Referāts ķīmijā.
2007. m.g.
Saturs.
Niķelis 1.lpp.
Niķeļa atklāšana 2.lpp.
Atrašanās dabā 3.lpp.
Niķeļa iegūšana 4.lpp.
Niķeļa īpašības 5.lpp.
Svarīgākie Niķeļa savienojumi 6.lpp.
Niķeļa izmantošana 7.lpp.
Termini 8.lpp.
Interesanti fakti :
Smagie metāli un toksiskie mikroelementi 9.lpp.
Vai monētas, kuru sastāvā ir Niķelis,
neizraisa alerģisku reakciju? 10.lpp.
Izmantotā literatūra 14.lpp.
Niķelis.
Niķelis ir metāls, periodiskajā sistēmā atrodas VIIIB grupā. Šajā grupā ir apvienoti trīs grupu metāli- 8.grupa Fe, Ru, Os; 9. grupa Co Rh, Ir; 10.grupa Ni, Pd, Pt.
Niķelis savā grupa ir vismazāk aktīvais metāls, aktīvākais ir Osmijs.
Niķeļa vispārējās īpašības :
Kārtas skaitlis ir 28;
Simbols Ni;
Relatīvā atommasa 58,69;
Blīvums- 8,91 g/cm3;
Kušanas temperatūra- 1453 oC;
Viršanas temperatūra- 2730 oC;
Oksidēšanas pakāpe +II, (+III, + IV),
Jonu rādiuss Ni2+ 70 pm.;
Atoma uzbūve: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2 .
VIIIB grupas elementus izdala dzelzs saimes elementos un platīna saimes elementos. Niķelis ir dzelzs saimes elements. Niķelis pieder pie smagajiem metāliem un var izraisīt alerģiju.
(Niķeļa gabaliņi.)
Niķeļa atklāšana.
Nosaukums „metāls” cēlies no griķu vārda metallon – šahta, raktuve. Ķīnā vara, niķeļa sakausējumu ieguva jau 2000 gadu pirms mūsu ēras, savukārt, Grieķijā aptuveni 200 gadu p.m.ē. jau izgatavoja monētas no vara un niķeļa sakausējuma, kurā niķeļa masas daļa bija 20%.
Pašu niķeli 1751.gadā ieguva zviedru metalurgs un ķīmiķis A.F.Kronstets no kobalta rūdas. Pēc termiskas apstrādes iegūto niķeļa oksīdu viņš reducēja ar ogli. Praktiska niķeļa izmantošana sākās pēc 1823. gada, kad tika iegūti pēc izskata sudrabam līdzīgi vara, niķeļa un cinka sakausējumi.
Galvenākās niķelēšanas iespējas atklāja angļu fiziķis un ķīmiķis M. Faradejs 1843. gadā.( 1831. gadā Maikls Faradejs atklāja arī likumu, kurš ir viens no svarīgākajiem elektromagnētisma likumiem. Elektromagnētiskās indukcijas likums M. Faradejs formulēja, izmantojot elektriskās intensitātes cirkulācijas jēdzienu.)
Pēc tam niķeli sāka aizvien vairāk lietot arī ļoti cieta un izturīga tērauda iegūšanai.
Niķeļa atrašanās dabā.
Niķelis ir rets elements. To pārstāv apmēram 45 niķeļa minerāli. No kuriem galvenie- pentlandīts un garnierīts. Brīvā veidā sastopams tikai meteorītos. Pazīstamākie niķeļa minerāli ir nikelīns NiAs, millerīts NiS, hersdorfīts NiAsS, pentandīts (FeNi)9S8. Svarīgākās niķeļa rūdu atradnes ir Austrālijā, Kanādā, Kolas pussalā, Noriļskā, Jaunkaledonijā (Okānijā), ASV, Norvēģijā Grieķijā.
Niķelis ir vajadzīgs arī dažām baktēriju sugām un augiem. Niķeļa daudzums dzīvajos organismos svārstās plašās robežās. Tas atkarīgs no niķeļa koncentrācijas augsnē, organisma fizioloģiskajam prasībām un no citiem faktoriem. Augos vidēji atrodās 5*10-5 svara procenti niķeļa, jūras dzīvniekos 1,6*10-4 , bet sauszemes dzīvajos organismos 1*10-6 , cilvēka organismā- no 1- 2 10-6 % .
(Niķelis dabā.)
Niķeļa iegūšana.
Niķeli iegūst, elektrolizējot to sāļu (NiSO4) šķīdumus, reducējot niķeļa(II) oksīdu NiO ar CO vai H2. Ļoti tīru Ni iegūst, termiski sadalot niķeļa tetrakarbonilu [Ni(CO)4]:
Niķeļa struktūra.
Niķeļa īpašības.
Fizikālās īpašības niķelī izpaužas tā, ka tas ir sudrabbalts metāls ar iedzeltenu atspīdumu. Tas ir ciets, plastisks, mehāniski izturīgs ar feromagnētiskām* īpašībām. Niķelis ļoti aktīvi absorbē ūdeņradi. Svarīga loma niķelim ir daudzos biogēnos procesos, piemēram, viņš piedalās nukleīnskābes spirāles struktūras formēšanā.
Pēc ķīmiskajām īpašībām niķelis līdzīgs kobaltam, taču tas ir stabils pret atmosfēras, ūdens un sārmu iedarbību, to pasivē koncentrēta slāpekļskābe un sērskābe. Parastajos apstākļos Ni lēni reaģē ar skābju šķīdumiem, bet strauji- ar HNO3 šķīdumu, veidojot niķeļa sāļus:
Ni + 3HCl NiCl2 + H2
3Ni + 8HNO3 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4 H2O
Paaugstinātā temperatūrā niķelis reaģē ar visiem nemetāliem (izņemot H2 un N2). Šajās reakcijās galvenokārt rodas niķeļa(II) savienojumi.
(Niķeļa paraugs.)
Svarīgākie Niķeļa savienojumi.
Stabilākie ir niķeļa (II) savienojumi. Mazāk pazīstami ir Niķeļa(III) savienojumi, bet ļoti nestabili ir niķeļa(IV) savienojumi, piemēram, NiO2, kuram nav praktiskas nozīmes.
Niķeļa(II) oksīds NiO – pelēkzaļa, kristāliska viela. Tas ir bāzisks oksīds. Ni2O3 nav iegūts, jo tā vietā no niķeļa(III) hidroksīda Ni(OH)3 daļēji veidojas dehidrogenēta forma NiO(OH).
Niķeļa(II) hidroksīds Ni(OH)2 – zaļa, ūdenī nešķīstoša kristāliska viela, no kuras, to oksidējos sārmainā vidē, iegūst melnas nogulsnes – Ni(OH)3:
2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 2Ni(OH)3 + 2NaBr
Niķeļa(II) oksīdu NiO un hidroksīdu Ni(OH)2 iegūst tāpat kā CoO un Co(OH)2. Šīm vielām ir arī līdzīgas ķīmiskās īpašības, tikai NiO un NiO(OH)2 ir mazāk aktīvi un gaisa klātbūtnē neoksidējas.
Niķeļa(III) hidroksīds Ni(OH)3 – ir spēcīgs oksidētājs, kas skābā vidē reducējas par niķeļa(II)sāļiem.
Ni(OH)3 stiprās oksidēšanās īpašības izmanto elektriskās strāvas iegūšanai dzelzs un niķeļa vai kadmija un niķeļa akumulatoros.
Pazīstama tikai viena niķeļa sāļu rinda, kuros tā oksidēšanās pakāpe ir +II.
Niķeļa(II) bezūdens sāļi, piemēram, NiF2, NiCl2, NiSO4, Ni(NO3)2, ir dzeltenā krāsā, NiI2 – melnā krāsā, bet niķeļa(II) sāļu ūdens šķīdumi un šo sāļu kristālhidrāti, piemēram, NiCl2 .6H2O , NiSO4.2H2O, Ni(NO3)2.6H2O, niķeļa amonija alauns Ni(NH4)2(SO4)2.6H2O, ir dažādos zaļos toņos. Bezūdens niķeļa(II) sāļi reakcijā ar amonjaku veido kompleksos sāļus – amonjakātus, piemēram [Ni(NH3)6]Cl2, kuri ir intensīvi zilā krāsā. Niķelis(II) veido arī citus kompleksos sāļus, piemēram, K2[Ni(CN)4].
No niķeļa sāļiem nozīmīgs ir niķeļa(II) sulfāts, no kura niķeli iegūst elektrolīzes ceļā.
Niķeļa izmantošana.
Fizikālo īpašību dēļ niķelis ir ļoti piemērots monētu kalšanai. Visā pasaulē to izmanto monētu izgatavošanai jau vairāk nekā simt gadu. Cita starpā, izmantojot niķeli, tiek uzlabota monētu drošība. Niķeli izmantoja daudzu eiro zonas valstu monētās.
Niķeli lieto nerūsējošo un termiski izturīgo tēraudu, kā arī augstvērtīgu krāsaino metālu sakausējumu un magnētisko materiālu ražošanā. Tādi sakausējumi ir, piemēram, permaloji(78,5% Ni un 21,5% Fe), alniko.
Niķeļa bronza jeb melhiors- Cu ( ~ 80%); Ni (~19%); Fe (~ 1%)- ir noturīgs pret koroziju, viegli apstrādājams ar spiedi, tāpēc to lieto precīzu detaļu, medicīnas instrumentu, monētu, mājturības piederumu, rotaslietu un mākslas priekšmetu izgatavošanai; melhioru plaši lieto arī kuģu būvniecībā un enerģētiskajā rūpniecībā. To lieto arī kā pretkorozijas aizsargpārklājumiem (metālu niķelēšana) un par katalizatoru organiskajā un neorganiskajā sintēzē.
Monētas, kurās izmantots niķeļa sakausējums.
Diametrs (mm): 25.75
Biezums (mm): 2.20
Svars (g): 8.50
Forma: apaļa
Krāsa: ārējā daļa: balta; iekšējā daļa: dzeltena
Sastāvs: ārējā daļa: vara un niķeļa sakausējums; iekšējā daļa: trīs slāņi: niķeļa un misiņa sakausējums, niķelis, niķeļa un misiņa sakausējums.
Josta: uzraksts, smalks rievojums
Diametrs (mm): 23.25
Biezums (mm): 2.33
Svars (g): 7.50
Forma: apaļa
Krāsa: ārējā daļa: dzeltena; iekšējā daļa: balta
Sastāvs: ārējā daļa: niķeļa un misiņa sakausējums; iekšējā daļa: trīs slāņi: vara un niķeļa sakausējums, niķelis, vara un niķeļa sakausējums
Josta: pārtraukts rievojums
Termini.
“niķeļa sakausējumi” – metāla sakausējumi, kuros niķeļa masas saturs pārsniedz jebkura cita elementa masas saturu, turklāt, ja:
1. kobalta masas saturs pārsniedz 1,5%;
2. vismaz viena cita elementa masas saturs pārsniedz tabulā norādīto;
3. pārējo elementu kopējais masas saturs pārsniedz 1%, izņemot niķeļi kopā ar kobaltu.
“neleģētais niķelis” – metāls, kurā niķeļa masas saturs kopā ar kobaltu ir vismaz 99%, turklāt, ja:
1. kobalta masas saturs nepārsniedz 1,5%;
2. jebkura cita elementa masas saturs nepārsniedz tabulā dotās robežas:
Interesanti fakti.
Smagie metāli un toksiskie mikroelementi.
Visas zemes nogulsnes satur nelielu daudzumu metālu, kas ir nepieciešami augiem, bet tās satur arī kādu daudzumu toksiskos smagos metālus. Turklāt tie var būt tik lielā koncentrācijā, lai sāktu kaitēt augiem un mikroorganismiem.
Aplūkojot tabulu, var redzēt, ka arī Niķelis ir šo toksisko elementu sastāvā.
Smago metālu un toksisko mikroelementu saturs gaisā, mg/m3
Elements Relatīvi nepiesārņoti apvidi (Arktika, Grenlande, Antarktika) Pilsētās Stipri piesārņoti apvidi
Al 50-500 500-7000 4000-15000
Ti 0,1-30 30-300 300-1000
V 0,1-10 10-50 50-200
Cr 0,1-1 1-20 20-100
Mn 0,01-5 5-100 100-300
Fe 0,7-150 150-6000 6000-15000
Ni 0,05-3 3-30 30-200
Cu 0,03-10 10-100 100-1000
Zn 0,03-40 40-500 500-2500
As 0,2-10 10-200 20-2500
Cd 0,1-1 1-20 20-600
Pb 0,1-50 50-1000 1000-8000
Interesanti, ka galvenās piesārņotās vietas ar niķeli ir ap lielajām elektrostacijām, kuras par galveno enerģijas ieguves avotu izmanto ogļu sadedzināšanu. Latvijā šis piesārņojums ir konstatēts ap Rīgu, Daugavpili, Olaini un pie Lietuvas robežas netālu no Mažeiķiem. Parasti niķeļa koncentrācija dzeramajā ūdenī nedrīkst būt augstāka par 0,02 mg/l. Tas niķeļa daudzums, kas nonāk no ūdens caurulēm pārvadot to, var sastādīt līdz 1 mg/l. Dažos gadījumos, kad dabīgā vai ražošanas procesu rezultātā tiek dabā izvadīts lielāks daudzums Ni, tad arī dzeramajā ūdenī tā koncentrācija var palielināties. Pārtikas produktos niķeļa koncentrācija parasti ir 0,1 – 0,3 mg, bet var būt, ka dažos pārtikas produktos tā ir paaugstināta līdz 0,9 mg. Niķelis ir kancerogēns tikai tādos gadījumos, ja cilvēks ieelpo šķīdumā izšķīduša niķeļa tvaikus. Daudz augstāka spēja niķelim absorbēties kuņģī niķelim ir tad, ja tas tiek uzņemts ar dzeramo ūdeni, pie tam tukšā dūšā. Šī niķeļa absorbēšanās spēja ir daudz mazāka, ja tas tiek uzņemts kopā ar pārtiku. Sāļajā jūras ūdenī niķelis nav toksisks, tāpēc uz zivīm tas neatstāj nelabvēlīgu ietekmi. Daudz toksiskāks niķelis ir iekšējos saldūdeņos un ūdeņos, kuros ir paaugstināta temperatūra.
!!! Latvijā niķelim ir 3. bīstamības klase un tas nozīmē, ka tas ir bīstams. Latvijā nodokļu likme par vienu tonnu iznīcināto niķeļa atkritumu ir 1000 Ls.