Особенности и свойства никеля, сферы применения

Ни́кель — химический элемент десятой (по устаревшей короткопериодной форме — побочной подгруппы восьмой) группы, четвёртого периода периодической системы, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum ). Простое вещество никель — это пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен.

Что такое никель?

История не сохранила имени человека, открывшего никель, так как этот металл известен людям очень давно. Первые его образцы были найдены в содержимом метеоритов, поэтому представляли собой огромную редкость. Они использовались для изготовления талисманов и «заколдованного» оружия, которое никогда не покрывалось ржавчиной.

Никелевая руда в Средневековье часто встречалась в медных рудниках Саксонии, но тогда люди не умели выплавлять из неё металл. Немецкие рудокопы называли её «купферникелем», или ложной медью, и презрительно отбрасывали. Бытовало поверье, что зловредный гном Старый Ник превращает медную руду в негодные камни. Выделить из никелевой руды чистый металл сумел в 1775 году шведский естествоиспытатель А. Кронстедт, но найти ему применение тогда не смогли.

Что такое никель?

Обладая хорошей пластичностью, никель легко куётся и практически не окисляется под действием воздуха или воды, покрываясь тонкой оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но если измельчить металл до состояния порошка, то при контакте с воздухом он легко вспыхнет, окисляясь с выделением большого количества тепла. Температура его плавления достаточно высока и достигает 1455 градусов Цельсия. Это металл серебристого цвета с лёгкой желтизной, обладающий сильным блеском и легко полирующийся. Ему присущи ферромагнитные качества, т.е. он притягивается магнитом. Высокая твёрдость и коррозионная стойкость сделали его чрезвычайно востребованным современной промышленностью.

Основные сведения

Никель есть в мельхиоровых монетах, а также в перезаряжаемых аккумуляторах смартфонов. Металл не так высоко ценится, как золото, серебро или титан, но ему находится применение во многих областях, даже в аэрокосмической сфере.

Основные сведения

Этот материал на протяжении тысячелетий добавлялся в сплавы, но официально его признал только в 1751 году. Металл проявляет щелочные, кислотные свойства, он пластичный, но имеет твердую структуру, легкий.

После выплавления в листы материал становится малоактивным веществом, а после измельчения в порошок он самовоспламеняется на воздухе. В основном вещества в этом состоянии покрываются оксидной пленкой, которая выступает прочным защитным слоем. По этой причине металл используют для никелирования разных предметов. То есть, на них наносится тонкий слой, защищающий другие материалы от коррозии.

Основные сведения

Предметы из одного никеля используются только на ответственных участках. В промышленных производствах его добавляют в сплавы, чтобы материал получил такую же высокую стойкость к коррозии. Содержится в основе всех нержавеющих конструкций. Даже его низкая концентрация обеспечивает долговечность и прочность.

Читайте также:  Диета 5 ложек и отзывы похудевших о ее меню

Никелевые сплавы считаются жаростойкими, устойчивыми к силовым нагрузкам, высокой температуре, износостойкими. Сырье используется лишь в 9% случаев. Около 6% из них тратится на никелирование, а все остальное уходит на сплавы. В сравнении с металлами этот материал легче и дешевле, помимо этого, обладает следующими особенностями:

Основные сведения
  • Его тяжело добывать, поскольку в природе он встречается связанным. Самородки встречаются в метеоритах, поэтому для получения элементов требуются дорогие технологии.
  • Из никеля получаются тонкие листы, поскольку при высокой прочности он еще и вязкий.
  • Металл устойчив к коррозии. Он передает это свойство сплаву, в состав которого сам входит.
  • Никелирование используется в промышленности для посуды и столовых приборов, а также в сфере строительства. Покрытые этим элементом материалы долговечны, гигиеничны и безвредны для человека.
  • Сплавы на основе никеля имеют уникальные качества, поэтому их используют для атомных реакторов, реактивных двигателей и прочей техники. Сплавов с использованием никеля существует более 3000.
  • Металл самостоятельно намагничивается, в связи с этим его применяют для создания постоянных магнитов.
  • На производстве никелем заменяют свинец и серебро, поскольку он дешевле и имеет более высокие характеристики электропроводности.

Источники никеля для человека

Дефицит никеля в организме человека крайне редкое явление, в научной литературе практически отсутствует описание симптомов недостатка элемента. Считается, что при нехватке никеля задерживается рост детей, увеличивается уровень сахара в крови, уменьшается количество гемоглобина. Отмечаются патологии в развитии печени, гипопигментации.

Обычный рацион человека полностью удовлетворяет потребность организма в никеле. Богаты элементом следующие продукты:

  • бобовые культуры (горох, соя, фасоль);
  • мясо;
  • рыба и морепродукты;
  • растительные продукты (морковь, капуста, петрушка, редис и т. д.);
  • грибы.

Потребляя обычную питьевую воду, человек усваивает около 25% необходимого ему никеля.

Свойства никеля

Плотность и масса

Никель относится к ряду тяжелых металлов. Его плотность в два раза больше, чем у металла титан, но равна по числовому значению плотности меди.

Численное значение удельной плотности никеля составляет 8902 кг/м3. Атомная масса никеля: 58,6934 а. е. м. (г/моль).

Читайте также:  Белковая пища для похудения: список продуктов

Механические характеристики

Никель обладает хорошей ковкостью и тягучестью. Благодаря этим характеристикам он легко подвергается прокату. Из него довольно просто получить тонкие листы и небольшие трубы.

При температуре от 0 до 631 К никель становится ферромагнитным. Происходит этот процесс благодаря особенному строению внешних оболочек атома никеля.

Известны следующие механические характеристики никеля:

  • Повышенная прочность.
  • Предел прочности равный 450 МПа.
  • Высокопластичность материала.
  • Коррозионная стойкость.
  • Высокая температура плавления.
  • Высокая каталитическая способность.

Механические характеристики описываемого металла зависят от наличия примесей. Самыми опасными и вредными считается сера, свинец, висмут, цинк и сурьма. Если никель насытить газами, то его механические свойства станут хуже.

Тепло- и электропроводность

  • Металл никель имеет следующую теплопроводность: 90,1 Вт/(м·К) (при температуре 25°C).
  • Электропроводность никеля равна 11 500 000 Сим/м.

Коррозионная стойкость

Под коррозионной стойкостью понимается способность металла при воздействии на него агрессивной среды противостоять разрушению. Никель относиться к материалам с высокой стойкостью к коррозии.

Никель не покрывается ржавчиной в нижеперечисленных средах:

  • Окружающая атмосфера. Никель обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам. Если никель находится в условиях промышленной атмосферы, то он всегда покрывается тонкой пленкой, которая приводит к потускнению никеля.
  • Щелочи в горячем и холодном виде, а так же их расплавленные состояния.
  • Органические кислоты.
  • Неорганические кислоты.

Кроме этого, ржавчиной никель не покрывается в горячих спиртах и жирных кислотах. Благодаря этому этот металл широко используют в пищевой промышленности.

Химическая промышленность то же широко использует никель. Это происходит благодаря коррозионной стойкости никеля к воздействию высокой температуры и большой концентрации растворов.

Свойства никеля

Повышенной коррозионной стойкостью обладают сплавы из никеля. Особенно соединения этого металла с железом, молибденом, хромом и медью.

Никель подвержен коррозии при следующих окружающих его условиях:

  • Морская вода.
  • Щелочные растворы гипохлоритов.
  • Сера или любая среда, содержащая серу.
  • Растворы окислительных солей.
  • Гидрат аммиака и аммиачная вода.

Токсичность никеля рассмотрена ниже.

Температуры

Известны следующие термодинамические свойства никеля:

  • Температура плавления никеля: 1726 K или 2647 °F или 1453 °C.
  • Температура кипения никеля: 3005 K или 4949 °F или 2732 °C.
  • Температура литья: 1500-1575 °C.
  • Температура отжига: 750 — 900 °C.

Токсичность и экологичность

В больших количествах никель оказывает токсичное действие на организм. Если речь идет о приеме его с пищей, то повышенное содержание этого элемента обязательно вызовет угрозу для здоровья.

Часто встречающие негативное последствие от переизбытка никеля – это аллергия. Так же при воздействии этого металла (в больших количествах) на организм возникают расстройства желудка и кишечника, обязательно повышается содержание эритроцитов. Никель может вызвать хронический бронхит, почечный стресс и нарушение работы легких. Переизбыток никеля провоцирует рак легкого.

Читайте также:  Водоросли ламинарии для омоложения и похудения

Если вода для питья содержит 250 частиц никеля на миллион частиц воды, то такое содержание может вызвать болезнь крови и проблемы с почками. Однако это довольно редко явление.

Никель содержится в табачном дыме. Вдыхание этого дыма или пыли с содержанием никеля приводит к бронхиту и нарушению функционирования легких. Получить это вещество возможно в условиях вредного производства или в неблагоприятных экологически районах.

Токсичность никеля представляет собой опасность только в случае попадания в организм человека в больших количествах. Если никель используется в промышленности и в строительных делах, то он не опасен.

Другие характеристики

Еще никель имеет следующие характеристики:

  • Удельное электрическое сопротивление никеля равное 68,8 ном·м.
  • В химическом плане никель схож с железом, кобальтом, купрумом и некоторыми благородными металлами.
  • Никель взаимодействует с кислородом при температуре в 500 С.
  • Если никель переходит в мелкодисперсное состояние, то он может самовоспламениться.
  • Никель не реагирует с азотом даже при условии очень высокой температуры.
  • Никель медленнее чем железо растворяется в кислотах.

Лечебные мероприятия

В первую очередь лечение предполагает максимальное ограничение контакта с аллергеном. Негативная симптоматика эффективно снимается с помощью антигистаминных препаратов. Наиболее часто используются такие препараты, как Тавегил, Зодак, Диазолин, Эриус, Зиртек и т.д. Эти лекарственные средства нейтрализуют кожный зуд, снимают отечность. Однако следует помнить, что антигистаминные средства первого поколения обладают побочными свойствами, поэтому при назначении следует учитывать, что они могут вызвать сонливость и заторможенность.

Для выведения токсических веществ, образующихся при аллергии, назначаются энтеросорбенты (Полисорб, Энтеросгель, Полифепан и т.д.). При тяжелом развитии аллергической симптоматики назначаются гормональные средства (Преднизолон, Гидрокортизон и т.д.). Важно помнить, что гормональная терапия используется только в крайнем случае и не более 5 дней, так как эти препараты способны вызвать ряд серьезных проявлений, которые могут потребовать дополнительного лечения.

Немаловажную роль при повышенной реакции на металл имеет соблюдение специальной диеты. Питание должно быть сбалансированным с достаточным количеством витаминов.

Лечебные мероприятия

Необходимо учитывать, что запрещается употреблять в пищу продукты, которые могут вызвать перекрестную симптоматику с никелем. К ним относятся: кабачок, груша, сельдь, грибы, спаржа, бобы, орех. А также томаты, шпинат, лук, изюм, груши, шоколад.

Кроме того, не рекомендуется готовить пищу в никелированной посуде и отказаться от консервирования продуктов, как в домашних условиях, так и в промышленном производстве.