Nichel

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Nichel
Aspetto
Aspetto dell'elemento
metallo lucido
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico nichel, Ni, 28
Serie metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco 10, 4, d
Densità 8908 kg/m3
Durezza 4,0
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 58,6934 amu
Raggio atomico (calc.) 135 (149) pm
Raggio covalente 121 pm
Raggio di van der Waals 163 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d84s2
e per livello energetico 2, 8, 16, 2
Stati di ossidazione 2,3 (debolmente basico)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia solido (ferromagnetico)
Punto di fusione 1728 K (1455 °C)
Punto di ebollizione 3186 K (2913 °C)
Volume molare 6,59 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 370,4 kJ/mol
Calore di fusione 17,47 kJ/mol
Tensione di vapore 237 Pa a 1726 K
Velocità del suono 4970 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-02-0
Elettronegatività 1,91 (Scala di Pauling)
Calore specifico 440 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica 14,3 × 106 /(m·ohm)
Conducibilità termica 90,7 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione 737,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1753 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 3395 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 5300 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
56Ni sintetico 6,077 giorni ε 2,136 56Co
58Ni 68,077% Ni è stabile con 30 neutroni
59Ni sintetico 76000 anni ε 1,072 59Co
60Ni 26,233% Ni è stabile con 32 neutroni
61Ni 1,14% Ni è stabile con 33 neutroni
62Ni 3,634% Ni è stabile con 34 neutroni
63Ni sintetico 100,1 anni β- 2,137 63Cu
64Ni 0,926% Ni è stabile con 36 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il nichel (o nichelio) è l'elemento chimico di numero atomico 28. Il suo simbolo è Ni.

Il nome deriva dal nome svedese Nickel, diminutivo di Nicolaus, anticamente associato a persona da poco, folletto o ragazzo irrequieto, troppo pieno di vitalità[1]. Esiste poi il derivato tedesco Kupfernickel ("rame del diavolo"), nome dato dai minatori a questo elemento un tempo senza valore.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Il nichel si usa almeno dal 3500 a.C.; alcuni bronzi provenienti da quella che è oggi la Siria contengono fino al 2% di nichel. Inoltre esistono alcuni manoscritti cinesi che suggeriscono che il "rame bianco" (paitung) fosse in uso in Oriente fra il 1700 e il 1400 a.C. Comunque, poiché i minerali di nichel possono facilmente essere confusi con minerali di argento, l'uso consapevole del nichel in quanto tale data dall'era contemporanea.

I minerali che contengono nichel (come la niccolite, o falso rame) erano apprezzati anticamente per il colore verde che conferivano al vetro. Nel 1751 il barone Axel Frederik Cronstedt, tentando di estrarre rame dalla niccolite ottenne invece un metallo bianco che battezzò nichel, dal Tedesco kupfernickel (falso rame) o da nickel (folletto, diavoletto)

La prima moneta di nichel puro venne coniata nel 1881, mentre monete in nichel-rame vennero emesse da tre sovrani del regno indo-greco nel II secolo a.C.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

Il nichel è un metallo argenteo. Appartiene al gruppo del ferro, ed è duro, malleabile e duttile.

Il nichel è uno dei cinque elementi ferromagnetici. Si accompagna molto spesso con il cobalto: entrambi si possono trovare nel ferro meteorico. È assai apprezzato per le proprietà che conferisce alle leghe metalliche di cui fa parte. A causa della particolare lega usata, la moneta americana detta "nichelino"[2] (nickel) non è ferromagnetica, mentre l'equivalente canadese lo era fino all'anno di conio 1958 compreso.

Lo stato di ossidazione più comune del nichel è +2, ma sono stati osservati anche complessi di nichel in stati di ossidazione 0, +1 e +3.

Disponibilità[modifica | modifica sorgente]

Il grosso di tutto il nichel viene estratto da due tipi di deposito minerale; il primo tipo sono lateriti in cui il minerale principale sono limonite nichelifera [(Fe,Ni)O(OH)] e garnierite (un silicato idrato di nichel). Il secondo tipo sono depositi di solfuri di origine magmatica in cui il principale minerale è la pentlandite [(Ni,Fe)9S8].

Il nichel si trova anche nella kamacite, una lega naturale di ferro e nichel.

Le riserve maggiori di nichel sono in Australia e Nuova Caledonia e ammontano a circa il 45% delle riserve totali note.

Si stima però che, a partire dalle zone emerse in cui si è osservato almeno 1% di concentrazione di nichel, le risorse di nichel disponibili siano almeno 130 milioni di tonnellate (circa il doppio delle riserve già note). Il 60% sono in lateriti il 40% in depositi di solfuri.

Nel 2011, la Russia è stato il più grande produttore di nickel con circa il 20% della produzione mondiale seguito da vicino da Canada, Australia, Indonesia e Filippine, come riportato da "US Geological Survey"[3].

Produzione mondiale di nichel nel 2005.

Isotopi[modifica | modifica sorgente]

Gli isotopi stabili esistenti in natura sono 5: 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni e 64Ni. 58Ni è il più abbondante (68,077%).

Del nichel sono stati inoltre identificati 18 isotopi radioattivi, dei quali il più stabile è 59Ni, con un'emivita di 76.000 anni, seguito da 63Ni (100,1 anni) e 56Ni (6,077 giorni). Tutti gli altri isotopi hanno un'emivita inferiore alle 60 ore e nella maggior parte di essi inferiore ai 30 secondi.

56Ni viene prodotto in grandi quantità nelle supernove di tipo II; lo spettro della luce di queste supernove corrisponde a quello atteso dal decadimento di 56Ni in 56Co e successivamente in 56Fe.

59Ni è un radionuclide di origine cosmica che a causa del suo tempo di dimezzamento trova impiego in geologia per eseguire datazioni. È stato usato per datare l'età delle meteoriti e per stimare l'abbondanza di pulviscolo cosmico nei ghiacci e nei sedimenti terrestri.

60Ni è il prodotto di decadimento dell'estinto radionuclide 60Fe (emivita: 1,5 milioni di anni). L'abbondanza di 60Ni presente in materiale di origine extra-terrestre può aiutare a far luce sull'origine e sulla storia del sistema solare.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Circa il 65% del nichel consumato nel mondo occidentale viene impiegato per fabbricare acciaio inox austenitico; un altro 12% viene impiegato in superleghe. Il restante 23% del fabbisogno è diviso fra altri tipi di acciaio, batterie ricaricabili, catalizzatori e altri prodotti chimici, conio, prodotti per fonderia e placcature.

Data la sua ottima resistenza all'ossidazione, l'uso del nichel riguarda:

Importanza biologica[modifica | modifica sorgente]

Molti (ma non tutti) gli enzimi del tipo idrogenasi contengono nichel in aggiunta agli aggregati ferro-zolfo. I siti nichel in queste idrogenasi hanno il compito di ossidarsi piuttosto che di sviluppare idrogeno: pare che il sito nichel cambi il suo stato di ossidazione durante l'azione dell'enzima, e sono state presentate prove a sostegno dell'ipotesi che i centri nichel siano i reali siti attivi di questa classe di enzimi.

Un coenzima nichel-tetrapirrolo, il Co-F430, è presente nella metil-CoM-riduttasi e nei batteri metanogeni. Il tetrapirrolo è un intermedio nella struttura fra porfirina e corrina. Di recente sono state osservate variazioni sia nello stato di ossidazione che nel tipo di coordinazione del nichel all'interno di tale enzima.

Esiste anche una carbonio-monossido-deidrogenasi contenente nichel, ma si sa molto poco sulla sua struttura.

Precauzioni[modifica | modifica sorgente]

Simboli di rischio chimico

nocivo irritante
pericolo


frasi H: 351 - 372 - 317 - 412
consigli P: 281 - 273 - 308+313 - 302+352 [4]


Le sostanze chimiche
vanno manipolate con cautela

Avvertenze

L'esposizione (TLV-TWA) al nichel metallico ed ai suoi sali solubili non dovrebbe superare gli 0,05 mg/m3 per 40 ore a settimana; fumi e polveri di solfuro di nichel sono considerati cancerogeni; molti altri composti del nichel sono sospetti cancerogeni.

Il nichel tetracarbonile ([Ni(CO)4]) è un gas estremamente tossico la cui tossicità è la combinazione della tossicità del metallo con la tendenza che il composto ha a dissociarsi liberando monossido di carbonio, anch'esso altamente tossico.

Persone particolarmente sensibilizzate possono mostrare una allergia al nichel che si manifesta sulle zone della pelle esposte ad esso. L'Unione Europea regola per decreto la quantità di nichel che può essere contenuta in prodotti che sono a contatto con la pelle. Nel 2002 in un articolo della rivista Nature alcuni ricercatori hanno dimostrato che le monete da 1 e 2 euro eccedono questi limiti. Sembra che questo sia dovuto ad una reazione galvanica.

Leghe di nichel[modifica | modifica sorgente]

Come detto in precedenza, il nichel è un elemento che presenta le seguenti caratteristiche

  • elevata duttilità
  • ottima resistenza alla corrosione
  • ottima resistenza meccanica ad alte temperature

Con l'aggiunto di alcuni elementi di lega è possibile enfatizzare alcune di tali proprietà. Ad esempio l'aggiunta di molibdeno e cromo aumenta la resistenza alla corrosione della lega.

Una comune applicazione delle leghe di nichel è ad esempio nei materiali strutturali impiegati nella costruzione dei turbogas. In tali impianti infatti coesistono condizioni molto avverse per i materiali quali: alte temperature, ambiente corrosivo ed alte sollecitazioni.

Si evidenziano in particolare tre diverse leghe di nichel.

  1. Nichel commercialmente puro
  2. Leghe nichel-cromo
  3. Leghe nichel-cromo-ferro

Il nichel commercialmente puro è identificato solitamente con una numerazioni standard (Es: 200, 201, 270) . Tali leghe sono induribili mediante incrudimento, a tali leghe spesso vengono aggiunti particolari alliganti quali Alluminio e Titanio al fine di migliorarne le capacità meccaniche.

Le leghe di nichel-cromo (chiamate anche Nimonic) sono costituite generalmente da circa l'80% di nichel e da circa il 20% di cromo, più piccole percentuali di altri alliganti; sono leghe con le seguenti proprietà

  • Ottima resistenza alla corrosione dovuta anche alla presenza del cromo che ossidando genera una patina protettiva sulla superficie del pezzo
  • Basso carico di snervamento

Le leghe nichel-cromo-ferro (Inconel o Hastelloy a seconda degli elementi di lega disciolti) sono leghe solitamente composte da circa il 70% di nichel, il 20% di cromo, il 10% di ferro più piccole percentuali di altri alliganti. Il ferro in particolare serve a sostituire il nichel che risulta essere molto più costoso. In particolare le Hastelloy (forte presenza di molibdeno) risultano particolarmente efficaci nella resistenza alla corrosione.

Citazioni letterarie[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Ottavio Lurati, Toponymie et géologie, in Quaderni di semantica, anno XXIX, numero 2, dicembre 2008, 446.
  2. ^ Effettivamente, vengono indicate con questo nome tutte le monete di piccolo taglio a base di nichel, come anche quella da 20 centesimi di lira, coniata da re Umberto I di Savoia. Si veda lamoneta.it.
  3. ^ Peter H. Kuck, Mineral Commodity Summaries 2012: Nickel, United States Geological Survey. URL consultato il 19 novembre 2008.
  4. ^ scheda del nichel in polvere su IFA-GESTIS

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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