Nikkeli

Nikkeli on rautaryhmään kuuluva ferromagneettinen metallinen alkuaine. Nikkelin kemiallinen merkki on Ni () ja sen järjestysluku on 28. Nikkelillä on viisi pysyvää isotooppia. Nikkeli esiintyy luonnossa yleensä sulfidimineraaleina. Nikkeli on ihmiselle välttämätön hivenaine.

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet 
Nikkeli on hopeanvalkoinen metalli. Sillä on kohtalaisen korkea sähkön- ja lämmönjohtavuus. Sen sulamispiste on noin 1 450 °C. Nikkeli on huoneenlämpötilassa ferromagneettinen aine, joka muuttuu paramagneettiseksi lämpötilan noustessa Curie-pisteen 358 °C yläpuolelle.

Kemialliset ominaisuudet 
Metallinen nikkeli reagoi kehnosti veden ja hapen kanssa. Se reagoi fluorin kanssa hitaasti. Nikkeli liukenee helposti laimeisiin mineraalihappoihin, mutta esimerkiksi väkevä typpihappo ei liuota metallista nikkeliä.

Nikkelin yleisin hapetusluku +II. Tätä korkeammat hapetusluvut ovat suhteellisen harvinaisia. Korkein hapetusluku on +IV. Hapetusasteella 0 nikkeli muodostaa muun muassa fosfiinikomplekseja. Nikkeli on suhteellisen elektropositiivinen.

Yhdisteet 
Luonnossa nikkeli esiintyy antimonin, arseenin ja rikin kanssa yhdisteenä.

Nikkeli(II)oksidi on vihreää. Se ei liukene veteen, mutta liukenee helposti happoihin. Vihreää nikkelihydroksidia voidaan saostaa nikkelisuolojen vesiliuoksesta. Nikkelihydroksidi liukenee ammoniakkiin muodostaen ammiinikompleksin. Nikkelisulfidi on mustaa. Se liukenee happoihin, joskin se muodostaa hapen kanssa Ni(OH)S. Nikkeli muodostaa yhdisteitä kaikkien halidien kanssa. Ne voidaan fluoria lukuun ottamatta valmistaa antamalla aineiden reagoida alkuainemuodossaan. Nikkeli voi muodostaa myös trifluoridin, joka on voimakas hapetin. Nikkeli(II)halidit ovat veteenliukenevia, ja niiden vesiliuoksista voidaan kiteyttää kidevedellisiä suoloja. Nikkeli muodostaa suolan myös syanidin ja tiosyanaatin kanssa. Nikkeli(IV)-ioni muodostaa yhdisteitä fluoridien kanssa, kun läsnä on alkalimetalli. Kiinteää NiF4 voidaan valmistaa lisäämällä fluoridia NiF62- suolaan vedettömässä vetyfluoridissa.

Nikkeli muodostaa komplekseja koordinaatioluvuilla kolmesta kuuteen. Pehmeät ligandit muodostavat komplekseja koordinaatioluvulla neljä. Nikkelillä on kuitenkin taipumusta muodostaa komplekseja koordinaatioluvulla viisi. Amiinit muodostavat heksakomplekseja.

Nikkeli muodostaa organometalliyhdisteitä pääasiassa hapetusasteilla 0, +I ja +II, mutta myös korkeammille hapetusasteille tunnetaan joitakin yhdisteitä. Nikkeli(0)tetrakarbonyyli oli ensimmäinen alkuainemuodossa olevan metallin karbonyyliyhdiste.

Saanti, suositukset ja terveysvaikutukset 
Nikkeli on ihmiselle välttämätön hivenaine, jonka liikasaanti on kuitenkin terveydelle haitallista. Ihmisen pitäisi saada ravinnosta noin viisi mikrogrammaa nikkeliä päivässä, mikä täyttyy jo esimerkiksi 2 maapähkinästä, 3 grammasta kaurahiutaleita, 12 grammasta ruisleipää, 30 grammasta lihapullia, 60 grammasta perunaa tai 100 grammasta broileria.

Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto EFSA:n määrittämä nikkelin turvallisen päiväsaannin enimmäismäärä on 2,8 mikrogrammaa painokiloa kohti, mikä tarkoittaa keskipainoisella suomalaisella aikuisella 224 µg nikkeliä vuorokaudessa.

Eurooppalaiset saavat nikkeliä eniten viljatuotteista, suklaasta, palkokasveista, pähkinöistä, siemenistä ja kasviksista. Suomalaisten nikkelin keskisaanti on noin 150 mikrogrammaa päivässä. Nikkelinsaanti ylitti suositukset noin kolmanneksella Finravinto 2012 -tutkimukseen osallistuneista työikäisisistä. Runsaimmin nikkeliä saava väestönosa sai sitä etenkin palkokasveista, pähkinöistä ja siemenistä. Vuonna 2020 julkaistussa tieteellisten tutkimusten yhteenvedossa havaittiin, että etenkin vauvojen ja muiden lasten nikkelinsaanti on usein huolestuttavan suurta.

Ihminen altistuu munuaisiin, keuhkoihin ja kilpirauhaseen kertyvälle nikkelille ennen kaikkea ravinnon kautta. Krooninen nikkelialtistus saattaa vaurioittaa munuaisia ja maksaa sekä häiritä immuunijärjestelmän toimintaa ja syntyvän lapsen kehitystä. Se lisää myös keskenmenon riskiä.

Nikkelipölyn hengittäminen saattaa aiheuttaa hengitysteiden syöpiä ja nikkelin kaasumainen yhdiste nikkelikarbonyyli on tappavaa pieninäkin annoksina. Nikkelille allergisoituminen on hyvin yleistä, siksi EU:n nikkelidirektiivillä on rajoitettu nikkelin käyttöä esimerkiksi koruissa ja napeissa. Koruissa olevaa nikkelimäärää on rajoitettu EU-lainsäädännöllä siten, että sen alueelle ei saa tuoda tai myydä muita kuin nikkelivapaita koruja.

Ruokapitoisuudet 

Viljan keskimääräinen nikkelipitoisuus on 49 µg/100 g. Hedelmissä nikkeliä on keskimäärin 17 µg/100 g ja kaaleissa 12. Myös tee sisältää nikkeliä.

Isotoopit ja radioaktiivisuus 
Nikkeliltä on löydetty kymmeniä isotooppeja. Kevein on 48Ni ja raskain 79Ni. Nikkelillä on viisi stabiilia isotooppia massaluvuilla 58, 60, 61, 62 ja 64. Näistä yleisin on 58Ni, jota on 68,077 % kaikesta luonnosta löydettävästä nikkelistä. Toiseksi yleisin on 60Ni, jota on noin neljännes luonnon nikkelistä. Pitkäikäisin radioaktiivinen isotooppi on 59Ni, jonka puoliintumisaika on 76 000 vuotta. 63Ni puoliintumisaika on noin sata vuotta. Muiden isotooppien puoliintumisaika on alle viikon. 59Ni käytetään määrittämään meteoriittien putoamisaikoja.

Historia 
Sana nikkeli on peräisin Saksasta kaivosslangista. Sanalla Kupfernickel tarkoitettiin peikkoa, joka pilasi kuparimalmin vierailla aineksilla, tai myös tällaista malmia. Kupfer tarkoittaa kuparia ja Nickel oli nimestä Nikolaus käytetty pilkkamuoto, jolla usein viitattiin lapsia pelotteleviin haltijahahmoihin. Aikoinaan tätä ”pilattua kuparia” voitiin käyttää vain lasin värjäämiseen vihreäksi. Kun sen myöhemmin todettiin sisältävän aikaisemmin tuntematonta metallia, annettiin tälle metallille sen mukaisesti nimi nikkeli.

Esiintyvyys 

Suuria nikkeliesiintymiä on muun muassa Venäjällä, Uudessa-Kaledoniassa, Australiassa, Kuubassa ja Indonesiassa. Sudburyn alue Kanadan Ontariossa tuottaa 30 prosenttia maailman tuotannosta. Noin 40 prosenttia maailman tunnetuista varoista sijaitsee Norilskin esiintymässä Siperiassa. Kanadan Labradorista Voisey’s Baysta on löydetty viimeksi merkittävä esiintymä. Nikkeliä sisältäviä mineraaleja ovat esimerkiksi nikkoliitti ja pentlandiitti.

Teollisuus 

Suomessa nikkelimalmia on louhittu vuosina 1937–1944 Petsamossa Kolosjoen kaivoksesta, Leppävirran Kotalahdessa 1957–1987, ja nykyisin vuonna 1970 perustetussa Hituran kaivoksessa Nivalassa. Sotkamon Talvivaaran kaivoksen merkittävän nikkeliesiintymän jalostaminen on aloitettu vuoden 2010 alkupuolella. Nikkelin maailmanmarkkinahinta on viime vuosina noussut Kiinan räjähdysmäisen kysynnän kasvun myötä. Suomessa Geologian tutkimuskeskus etsii nikkeliesiintymiä, joita kauppa- ja teollisuusministeriö myy ulkomaisille kaivosyhtiöille. Inco Limited, jonka 2006 osti brasilialainen CVRD, poikkeuksena etsii nikkeliä Lapista omin tutkimuksin. Lapissa on muun muassa tehty kairaustutkimuksia erämaa-alueella. 

Suomessa nikkeliä jalostaa venäläiseen konserniin MMC Norilsk Nickeliin kuuluva Norilsk Nickel Harjavalta Oy, jonka laitokset sijaitsevat Harjavallan suurteollisuuspuistossa. Metallisen nikkelin lisäksi laitoksilla valmistetaan erilaisia nikkelin suoloja (nikkelisulfaattia, -hydroksidia ja -hydroksikarbonaattia).

Käyttö 

Nikkeli sopii hyvin erilaisiin metalliseoksiin. Nikkeliä käytetään myös akuissa ja katalyyttinä. Ruostumattoman teräksen valmistuksessa käytetään nikkeliä. Nikkeliä on käytetty myös aseteollisuudessa. Jotkin nikkeliä sisältävät seokset ovat muistimetalleja.

Meteoriiteissa on raudan ohella nikkeliä. Siksi meteoriittien raudasta on aikoinaan valmistettu työkaluja ja aseita.

Nikkeli on tärkeä metalli katalyysikemiassa. Raney-nikkeliä, joka sisältää nikkelin lisäksi hieman alumiinia, käytetään hydrausreaktioissa katalyyttinä.

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 

Helsingin Sanomat 23.1.2007 s. D2 ja Helsingin Sanomien verkkosivut 

Työterveyslaitos (TTL): Nikkeli ja nikkeliyhdisteet  (pdf)
Periodictable: Technical data for Nickel 
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Nickel 
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Nickel 
Norilsk Nickel 

Mindat: Nickel 
Webmineral: Nickel Mineral Data 
Webmineral: Mineral Species containing Nickel (Ni) 
Americanelements: Nickel Technical and Safety Data 
Handbook of Mineralogy: Nickel (pdf) 
Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Nickel 
London Metal Exchange: Nickel price 
InfoMine: Nickel Prices and Nickel Price Charts 

Alkuaineet
Ferromagneettiset aineet
Metallit
Seulonnan keskeiset artikkelit