Nikl

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Nikl, chemická značka Ni (lat. Niccolum) je bílý, feromagnetický, kujný a tažný kov. Vyznačuje se vysokou elektrickou vodivostí. Slouží jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití postupně omezováno.

Obsah 1 Základní fyzikálně - chemické vlastnosti 2 Výskyt a výroba 3 Využití 3.1 Antikorozní ochrana 3.2 Slitiny 3.3 Galvanické články 3.4 Katalyzátory 4 Sloučeniny 5 Zdravotní rizika

[editovat] Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Relativní atomová hmotnost: 58,69 amu

Atomové číslo: 28

Hustota: 8,908 g/cm³

Tvrdost: 4 (Mohsova stupnice tvrdosti)

Teplota tání: 1 455° C, tj. 1 728 K

Teplota varu: 2 732 – 2 913 °C, tj. 3 005 – 3 186 K (různé zdroje)

Typický kovový ferromagnetický prvek bílé barvy. Byl objeven roku 1751 německým chemikem baronem Axelem Frederikem Cronstedtem při pokusech o izolaci mědi z rudy. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Ni⁺², existují i sloučeniny Ni⁺¹, zatímco látky obsahující Ni⁺³ jsou nestálé a působí silně oxidačně.

V silných minerálních kyselinách je nikl rozpustný za vývoje plynného vodíku. Vůči působní vzduchu i vody je nikl poměrně stálý a používá se proto často k povrchové ochraně jiných kovů, především železa. Je také značně stálý vůči působení alkálií a používá se proto k výrobě zařízení pro práci s alkalickými hydroxidy neboli louhy.

[editovat] Výskyt a výroba

Jako relativně lehký prvek je nikl v přírodě poměrně hojně zastoupen. V zemské kůře činí jeho průměrný obsah činí kolem 100 mg/kg. V mořské vodě se jeho koncentrace pohybuje na úrovni 5,4 mikrogramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom niklu přibližně 700 000 atomů vodíku.

S ryzím niklem se v přírodě setkáme pouze vzácně. Obvykle se vyskytuje jako oxid ve směsi s železem (laterit a garnierit) nebo jako sulfid nikelnato-železitý – pentlandit. Geologové předpokládají, že velká část niklu přítomného na Zemi je soustředěna v oblasti jejího středu – v zemském jádře a kůře NiFe. Nikl je také poměrně hojně zastoupeným prvkem v meteoritech, dopadajících na Zemi z kosmického prostoru.

Největším současně těženým nalezištěm niklových rud je kanadský Sudbury v provincii Ontario. Předpokládá se, že původem těchto rud je obrovský meteorický zásah Země v dávných geologických dobách. Další oblasti s bohatým výskytem niklových rud jsou např. Rusko, Nová Kaledonie, Austrálie, Kuba a Indonésie.

Způsob výroby niklu z rudy je závislý na chemické podstatě této suroviny. Poslední fází je však prakticky vždy redukce oxidu niklu koksem (elementárním uhlíkem):

NiO + C → Ni + CO

Takto získaný nikl je však značně nečistý a pro jeho další purifikaci se používá buď elektrolýza nebo destilace jeho těkavé sloučeniny – tetrakarbonylu niklu [Ni(CO)₄].

[editovat] Využití

[editovat] Antikorozní ochrana

Díky poměrně velmi dobré stálosti kovového niklu vůči atmosférickým vlivům i vodě se často nanáší velmi tenká niklová vrstva na povrchy méně odolných kovů, nejčastěji železa. Nanášení se provádí elektrolyticky obvykle z alkalického prostředí, kde je nikl přítomen jako kyanidový komplex a na pokovovaný předmět je vložen záporný elektrický potenciál, působí tedy jako katoda. Běžně se takto upravují jednoduché pracovní nástroje jako šroubováky nebo klíče, ale také některé chirurgické nástroje a pomůcky se niklují.

Značné odolnosti kovového niklu se využívá při výrobě chemického nádobí, které je možno vystavit účinkům alkalických tavenin jako je hydroxid sodný nebo uhličitan draselný bez výraznějšího poškození. V kyselém prostředí je však nutno použít mnohem dražších kelímků z platiny nebo slitin platiny s rhodiem nebo iridiem.

[editovat] Slitiny

Ocelářský průmysl je rozhodně největším světovým spotřebitel niklu. Společně se železem, chromem a manganem patří mezi základními kovy, které slouží pro legování ocelí. Je třeba mít na zřeteli, že se ve světě vyrábí tisíce typů ocelí, které se značně liší svým složením, způsobem zpracování a následně pak svými vlastnostmi jako je tvrdost, pevnost, kujnost, chemická odolnost a další. V řadě z nich je kromě výše uvedených prvků přítomno i menší množství dalších kovů (molybden, wolfram, kobalt a další).

Nikl je součástí velmi odolných slitin jako např. Monelův kov o složení 68% Ni a 32 % Cu se stopami manganu a železa, používaný pro výrobu lodních šroubů ale i kuchyňského vybavení. Slitiny Alnico se skládají z železa, kobaltu, niklu, hliníku a mědi slouží pro výrobu velmi silných permanentních magnetů.

Nikl patří již dlouhou dobu mezi tzv. mincovní kovy, používané k ražení mincí, obvykle ve slitinách s mědí. V České republice jsou těchto slitin vyráběny především mince o nominální hodnotě 1, 2 a 5 Kč. V USA a Kanadě se pro minci o hodnotě 5 centů používá označení nickel, do češtiny překládané jako niklák. V Evropské unii se tento fakt týká minci s nominální hodnotou 1 a 2 eura.

Významné místo patří slitinám niklu ve výrobě šperků. V současné době poměrně populární bílé zlato je obvykle právě slitinou zlata, niklu, mědi a zinku. Nevýhodou těchto materiálů je skutečnost, že řada lidí trpí na slitiny niklu alergií a nemůže šperky z těchto slitin dlouhodobě nosit.

Zvláštní „slitina“ niklu a střibra slouží často jako materiál pro elektrických kontaktů v silně namáhaných silnoproudých spínačích, které musí vykazovat vysokou úroveň spolehlivosti. Jde o směs o složení přibližně 90% Ag + 10% Ni.Protože oba kovy se při tomto poměru v tavenině nemísí, vyrábí se slitina poměrně komplikovaným spékáním práškového materiálu za vysokých teplot a tlaků. Výslednému materiálu potom stříbro dodává vynikající elektrickou vodivost a nikl zase výhodné mechanické vlastnosti - tvrdost a odlolnost proti otěru. Nikl se využívá také ve slitinách s tvarovou pamětí jako slitina NiTi.

[editovat] Galvanické články

Značná část celosvětově vyrobeného niklu konči v současné době jako surovina pro elektrických článků s možností mnohonásobného dobíjení. Nikl-hydridové baterie slouží jako zdroj elektrické energie v řadě mobilních telefonů, přenosných svítilen a dalších.

Pro zdroje s vyšší elektrickou kapacitou se používají spíše nikl - kadmiové galvanické elektrické články typu NiCd. Vykazují velmi dobré elektrické vlastnosti (kapacita x hmotnost) a lze i je zpětně dobíjet. Slouží často jako zdroj elektrického proudu v automobilech a dalších dopravních prostředcích. Na rozdíl od klasických olověných akumulátorů se v nich jako elektrolyt používá roztok alkalického hydroxidu. Reakci, při které dochází ke vzniku elektrického proudu lze vyjádřit jako:

2 NiO(OH) + Cd + 2 H₂O ↔ 2 Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

Vzhledem k prokázané toxicitě kadmia se však výroba těchto baterií postupně omezuje.

[editovat] Katalyzátory

Jemně rozptýlený elementární nikl je velmi účinným hydrogenačním katalyzátorem, který působí reakci dvojné vazby mezi uhlíkovými atomy s vodíkem za vzniku vazby jednoduché. Schematicky:

R₂C = CR₂ + H₂ → HR₂C – CR₂H

Této reakce se využívá v potravinářství k výrově ztužených tuků z rostlinných olejů. Běžné rostlinné oleje jsou chemicky estery nenasycených mastných kyselin s několika dvojnými vazbami v molekule. Převedením části těchto dvojných vazeb na vazby jednoduché vzniká rostlinný tuk, který má za normální teploty tuhou konzistenci.

[editovat] Sloučeniny

Ve svých stabilních sloučeninách se nikl vyskytuje převážně jako kladně dvojmocný Ni⁺². Nikelnaté soli běžných anorganických kyselin jsou zelené krystalické látky dobře rozpustné ve vodě. Výjimkou je špatně rozpustný uhličitan nikelnatý NiCO₃ a černý silně nerozpustný sulfid nikelnatý NiS.

Tetrakarbonyl niklu [Ni(CO)₄] je za normálních podmínek těkavá kapalina. Tato sloučenina je silně toxická stejně jako oxid uhelnatý CO, nutný pro její výrobu. Přesto bývá v metalurgii poměrně často používána pro přípravu velmi čistého niklu. Připraví se reakcí kovového niklu s CO při teplotě kolem 50 °C. Jako plyn se odvádí do prostoru o teplotě nad 250 °C, která způsobí jeho rozklad a elementární nikl se postupně vylučuje na povrch již připraveného čistého kovu. Oxid uhelnatý se vrací zpět do procesu. Při důkladném dodržování bezpečnostních opatření tak lze poměrně jednoduše připravit nikl o čistotě až 99,99 %.

[editovat] Zdravotní rizika

Nikl patří mezi několik málo prvků, jejichž vliv na zdravotní stav lidského organizmu je jednoznačně negativní. Tento fakt se zdá být kuriózní např. i proto, že je chemicky velmi podobné kobaltu, jež je naopak nezbytnou součástí potravy a má důležitou roli pro správný vývoj a zdravotní stav lidského organizmu.

Při velkých a nebo pravidelně zvýšených dávkách niklu se silně zvyšuje riziko vzniku rakoviny a nikl je dnes řazen i mezi mutageny, tedy látky schopné negativním způsobem ovlivnit vývoj lidského plodu. Ohrožení takovými dávkami niklu však hrozí pouze pracovníkům metalurgických provozů, které se zabývají zpracováním tohoto kovu a nedodržují základní pravidla bezpečnosti práce.

V běžném životě se však poměrně často setkáváme a kožní alergií na nikl. Projevuje se o 6 – 10 % obyvatelstva a doprovází ji nejprve zarudnutí kůže a později až vznik kožních ekzémů při trvalém styku s předměty z niklu. Zvláště nebezpečné jsou v tomto ohledu náušnice, protože ušní lalůček, protože oblast ucha patří mezi velice citlivé části lidského těla a alergické působení zde může nabývat dramatičtějších rozměrů – otoky hlavy, astmatické záchvaty.

Kromě výše uvedených alergiků však existuje i podstatně méně početná skupina lidí, kteří trpí alergií na nikl v mnohem větší míře. Těm pak způsobuje alergické reakce např. i placení mincemi s obsahem niklu. Právě v současné době probíhá v Bruselu diskuze o budoucnosti euromincí o hodnotě 1 a 2 euro, které nikl obsahují.

---

Periodická tabulka chemických prvků

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

H

(přehled)

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

*Lanthanoidy

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**Aktinoidy

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Skupiny prvků: Kovy - Nekovy - Polokovy - Blok s - Blok p - Blok d - Blok f