L'elemento chimico nichel ha il numero atomico 28 e il simbolo Ni. È un metallo lucido, bianco-argenteo e contiene piccole quantità di oro. Un metallo di transizione con duttilità e durezza è il nichel. Sebbene il nichel puro sia chimicamente reattivo, le particelle di grandi dimensioni impiegano più tempo del solito a reagire con l'aria perché in condizioni normali, uno strato di passivazione di ossido di nichel cresce sulla superficie per arrestare l'ulteriore corrosione. Tuttavia, nella crosta terrestre si trovano solo tracce di nichel naturale puro, tipicamente nelle rocce ultramafiche e all'interno di meteoriti nichel-ferro più grandi che non sono entrati in contatto con l'ossigeno durante il loro tempo al di fuori dell'atmosfera terrestre.
Il ferro e il nichel meteorico vengono spesso scoperti insieme, a indicare la loro origine come sottoprodotti essenziali della nucleosintesi di supernova. Si presume che i nuclei esterno ed interno della Terra siano composti da una combinazione ferro-nichel.
AVANTI CRISTO. Nel 3500 aC, le persone usavano il nichel (sotto forma di una lega meteorica naturale di nichel-ferro). Axel Fredrik Cronstedt, nelle miniere di cobalto di Los, Hälsingland, Svezia, inizialmente scambiò il minerale per un minerale di rame e nel 1751 per primo separò e classificò il nichel come elemento. Il nome dell'elemento deriva da Nickel, una figura maliziosa nel folklore minerario tedesco che rappresenta la resistenza dei minerali di rame-nichel alla raffinazione del rame. Il minerale di ferro limonite, che in genere contiene l'1-2% di nichel, è una fonte economicamente importante di nichel. L'assemblaggio minerale di silicato presente in natura noto come pentlandite e garnierite sono due importanti minerali minerali di nichel. I principali siti di produzione includono Norilsk, Russia; Nuova Caledonia nel Pacifico; e la regione di Sudbury in Canada.
Gli altri tre elementi ferromagnetici sono ferro, cobalto e gadolinio. Il nichel è una di queste quattro sostanze. In termini di forza, tra i magneti permanenti in ferro e i magneti in terre rare ci sono i magneti Alnico, che sono parzialmente a base di nichel. Il metallo è utilizzato principalmente nelle leghe e nella placcatura per la resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile rappresenta oltre il 68% della produzione mondiale. Viene utilizzato in varie applicazioni come 10 leghe a base di nichel e rame, 9% per placcatura, 7% per acciai legati, 3% per fonderie e 4% per batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici (EV). Sebbene il nichel sia spesso utilizzato nelle monete, le allergie al nichel possono occasionalmente essere scatenate da oggetti nichelati.
Il nichel è una sostanza utilizzata in una varietà di processi industriali chimici specializzati, tra cui l'idrogenazione del carburante, la produzione di catodi per batterie ricaricabili, pigmenti e trattamenti superficiali dei metalli. Molti batteri e piante con enzimi il cui sito attivo è il nichel accettano il nichel come nutriente essenziale.
Proprietà fisiche e atomiche del nichel
Il nichel è un metallo bianco-argenteo altamente lucidabile con una tonalità oro pallido. Solo quattro elementi - ferro, cobalto, gadolinio e quell'elemento - sono ferromagnetici a temperatura ambiente o prossima. La temperatura alla quale il nichel cessa di essere magnetico è nota come temperatura di Curie, che è di 355 °C. Il nichel ha un raggio atomico di 0,124 nm e la sua cella unitaria è un cubo a facce centrate con un parametro reticolare di 0,352 nm.
Pressioni di almeno 70 GPa non sono sufficienti per rompere questa struttura cristallina. Per i metalli di transizione, il nichel ha una conduttività elettrica e termica relativamente elevata ed è duro, malleabile e duttile. A causa dello sviluppo e della migrazione delle dislocazioni, il vero materiale sfuso non raggiunge mai l'elevata resistenza alla compressione di 34 GPa prevista per i cristalli perfetti.
Tuttavia, le nanoparticelle di Ni hanno raggiunto questo obiettivo.
Disaccordo sulla configurazione elettronica
Le due configurazioni di elettroni atomici con energie relativamente simili per il nichel sono [Ar] 3d8 4s2 e [Ar] 3d9 4s1. [Ar] rappresenta la struttura completa del nucleo di argon. C'è qualche dibattito su quale configurazione abbia l'energia più bassa. [16] La configurazione elettronica del nichel è data come [Ar] 4s2 3d8, spesso scritta come [Ar] 3d8 4s2. La regola di ordinamento dell'energia di Madelung, che afferma che 4s è pieno prima di 3d, è compatibile con questa configurazione. La scoperta empirica che lo stato energetico più basso dell'atomo di nichel è il livello di energia 3d8 4s2 - più specificamente il livello 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4 - supporta questa teoria.
Tuttavia, a causa della struttura fine, ciascuna di queste due configurazioni è suddivisa in diversi livelli di energia e le due serie di livelli di energia si sovrappongono. Rispetto ad Ar] 3d8 4s2, l'energia media degli stati con [Ar] 3d9 4s1 è effettivamente inferiore. Di conseguenza, la configurazione dello stato fondamentale [Ar] 3d9 4s1 è elencata nella letteratura accademica sui calcoli atomici.
Isotopi del nichel
I pesi atomici degli isotopi del nichel vanno da 48 u (48Ni) a 82 u (82Ni). I cinque isotopi stabili del nichel trovati in natura sono 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni e 64Ni, con 58Ni che ha la più alta abbondanza naturale (68,077%).
Il nichel-62 ha la più alta energia di legame di qualsiasi nuclide, con un'energia di legame del nucleone di 8,7946 MeV. Ha un'energia di legame più elevata rispetto a 56Fe e 58Fe, due nuclidi comuni spesso erroneamente elencati come aventi le più alte energie di legame. Mentre questo sembra indicare che il nichel è l'elemento pesante più comune nell'universo, il ferro è in realtà significativamente più comune a causa dell'alto tasso di fotointegrazione del nichel nelle stelle.
La progenie del 60Fe radioattivo da tempo estinto è il nichel-60 (emivita 2,6 milioni di anni). Data la lunga emivita del 60Fe e la sua persistenza nei componenti del sistema solare, è possibile vedere cambiamenti nella composizione isotopica del 60Ni. Di conseguenza, la prevalenza di 60Ni nei corpi estranei può far luce sulla formazione e sullo sviluppo iniziale del Sistema Solare.
Esistono almeno 26 radioisotopi noti di nichel; i più stabili sono 76.000Ni, 59Ni e 63Ni (56 giorni) con tempi di dimezzamento di 6 anni. Tutti gli altri radioisotopi hanno un'emivita inferiore a 60 ore e spesso inferiore a 30 secondi. Inoltre, questo elemento ha un metastato.
La combustione del silicio porta alla produzione di nichel-56 radioattivo, che viene poi rilasciato in quantità significative nelle supernove di tipo Ia. Le curve di luce di queste supernove nel medio e negli ultimi tempi sono costantemente modellate mentre il 56Ni decade in cobalto-56 e poi in ferro-56 dopo la cattura dell'elettrone. Il nichel-59 è un radionuclide cosmogenico con una lunga emivita di 76.000 anni.
La geologia degli isotopi ha utilizzato il 59Ni in diversi modi. 59Ni è stato utilizzato per misurare la quantità di polvere extraterrestre nel ghiaccio e nei sedimenti, nonché per datare l'età dei meteoriti sulla Terra. Si ritiene che il nichel-110, la cui emivita è attualmente stimata in 78 millisecondi, svolga un ruolo importante nella nucleosintesi della supernova di elementi più pesanti del ferro. L'isotopo dell'elemento pesante con il più alto contenuto di protoni conosciuto è 1999Ni, trovato nel 48. 48Ni è "doppia magia" con 28 protoni e 20 neutroni, proprio come 28Ni con 50 protoni e 78 neutroni. Di conseguenza, entrambi sono abbastanza stabili per i nuclei con uno squilibrio protone-neutrone così significativo.
Le strutture di supporto del reattore nucleare contengono nichel-63, un contaminante. Viene creato attraverso il processo di cattura dei neutroni del nichel-62. Piccole quantità sono state trovate anche vicino a siti di test di armi nucleari nel Pacifico meridionale.
Fonte: Wikipedia
Günceleme: 14/03/2023 13:14