Nikl

český názevNikl
latinský názevNiccolum
anglický názevNickel
chemická značkaNi
protonové číslo28
relativní atomová hmotnost58,6934
perioda4
skupinaVIII.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu1751
objevitelAxel Fredrik Cronstedt
teplota tání [°C]1453
teplota varu [°C]2913
hustota [g cm-3]8,908
hustota při teplotě tání [g cm-3]7,81
elektronegativita1,91
standardní el. potenciál [V]-0,23
oxidační stavyI, II, III, IV
elektronová konfigurace[Ar]3d8 4s2
atomový poloměr [pm]184
specifické teplo [J g-1K-1]0,44
slučovací teplo [kJ mol-1]17,47
tepelná vodivost [W m-1 K-1]91
elektrická vodivost [S m-1]1,4.107
1. ionizační potenciál [eV]7,6398
2. ionizační potenciál [eV]18,168
3. ionizační potenciál [eV]35,17
tvrdost podle Mohse4
tvrdost podle Vickerse [MPa]638
tvrdost podle Brinella [MPa]700
modul pružnosti ve smyku [GPa]76
modul pružnosti v tahu [GPa]200
Curieův bod [K]631
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce niklu

Chemický prvek nikl je stříbrobílý, lesklý, kujný a tažný kov s feromagnetickými vlastnostmi. Kompaktní nikl za normálních podmínek dobře odolává vzduchu i vodě. Ve zředěných kyselinách se nikl velmi pomalu rozpouští za vzniku vodíku a nikelnaté soli příslušné kyseliny:

Ni + 2HCl → NiCl2 + H2

Koncentrovanou kyselinou dusičnou je nikl pasivován a nerozpouští se v ní, reakce se zředěnou kyselinou dusičnou probíhá bez vývoje vodíku:

3Ni + 8HNO3 → 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O

S taveninami alkalických hydroxidů reaguje za vzniku alkalických niklitanů [NiO2]-.

Za vyšších teplot se nikl přímo slučuje s fluorem, chlorem, bromem, sírou, antimonem, arsenem a fosforem. Za laboratorní teploty reaguje s některými binárními sloučeninami fosforu, práškový nikl již od teploty 50°C reaguje s CO za vzniku těkavého tetrakarbonylu [Ni(CO)4], komplaktní kovový nikl reaguje za vyšších teplot s oxidem uhelnatým za vzniku černého karbidu Ni3C. Při teplotách nad 1200°C explozívně reaguje s hliníkem za vzniku sloučenin AlNi, Al2Ni a Al3Ni. S dusíkem nikl přímo nereaguje, nitrid Ni3N je možné získat reakcí niklu s amoniakem při teplotě okolo 450°C:

6Ni + 2NH3 → 2Ni3N + 3H2

Sloučeniny

Ve sloučeninách vystupuje nikl většinou jako dvoumocný, vodné roztoky nikelnatých solí mají charakteristické světle zelené zbarvení, s výjimkou roztoku kyanidu nikelnatého Ni(CN)2, který je v alkalickém prostředí výrazně zlatý. Bezvodé nikelnaté soli bývají obvykle žluté nebo hnědé, ale bezvodý dusitan nikelnatý Ni(NO2)2 je tmavě červený. Také nerozpustné sloučeniny dvoumocného niklu bývají obvykle zelené s výjimkou černého sulfidu nikelnatého NiS, selenidu nikelnatého NiSe a telluridu nikelnatého NiTe, arsenid nikelnatý NiAs a antimonid nikelnatý NiSb jsou červené, chroman nikelnatý NiCrO4 je hnědý.

Trojmocný nikl se vyskytuje v černém oxidu niklitém Ni2O3, fluoridu niklitém NiF3 nebo v komplexním hexafluoroniklitanu draselném K3[NiF6], čtyřmocný nikl je znám v oxidu nikličitém NiO2 nebo v komplexní sloučenině hexafluoronikličitanu draselném K2[NiF6], jednomocný nikl se vyskytuje v podvojném kyanidu NiCN·2KCN.

Nikl tvoří velké množství koordinačních sloučenin. Kvalitativní důkaz niklu se provádí 1% roztokem dimethylglyoximu C4H8N2O2 v 96% ethanolu (Čugajevovo činidlo) - vzniká karmínově červená sraženina komplexní sloučeniny niklu. Čugajevovo činidlo se také používá k důkazu dvoumocného palladia a platiny - vznikají žluté sraženiny komplexních sloučenin příslušných kovů.

Výskyt niklu v přírodě

V přírodě se nikl vyskytuje jako ryzí kov a v rudách, často doprovázený kobaltem. Průměrný obsah niklu v zemské kůře je 84 ppm. Přírodní nikl je směsí pěti stabilních izotopů. Největší zastoupení (68,1 %) má izotop 58Ni. Uměle bylo připraveno dalších 18 radioaktivních izotopů niklu s nukleovými čísly 52 až 76.

Nikl je silně chalkofilní prvek, mezi jeho minerály proto výrazně převažují sulfidy a příbuzné nerosty 2. třídy, mezi nečetné výjimky patří např. hydroxid 4.třídy theophrastit Ni(OH)2, sulfát 7.třídy nakaurit (Mn,Ni,Cu)8(SO4)4(CO3)(OH)6·48H2O nebo silikát 9.třídy pimelit Ni3Si4O10(OH)2·4H2O.

Nejdůležitější niklové rudy jsou nikelin (niccolit) NiAs, breithauptit NiSb a pentlandit (Ni,Fe)9S8. Pentlandit obsahuje obvykle vysoké příměsi ruthenia a je jeho nejdůležitějším zdrojem. K dalším známým minerálům s obsahem niklu patří např. millerit NiS, rammelsbergit NiAs2, niklskutterudit NiAs3, annabergit Ni3(AsO4)2·8H2O, bunsenit NiO, dienerit Ni3As, imgreit NiTe, melonit NiTe2 nebo sederholmit NiSe.

Nejvyšší obsah niklu (78,58 % Ni) má ze všech nerostů bunsenit NiO. Celkem je známo téměř 200 nerostů s obsahem niklu. Perspektivní zdroj niklu jsou polymetalické konkrece niklu sorbovaného v oxidech železa a manganu na dně Tichého a Indického oceánu.

V roce 2012 dosáhla světová těžba rud niklu hodnoty 2,1 Mt, 330 kt niklových rud se vytěžilo na Filipínách, 320 kt v Indonézii, 270kt v Rusku, 230 kt v Austrálii a 220 kt v Kanadě. Celosvětové těžitelné zásoby niklových rud jsou 75 Mt, z toho připadá 20 Mt na Austrálii, 12 Mt je v Nové Kaledonii, 5,5 Mt zásob je v Brazílii, 6,1  Mt v Rusku a 5,5 Mt na Kubě. Celkové zásoby činí více než 130 Mt.

Těžba niklu na území ČR

Na území ČR se v současnosti nenacházejí žádné evidované zdroje niklu, ve dvacátých letech minulého století se niklová ruda těžila ve dvou malých dolech ve Šluknově a v Rožanech u Šluknova. Ve zdejším ložisku magmatického původu se nikl vyskytoval jako izomorfní příměs v pyrrhotinu, kovnatost dosahovala až 7% niklu. Během 2. světové války bylo poměrně bohaté ložisko hydrosilikátových niklových rud s kovnatostí až 6% objeveno v Křemži, ale průmyslová těžba niklu v Křemži nebyla zahájena. V roce 2010 bylo dovezeno 7 t niklových rud a 2600 t surového niklu. Průměrná dovozní cena niklových rud nebo jejich koncentrátů činila 400 000 Kč/t a 450 000 Kč/t u surového kovu.

Výroba a využití niklu

Surový kovový nikl připravil v roce 1751 švédský chemik a mineralog baron Axel Fredrik Cronstedt (23.12.1722 - 10.8.1765) redukcí oxidu uhlím a moukou.

Nejběžnějším způsobem výroby ze sulfidických niklových rud je Orfordův proces výroby niklu, který spočívá v tavení niklové rudy za přítomnosti síranu sodného a koksu. Nikl ze sulfidu přechází na oxid, který je následně redukován na surový kov:

2Ni3S2 + 7O2 → 6NiO + 4SO2
NiO + C → Ni + CO

Surový hutní nikl se rafinuje elektrolyticky. Starší způsob rafinace niklu spočíval v tepelném rozkladu těkavého tetrakarbonylu Ni(CO)4 - Mondův proces rafinace niklu.

Mokrý způsob výroby niklu spočívá v redukci niklové rudy vodním plynem a v následném loužení amoniakálním roztokem uhličitanu amonného. Vzniklý nikelnatý komplex se rozkládá vodní parou na zásaditý uhličitan nikelnatý, ze kterého se po rozpuštění v kyselině sírové elektrolyticky získává čistý kovový nikl:

Ni + 1/2O2 + (NH4)2CO3 + 4NH3 + H2O → Ni(NH3)4CO3 + 2NH4OH
5Ni(NH3)4CO3 + 3H2O → 2NiCO3·3Ni(OH)2 + 20NH3 + 3CO2

Odpadní anodové kaly po elektrolytické rafinaci niklu jsou důležitým zdrojem kobaltu, ruthenia, osmia, iridia a dalších prvků.

Slitiny niklu

Praktické využití nachází nikl zejména složka celé řady různých slitin. Podle využití se niklové slitiny rozdělují na konstrukční slitiny, slitiny se zvláštními fyzikálními vlastnostmi a slitiny žárupevné a žáruvzdorné.

Mezi nejdůležitější slitiny niklu patří zejména:

Přídavek niklu, jako austenitotvorné složky, do oceli podstatně ovlivňuje její houževnatost a kujnost, ve slitinách hliníku zvyšuje jejich pevnost za vysokých teplot. Superelastická slitina niklu s titanem se pod názvem nitinol používá v medicíně pro výrobu stentů (tubulárních implantátů) sloužících ke zprůchodnění tělních trubic.

Slitina 89% Ni a 11% P patří mezi kovová skla (amorfní kovy) a používá se jako tvrdá pájka pro pájení v kosmické technice.

Sloučeniny niklu se používají jako pigmenty a katalyzátory, např. tetrakarbonyl niklu katalyzuje některé cyklizační a karbonylační organické reakce, tzv. Reppeho syntézy (polymerace acetylenu na cyklické olefiny a aromatické sloučeniny, nebo syntéza kyseliny akrylové z acetylenu, vody a oxidu uhelnatého). Hydridový komplex [Ni]-H je katalyzátorem oligomerizace alkenů při výrobě α-olefinů metodou SHOP (Shell Higher Olefin Process). Fluorid nikelnatý NiF2 se používá jako katalyzátor při přípravě fluoridu chlorečného ClF5. Fluorid niklitý NiF3 slouží jako fluorační činidlo v organické chemii. Hydroxid nikelnatý Ni(OH)2 je základní složkou náplně Ni-Cd a Ni-Fe akumulátorů. Dusičnan nikelnatý Ni(NO3)2 se používá jako součást hnědých keramických glazur. Uhličitan nikelnatý NiCO3 slouží k přípravě lázní pro galvanické poniklování. Chlorid nikelnatý NiCl2 a jodid nikelnatý NiI2 katalyzují některé organické reakce. Titaničitan nikelnatý NiTiO3 slouží jako žlutý pigment. Chroman nikelnatý NiCrO4 se používá jako žáruvzdorný ochranný nátěr. Oxid nikelnatý NiO katalyzuje hydrogenační reakce. Oxid niklitý Ni2O3 slouží jako katalyzátor při výrobě kyseliny benzoové oxidací benzylalkoholu. Intermetalické sloučeniny NiAl, Ni3Al a NiAl3 se používají na ochranné povlaky lopatek plynových turbín a proudových motorů. Hexafluoronikličitan draselný K2[NiF6] se používá v laboratorní praxi jako velmi silné oxidační činidlo. Borid Ni2B se používá v organické chemii jako silné redukční činidlo a katalyzátor hydrogenace.

Toxické účinky

Nikl a jeho sloučeniny patří mezi významné kožní alergeny, řada jeho sloučenin (NiO, Ni2O3, NiO2, NiS, Ni2S3) je zařazena mezi karcinogeny kategorie 1. Mezi nejjedovatější sloučeniny niklu patří tetrakarbonyl Ni(CO)4. Akutní otrava niklem se projevuje zejména poškozením zažívacího traktu a centrální nervové soustavy. Chronická otrava niklem se projevuje především onemocněním pokožky - niklový svrab.

Zdroje

TOPlist