Nikkel

Nikkel (sümbol Ni) on ferromagnetiline keemiline element järjekorranumbriga 28. Nikkel on värvuselt hõbevalge läikiv metall kerge kuldse varjundiga. Niklil on viis stabiilset isotoopi massiarvudega 58, 60, 61, 62 ja 64. Nikli tihedus normaaltingimustel on 8,9 g/cm3. Nikli sulamistemperatuur on 1455 °C ja keemistemperatuur 2913 °C. Tähtsamad niklisulamid on nikroom (nikkel + kroom), melhior (vask + nikkel), invar (raud + nikkel) ja platiniit (raud + nikkel). Nikkel on toatemperatuuril keemiliselt püsiv. Õhuhapnikuga kokkupuutel moodustub nikli pinnale aja jooksul oksiidikiht, mis kaitseb metalli edasise oksüdeerumise eest. Massi järgi on nikkel Maal kuues element raua, hapniku, räni, magneesiumi ja väävli järel ning moodustab 1,8% Maa massist. Samas on nikkel koos rauaga koondunud Maa tuuma, maakoores leidub teda vähem. Nikkel on maakoores keskmise levikuga element. On teada ligi 50 niklimineraali, neist olulisemad on sulfiidsed ühendid, näiteks pentlandiit (FeNi)9S8, milleriit NiS, aga ka mõned silikaatsed mineraalid, näiteks garnieriit (Ni,Mg)6Si4O10(OH)8. Niklit toodetakse eelkõige sulfiidseist vask-nikkelmaakidest (Kanadas, Austraalias ja Lõuna-Aafrikas) või silikaatsest toormest (Uus-Kaledoonias, Kuubal, Filipiinidel, Indoneesias jm). Üldvarusid maismaal hinnatakse 70 miljonile tonnile. Nikkel oli sulameis (vase ja tsingiga) kasutusel juba Vana-Hiinas üle viie tuhande aasta tagasi. Puhtal kujul avastas ja eraldas nikli rootsi mineraloog Axel Fredrik Cronstedt Rootsi looduslikust nikkelarseniidist NiAs 1751. aastal. Seda mineraali tunti juba palju varem saksakeelse nime Kupfernickel all ja seostati kiusliku Saksi mäevaimuga (ligikaudses tõlkes on Kupfernickel "vana Nicki vask"), kes ei lase sellest maagist vaske sulatada. Tegelik põhjus seisnes asjaolus, et Kupfernickel (praeguse nimetusega nikoliit või nikeliin) oli väliselt väga sarnane vasemaagiga, mille koostis on Cu2O (mõlemad mineraalid on ühesugust punast värvi). Cronstedti avastus ei leidnud kaua aega tunnustust (teadlane suri enne seda 1765. aastal). Puhtamal kujul eraldas nikli rootsi keemik ja metallurg Torbern Bergman 1775. aastal. Füüsikalised omadused määras täpsemalt alles 19. sajandi alguses Jeremias Benjamin Richter. Nikli saamise tehnoloogia oleneb suuresti kasutatavast toormest. Rakendatakse nii püro- kui ka hüdrometallurgilisi meetmeid. Silikaatsed maagid ei ole rikastatavad (kasutada tuleb kogu maaki). Neid töödeldakse loistamisega ning saadakse ebapuhas ferronikkel. Viimasele lisatakse väävliühendeid (FeS2 või CaSO4) ja puhutakse konverteris läbi raua eemaldamiseks, peenestatakse ja põletatakse ning moodustunud NiO-st redutseeritakse nikkel. Sulfiidseid vase-niklimaake töödeldakse nende spetsiifikast olenevalt erinevalt. Maagikontsentraatidele lisatakse sageli SiO2 ja allutatakse korduvalt paagutamisele ning sulatamisele (sulfiidid redutseeruvad, tekkiv raudoksiid läheb silikaadi moodustumisel räbu koostisse). Järgneb keerukate sulfiidide (Ni3S2, Cu2S jt) ning metallide (Ni, Cu) segu eraldamine, mis sisaldab sulatamist NaHSO4-ga jt töötlusi. Lõppfaasis eraldatakse nikkel sageli elektrolüüsiga. Nikkel on lihtainena hõbevalge, kollaka läikega plastne metall. Ta on hästi töödeldav, kuid juba vähesed lisandid, eriti väävel ja hapnik, halvendavad oluliselt mehaanilisi omadusi ja korrosioonikindlust. Nikkel on ferromagneetik, Curie punkt on 631K. Keemiliselt on kompaktne nikkel väheaktiivne, õhus püsiv. Metall kattub õhus NiO kaitsekihiga ning on püsiv kuni umbes 800 °C. Hapetega H2SO4, HCl, H3PO4 ja HF reageerib nikkel väga aeglaselt, kuid reageerib kergesti lahja HNO3-ga, kontsentreeritud HNO3 toimel passiveerub. Nikkel ei reageeri leeliste lahustega (ega sulandid, ka mitte vedel NH3), nikkel reageerib (õhu juuresolekul) NH3 vesilahusega. Alles üle 550 °C oksüdeerub nikkel sulatatud NaOH toimel (viimane redutseerub seejuures vaba naatriumini): 2Ni + 2NaOH → 2NiO + 2Na + H2. Vee ja õhuniiskuse suhtes on nikkel püsiv. Vesinikuga moodustab nikkel tahkeid lahuseid (hüdriide, millest püsivam on NiH, saadakse kaudselt). Lämmastik lahustub niklis väga vähe. Pihusa (peendispersse) nikli reageerimisel NH3-ga (300–450 °C juures) moodustub nikkel(I)nitriid Ni3N. Halogeenidega kuumutamisel tekivad nikkel(II)halogeniidid. Nikkel on üks püsivamaid metalle F2 suhtes. Sulatatud nikkel reageerib süsinikuga, tekib nikkelkarbiid Ni3C (jahutamisel laguneb, eraldub grafiit). Räniga moodustub nikkel silitsiide (neist püsivam on Ni3Si) Booriga tekivad nikli boriidid (neist rasksulavaim NiB12). Väävli reageerimisel nikliga tekivad sulfiidid NiS, Ni2S3 jmt. Fosforiga moodustuvad fosfiidid Ni5P2, Ni2P jt. Nikkel on kõrge katalüütilise aktiivsusega. Metalli rakendatakse katalüsaatorina (pihusas olekus) paljudes hüdrogeenimis-, dehüdrogeenimis-, oksüdeerimis-, isomerisatsiooni- ja kondensatsioonireaktsioonides. Katalüsaatorina kasutatakse ka nn skelett-niklit, mida saadakse nn Raney nikli, sulami Ni + Al või Ni + Si töötlemisel leelise lahusega (Al või Si "lahustub", jääb järele suure eripinnaga, aktiivne Ni). Nikkel-62 (62Ni) aatomituumadel on kõige tugevam tuuma seoseenergia nukleoni kohta. See on suurem kui 56Fe ja 58Fe aatomituumade nukleonidel. Vastavaid raua aatomeid on arvuliselt rohkem kui nikli aatomeid ja on levinud ekslik teave, nagu oleks raua aatomite tuumad on kõige suurema seoseenergiaga nukleoni kohta. Nikli kõige laialdasemalt kasutatavad ühendid on vees lahustuvad Ni(II) soolad. Nad esinevad enamasti sinakasroheliste või roheliste kristallhüdraatidena, levinumad soolad on kloriid, sulfaat ja nitraat, vastavalt NiCl2•6H2O, NiSO4•7H2O ja Ni(NO3)2•6H2O. Soolade lahustumisel tekib sinakasroheline lahus (Ni2+-iooni värvus). Leeliste toimel Ni(II) soolade lahustele moodustub Ni(OH)2 roheka värvusega sade. Ni(OH)2 oksüdeerumisel (aeglaselt õhus, kiiremini oksüdeerijate, nt H2O2 või Br2 toimel) tekib must kristalne nikkel(III)oksiidhüdroksiid NiO(OH). Nikli binaarsetest oksiididest esineb vaid üks ühend – nikkelmonooksiid NiOx (x ~ 1). See aine leidub ka looduses (mineraal bunseniit), olenevalt saamistingimustest esineb α- ja β-NiO. NiO värvus võib varieeruda helerohelisest kuni mustani. NiO saadakse nikli kuumutamisel õhus või hapnikus ning Ni(NO3)2, NiCO3 või Ni(OH)2 termilisel lagunemisel. NiO kasutatakse Ni(II) soolade ja katalüsaatorite, klaasipigmentide ning glasuuride saamiseks. Üle 1230 °C algab NiO dissotsiatsioon (tekib Ni ja O2). NiO moodustab kaksikoksiide teiste metallioksiididega (nt. BaNiO2). Nikli aastane toodang on umbes miljon tonni. Osa niklist toodetakse ferroniklina (sulam rauaga, mida saab kasutada teiste niklisulamite saamisel). Suur osa niklitoodangust kasutatakse ära niihästi raua- kui ka värviliste metallide sulamite tootmiseks. Metallide kaitseks korrosiooni vastu kasutatakse ka elektrolüütilist nikeldamist. Mõni protsent nikli toodangust kasutatakse katalüsaatorite saamiseks, mida rakendatakse sünteesikeemias ja toiduainetööstuses (margariini tootmisel vedelrasvades nende katalüütilisel hüdrogeenimisel). Põhilised niklitootjad on Venemaa, Kanada, Uus-Kaledoonia ja Austraalia. Täiskasvanud 70 kg kaaluvas inimeses leidub niklit umbes 0,9–9 mg ja see on vajalik mitme ensüümi kofaktorina. Suurem osa organismi jõudnud niklist eemaldatakse neerude kaudu. Nikkel on suures koguses toksiline. Niklit sisaldab näiteks ensüüm ureaas, mis katalüüsib karbamiidi ehk uurea lagunemist. Biokeemia 1 slaid 35 Nikkel Materjalimaailmas Nickel Compounds Toxicity