NIKEL: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, KEGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2025

The nikel adalah logam peralihan simbol kimia putih adalah Ni. Kekerasannya lebih besar daripada besi, selain sebagai pengalir haba dan elektrik yang baik, dan secara amnya, ia dianggap logam yang tidak terlalu reaktif dan sangat tahan terhadap kakisan. Dalam keadaan suci, ia berwarna perak dengan warna keemasan.

Pada tahun 1751, Axel Fredrik Cronsted, seorang ahli kimia Sweden, berjaya mengasingkannya dari mineral yang dikenali sebagai Kupfernickel (tembaga syaitan), yang diekstrak dari lombong kobalt di sebuah kampung Sweden. Pada mulanya, Cronsted berpendapat bahawa mineral itu adalah tembaga, tetapi unsur terpencil ternyata berwarna putih, berbeza dengan tembaga.

Sfera nikel di mana nada keemasannya bersinar. Sumber: René Rausch

Cronsted menamakan unsur nikel dan kemudian diketahui bahawa mineral yang disebut kupfernickel adalah nikolit (nikel arsenide).

Nikel diekstrak terutamanya dari dua simpanan: batuan igneus dan pemisahan lain dari magma bumi. Mineralnya bersifat sulfur, seperti pentladit. Sumber nikel kedua adalah laterit, dengan mineral kaya nikel seperti garnierite.

Aplikasi utama nikel adalah dalam pembentukan aloi dengan banyak logam; sebagai contoh, ia terlibat dalam pengeluaran keluli tahan karat, aktiviti perindustrian yang memakan sekitar 70% pengeluaran nikel dunia.

Di samping itu, nikel digunakan dalam aloi seperti alnico, aloi sifat magnetik yang diperuntukkan untuk pembuatan motor elektrik, pembesar suara dan mikrofon.

Nikel mula digunakan dalam pembuatan duit syiling pada pertengahan abad ke-19. Walau bagaimanapun, penggunaannya kini telah digantikan dengan logam yang lebih murah; walaupun terus digunakan di beberapa negara.

Nikel adalah elemen penting bagi tanaman, karena mengaktifkan enzim urease yang mengganggu degradasi urea menjadi amonia, yang dapat digunakan oleh tumbuhan sebagai sumber nitrogen. Tambahan pula, urea adalah sebatian toksik yang menyebabkan kerosakan serius pada tanaman.

Nikel adalah unsur ketoksikan yang besar bagi manusia, ada bukti menjadi agen karsinogenik. Selain itu, nikel menyebabkan dermatitis kontak dan perkembangan alahan.

Sejarah

Zaman dahulu

Lelaki itu tahu sejak zaman dahulu lagi adanya nikel. Sebagai contoh, peratusan nikel 2% dijumpai pada benda gangsa (3500 SM), terdapat di tanah yang kini menjadi milik Syria.

Begitu juga, manuskrip Cina menunjukkan bahawa "tembaga putih", yang dikenali sebagai baitong, digunakan antara tahun 1700 dan 1400 SM. Mineral tersebut dieksport ke Great Britain pada abad ke-17; tetapi kandungan nikel aloi ini (Cu-Ni) tidak ditemui sehingga tahun 1822.

Di Jerman abad pertengahan, terdapat mineral kemerahan, mirip dengan tembaga, dan yang mempunyai bintik hijau. Penambang berusaha mengasingkan tembaga dari bijih, tetapi gagal dalam usaha mereka. Selain itu, hubungan dengan masalah kesihatan yang dihasilkan oleh mineral.

Atas sebab-sebab ini, para pelombong mengaitkan mineral tersebut kepada keadaan ganas dan memberikannya nama yang berbeza yang menggambarkan keadaan ini; seperti "Old Nick", juga kupfernickel (tembaga syaitan). Sekarang diketahui bahawa mineral tersebut adalah nikolit: nikel arsenide, NiAs.

Penemuan dan pengeluaran

Pada tahun 1751, Axel Fredrik Cronsted berusaha mengasingkan tembaga dari kupfernickel, yang diperoleh dari lombong kobalt yang terletak berhampiran Los Halsinglandt, sebuah kampung Sweden. Tetapi dia hanya berjaya memperoleh logam putih, yang hingga kini tidak diketahui dan menyebutnya nikel.

Mulai tahun 1824, nikel diperoleh sebagai produk sampingan dari pengeluaran biru kobalt. Pada tahun 1848, sebuah peleburan didirikan di Norway untuk memproses nikel yang ada di pirrotit mineral.

Pada tahun 1889, nikel diperkenalkan ke dalam produksi baja, dan deposit yang ditemukan di Kaledonia Baru menyediakan nikel untuk konsumsi dunia.

Hartanah

Penampilan

Putih keperakan, berkilau dan dengan sedikit warna keemasan.

Berat atom

58.9344 u

Nombor atom (Z)

28

Takat lebur

1,455 ºC

Takat didih

2,730 ºC

Ketumpatan

-Pada suhu bilik: 8.908 g / mL

-Pada titik lebur (cecair): 7,81 g / mL

Panas pelakuran

17.48 kJ / mol

Haba pengewapan

379 kJ / mol

Kapasiti kalori molar

26.07 J / mol

Elektronegativiti

1.91 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Tahap pengionan pertama: 737.1 kJ / mol

Tahap pengionan kedua: 1,753 kJ / mol

Tahap pengionan ketiga: 3,395 kJ / mol

Radio atom

Empirikal 124 malam

Jejari kovalen

124.4 ± 4 petang

Kekonduksian terma

90.9 W / (m K)

Ketahanan elektrik

69.3 nΩ m pada 20 ºC

Kekerasan

4.0 pada skala Mohs.

ciri-ciri

Nikel adalah logam yang lentur dan lentur dan mempunyai kekerasan yang lebih besar daripada besi, menjadi konduktor elektrik dan haba yang baik. Ia adalah logam feromagnetik pada suhu normal, suhu Curie 358ºC. Pada suhu yang lebih tinggi daripada ini, nikel tidak lagi feromagnetik.

Nikel adalah salah satu dari empat unsur feromagnetik, tiga yang lain adalah: besi, kobalt, dan gadolinium.

Isotop

Terdapat 31 isotop nikel, dibatasi oleh ⁴⁸ Ni dan ⁷⁸ Ni.

Terdapat lima isotop semula jadi: ⁵⁸ Ni, dengan kelimpahan 68,27%; ⁶⁰ Ni, dengan kelimpahan 26.10%; ⁶¹ Ni, dengan kelimpahan 1.13%; ⁶² Ni, dengan kelimpahan 3.59%; dan ⁶⁴ Ni, dengan kelimpahan 0.9%.

Berat atom sekitar 59 u untuk nikel menunjukkan bahawa tidak ada dominasi yang ketara di mana-mana isotop (walaupun ⁵⁸ Ni adalah yang paling banyak).

Struktur dan konfigurasi elektronik

Logam nikel mengkristal menjadi struktur kubik berpusat muka (fcc). Fasa fcc ini sangat stabil, dan tetap tidak berubah hingga tekanan mendekati 70 GPa; Terdapat sedikit maklumat bibliografi mengenai fasa atau polimorf nikel di bawah tekanan tinggi.

Morfologi kristal nikel berubah-ubah, kerana ia dapat disusun sedemikian rupa sehingga mereka menentukan nanotube. Sebagai pepejal nanopartikel atau makroskopik, ikatan logam tetap sama (secara teori); ia adalah elektron valensi yang sama yang menyatukan atom Ni.

Menurut dua kemungkinan konfigurasi elektronik untuk nikel:

3d ⁸ 4s ²

3d ⁹ 4s ¹

Sepuluh elektron terlibat dalam ikatan logam; sama ada lapan atau sembilan di orbit 3d, bersama dengan dua atau satu di orbit 4s. Perhatikan bahawa jalur valensi hampir penuh, hampir membawa elektronnya ke jalur konduksi; fakta yang menjelaskan kekonduksian elektriknya yang agak tinggi.

Struktur fcc Nickel sangat stabil sehingga bahkan digunakan oleh keluli apabila ditambahkan ke dalamnya. Oleh itu, besi tahan karat dengan kandungan nikel yang tinggi juga fcc.

Nombor pengoksidaan

Nikel, walaupun tidak kelihatan seperti itu, juga mempunyai bilangan atau keadaan pengoksidaan yang banyak. Negatif jelas mengetahui bahawa kekurangan dua elektron untuk menyelesaikan sepuluh orbit 3dnya; dengan itu, ia dapat memperoleh satu atau dua elektron , masing-masing mempunyai nombor pengoksidaan -1 (Ni ^- ) atau -2 (Ni ^2- ).

Nombor pengoksidaan yang paling stabil untuk nikel adalah +2, dengan anggapan adanya kation Ni ²⁺ , yang telah kehilangan elektron orbit 4s dan mempunyai lapan elektron dalam orbit 3d (3d ⁸ ).

Terdapat juga dua nombor pengoksidaan positif yang lain: +3 (Ni ³⁺ ) dan +4 (Ni ⁴⁺ ). Di peringkat sekolah atau sekolah menengah, nikel hanya diajarkan untuk wujud sebagai Ni (II) atau Ni (III), kerana ia adalah nombor pengoksidaan yang paling biasa dijumpai dalam sebatian yang sangat stabil.

Dan apabila ia adalah logam nikel yang merupakan sebahagian daripada sebatian, iaitu dengan atom Ni yang netral, maka dikatakan untuk berpartisipasi atau mengikat dengan bilangan pengoksidaan 0 (Ni ⁰ ).

Di manakah nikel dijumpai?

Mineral dan laut

Nikel merupakan 0,007% kerak bumi, sehingga jumlahnya rendah. Tetapi, ia masih merupakan logam kedua paling banyak setelah besi dalam teras lebur bumi, yang dikenali sebagai Nife. Air laut mempunyai kepekatan nikel purata 5.6 · 10 ^-4 mg / L.

Biasanya terdapat di batuan igneus, pentlandit, mineral yang terbentuk dari besi dan nikel sulfida, menjadi salah satu sumber utama nikel:

Batu terdiri daripada mineral pentlandit dan pirrotit. Sumber: John Sobolewski (JSS)

Pentlandit mineral terdapat di Sudbury, Ontario, Kanada; salah satu simpanan utama logam ini di dunia.

Pentlandit mempunyai kepekatan nikel antara 3 dan 5%, dikaitkan dengan pirrotit, sulfida besi yang kaya akan nikel. Mineral-mineral ini terdapat dalam batuan, hasil dari pemisahan magma bumi.

Laterit

Sumber nikel penting lain adalah laterit, terdiri dari tanah gersang di kawasan panas. Mereka kekurangan silika dan memiliki beberapa mineral, termasuk: garnierite, silikat nikel magnesium; dan limonit, bijih besi

Ia digunakan dalam aloi dengan besi terutama untuk pengeluaran keluli tahan karat, kerana 68% pengeluaran nikel digunakan untuk tujuan ini.

Ia juga membentuk aloi dengan tembaga, tahan terhadap kakisan. Aloi ini terdiri daripada 60% nikel, 30% tembaga dan sejumlah kecil logam lain, terutama besi.

Nikel digunakan dalam aloi tahan, magnetik dan untuk tujuan lain, seperti nikel perak; dan aloi yang terdiri daripada nikel dan tembaga, tetapi tidak mengandungi perak. Tiub Ni-Cu digunakan pada tanaman penyahgaraman, pelindung dan pembuatan syiling.

Nikel memberikan kekuatan dan kekuatan tegangan pada aloi yang membina ketahanan terhadap kakisan. Selain aloi dengan tembaga, besi dan kromium, ia digunakan dalam aloi dengan gangsa, aluminium, plumbum, kobalt, perak dan emas.

Aloi Monel terdiri daripada nikel 17%, tembaga 30% dan dengan jejak besi, mangan dan silikon. Ia tahan terhadap air laut, yang menjadikannya ideal untuk digunakan pada baling-baling kapal.

Tindakan pelindung

Nikel yang bertindak balas dengan fluorin membentuk lapisan pelindung unsur fluor, yang memungkinkan logam nikel atau aloi Monel digunakan dalam saluran gas fluor.

Nikel tahan terhadap tindakan alkali. Atas sebab ini digunakan dalam bekas yang mengandungi natrium hidroksida pekat. Ia juga digunakan dalam penyaduran elektrik untuk membuat permukaan pelindung bagi logam lain.

Kegunaan lain

Nikel digunakan sebagai agen pengurangan bagi enam logam dari kumpulan mineral platinum di mana ia digabungkan; terutamanya platinum dan paladium. Buih nikel atau mesh digunakan dalam pembuatan elektrod untuk bateri bahan bakar alkali.

Nikel digunakan sebagai pemangkin hidrogenasi asid lemak sayuran tak jenuh, yang digunakan dalam proses pembuatan marjerin. Tembaga dan aloi Cu-Ni mempunyai tindakan antibakteria pada E. coli.

Nanopartikel

Nanopartikel nikel (NPs-Ni) menemui pelbagai penggunaan kerana luas permukaannya lebih besar berbanding dengan sampel makroskopik. Apabila NP-Ni ini disintesis dari ekstrak tumbuhan, mereka mengembangkan aktiviti antimikroba dan antibakteria.

Sebab yang disebutkan di atas adalah kerana kecenderungannya yang lebih besar untuk mengoksidasi ketika bersentuhan dengan air, membentuk kation Ni ²⁺ dan spesies oksigen yang sangat reaktif, yang menggambarkan sel mikroba.

Sebaliknya, NP-Ni digunakan sebagai bahan elektrod dalam sel bahan api pepejal, serat, magnet, cecair magnetik, bahagian elektronik, sensor gas, dll. Begitu juga, mereka adalah penyokong pemangkin, penyerap, agen pemutihan dan pembersih air sisa.

-Komposit

Nikel klorida, nitrat dan sulfat digunakan dalam mandi nikel dalam penyaduran elektrik. Selanjutnya, garam sulfatnya digunakan dalam penyediaan pemangkin dan mordan untuk pewarnaan tekstil.

Nikel peroksida digunakan dalam bateri simpanan. Ferit nikel digunakan sebagai teras magnetik dalam antena dalam pelbagai peralatan elektrik.

Nikel tertracarbonyl menyediakan karbon monoksida untuk sintesis akrilat, dari asetilena dan alkohol. Gabungan oksida barium dan nikel (BaNiO ₃ ) berfungsi sebagai bahan mentah untuk pembuatan katod banyak bateri boleh dicas semula, seperti Ni-Cd, Ni-Fe dan Ni-H.

Peranan biologi

Tumbuhan memerlukan kehadiran nikel untuk pertumbuhannya. Ia dikenali sebagai kofaktor oleh pelbagai enzim tumbuhan, termasuk urease; enzim yang mengubah urea menjadi amonia, dapat menggunakan sebatian ini dalam fungsi tanaman.

Selain itu, pengumpulan urea menghasilkan perubahan pada daun tanaman. Nikel bertindak sebagai pemangkin untuk mempromosikan fiksasi nitrogen oleh kekacang.

Tanaman yang paling sensitif terhadap kekurangan nikel adalah kekacang (kacang dan alfalfa), barli, gandum, plum dan pic. Kekurangannya ditunjukkan pada tanaman oleh klorosis, kejatuhan daun dan kekurangan pertumbuhan.

Dalam beberapa bakteria, enzim urease bergantung pada nikel, tetapi dianggap bahawa ini dapat memiliki tindakan virulen pada organisma yang mereka tinggali.

Enzim bakteria lain, seperti superoxide dismutase, serta glikidase yang terdapat pada bakteria dan beberapa parasit, misalnya pada trypanosomes, bergantung pada nikel. Walau bagaimanapun, enzim yang sama pada spesies yang lebih tinggi tidak bergantung pada nikel tetapi pada zink.

Risiko

Pengambilan sejumlah besar nikel dikaitkan dengan penghasilan dan perkembangan barah paru-paru, hidung, laring dan prostat. Di samping itu, ia menyebabkan masalah pernafasan, kegagalan pernafasan, asma, dan bronkitis. Wasap nikel boleh menyebabkan kerengsaan paru-paru.

Sentuhan nikel dengan kulit boleh menyebabkan kepekaan, yang kemudian menghasilkan alergi, yang dimanifestasikan sebagai ruam pada kulit.

Pendedahan kulit pada nikel boleh menyebabkan dermatitis yang dikenali sebagai "gatal nikel" pada orang yang sebelumnya sensitif. Setelah kepekaan terhadap nikel, ia berterusan selama-lamanya.

Agensi Antarabangsa untuk Penyelidikan Kanser (IARC) telah meletakkan sebatian nikel dalam Kumpulan 1 (terdapat bukti yang cukup mengenai karsinogenik pada manusia). Walau bagaimanapun, OSHA tidak mengatur nikel sebagai karsinogen.

Adalah disarankan agar pendedahan kepada nikel logam dan sebatiannya tidak boleh melebihi 1 mg / m ³ selama lapan jam bekerja dalam seminggu selama empat puluh jam. Karbonil nikel dan nikel sulfida adalah sebatian beracun atau karsinogenik.

Rujukan

1. Muhammad Imran Din dan Aneela Rani. (2016). Kemajuan Terkini dalam Sintesis dan Penstabilan Nanopartikel Nikel dan Nikel Oksida: Kemahiran Hijau. Jurnal Antarabangsa Analisis Kimia, vol. 2016, ID Artikel 3512145, 14 halaman, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Zarah Nano Berasaskan Nikel sebagai Adsorben dalam Kaedah Pembersihan Air - Satu Tinjauan. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikel. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Institut Nikel. (2018). Keluli tahan karat: Peranan nikel. Dipulihkan dari: nickelinstitute.org
5. Penyunting Encyclopaedia Britannica. (20 Mac 2019). Nikel. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
6. Troy Buechel. (05 Oktober 2018). Peranan nikel dalam penanaman tanaman. Promix. Dipulihkan dari: pthorticulture.com
7. Lenntech. (2019). Jadual berkala: Nikel. Dipulihkan dari: lenntech.com
8. Bell Terence. (28 Julai 2019). Profil logam nikel. Dipulihkan dari: thebalance.com
9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun 2018). 10 Fakta Elemen Nikel. Dipulihkan dari: thinkco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). Kesan penambahan nikel pada sifat antimikroba, fizikal, dan mekanikal aloi tembaga-nikel terhadap penggantungan Escherichia coli. Prosiding Persidangan AIP 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727