Nichelul, Ni

Complecși de nichel
 

 

Nichelul, Ni, este un metal argintiu, maleabil și ductil din grupa 10 a sistemului periodic (grupa a VIII-a secundară sau VIII B); are numărul atomic 28 și masa atomică 58,70. Punctul de topire al nichelului este 1450°C iar punctul de fierbere este 2732°C. Nichelul este utilizat în oțeluri speciale, invar, și, fiind feromagnetic, în aliaje magnetice, precum Mumetal. 

 

Nichelul se găsește în natură ca nichelină (arseniură de nichel, Ni₂As₂), gersdorfit (sulfoarseniură de nichel, NiAsS), precum și într-o serie de minerale complexe, ca de exemplu garnieritul (un silicat de nichel și magneziu cu compoziția variabilă, (Ni,Mg)₆(OH)₆Si₄O₁₁·H₂O) sau pirotina (care conține fier și cupru în afară de nichel). 

 

Nichelul se mai găsește împreună cu fierul provenit din meteoriți (până la 20%). 

 

După natura minereului sunt mai multe procedee pentru extragerea nichelului. 

 

Mineralele cu sulf sau arsen se supun întâi unei concentrări prin prăjire parțială, pentru îndepărtarea sulfului (ca SO₂) și arsenului (ca As₂O₃); rămâne nichelul sub formă de Ni₃S₂ și sulfură de fier, FeS, dacă aceasta este prezentă. Prin adăugare de carbonat de calciu și nisip, fierul trece în silicat formând zgura. 

 

Sulfura de nichel, prin prăjire, se oxidează la oxid de nichel:

care se reduce apoi cu cărbune la nichel brut:

(În cazul când minereul este cuprifer nu se obține nichel brut, ci un aliaj de cupru-nichel.)

 

Nichelul brut se rafinează fie pe cale electrolitică, fie prin procedeul carbonil. La baza procedeului carbonil stă proprietatea nichelului de a forma cu monoxidul de carbon, tetracarbonilul de nichel, Ni(CO)₄, un derivat foarte volatil, care la cald se descompune cu multă ușurință pentru a pune nichelul pur în libertate:

De aceea, trecând peste nichelul brut, la 50°C, oxid de carbon, se formează tetracarbonilul de nichel, care distilă. Acesta este condus într-o cameră încălzită la 200°C, unde se descompune în nichel și oxid de carbon (oxid de carbon poate reintra în ciclul de reacție). 

 

Tetracarbonilul de nichel se mai poate obține tratând aliajul brut de cupru-nichel cu oxid de carbon, sub presiune de 200 atm și 250°C. Prin procedeul carbonil, care este cel mai răspândit, se obține un nichel foarte pur (de 99,9-99,99%). 

 

Nichelul este un metal cu aspect argintiu, foarte strălucitor, ductil și maleabil. Este feromagnetic, dar în mai mică măsură decât fierul. Conductibilitatea lui termică și electrică este de circa 15% din aceea a argintului. Se poate prelucra bine. 

 

Nichelul este foarte rezistent față de agenții atmosferici; de aceea, obiectele de oțel, alamă etc. se nichelează. 

 

O sârmă de nichel aprinsă în oxigen arde răspândind scântei. Nichelul se combină la cald cu halogenii; de asemenea se combină și cu fosforul, arsenul, antimoniul. Nu se combină direct cu azotul. În stare fin divizată include hidrogen, pe care îl activează, mai ales la temperaturi ridicate. 

 

Conform poziției lui în seria tensiunilor electrochimice, nichelul este atacat de acizi diluați; în acid azotic concentrat este pasiv. 

 

Nichelul se combină energic cu aluminul la 1300°C, formând o combinație, AlNi. Cu cobaltul, manganul și cromul este miscibil atât în stare lichidă, cât și în stare solidă. 

 

Nichelul sub formă de pulbere (obținut prin reducerea oxidului de nichel(II) cu hidrogen) este un  bun catalizator pentru hidrogenarea substanțelor organice, de exemplu a uleiurilor vegetale (la prepararea margarinei). 

 

Din cauza rezistenței sale la coroziune, aspectului său lucios, posibilităților de polizare, nichelului se întrebuințează ca metal de acoperire pentru alte metale, cum este de exemplu fierul. Cele mai mari cantități de nichel se folosesc însă pentru aliaje. 

 

Aliajele de nichel se caracterizează printr-o foarte mică conductibilitate; de aceea, unele dintre ele sunt întrebuințate pentru rezistențe electrice. Dintre aceste aliaje se menționează: constantanul (40% Ni, 60% Cu), nichelina (19-33% Ni, 55-68% Cu, până la 18% Zn), manganina (2-4%, 82-84% Cu, 12-15% Mn), nicromul (80-90% Ni, 10-20% Cr). Metalul monel (un aliaj cu 65-70% Ni, 25-30% Cu, 0,1-1,6% Si, 3-4% Mn și Fe) întrece proprietățile unui oțel cu nichel, fiind foarte rezistent la presiuni mari, față de agenții atmosferici și apa mării; este întrebuințat pentru tuburi de condensatoare, turbine de abur, pompe, ventile, armături etc. Argentanul sau alpaca (12-18% Ni, 53-62% Cu și 19-36% Zn) este alb-argintiu și foarte rezistent; se utilizează pentru piese necesare unor construcții navale sau aeronautice, diferite obiecte casnice etc. Invarul este un oțel cu 35-37% Ni, folosit pentru piesele unor instrumente de precizie, având un foarte mic coeficient de dilatare. Platinitul este un oțel cu 40-46% Ni, care are același coeficient de dilatare ca și platina și sticla; din el se fabrică electrozi pentru susținerea filamentului în lămpile electrice. 

 

 

Aproape toate combinațiile nichelului conțin nichel(II). Sărurile simple sunt de obicei hidratate. Atât ele cât și soluțiile în apă au culoarea verde deschisă, datorită ionilor Ni²⁺ hidratați, [Ni(H₂O)₆]²⁺. Sărurile anhidre sunt altfel colorate decât cele anhidre și soluțiile lor. Aproape toate sărurile de nichel pot forma combinații complexe, care sunt mai puțin stabile decât acelea ale cobaltului. 

 

Dintre combinațiile nichelului, mai importante sunt oxidul, clorura, sulfatul, cum și unii complecși. 

 

Oxidul de nichel(II) sau oxidul nichelos, NiO, se obține prin calcinarea hidroxidului, carbonatului sau azotatului de nichel. Este o pulbere verde, insolubilă în apă, solubilă în acizi. Are caracter bazic. Este folosit, drept catalizator și pentru emailuri în ceramică. 

 

Hidroxidul de nichel(II) sau hidroxidul nichelos, Ni(OH)₂, rezultă la tratarea sărurilor de nichel cu hidroxizi alcalini, sub forma unui precipitat verde, ușor solubil în acizi și amoniac; prin calcinare trece în oxid. 

 

Acumulatorul fero-nichel. Prin oxidarea electrolitică a hidroxidului de nichel (II) se obține un oxid de nichel(III) hidratat. Formarea acestuia este reacția de bază a acumulatorului fero-nichel (Edison). 

 

Acumulatorul are unul din electrozi din fier activ și al doilea din oxid de nichel (III), electrolitul fiind hidroxid de potasiu. În timpul descărcării, oxidul de nichel(III) hidratat este redus la hidroxid de nichel(II), iar fierul este oxidat în hidroxid de fier(II):

La încărcare, reacția este inversă. 

Acumulatorul fero-nichel este mai ușor decât cel de plumb și poate fi menținut mult timp neîncărcat, fără ca plăcile să se corodeze. 

 

Clorura de nichel(II), sau clorura nicheloasă, NiCl₂, rezultă în stare anhidră prin arderea nichelului în curent de clor. Este o substanță cristalină, de culoare galbenă, ușor solubilă în apă și alcool. Din soluție apoasă cristalizează ca hexahidrat, NiCl₂·6H₂O, în cristale prismatice de culoare verde. 

 

Sulfatul de nichel(II) sau sulfatul nichelor, NiSO₄·7H₂O, se obține tratând cu acid sulfuric nichelul, oxidul sau carbonatul de nichel. Este o substanță cristalină, solubilă în apă, din care cristalizează în cristale rombice de culoare verde. Din soluțiile care conțin și sulfați alcalini sau de amoniu, nichelul cristalizează ca săruri duble, cu compoziția generală M₂^ISO₄·NiSO₄·6H₂O. Sulfatul de nichel și amoniu, [NH₄]₂SO₄·NiSO₄·6H₂O, este folosit în galvanizare. 

 

Se cunosc și alte săruri de nichel cu oxoacizii. Majoritatea sunt solubile în apă, cu excepția carbonatului, NiCO₃·6H₂O, și fosfatului, Ni₃(PO₄)₂·7H₂O. 

 

Tetracarbonilul de nichel, Ni(CO)₄, este un lichid incolor care fierbe la 43°C; vaporii lui sunt foarte toxici. Este insolubil în apă, dar solubil în eter, benzen și cloroform. Încălzit la circa 200°C se descompune în componente. La aer se oxidează; amestecurile cu aer sunt explozive. Oxidanți tari, ca de exemplu acidul azotic concentrat, descompun tetracarbonilul de nichel formând săruri de nichel și dioxid de carbon. O utilizare importantă a tetracarbonilului de nichel este la obținerea nichelului pur. 

 

Dacă se tratează o soluție care conține ioni Ni²⁺ cu amoniac se formează inițial un precipitat de hidroxid de nichel(II) care dispare imediat, iar soluția capătă o culoare albastră-violacee. În aceste combinații, amoniacul este legat complex de nichel formând ionii [Ni(NH₃)₆]²⁺ și [Ni(H₂O)₂(NH₃)₄]²⁺:

Pe formarea aminelor se bazează solubilizează multor săruri insolubile ale nichelului. 

 

În afară de aminele arătate se cunosc și combinații complexe ale nichelului care conțin în locul amoniacului, baze organice, ca de exemplu anilină, piridină etc. În multe dintre combinațiile complexe, nichelul poate manifesta și valențe coordinative mai mici decât șase.