáusticos, que também são utilizados em diversas indústrias químicas.

O método de galvanoplastia para criar revestimentos protetores com níquel é um dos métodos mais antigos de processos eletroquímicos. Esta operação, amplamente conhecida em tecnologia como niquelagem, é em princípio um processo tecnológico relativamente simples. Envolve algum trabalho preparatório de limpeza minuciosa da superfície do metal a ser revestido e preparação de um banho eletrolítico que consiste em uma solução acidificada de um sal de níquel, geralmente sulfato de níquel. No revestimento eletrolítico, o material a ser revestido serve como cátodo e uma placa de níquel serve como ânodo. Num circuito galvânico, o níquel é depositado no cátodo com uma transição equivalente do ânodo para a solução. O método de niquelagem é amplamente utilizado na engenharia e grandes quantidades de níquel são consumidas para esse fim.

Recentemente, o método de niquelagem eletrolítica tem sido usado para criar revestimentos protetores em alumínio, magnésio, zinco e ferro fundido. O artigo descreve o uso do método de niquelagem para ligas de alumínio e magnésio, em particular para a proteção de pás de duralumínio de aeronaves movidas a hélice. Outro artigo descreve o uso de tambores de secagem de ferro fundido niquelados na fabricação de papel; Foi estabelecido um aumento significativo na resistência à corrosão dos tambores e um aumento na qualidade do papel em tambores niquelados em comparação com tambores convencionais de ferro fundido sem niquelagem.

A niquelagem é realizada por galvanoplastia com eletrólitos contendo sulfato de níquel (II), cloreto de sódio, hidróxido de boro, surfactantes e agentes abrilhantadores e ânodos de níquel solúveis. A espessura da camada de níquel resultante é de 12 a 36 mícrons. O brilho estável da superfície pode ser garantido pela cromagem subsequente (espessura da camada de cromo 0,3 mícron).

A niquelagem sem corrente é realizada em uma solução de uma mistura de cloreto de níquel (II) e hipofosfito de sódio na presença de citrato de sódio:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

O processo é realizado em pH 4 - 6 e 95 °C.

Produção de baterias de ferro-níquel, níquel-cádmio, níquel-zinco e níquel-hidrogênio.

Os “contras” mais comuns em fontes de corrente química são zinco, cádmio, ferro, e os “prós” mais comuns são óxidos de prata, chumbo, manganês e níquel. Compostos de níquel são utilizados na produção de baterias alcalinas. Aliás, a bateria de ferro-níquel foi inventada em 1900 por Thomas Alva Edison.

Os eletrodos positivos à base de óxidos de níquel possuem uma carga positiva bastante grande, são estáveis ​​​​no eletrólito, são fáceis de processar, são relativamente baratos, duram muito tempo e não requerem cuidados especiais. Este conjunto de propriedades tornou os eletrodos de níquel os mais comuns. Algumas baterias, especialmente as baterias de zinco-prata, têm melhores características específicas do que as baterias de ferro-níquel ou níquel-cádmio. Mas o níquel é muito mais barato que a prata e as baterias caras duram muito menos.

Os eletrodos de óxido de níquel para baterias alcalinas são feitos de uma pasta contendo hidrato de óxido de níquel e pó de grafite. Às vezes, em vez de grafite, as funções de aditivo condutor são desempenhadas por finas pétalas de níquel distribuídas uniformemente em hidróxido de níquel. Esta massa ativa é embalada em placas condutoras de vários designs.

Nos últimos anos, outro método para a produção de eletrodos de níquel tornou-se difundido. As placas são prensadas a partir de um pó muito fino de óxidos de níquel com os aditivos necessários. A segunda etapa da produção é a sinterização da massa em atmosfera de hidrogênio. Este método produz eletrodos porosos com superfície muito desenvolvida, e quanto maior a superfície, maior a corrente. As baterias com eletrodos feitas por esse método são mais potentes, mais confiáveis, mais leves, mas também mais caras. Portanto, eles são utilizados nos objetos mais críticos - circuitos radioeletrônicos, fontes de corrente em espaçonaves, etc.

Eletrodos de níquel, feitos dos melhores pós, também são usados ​​em células de combustível. Aqui as propriedades catalíticas do níquel e seus compostos tornam-se de particular importância. O níquel é um excelente catalisador para processos complexos que ocorrem nessas fontes de corrente. A propósito, nas células de combustível, o níquel e seus compostos podem ser usados ​​para produzir “mais” e “menos”. A única diferença está nos aditivos.

O nuclídeo 63 Ni, que emite partículas β+, tem meia-vida de 100,1 anos e é usado em krytrons. Placas de níquel têm sido recentemente utilizadas em vez de placas de cádmio em interruptores mecânicos de feixe de nêutrons, a fim de obter pulsos de nêutrons com altos valores de energia.

• Utilizado na fabricação de sistemas de braquetes.
• Próteses

A formação de um precipitado escarlate ao adicionar dimetilglioxima a uma solução de amônia da mistura analisada é a melhor reação para a determinação qualitativa e quantitativa do níquel. Mas o dimetilglioximato de níquel não é necessário apenas para os analistas. A bela cor profunda desse composto complexo atraiu a atenção dos perfumistas: o dimetilglioximato de níquel é introduzido na composição do batom. Alguns desses compostos semelhantes ao dimetilglioximato de níquel formam a base de tintas muito resistentes à luz.

Existem indícios interessantes sobre o uso de placas de níquel em instalações ultrassônicas, tanto elétricas quanto mecânicas, bem como em projetos modernos de aparelhos telefônicos.

Existem algumas áreas da tecnologia onde o níquel puro é utilizado diretamente na forma de pó ou na forma de vários produtos obtidos a partir de pós de níquel puro.

Uma das áreas de aplicação do níquel em pó são os processos catalíticos nas reações de hidrogenação de hidrocarbonetos insaturados, aldeídos cíclicos, álcoois e hidrocarbonetos aromáticos.

As propriedades catalíticas do níquel são semelhantes às da platina e do paládio. Assim, aqui se reflete a analogia química de elementos do mesmo grupo da tabela periódica. O níquel, por ser um metal mais barato que o paládio e a platina, é amplamente utilizado como catalisador em processos de hidrogenação.

Para isso, é aconselhável utilizar o níquel na forma de pó muito fino. É obtido por um modo especial de redução do óxido de níquel com hidrogênio na faixa de temperatura de 300-350°.

O níquel é um elemento do grupo 10 da tabela D.I. Mendeleev. Conhecido há relativamente pouco tempo, também utilizado recentemente na indústria. O nome do níquel vem do nome do gnomo malvado, que em vez disso jogou o mineral níquel, que inclui níquel e arsênico, para os mineiros. Naquela época, eles não sabiam usar o níquel, então o metal “falso” passou a ser chamado de “travessura” do níquel alemão.

E hoje veremos as propriedades físicas e químicas e os usos do níquel, daremos uma descrição geral e estudaremos ligas e qualidades de níquel.

É um metal de transição, ou seja, apresenta propriedades ácidas e alcalinas. Possui brilho branco prateado, dúctil, maleável, mas duro. O peso molecular é pequeno - 28, por isso é classificado como uma substância leve.

Este vídeo falará sobre as características do níquel como metal:

Conceito e recursos

Do ponto de vista químico, o níquel é um metal muito interessante e incomum. Por um lado, é capaz de reagir tanto com ácidos como com álcalis, mas por outro lado, é quimicamente inerte e até se recusa a reagir com álcalis e ácidos concentrados. Além disso, essa propriedade é tão pronunciada que o níquel é utilizado na fabricação de diversos equipamentos resistentes a ácidos e tanques para álcalis.

O metal é fundido e depois utilizado na forma de varetas, folhas e assim por diante. E neste estado exibe as propriedades metálicas usuais de uma substância pouco ativa. Mas o níquel convertido em um pó muito fino torna-se pirofórico e é capaz de autoignição no ar.

O segredo é que uma substância comum no ar, como o alumínio, por exemplo, é coberta por uma película de óxido, e essa película atua como uma camada protetora muito forte.

Essa qualidade determina um dos usos mais antigos do metal - o niquelagem, ou seja, a aplicação da mais fina camada de níquel na superfície dos objetos. Esta camada protege completamente o aço, ferro fundido, magnésio, alumínio e assim por diante da corrosão.

Produtos feitos de níquel puro são raros e usados ​​apenas em áreas particularmente críticas. Seu uso na indústria se deve a outra qualidade ímpar: na liga, o níquel confere ao material a mesma excelente resistência à corrosão que ele próprio possui. A maioria dos aços inoxidáveis ​​e estruturais inclui níquel como componente de liga. É isso que garante a resistência do aço e sua durabilidade.

As ligas à base de níquel são muito diversas e possuem propriedades notáveis: resistência, resistência ao calor, capacidade de suportar cargas de alta força em altas temperaturas, resistência ao desgaste, insensibilidade a substâncias quimicamente agressivas e assim por diante. Do volume total da substância extraída, cerca de 9% é utilizado na sua forma pura. Outros 7% são gastos em niquelagem e o restante na produção de ligas.

O níquel forma a tríade do ferro com o ferro e o cobalto. O grupo também inclui platina - ósmio, platina, ródio. No entanto, apesar da sua relativa proximidade, as propriedades dos metais diferem marcadamente. Em termos de resistência, o níquel não é muito inferior ao ferro, tem uma densidade ainda maior, mas ao contrário deste último é muito resistente à corrosão, enquanto o ferro corrói rapidamente no ar e principalmente em contato com a água.

Comparado aos metais da platina, o níquel é muito mais leve, muito mais barato e muito mais ativo: a platina, o ósmio e outros são metais nobres que possuem potencial de eletrodo positivo e são extremamente inertes.

Vantagens e desvantagens

Quase todas as propriedades do níquel em relação à economia nacional são vantagens. A única desvantagem do metal é a sua presença na natureza. O níquel é considerado um elemento comum, mas é encontrado apenas na forma encadernada. O níquel nativo chega à Terra apenas como parte de meteoritos. Conseqüentemente, o metal é obtido por meio de tecnologias mais caras.

• O níquel possui boa resistência e dureza, mantendo a capacidade de forjamento e alta tenacidade: pode ser usado para produzir as folhas e varetas mais finas.
• O metal possui excelente resistência à corrosão. Além disso, transfere essa qualidade para as ligas, que contém como elemento de liga.
• As ligas à base de níquel são muito diversas e possuem qualidades excepcionais. Assim, ligas de ferro-níquel resistentes ao calor são utilizadas na fabricação de peças de reatores nucleares e motores a jato. Até o momento, cerca de 3.000 ligas de níquel diferentes foram descritas e utilizadas.
• O revestimento de níquel ainda é usado ativamente não apenas na fabricação de instrumentos e máquinas-ferramentas, mas também na vida cotidiana e na construção. Pratos, talheres, acessórios niquelados, etc. não são apenas esteticamente atraentes, mas também absolutamente higiênicos, inofensivos e extremamente duráveis. A inércia e higiene do metal determinam sua utilização na indústria alimentícia.
• O níquel é um ferromagneto, ou seja, uma substância propensa à magnetização espontânea. Esta propriedade permite que o metal seja usado para produzir ímãs permanentes.
• O metal é relativamente barato de obter e possui boas características de condutividade elétrica. O níquel substitui a prata cara ou na produção de baterias.

A estrutura e a composição química do níquel são discutidas abaixo.

Estrutura e composição

O níquel, como outros metais puros, possui uma estrutura homogênea e bem ordenada, o que confere a essas substâncias a capacidade de conduzir corrente. Porém, a composição de fases do material pode ser diferente, o que afeta suas propriedades.

• Em condições normais, estamos lidando com a modificação β do níquel. É caracterizado por uma rede cúbica centrada na face e determina as propriedades usuais do metal - maleabilidade, ductilidade, usinabilidade, ferromagnetismo e assim por diante.
• Existe também outro tipo de material. O níquel submetido à pulverização catódica em atmosfera de hidrogênio não reage, mas também altera sua estrutura, transformando-se na modificação α. Este último possui uma rede hexagonal densa. Quando aquecida a 200 C, a fase α se transforma na fase β. Na indústria, eles lidam com a modificação β do níquel.

Este vídeo mostrará como converter você mesmo uma bateria de níquel-cádmio em uma bateria de íon de lítio:

Propriedades e características

As características da fase β, como principal, são de maior interesse, uma vez que a própria existência da fase α é limitada. As propriedades do metal são:

• densidade à temperatura normal – 8,9 g/cu. cm;
• ponto de fusão – 1453 C;
• ponto de ebulição – 3000 C;
• coeficiente de expansão térmica muito baixo – 13,5∙10 −6 K −1
• módulo de elasticidade – 196–210 GPa;
• O limite elástico é 80 MN/sq. m;
• limite de escoamento – 120 MN/sq. eu:
• limite de tração 40–50 kgf/sq. milímetros;
• capacidade calorífica específica da substância – 0,440 kJ/(kg K);
• condutividade térmica – 90,1 W/(m·K);
• resistência elétrica específica – 0,0684 µOhm∙m.

O níquel é ferromagnético, seu ponto Curie é 358 C.

Falaremos sobre a fabricação e fabricação de ligas de níquel a seguir.

Produção

O níquel é considerado bastante comum - 13º entre os metais. No entanto, sua distribuição é um tanto específica. Não é à toa que o metal é chamado de elemento das profundezas da Terra, pois nas rochas ultramáficas é 200 vezes mais abundante do que nas rochas ácidas. De acordo com uma teoria comum, o núcleo da Terra consiste em níquel-ferro.

O níquel nativo não ocorre na Terra. Na forma ligada, está presente em minérios de cobre-níquel - contendo arsênico e sulfeto. Este é o níquel - pirita de níquel vermelho, o mesmo que os mineiros usaram para pirita, cloantita - pirita de níquel branco, garnierita, pirita de cobre e assim por diante.

A matéria-prima é geralmente minério de sulfeto, incluindo níquel e níquel, portanto, são incluídas etapas adicionais para separar os metais.

• Os minérios de sulfeto geralmente contêm muita umidade e substâncias argilosas. Para eliminá-los, o minério é triturado, seco e briquetado. Se o teor de enxofre no minério for muito alto, ele será torrado.
• A fundição de fosco é realizada em fornos de poço ou reverberatórios. Obtém-se uma liga de níquel e sulfeto de ferro, incluindo uma pequena quantidade de cobre.
• Separação de níquel e cobre.
• Torrefação de concentrado de níquel, redução de fundição e refino por eletrólise.

O método de obtenção de níquel a partir de minério oxidado parece um pouco diferente.

• O minério é submetido à fundição por sulfetação com redução parcial.
• Receba fosco - o fosco fundido é soprado com ar nos conversores.
• Feinstein é despedido e limpo de cobre;
• Então o níquel é reduzido ou o níquel queimado é derretido em ferroníquel.

Quanto custa 1 kg de níquel? Os preços desse metal são em grande parte determinados pelo sucesso da exploração das jazidas. Assim, em 2013, a China aumentou a produção de ferro-gusa contendo níquel, o que levou a uma queda notável nos preços dos metais. No outono de 2016, o custo de uma tonelada de metal era de US$ 10.045.

Area de aplicação

O próprio níquel raramente é usado. A área é muito mais ampla.

• Na vida cotidiana, as pessoas costumam encontrar produtos niquelados - torneiras, misturadores, acessórios para móveis. As partes metálicas dos móveis costumam ser revestidas com uma camada de metal prateado que não mancha. O mesmo vale para talheres e louças.
• Outro uso conhecido é o ouro branco. Consiste em ouro de um determinado padrão e uma liga de níquel.
• Os cátodos de níquel são amplamente utilizados na engenharia elétrica. Muitas baterias são de níquel-cádmio. Níquel, ferro-níquel e assim por diante competem com a bateria e são muito mais seguros.

Porém, o principal consumidor de níquel é a metalurgia ferrosa e não ferrosa: 67% de todo o metal extraído é utilizado para a produção de aços inoxidáveis. E 17% - para a produção de outras ligas não ferrosas.

• O aço estrutural e o aço inoxidável são usados ​​literalmente em todos os lugares: construção e engenharia mecânica, engenharia elétrica e fabricação de tubulações, fabricação de instrumentos e construção de estruturas de suporte de carga. É o níquel que confere aos aços resistência à corrosão.
• As ligas de níquel-cobre são mais frequentemente utilizadas na fabricação de equipamentos resistentes a ácidos e diversas peças que devem operar em ambientes químicos agressivos.
• As ligas de níquel e cromo são famosas por sua resistência ao calor e a álcalis e ácidos. Eles são usados ​​em fornos, reatores nucleares, motores e assim por diante.
• Além disso, ligas de níquel, cromo e ferro permanecem resistentes a altas cargas em temperaturas muito altas - até 900 C. É um material indispensável para turbinas a gás.

O níquel é um metal com. Durável, maleável, resistente a ácidos e álcalis e capaz de conferir essas propriedades a praticamente qualquer liga. Não é nenhuma surpresa que o níquel seja tão amplamente utilizado.

Uma maneira simples e confiável de restaurar baterias de níquel-cádmio é discutida no vídeo abaixo: