Никель – пластичный металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Относится к тяжелым цветным металлам. Никель ценная легирующая добавка. В природе в чистом виде никель не встречается, обычно входит в состав руд. Чистый никель (Nickel/Никель), Nickel 200 и Nickel 201 , добывают путем специальных технологий.

В соединении с другими металлами никель способен образовывать твердые и прочные никелевые сплавы:

никель-медный сплав (Monel/Монель) – сплав на медной основе с никелем в качестве легирующей добавки. В составе обычно до 67% никеля и до 38% меди. К этой группе сплавов относят: Monel 400 , Monel 401, Monel 404, Monel R-405 , Monel K-500 и др.
никель-хромовый сплав (Inconel/Инконель) – аустенитный жаропрочный сплав. К этой группе относят: Inconel 600 , Inconel 601 , Inconel 617 , Inconel 625 , Inconel 690 , Inconel 718 , Inconel 725 , Inconel X-750 и др.
никель-железо-хромовый сплав (Inconloy/Инколой) – возможно добавление в сплав молибдена, меди, титана. К этой группе относят: Incoloy 20, Incoloy 800 , Incoloy 800H , Incoloy 800HT , Incoloy 825 , Incoloy 925 и др.
никель-молибденовый сплав (Hastelloy/Хастеллой) – возможно присутствие в составе хрома, железа и углерода. К этой группе относят: Hastelloy C-4 , Hastelloy C-22 , Hastelloy C-276 , Hastelloy B-2 и др.

Свойства никеля

Никель – ферромагнетик, точка Кюри – 358°C, температура плавления – 1455°C, температура кипения – 2730-2915°C. Плотность – 8,9 г/см 3 , коэффициент теплового расширения -13,5∙10 −6 K −1. На воздухе компактный никель – стабилен, а высокодисперсный – пирофорен.

Никель обладает такими свойствами, как:

пластичность и ковкость;
прочность при высоких температурных режимах;
устойчивость к окислению в воде и на воздухе;
твердость и достаточная вязкость;
высокая коррозионная стойкость;
ферромагнетик;
хороший катализатор;
хорошо полируется.

Поверхность никеля покрыта тонким слоем оксида NiO, защищающим металл от окисления.

Преимущества и недостатки

Главные плюсы никеля и сплавов - жаропрочность, жаростойкость и повышенная механическая прочность (давление до 440 МПа). К достоинствам также можно отнести эксплуатацию в раскаленных концентрированных щелочных и кислотных растворах. Помимо этого никель способен сохранять магнитные свойства при пониженных температурах.

Главным недостатком никеля является значительное снижение показателей термоЭДС при быстром охлаждении после отжига (до 600°C). Также к минусам никеля можно отнести тот факт, что в природе чистый никель не встречается. Его получают путем дорогих технологий, что сказывается на его стоимости.

Область применения

Основная сфера применения никеля – металлургия. В ней он задействован в производстве высоколегированных нержавеющих сталей. Добавляя в расплав железа никель, металлурги получают прочные и пластичные сплавы, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам. Стоит отметить, что никелевые сплавы сохраняют свои качества при многократном длительном нагревании.

Благодаря этим свойствам нержавеющая и термостойкая никелевая сталь применяется:

в пищевой и химической промышленности;
в нефтехимической промышленности и строительстве;
в медицине и фармацевтике;
в авиа- и машиностроении;
в изготовлении подводных кабелей;
в изготовлении нагревательных элементов промышленного оборудования;
в производстве постоянных магнитов;
в производстве станков и специального оборудования;
в изготовлении интерьерных элементов зданий;
в мебельной промышленности;
в изготовлении бытовых приборов и домашней утвари;

Благодаря своей пластичности и легкости в ковке из никеля получают очень тонкие изделия, например, полосы, ленты и листы из никеля. Также никель активно используют в производстве проволоки и прутков.

на тему: Никель и его свойства

Работу составили студенты 2 курса группы 5202

Никитин Дмитрий и Шархемуллин Эмиль.

Казань 2013г.

Физические свойства Никеля.

ЭлементБыл открыт в 1761г. Ни́кель - элемент десятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 28. Серебристо-белый металл, что не тускнеет на воздухе. В чистом виде весьма пластичен и поддается обработке давлением. Является ферромагнетиком, т.е. при проведении через него тока облядает ярко выраженными магнитными свойствами. Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d 8 4s 2 . Является ковким и тягучим металлом, что позволяет изготовлять из него тончайшие листы и трубки.

Химические свойства Никеля

В химические отношении Ni сходен с Fe и Со, но также и с Cu и благородными металлами. В соединениях проявляет переменную валентность (чаще всего 2-валентен). Никель - металл средней активности. Поглощает (особенно в мелкораздробленном состоянии) большие количества газов

Никель горит только в виде порошка. Образует при этом два оксида NiO и Ni 2 O 3 и соответственно два гидроксида Ni(OH) 2 и Ni(OH) 3 . Важнейшие растворимые соли никеля - ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Водные растворы солей окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли - жёлтые или коричнево-жёлтые, что нередко используется в аналитической химии.

насыщение Н. газами ухудшает его механические свойства. Взаимодействие с кислородом начинается при 500 °С; в мелкодисперсном состоянии Н. пирофорен - на воздухе самовоспламеняется. Из окислов наиболее важна закись NiO - зеленоватые кристаллы, практически нерастворимые в воде (минерал бунзенит). Гидроокись выпадает из растворов никелевых солей при прибавлении щелочей в виде объёмистого осадка яблочно-зелёного цвета. При нагревании Н. соединяется с галогенами, образуя NiX 2 . Сгорая в парах серы, даёт сульфид, близкий по составу к Ni 3 S 2 . Моносульфид NiS может быть получен нагреванием NiO с серой. С азотом Н. не реагирует даже при высоких температурах (до 1400 °С)

В жидком состоянии Н. растворяет заметное количество С, выпадающего при охлаждении в виде графита. При выделении графита Н. теряет ковкость и способность обрабатываться давлением.

По отношению к воде никель устойчив. Органические кислоты действуют на Н. лишь после длительного соприкосновения с ним. Серная и соляная кислоты медленно растворяют Н.; разбавленная азотная - очень легко; концентрированная HNO 3 пассивирует Н., однако в меньшей степени, чем железо. При взаимодействии с кислотами образуются соли 2-валентного Ni. Почти все соли Ni (II) и сильных кислот хорошо растворимы в воде, растворы их вследствие гидролиза имеют кислую реакцию.

Комплексные соединения Никеля.

Связывание Никеля в комплексы- важный диагностические процесс, для аналитической химии.

Для никеля характерно образование комплексов. Так, катион Ni 2+ с аммиаком образует гексаамминовый комплекс 2+ и диакватетраамминовый комплекс 2+ . Эти комплексы с анионамиобразуют синие или фиолетовые соединения.

К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёная окраска), три сульфида: NiS (черный), Ni 3 S 2 (желтовато-бронзовый) и Ni 3 S 4 (серебристо-белый). Или, диметилглиоксимат никеля Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 , дающий чёткую красную окраску в кислой среде, что широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля.

Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) 2+ . При добавлении к раствору, содержащему эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждение гидроксида никеля (II), зелёного желатинообразного вещества. Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля(II) 2+ .

Никель образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) 2− имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат(II) 2− имеет плоскую квадратную структуру.

Характерна реакция ионов Ni 2+ с диметилглиоксимом, приводящая к образованию розово-красного диметилглиоксимата никеля. Эту реакцию используют при количественном определении никеля, а продукт реакции - как пигмент косметических материалов и для других целей.

Количественное определение Элемента.

Осуществляется в основном следующими методами:

1) Осаждением в виде диметоиглиоксимата никеля, как уже было сказано.

2) осаждением ввид еникель-альфа-бензилдиоксима.

3)Осаждение ввиде гидроокиси никеля(3) . Эта реакция проводится с помощью едкого кали и бромной воды.

4)Осаждение в виде сульфида. Где будет использован в качестве весовой формы оксид никеля2.

5)Электролитическим методом

6)Обьёмным методом - т.е титрование цианида калия до образования комплексного цианида(Калий 2 никель це эн четырежды)

7)Колометрический метод, основанный на изменении окраски иона гексаамминаникеля, или красного окрашивания растворимого комплексного соединения, что образуется при реакции ионов никеля 3 с диметилглиоксимом в щёлочном растворе в присутствии окислителя.

8)Комплексонометрическим методом.

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИКЕЛЯ Метод основан на осаждении никеля в аммиачном растворе диметилглиоксимом в виде малорастворимого внутрикомплексного соединения в присутствии лимонной или винной кислоты.

тИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИКЕЛЯ

Метод основан на осаждении никеля в аммиачном растворе диметилглиоксимом в виде малорастворимого внутрикомплексного соединения в присутствии лимонной или винной кислоты и определении никеля комплексонометрическим титрованием с эриохром черным Т в качестве индикатора.

Никель – это химически малоактивный металл серебристо-белого цвета. Обозначается этот элемент символом Ni и находится в десятой группе четвертого периода периодической системы.

С происхождением названия этого элемента связана очень интересная история. Дело в том, что именем Nicolaus в немецкой мифологии называли озорника, злого духа, двуличного человека. Объясняется это тем, что руда, из которой получают никель, внешне очень похожа на , но по химическому составу является арсенидом никеля (красный никелевый колчедан), при выплавлении которого выделяются ядовитые мышьяковые газы. Попытки выделить медь не увенчались успехом, однако в 1751 году шведский минералог Кронштедт выделил зеленый оксид. Восстановив его, исследователь получил металл, который в дальнейшем получил название никель .

Нахождение никеля в природе

Основные руды никеля:

никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs;
миллерит (желтый никелевый колчедан) NiS;
пентландит (Fe,Ni)₉S₈;
магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S;
мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS.

Пентландит

Применение никеля

И хотя этот элемент химически малоактивен, он нашел свое широкое применение в промышленности. Например, никелем покрывают другие металлы, чтобы защитить их от . Также из Ni можно изготовить очень тонкие металлические пластины, которые используются в электронике, в частности, в аккумуляторах.

Также никелевые сплавы активно используются в протезировании и изготовлении брекет-систем.

Физические свойства никеля

Никель представляет собой серебристо-белый металл, который не тускнеет. На воздухе он покрывается .

Никель очень твердый, но в то же время довольно пластичный и ковкий.

Температура плавления составляет 1455 °C, температура кипения - около 2900 °C, плотность 8,90 кг/дм³.

Никель - ферромагнетик с точкой ≈ 358°C.

Химические свойства никеля

Никель в соединениях может иметь следующие степени окисления: +1, +2, +3 и +4. Соединения, в которых никель имеет степень окисления +4, очень редкие и неустойчивые. При нагревании выше 800 °C никель реагирует с кислородом, образуя оксид:

2Ni + O₂ → 2NiO

Минерал бунзенит (NiO)

Порошок никеля на воздухе. В результате образуются оксиды никеля:

5Ni + 3O₂ → 3NiO + Ni₂O₃

Взаимодействует с монооксидом углерода, образуя ядовитый газ карбонил:

Ni + 4СO → Ni(СO)₄

При высокой температуре взаимодействует с азотом, образуя нитрид никеля:

Ni + N₂ = Ni₃N₂

С серой протекает экзотермическая реакция:

С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуются соединения нестехиометрического состава, например:

3Ni + C = Ni₃C,

2Ni + B = Ni₂B,

3Ni + P = Ni₃P.

С галогенами металл реагирует, образуя галогениды:

Ni + Cl₂ = NiCl₂.

Никель способен поглощать водород, при этом образуются твердые растворы водорода в никеле.

Металлический никель реагирует с азотной кислотой

3Ni + 8HNO₃ = 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

При нагревании реагирует с концентрированными азотной и серной кислотами:

Ni + 2H₂SO₄ = NiSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

Ni + 4HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

Безводный сульфат никеля

С разбавленными растворами соляной и серной кислот:

Ni + 2HCl = NiCl₂ + H₂,

Ni + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂.

Никель вытесняет металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений расположены правее их растворов солей:

Ni + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu.

Никель не взаимодействует с водой, щелочами и фтором даже при нагревании. вы найдете интересные эксперименты на изучение химических свойств металлов.

Реакция обнаружения ионов никеля

Для проведения качественной реакции на никель используется реактив Чугаева (диметилглиоксим). Если в аммиачный раствор соли никеля добавить с реактив Чугаева, образуется ярко-малиновый осадок. С помощью этой реакции можно обнаружить ионы никеля. Определить содержание никеля можно даже при малом содержании его ионов в растворе - в любом случае при добавлении реагента раствор окрасится в малиновый цвет.

Никель – элемент 10 группы таблицы Д.И. Менделеева. Известный сравнительно недавно, также недавно используемый в промышленности. Свое наименование никель получил от имени зловредного гнома, который вместо подбрасывал горнякам минерал никелин, включающий никель и мышьяк. Использовать в те давние времена никель не умели, так что металл-«обманку» стали называть «озорником» от немецкого Nickel.

И сегодня мы рассмотрим физико-химические свойства и применение никеля, дадим ему общую характеристику, изучим никелевые сплавы и марки.

Это переходный металл, то есть, проявляющий свойства и кислотные, и щелочные. Имеет серебристо-белый блеск, пластичный, ковкий, но твердый. Молекулярная масса невелика – 28, так что он относится к веществам легким.

Об особенностях никеля как металла расскажет этот видеоролик:

Понятие и особенности

С точки зрения химии никель – металл очень интересный и необычный. С одной стороны, он в состоянии вступать в реакцию и с кислотами, и с щелочами, но с другой, отличается химической инертностью и даже с концентрированными щелочами и кислотами отказывается реагировать. Причем свойство это настолько ярко выражено, что никель применяют при изготовлении разнообразной кислотоупорной аппаратуры и резервуаров для щелочей.

Металл выплавляется, а затем используется в виде прутков, листов и так далее. И в таком состоянии проявляет обычные металлические свойства малоактивного вещества. А вот превращенный в очень тонкий порошок никель становится пирофорным и способен самовоспламеняться на воздухе.

Секрет в том, что обычное вещество на воздухе, наподобие алюминия, например, покрывается оксидной пленкой, и эта пленка выступает в качестве прочнейшего защитного слоя.

Это качество обуславливает одно из самых старых применений металла – никелирование, то есть, нанесение на поверхность предметов тончайшего слоя никеля. Такой слой полностью защищает от коррозии сталь, чугун, магний, алюминий и так далее.

Изделия из чистого никеля встречаются редко и применяются только на особо ответственных участках. Его использование в промышленности обусловлено другим уникальным качеством: в сплаве никель сообщает материалу ту же превосходную стойкость к коррозии, которой обладает сам. Большинство нержавеющих и конструкционных сталей включает никель в качестве легирующего компонента. Именно он и обеспечивает стойкость стали и ее долговечность.

Сплавы на основе никеля очень разнообразны и отличаются замечательными свойствами: прочностью, жаростойкостью, способностью выдерживать высокие силовые нагрузки при высокой температуре, износостойкостью, нечувствительностью к химически агрессивным веществам и так далее. Из всего объема добываемого вещества в чистом виде используется около 9%. Еще 7% тратится на никелирование, а весь остальной объем расходуется на получение сплавов.

Никель составляет с железом и кобальтом триаду железа. В состав группы также входят и платиновые – осмий, платина, родий. Однако, несмотря на относительную близость, свойства металлов заметно отличаются. По прочности никель мало уступает железу, обладает даже более высокой плотностью, но в отличие от последнего очень стоек к коррозии, в то время как железо на воздухе, а тем более при контакте с водой быстро корродирует.

По сравнению с платиновыми металлами никель куда легче, значительно дешевле и гораздо активнее: платина, осмий и другие относятся к благородным металлам, которые имеют положительный электродный потенциал и являются крайне инертными.

Плюсы и минусы

Практически все свойства никеля по отношению к народному хозяйству являются преимуществами. К недостаткам металла можно отнести лишь его нахождение в природе. Никель считается элементом распространенным, но встречается только в связанном виде. Самородный никель попадает на землю только в составе метеоритов. Соответственно, получают металл по более дорогим технологиям.

Никель обладает неплохой прочностью и твердостью, при этом сохраняя способность к ковке и высокую вязкость: из него можно получать тончайшие листы и прутки.
Металл обладает замечательной стойкостью к коррозии. Более того, это качество он передает сплавам, в состав которых входит в виде легирующего элемента.
Сплавы на никелевой основе очень разнообразны и отличаются исключительными качествами. Так, жаропрочные железо-никелевые сплавы применяются при изготовлении частей атомных реакторов и реактивных двигателей. На сегодня описаны и используются около 3000 различных никелевых сплавов.
Покрытие из никеля и сейчас активно применяется не только в приборо- и станкостроении, но и в быту, в строительстве. Никелированная посуда, столовые приборы, фурнитура и прочее не только эстетически привлекательны, но и абсолютно гигиеничны, безвредны и крайне долговечны. Инертность и гигиеничность металла обуславливает его использование в пищевой промышленности.
Никель является ферромагнетиком, то есть, веществом склонным к самопроизвольному намагничиванию. Это свойство позволяет использовать металл для производства постоянных магнитов.
Металл относительно дешев в получении и обладает хорошими характеристиками по электропроводности. Никель заменяет дорогое серебро или в производстве аккумуляторов.

Структура и химический состав никеля рассмотрены ниже.

Структура и состав

Никель, как и другие чистые металлы, обладает однородной, хорошо упорядоченной структурой, что и обеспечивает этим веществам способность проводить ток. Однако фазовый состав материала может быть разным, что влияет на его свойства.

При нормальных условиях дело имеют с β-модификацией никеля. Она характеризуется гранецентрированной кубической решеткой и обуславливает привычные свойства металла – ковкость, пластичность, способность к механической обработке, ферромагнетизм и так далее.
Существует и материал другого вида. Никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, в реакцию не вступает, но и меняет структуру, переходя в α-модификацию. Последняя имеет плотнейшую гексагональную решетку. При нагревании до 200 С α-фаза переходит в β-фазу. В промышленности имеют дело с β-модификацией никеля.

Данное видео расскажет о том, как самому переделать никель-кадмиевый аккумулятор на литий-ионный:

Свойства и характеристики

Характеристики β-фазы, как основной, представляют больший интерес, поскольку само существование α-фазы ограничено. Свойства металла таковы:

плотность при нормальной температуре – 8,9 г/куб. см;
температура плавления – 1453 С;
температура кипения – 3000 С;
очень низкий коэффициент теплового расширения – 13,5∙10 −6 K −1
модуль упругости – 196–210 ГПа;
предел упругости составляет 80 Мн/кв. м;
предел текучести – 120 Мн/кв. м:
предел растяжения 40–50 кгс/ кв. мм;
удельная теплоемкость вещества – 0,440 кдж/(кг·К);
теплопроводность – 90,1 вт/(м·К);
удельное электрическое сопротивление – 0,0684 мкОм∙м.

Никель является ферромагнетиком, его точка Кюри – 358 С.

Об изготовлении и производителя никелевых сплавов поговорим ниже.

Производство

Никель считается довольно распространенным – 13 место среди металлов. Однако распределение его несколько специфично. Металл не зря называют элементом земных глубин, поскольку в ультраосновных породах его в 200 раз больше, чем в кислых. По одной из распространенных теорий земное ядро состоит из никелистого железа.

Самородный никель на Земле не встречается. В связанном виде он наличествует в медно-никелевых рудах – мышьяксодержащих и сульфидных. Это никелин – красный никелевый колчедан, тот самый, который горняки принимали за , хлоантит – белый никелевый колчедан, гарниерит, медный колчедан и так далее.

Исходным сырьем чаще всего служит сульфидная руда, включающая и , и никель, поэтому в включены дополнительные этапы по разделению металлов.

Сульфидные руды обычно содержат много влаги и глинистых веществ. Чтобы избавиться от них, руду измельчают, сушат и брикетируют. При слишком высоком содержании серы в руде ее обжигают.
Плавка на штейн – осуществляются в шахтных или отражательных печах. Получают сплав сульфида никеля и железа, включая небольшое количество меди.
Разделение никеля и меди.
Обжиг никелевого концентрата, восстановительная плавка и рафинирование электролизом.

Способ получения никеля из окисленной руды выглядит несколько иначе.

Руду подвергают сульфидизирующей плавке с частичным восстановлением.
Получают файнштейн – расплавленный штейн продувают воздухом в конверторах.
Файнштейн обжигают и очищают от меди;
Затем восстанавливают никель либо плавят обожженную крицу на ферроникель.

А сколько стоит 1 кг никеля? Цены на такой металл во многом определяются успехом эксплуатации месторождений. Так, в 2013 году Китай увеличил производство никельсодержащего чугуна, что привело к заметному падению цен на металл. В 2016 году осенью стоимость тонны металла составляла 10045$.

Область применения

Никель сам по себе используется достаточно редко. Гораздо шире область .

В быту чаще всего сталкиваются с никелированными изделиями – краны, смесители, мебельная фурнитура. Металлические части мебели довольно часто покрыты слоем серебристого не тускнеющего металла. То же самое касается столовых приборов и посуды.
Еще один известный способ использования – белое золото. В его состав входит золото определенной пробы и сплав никеля.
В электротехнике широчайшее распространение нашли никелевые катоды. Многочисленные аккумуляторы – никель-кадмиевые. Никель- , железо-никелевые и так далее составляют конкуренцию аккумулятором и при этом намного безопаснее.

Однако основным потребителем никеля является цветная и черная металлургия: 67% всего добытого металла используется для получения нержавеющих сталей. А 17% – на изготовление других, не железных сплавов.

Конструкционная и нержавеющая сталь применяется буквально везде: строительство и машиностроение, электротехника и изготовление трубопроводов, приборостроение и сооружение несущих каркасов. Именно никель придает сталям их стойкость к коррозии.
Никель-медные сплавы чаще всего применяются при изготовлении кислотоупорной аппаратуры и разнообразных деталей, которые должны работать в условиях агрессивной химической среды.
Сплавы никеля и хрома знамениты своей жаропрочностью и стойкость к щелочам и кислотам. Их используют в печах, атомных реакторах, двигателях и так далее.
Сплавы никеля, хрома и железа, кроме того, сохраняют стойкость к высокой нагрузке при очень высоких температурах – до 900 С. Это незаменимый материал для газовых турбин.

Никель – металл с . Прочный, ковкий, стойкий к кислотам и щелочам и способный передать эти свойства практически любому сплаву. Неудивительно, что никель так широко применяется.

Простой и надежный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов рассмотрен в видео ниже: