Свойства металла никель: Свойства, характеристики и особенности состава никеля

Никель: характеристика металла, свойства и применение на практике

Главная страница » Никель: характеристика металла, свойства и применение на практике

Никель (Ni, атомный № 28) – химический элемент, один атом которого содержит 28 протонов, 28 электронов и от 30 до 36 нейтронов, в зависимости от изотопа. Существует пять стабильных изотопов: 58 (68%), 60 (26%), 62 (4%), 61 (1%), 64 (около 1%). Температура плавления никеля составляет 1450°C, относительная атомная масса 58,69 при плотности 8,9. В обычной жизни о существовании этого металла могут напоминать мельхиоровые монеты – денежные средства, широко распространённые в социуме, либо перезаряжаемые батареи мобильных телефонов с коими часто приходится иметь дело. Однако это всего лишь малая часть всей массы распространённых применений металла, несравнимого по ценности с золотом, серебром и другими химическими элементами.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Содержание

Общий взгляд на никель как на металл

Никель по ценности, конечно же, уступает золоту и серебру, оценивается не на таком высоком уровне, как, например, высокотехнологичные аэрокосмические металлы — алюминий и титан. Тем не менее, металлу тоже находится применение в той же аэрокосмической сфере и в других областях. Рассмотрим внимательнее этот химический элемент с целью получения всеобъемлющей информации для потенциального использования.

Никель широко использовался в сплавах (например, мельхиор монетный) на протяжении тысячелетий, однако был признан химическим элементом лишь в 1751 году. Первые упоминания об этом химическом элементе принадлежат шведскому химику — барону Аксель Фредерик Кронштедту.

НИКЕЛЬ

Никколит - минералсодержащая руда, из которой добывается никельПримерно такой выглядит внешне менералсодержащая руда — никколит, из которой в своё время разработчики горных пород пытались извлечь медь, но получили совсем другой результат

Именно этот учёный первым получил чистое вещество из руды красноватого оттенка — никколита. Минералсодержащая порода никколит получила своё название благодаря внешнему виду, напоминающему медную руду.  Однако реальной меди такой минерал не содержит. На ранних этапах добычи, пытавшиеся извлечь медь из такой руды шахтёры, называли продукт изысканий «Old Nick». Это название несколько изменённое (niccolite) так и закрепилось в дальнейшем.

Современное представление химических элементов периодической таблицей Менделеева показывает никель среди переходных элементов (металлов) 10 группы. Химический элемент по составу достаточно близок к железу в некоторых отношениях, и очень похож на медь в других отношениях. В принципе, не удивительно, учитывая, что никель находится в периодической таблице ровно посередине между этими металлами.

Потенциальные области добычи и получения

Среди химических элементов земной коры никель числится вполне обычным компонентом, но значительная доля этого вещества находится за границами земного мира в буквальном смысле. Так, практически все метеориты, когда-либо упавшие на Землю, традиционно содержали никель.

НИКЕЛЕВЫЙ

Осколок метеорита, где отметилось содержание никеляМетеоритный осколок, где обнаружен высокий процент содержания никеля. Как правило, анализ практически всех метеоритных осколков подтверждается положительными результатами теста

Это в достаточной степени распространённый металл среди наиболее распространенных элементов в земной коре, который имеет порядковый номер 22 (примерно в два раза встречается чаще меди) по рейтингу присутствия.

Большая часть никеля добывается из целого ряда минералсодержащих руд:

  • пентландита и пирротина (железо-никелевые сульфиды — две наиболее важные никелевые руды),
  • гарниерита (водный силикат),
  • миллерита (сульфид)
  • никколита  (арсенид).

Ведущими производителями никеля выступают страны:

  • Индонезия
  • Филиппины
  • Канада
  • Новая Каледония

Несколько сниженные объёмы добычи демонстрируют Австралия и Россия. Далее идут Соединенные Штаты, несмотря на отсутствие в этой стране активных никелевых рудников. Относительно небольшое количество никеля производственные сферы США добывают в качестве побочного продукта на медных и палладий-платиновых рудниках. Мировые запасы никеля в целом составляют примерно 130 млн. тонн на суше, и куда большие объёмы на дне океана, если отталкиваться от этой цифры.

ПОКРЫТЫЙ

Рудник Новой Каледонии, где добывается никельОдин из рудников Новой Каледонии, где осуществляется активная добыча руды для промышленной сферы. На уровне промышленного производства выполняется переработка в чистый металл или сплавы

Как и некоторые другие металлы, химический элемент допустимо извлекать из руды при помощи:

  • технологии плавки (нагревания внутри доменной печи),
  • электролизом (расщепление руды на составляющие путём пропускания электрического тока через раствор),
  • путём взаимодействия с кислотами (процесс Монда).

Физические  и химические свойства никеля

Никель характеризуется типичным металлом: твёрдым при повседневных температурах, достаточно прочным и крепким, податливым (в обработке) и пластичным (вытягивается в провод). Металл легко полируется, демонстрирует хорошие показатели в качестве проводника тепла и электричества, в достаточной степени обладает магнитными свойствами.

По параметрам прочности и ударной вязкости никель схож с железом (правде, менее магнитный). При этом металл в значительной степени более устойчив к влиянию коррозии и окислению (поэтому в этом плане больше схож с медью). Кристаллы никеля имеют гранецентрированную кубическую структуру.

КРИСТАЛЛЫ

Миллерит - своего рода производная никеляТак выглядит внешне миллерит – минералсодержащая руда, из которой также выполняется добыча популярного химического элемента с последующей переработкой в чистый продукт или сплавы

Среди химических свойств выделяется относительно низкая реактивность. Металл реагирует на воздействие сильных кислот, но остаётся нейтральным в реакции по отношению к щелочам. Именно поэтому никель часто применяют для выравнивания контейнеров под щелочные вещества.

Применение химического элемента под разные нужды

Подавляющее большинство производимого металла используется как составная часть сплавов. Только относительно небольшой объём производства применяется как чистый никель. В мире примерно две трети всего производимого металла используется в процессе производства нержавеющей стали.

Достаточно твёрдая и устойчивая к влиянию коррозии никелевая сталь (содержание никеля около 3%) является важным компонентом производства широкого ассортимента автомобильных деталей (запчастей), включая клапаны и приводные валы различных видов.

Цветные сплавы (где нет содержания железа) также выступают распространённым материалом, где применяется никель. Мельхиор (изготовление монет) – один из примеров сплава, где содержится три четверти меди и одна четверть никеля.

Другие никелевые сплавы включают нитинол с памятью формы, сочетающий никель с титаном (например, оправы очков). Также имеет место широкий спектр высокотехнологичных аэрокосмических «суперсплавов» (работают при очень высоких температурах).

ОПРАВЫ

Лопасти винта турбины, покрытые никелемРабочее колесо турбины с лопастями, обработанными никелевым покрытием с целью дополнительной защиты и усиления эксплуатационных свойств

Турбинные лопасти (используются в конструкциях реактивных двигателей, паровых турбин), как правило, обрабатываются никелевым напылением с целью придания большей прочности и организации защитного покрытия под коррозионную стойкость. Химический элемент также используется:

  • для гальванических металлов,
  • в порошкообразной форме для производства катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции),
  • для изготовления никелевой сетки под печать на текстиле и др.

Важные соединения никеля включают нитраты, хлориды, сульфаты, используемые в гальванике. Оксиды никеля используются в конструкциях батарей питания и топливных элементов. Никель-ферриты широко применяются для изготовления электромагнитных деталей силовых трансформаторов и прочей электроаппаратуры.


При помощи информации: Raefkobeissi

Никель. Описание, свойства, происхождение и применение металла

 
Никель — простое вещество, пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Относится к тяжелым цветным металлам, в чистом виде на земле не встречается — обычно входит в состав различных руд, высокой твердостью, хорошо полируется, является ферромагнетиком — притягивается магнитом, в периодической системе Менделеева обозначается символом Ni и имеет 28 порядковый номер.

СТРУКТУРА


Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 å нм, пространственная группа Fm3m. Эта кристаллическая структура устойчива к давлению, по меньшей мере 70 ГПа. При обычных условиях никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку ( a = 3,5236 å). Но никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере h 2 , образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки ( а = 2,65 å, с = 4,32 å), которая при нагревании выше 200 °С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см

3 (20 °С), атомный радиус 1,24 å

СВОЙСТВА


Никель — ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400—500 Мн/м2, предел упругости 80 Мн/м2 , предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600—800 Мн/м

2. В температурном интервале от 0 до 631К (верхняя граница соответствует Кюри точке ). Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек его атомов. Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и др.).

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА


Никель довольно распространён в природе — его содержание в земной коре составляет около 0,01%(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8%). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41% Ni.
В растениях в среднем 5·10−5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1,6·10

−4, в наземных — 1·10−6, в человеческом организме — 1…2·10−6.

Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5—8% Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
Карбонильный способ (метод Монда): Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.
Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3

ПРОИСХОЖДЕНИЕ


Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах. Характерной особенностью медно-никелевых месторождений всего мира является выдержанный минеральный состав руд: пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит; кроме них в рудах встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, минералы группы платины, изредка хромит, арсениды никеля и кобальта, галенит, сфалерит, борнит, макинавит, валлерит, графит, самородное золото.

Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. при выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Там эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
В месторождениях этого типа заключены запасы никеля в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах, а запасы некоторых месторождений достигают 1 млн т. и более никеля. Крупные запасы силикатных руд сосредоточены на Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии, Австралии и др. странах. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2%. Кроме того в рудах часто содержится кобальт.

ПРИМЕНЕНИЕ


Подавляющая часть никеля используется для получения сплавов с другими металлами (fe, cr, cu и др.), отличающихся высокими механическими, антикоррозионными, магнитными или электрическими и термоэлектрическими свойствами. В связи с развитием реактивной техники и созданием газотурбинных установок особенно важны жаропрочные и жаростойкие хромоникелевые сплавы. Сплавы никеля используются в конструкциях атомных реакторов.

Значительное количество никеля расходуется для производства щелочных аккумуляторов и антикоррозионных покрытий. Ковкий никель в чистом виде применяют для изготовления листов, труб и т.д. Он используется также в химической промышленности для изготовления специальной химической аппаратуры и как катализатор многих химических процессов. Никель — весьма дефицитный металл и по возможности должен заменяться другими, более дешёвыми и распространёнными материалами.

Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана), протезирования. Широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель». Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.


Никель (англ. Nickel) — Ni

Молекулярный вес58.69 г/моль
Происхождение названияИз немецкого Nickel, означает демон, как сокращенная форма Kupfernickel, медь дьявола
IMA статусутвержден

КЛАССИФИКАЦИЯ


Strunz (8-ое издание)1/A.08-10
Nickel-Strunz (10-ое издание)1.AA.05
Dana (7-ое издание)1.1.17.2
Dana (8-ое издание)1.1.11.5
Hey’s CIM Ref1.61

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Цвет минералабелый, светло-серебрянный
Цвет чертысеро белый
Прозрачностьнепрозрачный
Блескметаллический
Спайностьнет
Твердость (шкала Мооса)3,5
Прочностьковкий
Изломзазубренный
Плотность (измеренная)7.8 — 8.2 г/см3
Радиоактивность (GRapi)0
Магнетизмферромагнетик

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Типизотропный
Цвет в отраженном светебелый, голубоватый
Плеохроизмне плеохроирует
Люминесценция в ультрафиолетовом излучениине флюоресцентный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Точечная группа(4/m 3 2/m) — изометрический гексаоктаэдральный
Пространственная группаFm3m
Сингониякубическая
Параметры ячейкиa = 3.5238Å
Двойникованиенет

Интересные статьи:

mineralpro.ru   13.07.2016  
Никель, хим. состав и применение никелевых и медно-никелевых сплавов

Никель — высокопрочный пластичный металл серебристо-белого цвета. Был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Кронстедтом. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 28 и символ Ni, атомная масса равна 58,71.

Никель — твердый и вязкий металл с ферромагнитными свойствами. Он хорошо поддается сварке, ковке, штамповке и прокатке. Отличается устойчивостью в химически активных средах, в том числе в щелочах. В атмосферных условиях покрывается защитной оксидной пленкой и не окисляется даже при температуре 800 ⁰С.

Физические свойства никеля:

  • Температура плавления — 1455 ⁰С.
  • Скрытая теплота плавления — 73 кал/г.
  • Температура кипения — 2913 ⁰С.
  • Скрытая теплота испарения — 1450 кал/г.
  • Плотность — 8800 кг/м3.
  • Предел прочности при растяжении отожженного никеля — 4000−5000 МПа.
  • Предел прочности при растяжении деформированного никеля — 7500−9000 МПа.
  • Предел текучести отожженного никеля — кГ/мм2.
  • Предел текучести деформированного никеля — 70 кГ/мм2.
  • Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
  • Удельное электросопротивление — 0,0684 мкОм*м.
  • Модуль упругости — 196−210 ГПа.
  • Модуль нормальной упругости — 20000 кГ/мм2.
  • Модуль сдвига — 7300 кГ/мм2.
  • Твердость литого никеля — 60−70 кГ/мм2.
  • Твердость отожженного никеля 70−90 кГ/мм2.
  • Твердость деформированного никеля — 200 кГ/мм2.

Благодаря своим свойствам никель в чистом виде и особенно в сплавах широко применяется в различных областях промышленности. Металл образует твердые растворы со многими элементами.

Марки и химический состав никеля

Согласно ГОСТ 849-2008, выпускается 7 марок никеля — Н0, Н1Ау, Н1у, Н1, Н2, Н3 и Н4. В их составе содержится от 97,6 до 99,99 % никеля в сумме с небольшим процентом кобальта (Co) — от 0,005 до 0,7 %. Остальную массу занимают примеси:

  • Углерод (C) — есть во всех марках никеля.
  • Магний (Mg).
  • Алюминий (Al).
  • Кремний (Si).
  • Фосфор (P).
  • Сера (S) — есть во всех марках.
  • Марганец (Mn).
  • Железо (Fe).
  • Медь (Cu) — есть во всех марках.
  • Цинк (Zn).
  • Мышьяк (As)
  • Кадмий Cd).
  • Олово (Sn).
  • Сурьма (Sb).
  • Свинец (Pb).
  • Висмут (Bi).

Химический состав никеля

Подробный химический состав никеля разных марок представлен в таблице ниже.

Марка Химический состав, %
Ni и co, не менее В том числе Co, не более Примеси, не более
C Mg Al Si P S Mn Fe Cu Zn As Cd Sn Sb Pb Bi
H0 99,99 0,005 0,005 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,0005 0,0005 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0001
h2Ay 99,95 0,1 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,01 0,1 0,001 0,001 0,0006 0,0005 0,0005 0,0005 0,0001
h2y 99,95 0,1 0,01 0,001 0,002 0,001 0,001 0,01 0,015 0,001 0,001 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0003
h2 99,93 0,1 0,01 0,001 0,002 0,001 0,001 0,02 0,02 0,001 0,001 0,001 0,001 0,0001 0,001 0,0006
h3 99,8 0,15 0,02 0,002 0,003 0,04 0,04 0,005 0,1
h4 98,6 0,7 0,1 0,03 0,6
h5 97,6 0,7 0,15 0,04 1,0

Влияние примесей на свойства металла

Сера является одной из наиболее вредных примесей. Она придает никелю краcноломкость, из-за которой ухудшаются свойства металла при обработке давлением. Чтобы нейтрализовать действие серы, добавляют марганец и/или магний.

Углерод в количестве до 0,1 % никак не влияет на свойства металла, однако при большем содержании этого элемента он выпадает из твердого раствора при отжиге и снижает пластичность холодного никеля.

При содержании висмута и свинца в количестве от 0,002 % становится невозможной горячая обработка металла: так как эти элементы почти не растворяютися в твердом состоянии, из-за них разрушается слиток. Поэтому во всех марках никеля количество свинца и висмута ограничено 0,001 и 0,0006 % соответственно.

Алюминий увеличивает электросопротивление никеля. Данный элемент содержится в самой чистой марке — Н0. Кроме того, широко применяются сплавы никеля и алюминия: у них высокая жаропрочность и устойчивость к коррозии.

Железо не оказывает ощутимого влияния на свойства никеля. Кремний раскисляет основной металл, благодаря чему благоприятно влияет на его литейные свойства, химическую стойкость и прочность.

Кобальт повышает жаростойкость, жаропрочность и прочность никеля, а марганец оказывает положительные влияние на технологические и механические свойства металла, улучшает его электросопротивление.

Применение никеля в чистом виде

Для защиты металлов от коррозии

Для этого используются покрытия, которые наносятся гальванопластикой или плакированием. Первый способ применяют для алюминия, чугуна, магния и цинка, второй — для нелегированных сталей и железа.

Для производства металлических изделий, которые имеют постоянные формы и высокую коррозионную устойчивость

Никель в чистом виде стоит дороже, чем железо и сталь, поэтому используется в тех случаях, когда невозможно обойтись другим металлом с никелевым покрытием. Из никеля производят тигли и котлы, цистерны для перевозки и плавления щелочей, хранения реагентов, пищевых продуктов и др. В никелевых трубах изготавливают конденсаты. Инструменты их этого металла устойчивы при взаимодействии с агрессивными элементами, поэтому они практически незаменимы в химических лабораториях и медицинских центрах. Различные приборы из никеля применяются для телевидения, радиолокации и атомной техники.

Применение никеля

В качестве катализаторов и фильтров в химической промышленности

Никель обладает такими же каталитическими свойствами, что и палладий, но стоит значительно меньше, поэтому широко используется в виде порошка в реакциях гидрирования спиртов, непредельных и ароматических углеводородов, циклических альдегидов.

Порошок чистого никеля также подходит для создания пористых фильтров, которые используются для фильтрования различных продуктов: топлива, газов и др.

Для механических прерывателей нейтронного пучка.

Свойства никеля позволяют получать нейтронные импульсы с большой энергией, в результате чего пластины из этого металла применяются в ядерной физике.

Также никель используют при изготовлении электродов в щелочных аккумуляторах.

Никелевые сплавы

В сплавах никель (вместе с кобальтом) соединяется с алюминием, кремнием, марганцем, железом и хромом. Согласно ГОСТ 492-73, в них допускается не более 1,4 % примесей. В составе примесей содержится незначительная доля магния, свинца, серы, углерода, висмута, мышьяка, сурьмы, кадмия, олова. Отдельной группой выступают медно-никелевые сплавы.

Все сплавы никеля разделяются на четыре большие группы:

  • Конструкционные. Особенность этих сплавов — высокие механические свойства и повышенная устойчивость к коррозии. К этой группе относятся прежде всего сплавы на медно-никелевой основе, такие как мельхиор, монель, ней­зильбер. Они хорошо свариваются и поддаются обработке в холодном и горячем виде.
  • Жаростойкие. Основными элементами этих сплавов являются никель и железо. Они отличаются высокой жаростойкостью и жаропрочностью, применяются преимущественно для производства электронагревательных приборов. Их также используют для изготовления малогабаритных тензорезисторов и потенциометрических обмоток.
  • Термоэлектродные. Это сплавы с высоким удельным сопротивлением и большой электродвижущей силой. Их используют для производства компенсационных проводов, термопар, пре­цизионных приборов. К данной группе относятся некоторые никелевые (хромель, алюмель) и медно-никелевые (константан, копель, манганин) сплавы.
  • Сплавы с особыми свойствами. В эту группу входят сплавы, которые находят особое применение благодаря своим уникальным свойствам. Инвар — сплав никеля и железа, который отличается повышенной упругостью. Он применяется для изготовления эталонов длины, мерных геодезических проволок, несущих конструкций лазеров, деталей часовых механизмов и др. Пермаллой — также сплав никеля и железа, обладающий высокой проницаемостью в магнитных полях. Его используют для производства магнитопроводов, деталей реле, сердечников трансформаторов и др.

Сплав с кремнием

Кремнистый никель НК 0,2 содержит 99,4 % никеля (с кобальтом), 0,15 — 0,25 % кремния и до 0,45 % примесей. Из этого сплава изготавливаются ленты и полосы, которые находят применения в электротехнике: из них делают детали приборов и устройств.

Сплавы никеля и марганца

Марганцевый никель выпускается четырех марок — НМц1, НМц2, НМц2,5 и НМц5. Из сплава НМц1 производят сетки управления ртутных выпрямителей. НМц2 находит применение в электронных лампах повышенной прочности, используется для держателей сеток и др. Проволока из сплавов НМц2,5 и НМц5 используется в свечах двигателей — автомобильных, авиационных и тракторных. НМц5 также применяется для радиоламп.

Алюмель

Алюмель (НМцАК 2-2-1) — сплав никеля, алюминия, марганца и кремния. Он содержит 1,60−2,40 % алюминия, 1,80−2,70 % марганца, 0,85−1,50 кремния, до 0,7 % примесей, остальная часть — никель с кобальтом (кобальта — до 1,2 %). Алюмель применяется для изготовления термопар, которые используются для измерения температуры в различных областях промышленности, системах автоматики, а также в медицине и научных исследованиях.

Хромели

Хромель Т (НХ 9,5) — сплав никеля и 9-10 % хрома с содержанием примесей в количестве не более 1,4 %. Из этого сплава изготавливают проволоку для термопар.

Хромель К (НХ 9) содержит 8,5−10 % хрома и до 1,4 % примесей. Проволока из данного сплава используется для компенсационных проводов.

В состав хромеля ТМ (НХМ 9,5) входит 9−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния и до 0,15 % примесей. Сплав используется для изготовления термопар.

Хромель КМ (НХМ 9) — это сплав никеля, 8,5−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния с содержанием не более 0,15 % примесей. Применяется для изготовления проволоки компенсационных проводов.

Медно-никелевые сплавы

Это сплавы на медной основе, при этом никель является в них основным легирующим элементом. Смешение никеля и меди гарантирует высокую прочность, электросопротивление и устойчивость к коррозии.

В качестве элементов медно-никелевых сплавов могут также выступать алюминий, железо, марганец, цинк, титан, свинец, кремний. Согласно ГОСТ 492-73, допускается не более 2 % примесей, для некоторых сплавов — не более 0,15 %. Наиболее распространенные медно-никелевые сплавы — это копель, константан, мельхиор, нейзильбер, куниаль, манганин, монель.

Копель

Копель (МНМц43-0,5) содержит 0,1−1 % марганца, 42,5−44 % никеля, до 0,6 % примесей, остальная масса приходится на медь. Сплав имеет большую термоэлектродвижущую силу, выпускается в виде проволоки, которая применяется для компенсационных проводов, а также для изготовления термопар.

Константан

Константан (МНМц40-1,5) — термостабильный сплав с высоким удельным электросопротивлением. Он состоит из 1-2 % марганца, 39-41 % никеля, примерно 59 % меди и не более 0,9 % примесей. Константан выпускается в виде проволоки, полос и лент. Используется для изготовления приборов высокого класса точности, реостатов и электронагревательных элементов, компенсационных проводов и термопар.

Мельхиор

Мельхиор (МНЖМц30-1-1) — конструкционный медно-никелевый сплав с содержанием 18-22 % никеля, примерно 80 % меди и не боле 0,6 % примесей. Некоторые разновидности мельхиора содержат железо и марганец. Он обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Хорошо поддается обработке давлением в холодном и горячем виде — штампуется, режется, чеканится. Его легко паять и полировать. Мельхиор имеет серебристый оттенок, выпускается в виде труб, полос и ленты. Применяется для изготовления монет, недорогих ювелирных украшений и посуды. Из него делают трубные доски кондиционеров, конденсаторные трубы. Сплав также используется в приборостроении.

Нейзильбер

Название нейзильбер (МНЦ15-20) переводится с немецкого как «новое серебро». Такое название он получил из-за того, что напоминает драгоценный металл, но при этом он стоит намного дешевле. Из него делают столовые приборы, которые серебрятся после отливки. В промышленности нейзильбер применяется для производства паровой и водяной арматуры, медицинских инструментов и деталей точных приборов. Из него производят ордены и медали, ювелирные изделия, гитарные лады. Нейзильбер также используется для изготовления финифти и филиграни. Сплав содержит 18-22 % цинка, 13,5-16,5 % никеля, около 38 % меди и не более 0,9 % примесей. Выпускается в виде ленты, труб, полос, проволоки и прутков.

Куниаль

Куниаль — дисперсионно-твердеющий сплав меди, никеля и алюминия. Куниаль А (МНА13-3) содержит 2,3-3 % алюминия, 12-15 % никеля, около 80 % меди и не более 1,9% примесей. Куниаль Б (МНА6-1,5) — 1,2-1,8 % алюминия, 5,5-6,5 % никеля, около 90 % меди и не более 1,1 % примесей.

Куниаль А выпускается в виде прутков, применяется в машиностроении для изделий повышенной прочности. Из куниаля Б изготавливают полосы, которые используются в электротехнике для пружин и других изделий.

Манганин

Манганин (МНМц3-12) — термостабильный сплав, содержащий 11,5-13,5 % марганца, 2,5-3,5 % никеля, около 85 % меди и не более 0,9 % примесей. Он выпускается в виде листов и проволоки, находит применение в измерительной технике: из манганина делают шунты, катушки, добавочные сопротивления, магазины сопротивлений и др.

Монель

Монель (НМЖМц28-2,5-1,5) — сплав на основе никеля, который содержит 2-3 % железа, 1,2-1,8 % марганца, 27-29 % меди и не более 0,6 % примесей. Выпускается в виде лент, полос, листов и проволоки. Применяется в различных сферах промышленности: медицинской, химической, нефтяной, судо- и авиастроительной. Из него делают дрели, музыкальные инструменты, оправы для очков, различные антикоррозионные детали.

свойства, характеристика и отрасли применения сплавов.

Свойства никеля являются важными параметрами для поиска, переработки и сфер применения металла. Они учитываются при формировании составов с другими материалами.

Свойства никеля

Свойства никеля определяют его использование в производстве

Параметры никеля

Никель – это металл со свойственным ему серебристо-белым цветом. При температуре 1453 °C переходит в жидкое состояние, а кипит при 2732 °C. Никель пластичен, легко поддается обработке под воздействием давления.

Химическое свойство никеля характеризуется способностью образовывать соединения с разной степенью окисления. В естественных условиях на поверхности металла возникает тонкая пленка из оксида.

Металл обладает высоким показателем устойчивости к коррозии. Никель не реагирует с рядом концентрированных кислот и щелочей, но активно растворяется в разбавленной азотной кислоте.

Параметры никеля

Вступая в химические реакции, никель образует летучие металлы и растворимые/нерастворимые соли

С никелем не вступают в реакцию:

  • инертные газы;
  • литий;
  • калий;
  • натрий;
  • цезий;
  • рубидий;
  • стронций;
  • барий;
  • иридий;
  • цезий.

С углеродным соединением никель образует карбонил — летучий переходный металл, используемый в процессе получения материалов высокого класса чистоты. Порошок никеля способен самовоспламеняться при соприкосновении с воздухом с образованием оксидов.

Никель продуцирует ряд растворимых и нерастворимых солей. Например, раствор сульфата металла придает жидкости зеленую окраску. Нерастворимые соли обычно имеют насыщенный желтый цвет.

Формы нахождения металла

В естественных условиях никель встречается в сочетании с рядом химических элементов, а в форме самородков находится в железных метеоритах.

Содержание металла в составе ультраосновных пород значительно выше, чем в кислых образованиях. В зависимости от условий формирования минералов происходит процесс замещения никелем других элементов (железа, магния).

В гидротермальных условиях никель формирует соединения с мышьяком, кобальтом, серебром. Повышенные концентрации металла связаны с минеральными образованиями-арсенидами и сульфидами.

Никель в природе

В природе никель обычно находится в соединениях с другими элементами

Сырьем для извлечения ценного компонента являются сульфидные, медно-никелевые руды с содержанием мышьяка:

  • никелин — соединение с мышьяком;
  • хлоантит — белый колчедан, содержащий кобальт и железо;
  • гарниерит — силикатная порода с содержанием магния;
  • магнитный колчедан — соединение серы с железом и медью;
  • герсдорфит — мышьяково-никелевый блеск;
  • пентландит — соединение серы, железа и никеля.


Содержание металла в живых организмах зависит от условий и среды обитания. Некоторые представители флоры и фауны способны концентрировать металл.

Основные месторождения руд находятся в Канаде, Российской Федерации, Албании, ЮАР, на Кубе, в Греции.

Процесс извлечения металла из руд предусматривает применение технологий в зависимости от типа сырья. Иногда никель является второстепенным материалом обогащения породы.

Тугоплавкие руды с содержанием магния подвергают электрической выплавке. Содержащие железо латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическим методом с последующей обработкой щелочными растворами.

Породу с меньшим содержанием железа плавят, подвергают обжигу и электрической выплавке. Попутно извлекают металлический кобальт или его соли. Повышенное содержание металла наблюдается в золе каменных углей в Англии. Этот факт связывают с деятельностью микроорганизмов, концентрирующих никель.

Пластичность и другие физические свойства никелевых составов зависят от чистоты материала. Незначительная примесь серы придает металлу хрупкость. Добавление в расплавленный материал магния очищает смесь от второстепенных примесей с образованием соединения с серой.

Отрасли применения никеля

Физико-химические свойства металла определяют его использование:

  • в изготовлении нержавеющей стали;
  • для формирования сплавов, не содержащих железо;
  • с целью нанесения защитных покрытий на изделия гальваническим способом;
  • для производства химических реактивов;
  • в порошковой металлургии.

Металл применяют при производстве аккумуляторов, с его помощью происходят каталитические процессы химических реакций в промышленном производстве. Сплавы с титаном являются отличным материалом для изготовления протезов и приспособлений для выравнивания зубов.

Состав на основе химического элемента № 28 является сырьем для чеканки монет, изготовления спиралей электронных сигарет. Его используют для обмотки струн музыкальных инструментов.

При изготовлении сердечников для электромагнитов используются составы — пермаллои, включающие 20–60% железа. Никель используется при изготовлении различных деталей и аппаратуры для химической отрасли промышленности.

Оксиды металла применяются при производстве стекла, глазури и керамических изделий. Современное производство специализируется на изготовлении разнообразного проката: проволоки, ленты, фольги, трубок.

Применение никеля

Никель имеет широкую сферу применения от покрытий до химических реактивов

Устойчивость к агрессивной среде позволяют использовать прокат из никеля для транспортировки щелочей в химической отрасли.

Инструменты из сплава на основе никеля применяются в медицине и при проведении научных исследований. Металл используется при создании точных приборов для дистанционного управления процессами в атомной энергетике, радиолокационных установок.

Характеристика никелевых сплавов

В составах металл сочетается в основном с железом и кобальтом. Его применяют в качестве лигатурного компонента для производства различных конструкционных видов стали, магнитных и немагнитных сплавов.

Металлические сплавы на основе химического элемента № 28 обладают прочностью, устойчивостью к температурам, деформации, влиянию внешней среды. Их число достигает нескольких тысяч. Самыми распространенными составами являются сочетания с хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Металл считается лигатурным компонентом золота, придающим ювелирным изделиям характерный белый цвет и прочность. По отношению к этому составу существуют мнения об аллергическом влиянии никеля на кожу.

В сочетании с хромом образуется соединение нихром, обладающее устойчивостью к высокой температуре, минимальным коэффициентом электрического сопротивления, пластичностью.

Его применяют для изготовления нагревательных приборов, деталей, в качестве покрытия. Высокая прочность соединения позволяет подвергать его механической обработке, точению, сварке, штамповке.

Сплавы никеля

Никелевые сплавы обладают высокой прочностью, что позволяет широко использовать их в производстве

Особую группу образуют сплавы, в состав которых включена медь. Среди них самыми популярными являются:

  • монель;
  • латунь;
  • бронза;
  • нейзильбер.

Составы, содержащие химический элемент № 28, применяются в конструкциях атомных реакторов в качестве защитных оболочек для предохранения урановых стержней от влияния среды.

Более века назад было установлено, что железно-никелевый состав, содержащий 28% описываемого металла, теряет свои свойства к намагничиванию. Сплавам, содержащим 36% никеля, свойственен незначительный показатель линейного расширения, что позволяет его применять в изготовлении точных приборов и инструментов.

Этот состав, который обозначается FeNi36, называется инваром, то есть «неизменным». Широкое применение в производстве нашел сплав ковар, содержащий 29%никеля, 17% кобальта и 54% железа.

Он обладает высокой адгезией к расплавленному стеклу, что позволяет использовать состав для изготовления электрических выводов, проходящих через данное вещество.

 

Никель и его свойства | Твой ювелир

 

Свойства никеля

В немецком языке слово никель значит «горный дух». Он, считали горняки 17-го столетия, пытается обмануть их, чтобы сохранить свои богатства. Целью рабочих была медная руда. Божество же, часто подсовывало им ее двойник. Этот минерал добытчики назвали купферникель, то есть лжемедь от духа гор. Поэтому, когда в 1751-ом году Аксель Кронстедт выделил из «обманчивого» минерала новый металл, вопрос о его названии не вставал.

Применение же открытому элементу и свойствам никеля нашли не сразу. Только в конце 19-го века металлурги «распробовали» никель. Его добавили в сталь и, та стала легированной, то есть улучшенной. Сплав с никелем не ржавеет, устойчив к воздействиям химии, становится вязким. Последнее свойство незаменимо при изготовлении брони. Пули не отскакивают от легированной стали, но и не пробивают насквозь, застревая внутри.

Добавление серебристо-белого металла никеля к железу делает его устойчивым к высоким температурам. Такой сплав практически не расширяется при нагревании, вот почему из него делают рельсы железных дорог, к примеру. Кстати, сплав никеля и железа металлурги называют инвар.

Никель в ювелирных украшениях

Устойчивость сплавов никеля к жару позволила создать атомные реакторы, ракеты, турбины. Элемент, помогший человечеству совершить технологический прорыв, расположили под 28-ым номером в первой триаде 8-ой группы таблицы Менделеева. Заметили никель и ювелиры. С помощью вещества они повысили прочность сплавов золота и изменили их цвет с красноватого на бледно-желтый.

Понравилось мастерам и то, что металл №28 повышает ковкость соединений. Единственный «побочный эффект», который не всегда приходится к месту – это повышение магнитных свойств, сплавов золота, в которые добавлен никель.

Для 20,30-ти процентов населения планеты есть и еще один «подводный камень», связанный с серебристо-желтым металлом. У многих на него аллергия. Реакция происходит, если никель долгое время соприкасается с кожей. Так что ювелирные изделия с элементом №28 подходят не всем.

В странах Европейского союза в 2000-ом году даже приняли закон запрещающий использовать никель в ювелирных украшениях. Конкретно, табу наложено, на части изделий, соприкасающиеся с покровами тела, к примеру, застежек у клипс и сережек, цепей, колец.

Никель в организме человека

Законотворцы объяснили свои подписи под документом, желанием избавить население с повышенной чувствительностью кожи от страданий. Однако, интересен нюанс, что производить и экспортировать украшения с 28-ым металлом в страны, не входящие в ЕС, не возбраняется. Поэтому, приобретя творения европейских мастеров с содержанием никеля, удивляться, не стоит.

 

Интересно, что негативно на никель реагирует только эпидермис, и то, как уже указывалось, не всегда. Внутри организма элемент играет только положительные роли, естественно, если нет его переизбытка. Никель контролирует обменные процессы, поэтому концентрируется в гипофизе и щитовидной железе.

О веществе №28 многое знают диабетики. Никель, введенный вслед за инсулином, продлевает действие препарата. Желтоватый металл способствует снижению давления.

Так что, иногда полезно есть шоколад, пить кофе и крепкий чай. Эти продукты богаты никелем. Есть элемент и в бобовых, рыбе, орехах и овсяной крупе. Пища – основной источник элемента. Меню надо составлять грамотно, ведь без металла дети перестают расти, взрослые страдают от переизбытка сахара в организме и недостатка красных кровяных телец.

Валентность никеля близка железу и магнию, поэтому в земных недрах элементы обычно залегают вместе. Соединения веществ именуют сульфидными рудами. Больше всего их в России, Японии, Канаде, КНР и Австралии. Элемент №28 за последние 10 лет ни разу не падал в цене. Стоимость металла с каждым годом растет. В 2013-ом году просили более 40-ка тысяч долларов за тонну металла.

Каждый год растет и спрос на элемент, в среднем на 8%. Основная масса металла, около 70%, идет на производство той самой легированной стали. Здесь впереди планеты всей отечественное предприятие «Норильский никель». В мировых масштабах этот завод изготавливает 30% сплава.

В цехах надо быть осторожнее. При производстве никеля, выделяются ядовитые газы. А соединение металл с кислородом и углеродом и еще и взрывается, если воздух нагрет до 60-ти градусов Цельсия.

Но, обойтись без опасной смеси нельзя. Она необходима при рафинировании элемента, то есть придании ему бело-желтой окраски. Так что в производственных помещениях тщательно следят за герметичностью всей аппаратуры, в частности, плавильных печей. Не обходятся металлурги и без высокотехнологичных вытяжек, обеспечивающих приток в цеха свежего воздуха.

Дефицита в никеле, пока, человечество не испытывает. В земной коре содержится 0,02% металла №28, а это по меркам геологии солидный показатель. Правда, основная часть запасов растворена в раскаленной мантии. Это слой, находящийся между ядром планеты и ее поверхностью.

Температура в нем достигает 3-х тысяч градусов. Понятно, что добывать никель из магмы – основного вещества мантии, никто не будет. Поэтому довольствуются тем, что скрыто в поверхностном слое Земли.

Но, иногда, через жерла вулканов, к примеру, расплавленные массы вырываются на свет божий. Да и те самые сульфидные руды, из которых горняки извлекают никель – прорвавшаяся когда-то в трещины земной коры магма. Застывая, она становится горной породой.

 

 

Никель № 28 Ni химический элемент

Никель, впервые попавший в руки человека, — небесного происхождения: содержащее этот элемент прочное и стойкое к ржавлению метеоритное железо шло не только на талисманы, но и на оружие. А имя к элементу № 28 пришло скорее из преисподней, чем с неба.

История открытия никеля

Это было в середине XVII в., а может быть и раньше. Старый Ник, насмешливый и любопытный гном, тогда еще проживавший в горах Саксонии, любил поддразнить горняков и нередко подсовывал им вместо полноценной медной руды похожий на нее минерал, из которого, однако, не удавалось выплавить ни меди, ни металла вообще. По имени этого гнома и был назван элемент, открытый молодым шведским металлургом Акселем Фредериком Кронстедтом в 1751 г. «Купферникель — руда, которая содержит наибольшее количество… описанного полуметалла, — писал Кронстедт, — поэтому я дал ему то же имя, или, для удобства, я назвал его никелем». (Напомним, что полуметаллами называли простые вещества, сходные и с металлами, и с неметаллами, например мышьяк).

Открытие долго оспаривалось: современники полагали, что никель — это не самостоятельный металл, а сплав уже известных металлов с мышьяком и серой. Кронстедт настаивал на индивидуальности никеля, ссылаясь в качестве «вещественных доказательств», в частности, на зеленую окраску его соединений и легкость взаимодействия этого «полуметалла» с серой. Кронстедту приходилось бороться не только с физико-химическими, но и с астрологическими доводами своих оппонентов. «Число металлов превосходит уже число планет, в солнечном круге находящихся, — писал Кронстедт, — поэтому ныне размножения числа металлов опасаться не надлежит».

Но Кронстедт умер в 1765 г., так и не дождавшись признания своего открытия. И даже через 10 лет после его смерти во Французской энциклопедии, высшем своде знаний эпохи, было напечатано: «Кажется, что еще должны быть проведены дальнейшие опыты, чтобы убедить пас, есть ли этот королек «никеля», о котором говорит г. Кронстедт, особый полуметалл или его скорее следует считать соединением железа, мышьяка, висмута, кобальта и даже меди с серой».

В том же 1775 г. соотечественник Кронстедта химик и металлург Т. Бергман опубликовал свои исследования, которые убедили многих в том, что никель действительно новый металл. Но окончательно споры улеглись лишь в начале XIX в., когда нескольким крупным химикам впервые удалось выделить чистый никель. Среди них был Ж. Л. Пруст, автор закона постоянства состава химических соединений; интересно, что важным аргументом в пользу индивидуальности никеля Пруст считал своеобразный сладковатый вкус раствора никелевого купороса, резко отличный от неприятного вкуса медного купороса. Другой французский химик, Л. Ж. Тенар, окончательно выяснил магнитные свойства никеля (на их своеобразие указывал еще Бергман).

Полувековые усилия исследователей были подытожены Иеремией Рихтером, который более известен в истории химии как один из основоположников стехиометрии. Чтобы получить чистый никель, Рихтер после обжига купферникеля NiAs на воздухе (для удаления большей части мышьяка), восстановления углем и растворения королька в кислоте проделал 32 перекристаллизации никелевого купороса и затем из этих кристаллов восстановил чистый металл. Полученный этим «весьма многотрудным путем» никель был описан Рихтером в 1804 г. в статье «Об абсолютно чистом никеле, благородном металле, его получении и особых свойствах».

В историю элемента № 28 статья Рихтера вошла как пророческая: в ней были указаны почти все характерные особенности никеля, сделавшие его одним из главнейших металлов современной техники, — большая сопротивляемость коррозии, жаростойкость, высокая пластичность и ковкость, магнитные свойства. Эти особенности и определили пути, по которым никель был направлен человеком.

Металлический никель…

Первые применения никелю придумали ювелиры. Спокойный светлый блеск никеля (вспомним Маяковского: «Облил булыжники лунный никель») не меркнет на воздухе. К тому же никель сравнительно легко обрабатывается. Поэтому его стали применять для изготовления украшений, предметов утвари и звонкой монеты.

Но и это весьма незначительное поле деятельности элемент № 28 получил не сразу, потому что никель, который выплавляли металлурги, был совсем не похож на благородный металл, описанный Рихтером. Он был хрупок и практически непригоден для обработки.

Позже выяснилось, что ничтожной (по нормам столетней давности) примеси серы — лишь 0,03% — достаточно, чтобы вконец испортить механические свойства никеля; происходит это из-за того, что тончайшая пленка хрупкого сернистого никеля разъединяет зерна металла, нарушает его структуру. Примерно так же действует на свойства этого металла и кислород.

Проблему получения ковкого никеля решило одно открытие. Присадка магния в расплавленный металл перед разливкой освобождает никель от примесей: магний активно связывает, «принимает на себя» серу и кислород. Это открытие было сделано еще в 70-х годах позопрошлого века, и с тех пор спрос на никель стал расти.

Вскоре выяснилось, что элемент № 28 — не только декоративный металл (хотя никелированием как средством защиты других металлов от коррозии и для декоративны целей пользуются уже около ста лет). Никель оказался и одним из самых перспективных материалов для изготовления химической аппаратуры, которая должна выдерживать разъедающее действие концентрированных рассолов, горячих щелочей, расплавленных солей, фтора, хлора, брома и других агрессивных сред. Химическую пассивность этот металл сохраняет и при нагреве; жаростойкость проложила никелю дорогу в реактивную технику.

Уникальную совокупность свойств увидели в никеле конструкторы электровакуумных приборов. Не случайно больше трех четвертей всего металла, расходуемого электровакуумной техникой, приходится на чистый никель; из него изготовляют проволочные держатели, вводы, сетки, аноды, экраны, керны для оксидных катодов и ряд других деталей.

Здесь наряду с коррозионной и тепловой стойкостью никеля, его пластичностью и прочностью очень ценится низкая упругость пара: при рабочей температуре около 750°С объем электронной лампы насыщается ничтожным количеством никеля — порядка 10-12 г, которое не нарушает глубокого вакуума.

Магнитные свойства никеля

Во многих отношениях замечательны магнитные свойства никеля. В 1842 г. Дж. П. Джоуль описал увеличение длины стальных прутков при намагничивании. Через 35 лет физики добрались и до химических собратьев железа — кобальта и никеля. И тут оказалось, что кобальтовые прутки тоже удлиняются в магнитном поле, а у никеля этот замечательный эффект не обнаруживается. Еще через несколько лет (в 1882 г.) выяснилось, что никель не только не удлиняется, а, наоборот, даже укорачивается в магнитном поле. Явление было названо магнитострикцией. Сущность его состоит в том, что при наложении внешнего магнитного поля беспорядочно расположенные микромагнитики металла (домены) выстраиваются в одном направлении, деформируя этим кристаллическую решетку. Эффект обратим: приложение механического напряжения к металлу меняет его магнитные характеристики.

Поэтому механические колебания в ферромагнитных материалах затухают гораздо быстрее, чем в неферромагнитных: энергия колебаний расходуется на изменение состояния намагниченности. Понимание природы этого «магнитомеханического затухания» позволило создать не боящиеся усталости сплавы для лопаток турбин и многих других деталей, подвергающихся вибрации.

Но, пожалуй, еще важнее другая область применения магнитомеханических явлений: стерженек из никеля в переменном магнитном поле достаточной частоты становится источником ультразвука. Раскачивая такой стерженек в резонансе (для этого подбирают соответствующую длину), достигают колоссальной для ультразвуковой техники амплитуды колебаний — 0,01% от длины стержня.

Никелевые магнитострикторы были применены, между прочим, при никелировании в ультразвуковом поле: благодаря ультразвуку получаются чрезвычайно плотные и блестящие покрытия, причем скорость их нанесения может быть гораздо выше, чем без озвучивания. Так «никель сам себе помогает».

Никель обнаружен в железных метеоритах. «Масса самородного железа в 71 венский фунт весом, которая выпала на воздуха на глазах у нескольких очевидцев в шесть часов пополудни 26 мая 1751 г. близ деревни Грашина в Хорватии и зарылась в землю на три сажени на незадолго до того вспаханном поле»

Ультразвук имеет и множество других применений. Однако никто, по-видимому, не исследовал воздействия быстропеременного магнитного поля на реакции с участием металлического никеля: вызванная магнитострикцией пульсация поверхности должна была бы существенно повлиять на химическое взаимодействие, так что изучение реакции «звучащего» металла может выявить новые неожиданные эффекты.

Никель и его сплавы

Обратимся теперь к сплавам никеля. Но лучше сказать вернемся: ведь история применения никеля началась со сплавов: одни — железоникелевые — человек получил в готовом виде, другие — медноникелевые — он научился выплавлять из природных руд, еще не зная, какие металлы в них входят.

А сейчас промышленность использует несколько тысяч сплавов, в которые входит никель, хотя и в наше время сочетания железо — никель и медь — никель, предоставленные нам самой природой, остаются основой подавляющего большинства никельсодержащих сплавов. Но, наверное, самое важное — это не количество и разнообразие этих сплавов, а то, что в них человек сумел усилить и развить нужные нам свойства никеля.

Известно, например, что твердые растворы отличаются большей прочностью и твердостью, чем их компоненты, но сохраняют их пластичность. Поэтому металлические материалы, подлежащие обработке посредством ковки, прокатки, протяжки, штамповки и т. п., создают на основе систем, компоненты которых образуют между собой твердые растворы. Именно таковы сплавы никеля с медью: оба металла полностью смешиваются в любых пропорциях как в жидком состоянии, так и при затвердевании расплава. Отсюда — прекрасные механические свойства медно-никелевых сплавов, известные еще древним металлургам.

Праотец многочисленного рода этих сплавов — «пакт-хонг» (или «пекфонг»), который выплавляли в Китае, возможно до нашей эры, дожил до наших дней. Он состоит из меди, никеля (20%) и цинка, причем цинк играет здесь в основном ту же роль, что и магний при приготовлении ковкого никеля. Этот сплав в небольших количествах начали получать в Европе еще в первой половине XIX в. под названиями аргентан, немецкое серебро, нейзильбер (новое серебро) и массой других, причем почти все эти названия подчеркивали красивый — серебряный — внешний вид сплава. Никель обладает интересной «отбеливающей способностью»: уже 20% его полностью гасят красный цвет меди.

«Новое серебро» успешно конкурировало со старым, завоевав популярность у ювелиров. Применили его и для чеканки монет. В 1850 г. Швейцария выпустила первые монеты из нейзильбера, и вскоре ее примеру последовали почти все страны. Американцы даже называют свои пятицентовые монетки «nickel». Масштабы этого применения медноникелевых сплавов огромны: столбик из «никелевых» монет, которые изготовлены в мире за 100 с небольшим лет, достиг бы Луны!

Ныне нейзильбер и родственный ему мельхиор (в мельхиоре нет цинка, но присутствует около 1% марганца) применяются не только и не столько для замены столового серебра, сколько в инженерных целях: мельхиор наиболее стоек (из всех известных сплавов!) против ударной, или струевой, коррозии. Это отличный материал для кранов, клапанов и особенно конденсаторных трубок.

А вот более молодой сплав меди и никеля — дитя случая и находчивости. В начале XX в. возникли осложнения при переработке богатых канадских руд, содержавших вдвое больше никеля, чем меди; разделение этих двух металлов было твердым орешком для металлургов. Полковник Амброз Монель, тогдашний президент Международной никелевой компании, подал смелую мысль — не разделять медь и никель, а выплавлять их совместно в «натуральный сплав». Инженеры осуществили эту идею — и получился знаменитый монель-металл — один из главнейших сплавов химического машиностроения. Сейчас создано много марок монель-металла, различающихся природой и количеством легирующих добавок, но основа во всех случаях прежняя — 60-70% никеля и 28-30% меди. Высокая химическая стойкость, блестящие механические свойства и сравнительная дешевизна (его и сейчас выплавляют без предварительного разделения меди и никеля) создали монель-металлу славу среди химиков, судостроителей, текстильщиков, нефтяников и даже парфюмеров.

Если монель-металл — «натуральный сплав» из сульфидных медноникелевых руд, то ферроникель — естественный продукт плавки окисленных руд никеля. Отличие состоит в том, что» зависимости от условии плавки в этом продукте можно широко менять соотношение никеля и железа (большую часть железа переводят в шлак). Ферроникель различного состава используют затем в качестве полупродукта для получения многих марок стали и других железоникелевых сплавов.

Видманштеттова структура. В 1808 г. директор Промышленного музея в Вене Алоиз фон Вндманштеттен, получив от своего друга образцы железных метеоритов, отполировал их и протравил азотной кислотой. Возникли изящные линии травления, отражающие характерную структуру сплава

Таких сплавов великое множество. Всем хорошо известны конструкционные никелевые и нержавеющие хромоникелевые стали. На них уходит почти половина всего никеля, добываемого человеком. Инконель — «аристократический родственник» нержавеющих сталей, в котором железа почти не осталось, это сплав (точнее, группа сплавов на основе никеля и хрома с добавками титана и других элементов. Инконель стал одним из главных материалов ракетной техники. Нихром (20% Cr, 80% Ni) — важнейший из сплавов сопротивления, основа большинства электронагревательных приборов, от домашних электроплиток до мощных промышленных печей. Менее известны элинвар (45% Ni, 55% Fe; легирующие добавки — Cr, Mo, W), сохраняющий постоянную упругость при различных температурах, и платинит (49% Ni, 51% Fe). Последний не содержит платины, но во многих случаях заменяет ее. Как и платину, его можно впаять в стекло, и спай не треснет, поскольку коэффициенты теплового расширения стекла и платинита совпадают. У инвара (36% Ni, 64% Fe) коэффициент теплового расширения близок к нулю.

Особый класс составляют магнитные сплавы. Пожалуй, наибольшие заслуги здесь принадлежат пермаллою FeNi3 — сплаву с феноменальной магнитной проницаемостью, перевернувшему технику слабых токов. Сердечники из пермаллоя есть в любом телефонном аппарате, а тонкие пермаллойные пленки — главный элемент запоминающих устройств вычислительных машин.

Двигатель американской ракеты «Атлас», работающий при 3200°C, выдерживает эту температуру благодари сотням маленьких никелевых трубок толщиной всего 0,3 мм, образующих стенки камеры сгорания. По этим трубкам проходит жидкое топливо, охлаждающее стенки и само при этом подогревающееся.

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ НИКЕЛЯ

Никель (Ni) — металл серебристо-белого цвета, достаточно твердый и вязкий, имеющий широкое применение и важное значение в технике. Он был открыт в 1751 г. Название элемента происходит от второй части названия минерала «купферникель»— фальшивая медь.

Никель состоит из смеси пяти изотопов с массовыми числами 58, 60, 61, 62, 64. Кроме того, получено шесть искусственных радиоактивных изотопов никеля с массовыми числами 56, 57, 59, 63, 66, 66. Ряд радиоактивных изотопов никеля находит практическое применение. Кристаллическая структура никеля — гранецентрированная. Физические и механические свойства никеля характеризуются следующими данными:

 

Атомная масса

58,71

Плотность при 20°С, г/см3

8,9

Температура, °С

 

плавления

1455

кипения        

3000

Скрытая теплота, кал/г:

 

плавления     

73

испарения     

1450

Коэффициент линейного расширения при 20—100°С, 1/град

0,00001с

Теплопроводность при 0—100°С, кал/(см·сек·град)

0,142

Удельное электросопротивление, ом· мм2/м      

0,068

Модуль нормальной упругости, кГ/мм2

20000

Модуль сдвига, кГ/мм2      

7300

Предел упругости отожженного никеля, кГ/мм2

8

Предел текучести никеля, кГ/мм2:

 

отожженного                       

12

деформированного

70

Временное сопротивление никеля, кГ/мм2:

 

отожженного           

40—50

деформированного

70-90

Относительное удлинение никеля, %:

 

отожженного           

35—40

деформированного . . · · .

2-4

Твердость НВ никеля, кГ/мм2:

 

литого           

60—70

отожженного           

70—90

деформированного

200

Ударная вязкость отожженного никеля. кГ/мм2 .

18

Предел усталости никеля на базе 107 циклов. кГ/мм2:

 

отожженного           

16,6

деформированного

29

 

 

Никель обладает ценными химическими и механическими свойствами. Хорошая пластичность позволяет получать из него различные изделия методом деформации в холодном и горячем состоянии.

Никель является одним из самых активных катализаторов среди металлов.

Добавки никеля к другим металлам существенным образом изменяют их свойства и создают возможности для получения широкого ассортимента различных очень ценных материалов. Поэтому главной областью применения никеля являются различные сплавы. Известно более 3000 сплавов, в состав которых входит никель. Получение никелевых сплавов основано на различною рода взаимодействиях, в которые вступает никель с другими элементами.

Непрерывные твердые растворы с никелем дают марганец, железо, кобальт, медь, палладий, родий, иридий, платина. Ограниченные твердые растворы с никелем образуют бериллий, бор, углерод, магний, алюминий, кремний, фосфор, титан, ванадий, хром, цинк, галлий, германий, мышьяк, цирконий, ниобий, молибден, рутений, индий, олово, сурьма, лантан, тантал, вольфрам, рений, осмий, висмут и уран.

Различные соединения образуют с никелем водород, азот, кислород, сера, селен, теллур, фтор, хлор, бром и иод. Не взаимодействуют с никелем гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций, кальций, стронций, барий и иридий.

Никель в чистом виде применяют в качестве антикоррозионных защитных покрытий, наносимых методом плакирования и гальванопластикой. Плакирование никелем применяют для предохранения от коррозии железа и нелегированных сталей путем получения двух- и трехслойного металла. Это значительно удешевляет стоимость изделий, изготовленных из такого металла взамен изделий из чистого никеля. Электролитические покрытия никелем наносят на алюминий, магний, цинк и чугун.

Из чистого никеля изготовляют также различные аппараты, приборы, котлы и тигли с высокой коррозионной стойкостью и постоянством физических свойств, а из никелевых материалов — резервуары и цистерны для хранения в них пищевых продуктов, химических реагентов, эфирных масел, для транспортирования щелочей и других химических и пищевых продуктов, для плавления едких щелочей.

Никелевые трубы применяют для изготовления конденсаторов в производстве водорода, для перекачки щелочей в химическом производстве. Никелевые химически стойкие инструменты широко используют в медицине и научно-исследовательской работе. Никель применяется для приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами в атомной технике. Никелевые пластинки применяют в механических прерывателях нейтронного пучка для получения нейтронных импульсов с большой энергией.

Порошкообразный никель используют в каталитических процессах, в реакциях гидрогенизации непредельных углеводородов, циклических альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов. Каталитические свойства никеля аналогичны таким же свойствам платины и палладия. Поэтому никель, как более дешевый материал, широко применяется взамен этих металлов в качестве катализатора при гидрогенизационных процессах.

На основе порошков чистого никеля изготовляют пористые фильтры для фильтрования газов, топлива и других продуктов в химической промышленности. Порошкообразный никель потребляют также в производстве никелевых сплавов и в качестве связки при изготовлении твердых и сверхтвердых материалов.

Никель применяют в качестве аккумуляторных электродов в щелочных аккумуляторах.

В сплавах никель участвует главным образом в сочетании с железом и кобальтом. Он является легирующим элементом в различных конструкционных сталях, а также в магнитных и немагнитных сплавах, сплавах с особыми физическими свойствами, нержавеющих и жаропрочных сталях. Значительно распространены сплавы на никелевой основе в сочетании с хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Большую группу сплавов представляют сплавы никеля на медной основе — типа монель, нейзильбер, латуни и бронзы. Широко применяетеся никель в чугунах.

Медноникелевый сплав монель, содержащий 68—70% Ni и 28—30% Сu, обладает весьма высокой коррозионной стойкостью в кислотах и щелочах, во влажной и морской атмосфере и поэтому используется в химической и электротехнической промышленности, в морском оборудовании, при производстве и хранении пищевых продуктов и в медицине. Его применяют также для (плакирования железа и стали.

Никель и сплавы на никелевой основе играют важную роль в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов. Никелевые сплавы применяются з атомных реакторах в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Большое значение имеют сплавы типа инвар с низким коэффициентом расширения, а также сплавы типа инвар с добавкой кобальта (ковар). Никелевые литые жаропрочные сплавы находят применение в конструкциях стационарных газовых турбин и реактивных двигателей самолетов.

 

НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ

Сплавы на никелевой основе применяют для электротехнических целей, а также в качестве кислотостойких, жаростойких и жаропрочных материалов.

Для электротехнических целей используют проволоку из марганцовистого никеля марок НМц2,5 и НМц5 для свечей автомобильных, авиационных и тракторных двигателей; из сплавов алюмель и хромель Т для термопар; из сплава хромель К для компенсационных проводов.

 

Кислотостойкие никелевые сплавы. Материалы этой группы представляют собой сплавы на никелевой основе, легированные хромом, вольфрамом, молибденом, медью и другими элементами. Никелевые сплавы, легированные хромом и вольфрамом, являются стойкими в агрессивных окислительных средах, а cплавы, не содержащие хрома (никель — медь и никель — молибден), являются стойкими в агрессивных неокислительных средах. Для повышения коррозионной стойкости никелевые сплавы легируются кремнием, алюминием и другими элементами.

Сплав  монель. Этот сплав относится к кислотостойким сплавам на никелевой основе, содержащим в качестве основного легирующего элемента медь. Он обладает очень высокой коррозионной стойкостью, высоким временным сопротивлением и хорошей пластичностью в холодном и горячем состояниях. Монель-металл практически не подвергается коррозии в сухом воздухе и дистиллированной воде, стоек против действия разбавленной серной кислоты, крепких щелочей, большинства органических кислот, сухих газов яри обычной температуре и морской воды. Химический состав его по ГОСТ 49(2—52 указан в табл. 350 и 351. Монель-металл находит широкое применение для изготовления изделий, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и механическая прочность—в химической, судостроительной, медицинской, нефтяной, текстильной и других отраслях машине- и аппаратостроения.

Из монель-металла марки НМЖМц 28-2,5-11,5 изготовляют листы, полосы, ленты, прутки, проволоку, трубы.

Монель К представляет собой обычный монель-металл, легированный алюминием и упрочненный термической обработкой. Его применяют в тех случаях, когда требуется более высокая прочность, чем у обычного Монель-металл а:           для клапанов насосов,

пружин и других деталей высокой прочности и высокой коррозионной стойкости. Не рекомендуется применять этот сплав для работы при температурах выше 315°С в средах, содержащих сернистые соединения. Из сплава изготовляют поковки, прутки, ленты, трубы.

Монель S по сравнению с обычным  монель-металлом содержит повышенное количество кремния (3—5%). Его применяют для отливки деталей, от которых требуется высокая прочность, гидравлическая плотность, высокая химическая стойкость и хорошая сопротивляемость истиранию: седла клапанов, трущиеся детали газовых турбин и других машин.

Инконель — никелевый сплав, содержащий в качестве основных легирующих элементов хром и железо, применяется для деталей, работающих в окислительных средах и при высоких температурах. Не рекомендуется применять этот сплав для деталей, работающих при температурах выше 815°С в средах, содержащих сернистые соединения.

Большую группу кислотостойких никелевых сплавов составляют сплавы, в состав, которых в качестве одного из основных легирующих элехментов входит молибден.

Хастелой А (ЭИ460). Основными легирующими элементами в сплаве являются молибден и железо. Его применяют для деталей оборудования, работающих в соляной кислоте при температуре до 70°С, в разбавленной (до 50%) серной кислоте вплоть до кипения. Наилучшее сочетание коррозионной стойкости и вязкости сплава достигается после закалки с 1150—1175°С в воде или на воздухе. Не рекомендуется применять сплав в окислительных средах.

Хастелой В (ЭИ461). Этот сплав обладает более высоким содержанием молибдена, чем хастелой А. Кроме того, в его состав входит ванадий. Сплав применяют для изготовления деталей, работающих в соляной кислоте всех концентраций, нагретой вплоть до температуры кипения, а также в других неокислительных кислотах и на воздухе при температурах до 760°С. Оптимальное сочетание свойств сплава достигается после закалки в воде или <на воздухе.

Хастелой С (ЭП375) — сплав на никелевой основе, в котором основными легирующими компонентами являются молибден, Хром, вольфрам и железо. Этот сплав предназначен для изготовления деталей оборудования, работающих при средних температурах в следующих окислительных средах: влажный хлор, гипохлориты, хлорное железо и хлорная медь, азотная и фосфорная кислоты, смеси соляной кислоты с серной кислотой при окислительных условиях, морская вода, уксусная и муравьиная кислоты и их соли. При работе на воздухе сплав может быть использован до 1090ЧС. Сплав не рекомендуется для работы ;в азотной кислоте при температуре выше ЖС.

Хастелой D — сплав на никелевой основе; в качестве главных легирующих элементов он содержит кремний и медь. Его применяют для получения деталей путем литья в землю или в кокиль, работающих с горячими растворами серной кислоты всех концентраций с температурой до 70°С. Не рекомендуется применять этот сплав для работы в окислительных  средах. Из-за высокой твердости сплав с большим трудом обрабатывается резанием. Для улучшения обрабатываемости сплав подвергают отжигу при температурах 1050-1080 °С а затем медленно охлаждают

Ха стелой F — сплав, основными компонентами которого являются никель, железо, хром, молибден, таллий и ниобий. Из него изготовляют детали, которые работают в контакте с кислотами и щелочами в окислительно – восстановительных условиях. Он хорошо сопротивляется коррозии под напряжением в растворах хлоридов. Полуфабрикаты из этого сплава поставляют в виде листов, прутков и отливок.

Нионель — никелевый сплав, в котором основными компонентами являются никель, молибден, хром, железо, медь и титан. Сплав применяют для изготовления емкостей под хранение фосфорной и серной кислот, а также горячих растворов каустической соды.

Иллиум G — сплав никеля с хромом, легированный аллюминием, молибденом, железом, вольфрамом, медью. Сплав хорошо сопротивляется воздействию серной, фосфорной, азотной и органических кислот, смесей минеральных кислот и солей, а так- же морской воды, фтористых и сернистых соединений. Сплав используют в химическом машиностроении для высокопрочных литых деталей — для насосов и для оборудования вискозного производства. Не рекомендуется применять сплав для деталей, работающих в контакте с галогенами и их кислотами.

 

Жаропрочные никелевые сплавы

Сплавы никеля с хромом с присадкой других легирующих элементов — титана, алюминия, молибдена, вольфрама, ниобия, стронция и др. — широко используются в качестве жаропрочных деформируемых материалов. Эти сплавы применяются для изготовления наиболее напряженных деталей газотурбинных двигателей и других силовых установок. Свойства никелевых жаропрочных сплавов в сильной степени зависят от режима термической обработки.

Никелевые литейные жаропрочные сплавы имеют более высокие пределы длительной прочности, чем аналогичные сплавы в деформированном состоянии. Это связано с особенностями кристаллизации сплавов, сопровождающейся образованием карбидных и боридных фаз по границам зерен, затрудняющих развитие трещин по этим границам. Литейные сплавы подвергаются легированию в большей степени, чем деформируемые сплавы, так как в последних оно ограничено необходимостью применения горячей пластической деформации, которая весьма затрудняется при сильном легировании. Литейные сплавы обладают также большей технологичностью, чем деформируемые сплавы, особенно при изготовлении изделий сложной формы. Однако литейные сплавы имеют более низкую ударную вязкость, чем деформируемые сплавы. За счет улучшения качества слитка и применения прогрессивных методов горячей механической обработки разрыв между возможным температурным уровнем работоспособности жаропрочных сплавов в литом и деформированном состояниях значительно сокращен.

Сплавы марок ХН717ТЮ и ХН77ТЮР применяют для изготовления рабочих лопаток и дисков газовых турбин. В состаренном состоянии эти сплавы имеют более высокую прочность и твердость, но (пониженную пластичность и ударную вязкость. Они обладают высокими характеристиками жаропрочности до 750°С. При более высоких температурах надежная работа их сохраняется при пониженных нагрузках.

Сплавы ХН77ТЮ и ХН77ТЮР обладают высоким сопротивлением усталости и окислению и незначительным сопротивлением надрезу. При длительном нагревании перед закалкой поверхностные слои сплавов обедняю гея хромом, титаном и алюминием, поэтому при изготовлении из них лопаток газовых турбин обедненный слой необходимо удалять. Для обеспечения высоких жаропрочных и эксплуатационных свойств необходимо добиваться получения путем ковки и штамповки равномерных зерен металла диаметром 0,5—,1,0 мм.

Из сплавов марок ХН70ВМТЮ и ХН70МВТЮБ изготовляют рабочие лопатки газотурбинных двигателей, работающих при 800—850°С. После механической обработки детали подвергают термической обработке. (Нагревают детали в атмосфере аргона, а дополнительное старение проводят в обычной воздушной среде. После такой обработки детали становятся нечувствительными к надрезу.

Сплав ХН67МВТЮ предназначен для рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах 770—850°С.

Жаростойкие деформируемые никелевые сплавы превосходят никель по сопротивлению окислению при высоких температурах. Они обладают высокой технологической пластичностью и хорошей свариваемостью. Жаростойкость никеля обычно повышается за счет добавок хрома. Никелевые сплавы с хромом (нихромы) содержат от 15 до 30% Сr. Кроме того, в состав никелевых жаростойких сплавов для повышения жаростойкости вводятся алюминий и другие легирующие элементы.

Никелевые деформируемые жаростойкие сплавы применяют для изготовления деталей, работающих при температурах 700—1100°C.

В качестве конструкционных жаростойких материалов применяются нихромы, которые наряду с высокой жаростойкостью обладают повышенной жаропрочностью. Жаропрочность этих сплавов повышают легированием тугоплавкими элементами, образующими стойкие карбиды или карбонитриды (ниобий, титан).

Деформируемые жаростойкие никелевые сплавы, обладающие удовлетворительной способностью к холодной деформации, пригодны для изготовления деталей из листа методом глубокой вытяжки и гибки.

Применение сплавов:

ХН78Т — жаровые трубы камер сгорания газовых турбин, работающих при 700— 900°С;

ХН75МБТЮ — жаровые трубы камер сгорания газовых турбин, форсажных камер реактивных двигателей, работающих пои 700—900°С;

ΧΗ60В — жаровые трубы камер сгорания турбин, форсажных камер, створок форсажных камер двигателей, работающих при 850—1000°С;

ХН70Ю и ХН60Ю—карманы смесителей жаровых труб, требующих жаростойкости до 1100°C.

никель | Определение, свойства, символ, использование и факты

Никель (Ni) , химический элемент, ферромагнитный металл группы 10 (VIIIb) периодической таблицы, заметно устойчивый к окислению и коррозии.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британика Викторина

118 символов и названия периодической таблицы викторины

C

Свойства элемента
атомный номер 28
атомный вес 58.69
температура плавления 1,453 ° C (2647 ° F)
температура кипения 2732 ° C (4950 ° F)
плотность 8,902 (25 ° C)
степени окисления 0, +1, +2, +3
электронная конфигурация [Ar] 3 d 8 4 с 2

Свойства, возникновение и использование

Серебристо-белый, прочный и твердый, чем железо, никель широко известен благодаря его использованию в чеканке монет, но он более важен либо в качестве чистого металла, либо в виде сплавов для его многих бытовых и промышленных применений.Элементарный никель очень редко встречается вместе с железом в земных и метеорных отложениях. Металл был выделен (1751 г.) шведским химиком и минералогом бароном Акселем Фредриком Кронштедтом, который приготовил загрязненный образец из руды, содержащей никколит (никелевый арсенид). Ранее, руду этого же типа называли Купферникель после «Старого Ника» и его озорных гномов, потому что, хотя она напоминала медную руду, она давала хрупкий, незнакомый металл. В два раза больше, чем медь, никель составляет около 0.007 процентов земной коры; это довольно распространенная составляющая магматических пород, хотя по-настоящему немногие месторождения соответствуют концентрации, размеру и доступности для коммерческого интереса. Считается, что центральные районы Земли содержат значительные количества. Наиболее важными источниками являются пентландит, обнаруженный с никельсодержащим пирротином, некоторые сорта которого содержат от 3 до 5 процентов никеля, и халькопирит, а также никельсодержащие латериты, такие как гарниерит, магний-никелевый силикат переменного состава.

Металлургия никеля сложна в деталях, многие из которых сильно различаются в зависимости от конкретной обрабатываемой руды. В общем, руда превращается в трисульфид диникеля Ni 2 S 3 (с никелем в степени окисления +3), который обжигается на воздухе с образованием оксида никеля NiO (состояние +2), который затем восстановлен углеродом для получения металла. Некоторое количество высокочистого никеля получают способом карбонила, упомянутым ранее. (Для получения информации о добыче, переработке и производстве никеля, см. переработка никеля.)

Никель (атомный номер 28) напоминает железо (атомный номер 26) по прочности и вязкости, но больше походит на медь (атомный номер 29) по устойчивости к окислению и коррозии — комбинация, составляющая многие из его применений. Никель обладает высокой электрической и теплопроводностью. Более половины получаемого никеля используется в сплавах с железом (особенно в нержавеющих сталях), а большая часть остального используется в коррозионно-стойких сплавах с медью (включая монель, который содержит от 60 до 70 процентов никеля, от 30 до 40 процентов медь и небольшое количество других металлов, таких как железо) и в жаропрочных сплавах с хромом.Никель также используется в электрически резистивных, магнитных и многих других сплавах, таких как никель серебро (с медью и цинком, но без серебра). Нелегированный металл используется для формирования защитных покрытий на других металлах, особенно гальваническим способом. Тонкоизмельченный никель используют для катализа гидрирования ненасыщенных органических соединений (например, жиров и масел).

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Никель может быть легко изготовлен с использованием стандартных методов горячей и холодной обработки.Никель реагирует только медленно с фтором, в конечном итоге образуя защитное покрытие от фтора, и поэтому используется в качестве чистого металла или в виде сплавов, таких как монель, в оборудовании для обработки газообразного фтора и едких фторидов. Никель является ферромагнитным при обычных температурах, хотя и не так сильно, как железо, и менее электроположителен, чем железо, но легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах.

Природный никель состоит из пяти стабильных изотопов: никель-58 (68,27 процента), никель-60 (26.10 процентов), никель-61 (1,13 процента), никель-62 (3,59 процента) и никель-64 (0,91 процента). Он имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Никель ферромагнитен до 358 ° C или 676 ° F (точка Кюри). Металл обладает уникальной устойчивостью к действию щелочей и часто используется для контейнеров для концентрированных растворов гидроксида натрия. Никель медленно реагирует с сильными кислотами в обычных условиях с выделением водорода и образованием ионов Ni , 2 , + .

Китай является крупнейшим в мире производителем никеля.Другие крупные страны-производители никеля включают Россию, Японию, Австралию и Канаду.

Соединения

В своих соединениях никель проявляет степень окисления -1, 0, +1, +2, +3 и +4, хотя состояние +2 является наиболее распространенным. Ni 2+ образует большое количество комплексов, включающих координационные числа 4, 5 и 6 и все основные структурные типы — например, октаэдрический, тригональный бипирамидальный, тетраэдрический и квадратный.

Соединения с никелем в состоянии +2 имеют множество промышленных применений.Например, хлорид никеля, NiCl 2 , нитрат никеля, Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O и сульфамат никеля, Ni (SO 3 NH 2 ) 2 ∙ 4H 2 O, используются главным образом в никелевых гальванических ваннах. Сульфат никеля NiSO 4 также используется при никелировании, а также при приготовлении катализаторов, грунтовых эмалей и морилок (фиксаторов) для крашения и текстильной печати. Оксид никеля NiO и пероксид никеля Ni 2 O 3 подготовлены для использования в топливных элементах и ​​аккумуляторных батареях соответственно.Никелевые ферриты используются в качестве магнитных сердечников для различных типов электрооборудования, таких как антенны и трансформаторы.

Типичными соединениями никеля в природе, в которых он встречается главным образом в виде минералов в сочетании с мышьяком, сурьмой и серой, являются сульфид никеля, NiS; арсенид никеля, NiAs; антимонид никеля, NiSb; диарсенид никеля, NiAs 2 ; тиоарсенид никеля, NiAsS; и тиоантимонид никеля, NiSbS. В сульфиде никель находится в степени окисления +2, но во всех других упомянутых соединениях он находится в состоянии +3.

Среди других важных коммерческих соединений никель карбонил или тетракарбонилникель, Ni (CO) 4 . Это соединение, в котором никель проявляет нулевую степень окисления, используется главным образом в качестве носителя оксида углерода при синтезе акрилатов (соединений, используемых при производстве пластмасс) из ацетилена и спиртов. Это был первый из класса соединений, называемых карбонилами металлов, которые были открыты (1890). Бесцветная летучая жидкость образуется под воздействием окиси углерода на мелкодисперсный никель и характеризуется электронной конфигурацией, в которой атом никеля окружен 36 электронами.Этот тип конфигурации вполне сравним с конфигурацией атомов благородного газа.

Редакция Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Адамом Августином, главным редактором справочного контента.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • обработка меди: медно-никелевая

    Потому что медь и никель полностью смешиваются (т.е.они тщательно смешиваются) в твердом состоянии, образуя полный ряд твердых растворов, полезный диапазон сплавов не ограничен какими-либо определенными пределами состава, хотя некоторые составы стали общепринятыми.…

  • монета: монеты как исторические данные

    … значение, выраженное в единицах никеля (используется, в исключительных случаях, в Бактрии во 2-м веке до нашей эры), мельхиора, бронзы, а во время послевоенного стресса в некоторых странах алюминий и алюминиевая бронза дополняются драгоценными металлами.Свинец, который может легко разлагаться, редко использовался для чеканки монет, кроме как у Андхры (жители…

  • питание человека: минералы

    … хорошо; к ним относятся мышьяк, бор, никель, кремний и ванадий.Несмотря на продемонстрированную роль экспериментальных животных, точная функция этих и других ультраэлементов (например, олова, лития, алюминия) в тканях человека и их важность для здоровья человека неясны.…

,

Свойства никеля

Свойства никеля — Каковы физические свойства никеля?
Каковы физические свойства никеля? Физические свойства никеля — это характеристики, которые можно наблюдать, не изменяя
вещества в другое вещество. Физические свойства, как правило, те, которые можно наблюдать, используя наши ощущения, такие как цвет, блеск, температура замерзания, температура кипения, температура плавления, плотность, твердость и запах. Физические свойства никеля:

  • Цвет: серебристо-белый металл
  • Фаза: сплошная
  • Проводимость: довольно хороший проводник тепла и электричества
  • Пластичность: можно разбить на очень тонкие листы
  • Его способность придавать форму или изгиб
  • Блеск: проявляет блеск или свечение
  • Твердость: твердее железа
  • Ферромагнитный: никель легко намагничивается

Свойства никеля — Каковы химические свойства никеля?
Каковы химические свойства никеля? Они являются характеристиками, которые определяют, как будет реагировать с другими веществами или изменяет от одного вещества к другому.Чем лучше мы знаем природу вещества, тем лучше мы можем понять его. Химические свойства наблюдаются только во время химической реакции. Реакции на вещества могут быть вызваны изменениями, вызванными горением, ржавчиной, нагревом, взрывом, потускнением и т. Д. Химические свойства никеля:

  • Коррозия: высокая устойчивость к коррозии и коррозии
  • Реакционная способность с кислородом: никель металл не вступает в реакцию с воздухом в условиях окружающей среды, но в тонкодисперсном никеле он самопроизвольно воспламеняется в воздухе
  • Сплавы: трубки из нержавеющей стали и медно-никелевого сплава
  • Составы: используются для гальваники и изготовления никелевых сплавов

Факты и информация о свойствах никеля
В этой статье о свойствах никеля приводятся факты и информация о физических и химических свойствах никеля, которые полезны в качестве домашней работы для студентов-химиков.Дополнительные факты и информация относительно Периодической таблицы и элементов могут быть доступны через карту сайта Периодической таблицы.

никель (Ni) — химические свойства, здоровье и окружающая среда

Никель серебристо-белый. твердый, ковкий и пластичный металл. Это из группы железа, и это берет на себя высокую полировку. Это довольно хороший проводник тепла и электричества. В своих знакомых соединениях никель является двухвалентным, хотя он предполагает и другие валентности. Он также образует ряд сложных соединений. Большинство соединений никеля синие или зеленые. Никель медленно растворяется в разбавленных кислотах, но, подобно железу, становится пассивным при обработке азотной кислотой.Мелкодисперсный никель адсорбирует водород.

Области применения

Основное использование никеля — при приготовлении сплавов. Никелевые сплавы характеризуются прочностью, пластичностью и устойчивостью к коррозии и нагреву. Около 65% никеля, потребляемого в западном мире, используется для производства нержавеющей стали, состав которой может варьироваться, но обычно это железо с примерно 18% хрома и 8% никеля. 12% всего потребляемого никеля идет в суперсплавы. Оставшиеся 23% потребления делятся между легированными сталями, аккумуляторными батареями, катализаторами и другими химикатами, монетой, литейными изделиями и гальваническим покрытием.
Никель прост в эксплуатации и может быть втянут в проволоку. Он устойчив к коррозии даже при высоких температурах и поэтому используется в газовых турбинах и ракетных двигателях. Монель представляет собой сплав никеля и меди (например, 70% никеля, 30% меди со следами железа, марганца и кремния), который не только тверд, но и может противостоять коррозии морской водой, поэтому он идеально подходит для гребного вала в лодках. и опреснительные установки.

Никель в окружающей среде

Большая часть никеля на Земле недоступна, потому что она заперта в железо-никелевом ядре планеты, которое содержит 10% никеля.Общее количество никеля, растворенного в море, по оценкам, составляет около 8 миллиардов тонн. Органическое вещество обладает сильной способностью поглощать металл, поэтому уголь и нефть содержат значительные количества. Содержание никеля в почве может составлять до 0,2 ч / млн или до 450 ч / млн в некоторых глинистых и суглинистых почвах. В среднем около 20 промилле. Никель встречается в некоторых бобах, где он является важным компонентом некоторых ферментов. Другим относительно богатым источником никеля является чай, который содержит 7,6 мг / кг сухих листьев.
Никель встречается в сочетании с серой в миллерите, с мышьяком в минеральном никколите и с мышьяком и серой в никелевом взгляде. Большинство руд, из которых извлекают никель, представляют собой железо-никелевые сульфиды, такие как пентландит. Металл добывают в России, Австралии, Новой Каледонии, Кубе, Канаде и Южной Африке. Годовой объем производства превышает 500 000 тонн, а легко обрабатываемые запасы сохранятся не менее 150 лет.

Никель — это соединение, которое встречается в окружающей среде только на очень низких уровнях.Люди используют никель для множества различных применений. Самым распространенным применением никеля является использование в качестве ингредиента кражи и других металлических изделий. Его можно найти в обычных металлических изделиях, таких как ювелирные изделия.

Продукты питания содержат небольшое количество никеля. Известно, что шоколад и жиры содержат очень большие количества. Поглощение никеля будет увеличиваться, когда люди едят большое количество овощей с загрязненных почв. Известно, что растения накапливают никель, и в результате поглощение никеля из овощей будет значительным.Курильщики имеют более высокое поглощение никеля через легкие. Наконец, никель можно найти в моющих средствах.

Люди могут подвергаться воздействию никеля при вдыхании воздуха, питьевой воды, употреблении пищи или курении сигарет. Контакт кожи с загрязненной никелем почвой или водой также может привести к воздействию никеля. В небольших количествах никель необходим, но когда его потребление слишком велико, это может быть опасно для здоровья человека.

Употребление слишком большого количества никеля имеет следующие последствия:
— Более высокие шансы развития рака легких, рака носа, рака гортани и рака простаты
— Болезнь и головокружение после воздействия никелевого газа
— Эмболия легких
— Респираторные органы отказ
— врожденные дефекты
— астма и хронический бронхит
— аллергические реакции, такие как сыпь на коже, в основном из-за ювелирных изделий
— сердечные расстройства

пары никеля являются раздражителями дыхательных путей и могут вызывать пневмонит.Воздействие никеля и его соединений может привести к развитию дерматита, известного как «никелевый зуд» у сенсибилизированных людей. Первым симптомом обычно является зуд, который возникает за 7 дней до появления кожной сыпи. Первичная сыпь на коже эритематозная или фолликулярная, за которой может последовать изъязвление кожи. Чувствительность к никелю, однажды приобретенная, кажется, сохраняется бесконечно.

Канцерогенность. Никель и некоторые соединения никеля были включены Национальной токсикологической программой (NTP) в список возможных канцерогенов.Международное агентство по исследованию рака (IARC) перечислило соединения никеля в группе 1 (имеется достаточно доказательств канцерогенности для людей) и никель в группе 2B (агенты, которые могут быть канцерогенными для человека). OSHA не регулирует никель как канцероген. Никель включен в Уведомление ACGIH о предполагаемых изменениях как категория A1, подтвержденный канцерогеном для человека.

Никель выбрасывается в воздух электростанциями и мусоросжигательными заводами. Затем он осядет на землю или упадет после реакции с каплями дождя.Обычно удаление никеля из воздуха занимает много времени. Никель также может попасть в поверхностные воды, когда он является частью сточных вод.

Большая часть всех соединений никеля, которые выделяются в окружающую среду, будет адсорбироваться осадком или частицами почвы и в результате станет неподвижной. Однако в кислой почве никель должен стать более подвижным и часто вымываться в грунтовые воды.

Существует не так много информации о воздействии никеля на организмы, кроме людей.Мы знаем, что высокие концентрации никеля на песчаных почвах могут явно повредить растениям, а высокие концентрации никеля в поверхностных водах могут снизить темпы роста водорослей. Микроорганизмы также могут страдать от снижения роста из-за присутствия никеля, но обычно через некоторое время у них развивается устойчивость к никелю.

Для животных никель является важным пищевым продуктом в небольших количествах. Но никель не только выгоден как существенный элемент; Это также может быть опасно при превышении максимально допустимых количеств.Это может вызвать различные виды рака на разных участках тела животных, в основном тех, которые живут рядом с нефтеперерабатывающими заводами.

Никель не накапливается в растениях или животных. В результате никель не будет увеличивать био в пищевой цепи.

Теперь посетите нашу страницу по никелю и воде

Вернуться к периодической диаграмме

Рекомендуемая дневная норма потребления никеля

.

никель

Никель химического элемента классифицируется как переходный металл. В 1750-х годах никель был открыт Акселем Кронштедтом.

зона данных

Классификация: никель переходный металл
Цвет: серебристо-белый
Атомный вес: 58.693
Штат: твердый
Точка плавления: 1455 o C, 1728 K
Точка кипения: 2990 o C, 3263 K
электронов: 28
Протонов: 28
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 30
Электронных оболочек: 2,8,16,2
Электронная конфигурация: [Ar] 3d 8 4s 2
Плотность при 20 o C: 8.91 г / см 3
Показать больше, в том числе: Тепла, Энергии, Окисления,
Реакции, Соединения, Радиусы, Проводимости
Атомный объем: 6,59 см 3 / моль
Структура: ГЦК: гранецентрированная кубика
Твердость: 4,0 Мос
Удельная теплоемкость 0,44 Дж г -1 К -1
Тепло плавления 17.48 кДж моль -1
Теплота распыления 430 кДж моль -1
Теплота испарения 377,5 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 736,7 кДж моль -1
2 и энергия ионизации 1752,9 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 3393.4 кДж моль -1
Сродство к электрону 111,5 кДж моль -1
Минимальный номер окисления -1
мин. общее окисление нет. 0
Максимальная степень окисления 4
Макс. общее окисление нет. 2
электроотрицательность (шкала Полинга) 1.91
Объем поляризуемости 6,8 Å 3
Реакция с воздухом умеренно, Вт / ГТ ⇒ NiO
Реакция с 15 М HNO 3 пассивировал
Реакция с 6 М HCl, ⇒ H 2 , NiCl 2
Реакция с 6 М NaOH нет
Оксид (ы) NiO, Ni 2 O 3
Гидрид (ы) NiH
Хлорид (ы) NiCl 2
Атомный радиус 135 вечера
Ионный радиус (1+ ион)
Ионный радиус (2+ ион) 83 вечера
Ионный радиус (3+ ион)
Ионный радиус (1-ионный)
Ионный радиус (2-ионный)
Ионный радиус (3-ионный) 72 вечера
Теплопроводность 90.9 Вт м -1 К -1
Электропроводность 14,6 х 10 6 м -1
Точка замерзания / плавления: 1455 o C, 1728 K

Высокочистый никелевый металл. Ссылка на изображение (6)

Шахтеры в Германии считали, что такие малыши остановили добычу меди и серебра из арсенидов никеля и кобальта. К счастью, Джордж Брандт и Аксель Кронштедт проявили более научный подход к проблеме и обнаружили два новых элемента.Изображение JNL.

Открытие никеля

Доктор Дуг Стюарт

Никель присутствует в металлических метеоритах и ​​используется с древних времен.

Артефакты, сделанные из металлических метеоритов, были найдены еще в 5000 г. до н.э. — например, бусы в могилах в Египте. (1)

Железо — самый распространенный элемент в металлических метеоритах, за которым следует никель.

Только в 1750-х годах никель был открыт как элемент.

В 1600-х годах темно-красная руда, часто с зеленым покрытием, была источником раздражения для шахтеров в Саксонии, Германия. Они полагали, что темно-красное вещество было медной рудой, но они не смогли извлечь из нее меди.

В отчаянии они назвали его «kupfernickel», что можно было бы перевести как «медь гоблина», потому что, очевидно, с точки зрения шахтеров, во всяком случае, на работе были гоблины или маленькие бесы, которые мешали им добывать медь.

Между 1751 и 1754 годами шведский химик Аксель Кронштедт провел ряд экспериментов, чтобы определить истинную природу купферникеля. (Теперь мы знаем, что купферникель — это арсенид никеля, NiAs.)

Обнаружив, что его химические реакции не были такими, как он ожидал от соединения меди, он нагрел купферникель с древесным углем, чтобы получить твердый белый металл, чей только цвет показал, что это не может быть медь. Его свойства, в том числе магнетизм, привели его к выводу, что он выделил новый металлический элемент.

Кронштедт назвал новый элемент никелем в честь купферникеля, из которого он его выделил. (2), (3), (4)

В этом открытии есть удовлетворительная симметрия. Кронштедт был учеником Джорджа Брандта, который открыл кобальт, который находится слева от никеля в периодической таблице.

Названия обоих элементов берут свое начало от разочарований шахтеров, вызванных рудами металл-мышьяка: арсенид никеля и арсенид кобальта. Название Кобальт происходит от немецкого «кобольд», что означает «гоблин» — близкий родственник существа, от которого произошло название никель.

В случае с кобальтом шахтеры ошибочно подумали, что руда содержит серебро, и в отчаянии назвали руду кобольдом злых гоблинов, которые, по их мнению, мешали им получать серебро из руды.

В начале двадцатого века Людвиг Монд запатентовал процесс с использованием карбонила никеля для очистки никеля. Этот процесс все еще используется сегодня.

Интересные факты о никеле

  • Никель является ферромагнитным при комнатной температуре, так же как его близкая периодическая таблица соседствует с железом и кобальтом.
  • Никель в 100 раз больше сосредоточен под земной корой, чем в ней. Считается, что никель является вторым наиболее распространенным элементом в ядре Земли, а железо является наиболее распространенным с большим отрывом.
  • Никель является основным металлом в Mu-металле, который обладает захватывающим свойством магнитного экранирования. Магниты обычно привлекают металлы, такие как железо. Если вы поместите Mu-металл между магнитом и металлом, притяжение исчезнет. Это потому, что очень мало магнитного поля передается через мю-металл.Мю-металл — это примерно 80% никеля, 20% железа с небольшим количеством молибдена. (5)
  • Странные свойства никелевых сплавов не заканчиваются Mu-металлом. Нитинол — это никелевый сплав, открытый в 1960-х годах, который помнит свою прежнюю форму. Нагрейте никель-титановый сплав 1: 1 до температуры около 500 o С и согните его в любую нужную форму; Вы могли бы согнуть проволоку, чтобы сделать свое имя. Затем охладите его и согните провод в пружине. Нагрейте проволоку еще раз, и, что удивительно, пружина исчезнет, ​​и первая форма — в данном случае ваше имя — вернется.
  • Никель устойчив к коррозии — это один из элементов, используемых в нержавеющей стали. Присутствие никеля в метеоритном металле означает, что он оставался бы ярким и блестящим в руках древних людей гораздо дольше, чем если бы никель отсутствовал.
  • До изобретения редкоземельных магнитов, таких как неодим-железо-бор, самые сильные постоянные магниты — магниты Alnico — изготавливались из никелевого сплава: главным образом, алюминия, никеля, кобальта и железа. Необычно, магниты алнико сохраняют свой магнетизм даже при нагревании, пока они не светятся красным цветом.
  • Сверхновая 2007bi наблюдалась в 2007 году. Одним из продуктов этой сверхновой был никель-56, синтезированный во время взрыва. Никель массой в три раза больше, чем все наше Солнце было сделано. Никель-56 радиоактивен, распадается на кобальт-56, который сам распадается до стабильного железа-56.

Первый метеорит, когда-либо сфотографированный на другой планете. В 2005 году марсоход НАСА Opportunity использовал спектрометры, чтобы обнаружить, что этот метеорит размером с баскетбольный мяч был в основном железом и никелем.Изображение NASA / JPL / Cornell.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *