ნიკელი

ნიკელი - ქიმიური ელემენტი, რომელიც აღინიშნება სიმბოლოთი Ni (ლათ. Niccolum - წარმოდგება გერნმანული სახელწოდებიდან "რუდი" -კუფვერნიკელი) და მისი ატომური ნომერია 28. მოვერცხლოსფრო-თეთრი მბზინვარე ლითონი მცირე ოქროსფერი შეფერილობით ერთ-ერთია იმ ოთხი ფერომაგნიტურ ელემენტებს შორის, რომლებიც არსებობენ ოთახის ტემპერატურაზე, დანარჩენი სამია რკინა, კობალტი და გადოლინიუმი. იგი იმყოფება ქიმიურ ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეათე ჯგუფში. ნიკელის მაგნიტური თვისებები უფრო სუსტია, ვიდრე რკინისა და კობალტისა.

ნიკელის გამოყენების მაგალითები ცნობილია ჯერ კიდევ ქრისტეს შობამდე 3500 წლის წინათ, მაგრამ პირველად გამოყო და მისი ქიმიურ ელემენტად კლასიფიკაცია მოახდინა შვედმა ქიმიკოსმა კროონსტეტმა 1751 წელს,რომელსაც თავდაპირველად მისი შენადნობი აერია სპილენძის მინერალში. უფრო სუფთა სახით იგი მიღებული იყო 1804 წელს გერმანელი ქიმიკოსის ი. რიხტერის მიერ. მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი მინერალებია ლატერიტები, მათ შორისაა ლიმონიტი და გარნიერიტი. აგრეთვე პენტლანდიტი, მისი ძირითადი მწარმოებელია კანადა და რუსეთი.

მეტალი კოროზიამედეგია, გამოიყენება შენადნობებში და აგრეთვე კატალიზატორად ჰიდროგენიზაციის რეაქციებში. ენზიმების ცოცხალი ფორმები შეიცავენ ნიკელის აქტიურ ცენტრებს, რომელიც მეტალს ხდის ცოცხალი ფორმების აუცილებელ მკვებავად

თვისებები

ატომური თვისებები

ნიკელის ელექტრონული კონფიგურაციაა [Ar] 3d⁸ 4s² (Ar- არგონი დასრულებული ელექტრონული). ქიმიური ბმების წარმოქმნაში გარდა გარე ელექტრონებისა, მონაწილეობას ღებულობს გარეს წინა დაუსრულებელი შრის ელექტრონები. მისთვის დადმახასიათებელია დაჟანგულობის ხარისხებია: 2,3 და 4.

ფიზიკური თვისებები

როგორც ზემოთ იყო აღნიშნული, ნიკელი წარმოადგენს მოვერცხლისფო თეთრი ფერის მეტალს, რომელსაც გადაჰკრავს მკრთალი ოქროსფერი. ოთახის ტემპერატურასთან მიახლოებულ ტემპერატურაზე იგი მაგნიტურია. მისი კიურის ტემპერატურაა 355°C, მაგრამ ამ ტემპერატურაზე ზემოთ იგი არამაგნიტურია. ნიკელს გააჩნია წახნაგცენტრირებული კუბური კრისტალური მესერი, რომლის პარამეტრებია0.352ნმ და ატომური რადიუსია 0.124ნმ. ნიკელი მიეკუთვნება გარდამავალ მეტალებს, იგი მაგარია და დრეკადი, ადვილად იგლინება.

იზოტოპები

ბუნებაში გვხვდება ნიკელის ხუთი სტაბილური იზოტოპი: ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni და ⁶⁴Ni , რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია ⁵⁸Ni (68.077%). ⁶²Ni ელემენტთა შორის ყველაზე სტაბილური ნუკლიდია, სტაბილურობით მეორეა ⁵⁶Fe შემდეგ. აგრეთვე დახასიათებულია 18 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე სტაბილურია ⁵⁹Ni, ნახევარდაშლის პერიოდი - 76.000 წელი, ⁶³Ni - ნახევარდაშლის პერიოდი - 100.1 წელი და ⁵⁶Ni - ნახევარდაშლის პერიოდი - 6.077დღე. დანარჩენი იზოტოპების ნახევარდაშლის პერიოდი 60 საათზე ნაკლებია, მათ შორისაა იზოტოპი, ნახევარდაშლის პერიოდით 30წმ-ზე ნაკლები. ამ ელემენტებს აგრეთვე გააჩნია ერთი მეტა მდგომარეობა.

ქიმიური თვისებები

ნიკელისათვის ძირითადად დამახასიათებელია დაჟანგულობის რიცხვი +2, მაგრამ გვხვდება Ni⁰, Ni⁺ და Ni³⁺ შემცველი ნაერთები. ასევე კარგადაა ცნობილი Ni⁴⁺ შემცველი ნაერთები.

ნიკელი(0)

ტეტრაკარბონილნიკელი [Ni(CO₄)] - აღმოაჩინა ლუდვიგ მონდმა. იგი აქროლადია ოთახის ტემპერატურაზე. გაცხელებით კომპლექსი იშლება ისევ ნიკელად და ნახშირბადის მონოქსიდად.

Ni(CO)₄ Ni + 4 CO

მონათესავე ნიკელი(0)-ის კომპლექსია აგრეთვე ბის(ციკლოოქტადიენ) ნიკელი(0), რომელიც გამოიყენება ორგანონიკელის ქიმიაში კატალიზატორად.

ნიკელი(II)

ნიკელი(II) შენაერთებში ნიკელი მეტწილად იმყოფება ორვალენტიანი იონის სახით, მაგალითად, სულფიდებთან, სულფატებთან, კარბონატებთან, ჰიდროქსიდებთან და ჰალოგენიდებთან ერთად. ნიკელი(II) სულფატი დიდი რაოდენობით მიიღება მეტალური ნიკელის ან მისი ოქსიდის გოგირდმჟავაში გახსნით. ნიკელი(II) სულფატის [NiSO₄ × 7H₂O] ზურმუხტოვანი მწვანე ფერის კრისტალები ჰაერზე ადვილად იფიტება. იგი ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ჰექსაჰიდრატის სახით. ნიკელისა და ამონიუმის ორმაგი მარილი - NiSO₄ × (NH₄)₂SO₄ × 6H₂O გამოიყენება გალვანური ხერხით მონიკელებისათვის.

ნიკელის ჰალოგენნაერთებს - ოთხივეს აქვს ოქტაედრალური ფორმა. განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს ნიკელ(II) ქლორიდს. მისი თვისებები იდენტურია სხვა ქლორიდების თვისებებისა. ნიკელ(II) ქლორიდი მიიღება ნიკელ(II) ოქსიდის, ჰიდროქსიდის ან ნიკელის კარბონატის გახსნით მარილმჟავაში. ხსნარიდან გამოკრისტალდება მწვანე ჰექსაჰიდრატის სახით - NiCl₂ × 6H₂O, მაგრამ დეჰიდრატაციის შედეგად მიიღება უწყლო, ყვითელი ფერის ნიკელის ქლორიდი - NiCl₂. ზოგიერთი ტეტრაკოორდინირებული ნიკელ(II)კომპლექს გააჩნია, როგორც ტეტრაედრული ისე ბრტყელი კვადრატის ფორმა. ტეტრაედრული კომპლექსები პარამაგნიტურია, ხოლო ბრტყელი კვადრატის ფორმისა კი - დიამაგნიტური.

ნიკელ(I), (III) და (IV)

ნიკელ(III) ოქსიდი გამოიყენება, როგორც კათოდი ბევრ დამუხტულ ბატარეებში, მათ შორისაა ნიკელ-კადმიუმი, ნიკელ-რკინა, ნიკელ-წყალბადი და ნიკელ-მეტალჰიდრიდები.აგრეთვე გამოიყენება Li-იონ ბატარეების წარმოებაში.

ნუკლეოსინთეზი

ნიკელის სტაბილური ფორმა წარმოიქმნება ახალ ვარსკვლავებზე g-პროცესების შედეგად.

ისტორია

რადგანაც ნიკელის საბადოები ადვილად ეშლებათ ვერცხლის საბადოებში, გასაგებია, რომ ეს მეტალი და ნიკელის გამოყენება დადგინდა შედარებით მოგვიანებით. ნიკელის გამოყენება სათავეს იღებს 3500 წლის წინ ჩვენს ერამდე. ბრინჯაო, რომელსაც აწარმოებდნენ სირიაში შეიცავდა 2%-ზე მეტ ნიკელს. შემდგომ, უკვე აწარმოებდნენ ჩინეთში, როგორც ”თეთრ სპილენძს”, რომელსაც იყენებდნენ 1700-1400 წლებში ჩვ. წელთაღრიცხვამდე. თეთრი სპილენძი მე-17 საუკუნეში ექსპორტირებული იქნა ბრიტანეთში, მაგრამ ამ შენადნობში ნიკელის შემცველობა აღმოჩენილ იქნა მხოლოდ 1822 წელს.

შუასაუკუნეებში, გერმანიაში ნაპოვნი იქნა წითელი მინერალი, რომელიც ჰგავდა სპილენძის საბადოს. თუმცა, როდესაც მოახდინეს მისგან სპილენძის ექსტრაქცია, გამოილექა ნიკელი. მათ ამ საბადოს უწოდეს ”Kupfernickel”-ი (გერმანულად Kupfer - სპილენძი). ეს საბადოა ნიკელის არსენიდი - ნიკელის წითელი ალმადანი. 1751 წელს ა.ფ. კრონსტედმა (Axel Fredrik Cronstedt) პირველად მიიღო თეთრი მეტალი - ნიკელი.

აშშ-ში, 1859წელს გამოუშვეს სპილენძ-ნიკელის ერთცენტიანი მონეტა, მოგვიანებით, 1865 წელს გამოუშვეს სამცენტიანი, ხოლო შემდეგ წელს კი - ხუთცენტიანი მონეტა, რომლითაც დღემდე სარგებლობდნენ. სუფთა ნიკელის მონეტები პირველად გამოიყენეს 1881 წელს შვეიცარიაში.

1824 წლიდან ნიკელი ბიპროდუქტების სახით მიღებული იქნა კობალტის ლურჯიდან. 1848 წლიდან ნორვეგია ამუშავებდა ნიკელით მდიდარ საბადოს - პიროტიტს. შემდგომში მისი დიდი დეპოზიტები აღმოჩენილი იქნა კანადაში, რუსეთში, სამხრეთ აფრიკაში, რამაც შესაძლებელი გახადა ნიკელის წარმოების გაზრდა.

გავრცელება

ნიკელი ძირითადად გვხვდება შემდეგი საბადოების სახით: ლატერიტური, რომელთა შორის ძირითადად არის ლიმონიტი: (Fe,Ni)O(OH) და გარნიერიტები (ჰიდროქსილ-ნიკელსილიკატები): (Ni, Mg)₃Si₂O₅(OH)₄. მეორეა მაგნიტური სულფიდების დეპოზიტები, რომელთა შორის ძირიტადია პენტლანდიტი: (Ni, Fe)₉S₈.

კანადა აწარმოებს ნიკელის მსოფლიო მასის 30%. რუსეთს (ციმბირში) გააჩნია ნიკელის მსოფლიო მარაგის 40%. ნიკელის სხვა მსხვილი დეპოზიტები ნაპოვნია საფრანგეთში, ავსტრალიაში, კუბაში და ინდონეზიაში. ნიკელი კონცენტრირებულია დედამიწის ქერქში (0.01% მასის მიხედვით). კამასიტი და თაენიტი წარმოადგენენ რკინისა და ნიკელის ბუნებრივ შენადნობს. კამასიტში ჩვეულებრივ მინარევები კობალტის ან ნიკელის სახით არის (90 :10)-დან (95 ;5)-მდე თანაფარდობით, ხოლო თაენიტი ნიკელს შეიცავს 20%-დან 65%-მდე. კამასიტი და თაენიტი გვხვდება ნიკელ-რკინის მეტეორიტებში.

ექსტრაქცია და გასუფთავება

ნიკელის ექსტრაგირებას ახდენენ მისი საბადოებიდან. შემდგომი ჟანგვა-აღდგენითი პროცესების საშუალებით შესაძლებელია მეტალის გამოყოფა 75%-ის სისუფთავით. ნიკელის ოქსიდების საბოლოო გასუფთავება ხდება ლ. მონდის პროცესების გამოყენებით, რომელიც ზრდის ნიკელის სისუფთავეს 99.99%-მდე. ეს პროცესი დაპატენტებულ იქნა მე-20 საუკუნეში ლ. მონდის მიერ და იგი გამოიყენეს სამხრეთ უელსში.ნიკელი ურთიერთქმედებს ნახშირბადის მონოქსიდთან დაახლოებით 50 °C ტემპერატურაზე და წარმოქმნის აქროლად ნიკელის კარბონილს, შემდეგ მას ატარებენ კამერაში, 230°C ტემპერატურაზე, სადაც ნიკელის კარბონილი იშლება და მიიღება მეტალური ნიკელი ფხვნილის სახით. გამონთავისუფლებულ ნახშირბადის მონოქსიდს კვლავ პროცესში აბრუნებენ. ამ გზით მიღებული ნიკელი კარბონილური ნიკელის სახელითაა ცნობილი. ნიკელის სულფიდის საბადოდან ნიკელის მისაღებად ახდენენ მის ფლოტაციას (თუ Ni/ Fe შეფარდების დიფერენცირებული ფლოტაცია ძალიან დაბალია) და შემდეგ ახდენენ მის გამოყოფას. შემდგომი პროცესია შეროთ-გორდონის პროცესი. პირველად გამოიყოფა სპილენძი გოგირდწყალბადის დამატებით, ხოლო დარჩენილ კობალტს და ნიკელს ექსტრაგირებენ და გამოყოფენ მატ სუფთა სახით, რომელშიც ნიკელის კონცენტრაცია 99%-ზე მეტია.

გამოყენება

ნიკელი გამოიყენება როგორც ინდუსტრიაში, ასევე ყოფა-ცხოვრებაში. იგი, ფართოდ გამოიყენება უჟანგავი ფოლადის წარმოებაში, აგრეთვე გამოიყენება სპეციალურ შენადნობებში. ნიკელს იყენებენ მინისათვის მწვანე შეფერილობის მისაცემად. იგი ასევე ფარტოდ გამოიყენება სხვა შენადნობების წარმოებაში, მაგალითად ბრინჯაოს და ყვითელი სპილენძის (თითბერი) წარმოებაში. იგი გამოიყენება შენადნობების სპილენძთან, ქრომთან, ალუმინთან, ტყვიასთან, კობალტთან, ვერცხლთან და ოქროსთან. ნიკელის 60% გამოიყენება ფოლადის წარმოებაში, 14% ნიკელ-სპილენძის და ნიკელ-ვერცხლის შენადნობებში, 9% გამოიყენება ისეთი ნიკელის მისაღებად, რომელიც დეფორმირდება ცივ მდგომარეობაში. ნიკელს ხშირად იყენებენ რკინის დასაფარავად, რაც იცავს მას კოროზიისაგან.აწარმოებენ აგრეთვე მეტალ-კერამიკულ ცეცხლმედეგ შენადნობებს, რომლებიც ნიკელს შეიცავენ შემკვრელი მეტალის სახით. ასეთი შენადნობები უძლებენ გაცხელებას 1100°C-მდე. ნიკელი ასევე ფართოდ გამოიყენება ელექტროგამახურებელი დანადგარების ელემენტების ნიქრონის ტიპის შენადნობების დასამზადებლად, რომლებიც შეიცავენ 80% ნიკელს და 20% ქრომს. ლაბორატორიაში ნიკელი გამოიყენება ჰიდროგენიზაციის რეაქციებში - კატალიზატორად, ხშირად იგი გამოიყენება რენეის ნიკელის სახით. ნიკელის შენადნობს რკინასთან-პლატინიტს ისეთივე გაფართოების კოეფიციენტი აქვს, როგორც მინას. ამერიკული ”ნიკელის” ხუთცენტიანი მონეტა წარმოადგენს 75% სპილენძს და 25% ნიკელს. სუფტა ნიკელისაგან ამზადებენ ლაბორატორიულ ჭურჭელს.

ნიკელის უდიდესი მომპოვებელი კვანძები განლაგებულია კანადაში - სადბერის კრატერი, რუსეთში - ნორილსკი და ახალ კალედონიაში. დედამიწის ქერქში ნიკელის შემცველობაა 5.8 ×10-3%. ლითონი კოროზიისადმი მაღალი მდგრადობით გამოირჩევა, რის გამოც მას იყენებენ სხვა ლითონების დასაფარად, მონეტების წარმოებაში, მაგნიტებსა და მრავალი საყოფაცხოვრებო ხელსაწყოსა თუ ნივთის დასამზადებლად.

ბიოლოგიური როლი

1970 წლამდე არ იყო ცნობილი ნიკელის მნიშვნელოვანი როლი მიკროორგანიზმების და მცენარეების ბიოლოგიაში. ურეაზა (ენზიმი რომელიც მონაწილეობს შარდოვანას ჰიდროლოზში) შეიცავს ნიკელს.

ტოქსიკურობა

ნიკელის ზოგიერთი ნაერთი, მათ შორის ნიკელის სულფიდი წარმოადგენს კანცეროგენულ ნაერთს. ნიკელის კარბონილი [Ni(CO₄)] წარმოადგენს ძლიერ ტოქსიკურ აირს.მისი ტოქსიკურობა გამოწვეულია მასში, როგორც მეტალის არსებობით, ასევე ძლიერ მომწამლავი ნახშირბადის მონოქსიდის შემცველობით. ზოგიერთ ადამიანში ნიკელი იწვევს ალერგიას და დერმატიტს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით