Níquel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Apariencia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
metal brillante | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
línea espectral | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generalidad | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nombre, símbolo, número atómico | níquel, Ni, 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | metales de transición | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo , período , bloque | 10 , 4 , re | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad | 8 908 kg/m³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza | 4.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Término espectroscópico | 3 F 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atomico | 58.6934 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio atómico (calc.) | 135 (149) horas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 121 p. m. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio de Van der Waals | 163 horas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | [ Ar ] 3d 8 4s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y - por nivel de energía | 2, 8, 16, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | 2 , 3 (débilmente básico ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | cúbico centrado en las caras | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado de la materia | sólido ( ferromagnético ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
punto de fusión | 1 728 K (1 455 °C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | 3 186 K (2 913 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumen molar | 6,59 × 10 −6 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpía de vaporización | 370,4 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusión | 17,47 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor | 237 Pa a1 726K _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad del sonido | 4 970 m/s a 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
número CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | 1,91 ( escala de Pauling ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor especifico | 440 J / (kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductibilidad electrica | 14,3 × 10 6 / ( mΩ ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 90,7 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de primera ionización | 737,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Segunda energía de ionización | 1 753 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tercera energía de ionización | 3 395 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de cuarta ionización | 5 300 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos más estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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iso: isótopo NA: abundancia en la naturaleza TD: vida media DM: modo de decaimiento DE: energía de decaimiento en MeV DP: producto de decaimiento |
El níquel (o níquel ) es el elemento químico con número atómico 28 y su símbolo es Ni . Es el primer elemento del grupo 10 del sistema periódico , perteneciente al bloque d , y por tanto es un elemento de transición . En la nomenclatura antigua constituía, junto con el hierro y el cobalto, la tríada del grupo VIII del sistema periódico, también llamado grupo del hierro; [1] [2] en estado metálico comparte con ellos el ferromagnetismo , aunque menos pronunciado que en el hierro.
El nombre deriva del sueco nickel, diminutivo de Nikolaus, asociado en la antigüedad a una personita, duende o niño inquieto, demasiado lleno de vitalidad [3] . Luego está el derivado alemán Kupfernickel ("cobre del diablo"), un nombre dado por los mineros que, buscando cobre, encontraron este elemento en su lugar y culparon a un genio maligno [4] .
El níquel se ha utilizado desde al menos el 3500 a . C .: algunos bronces de lo que ahora es Siria contienen hasta un 2% de níquel. Además, hay algunos manuscritos chinos que sugieren que el " cobre blanco " ( paitung ) estuvo en uso en Oriente entre 1700 y 1400 aC Sin embargo, dado que los minerales de níquel pueden confundirse fácilmente con los minerales de plata , el uso consciente del níquel como tal se remonta a la época contemporánea.
Los minerales que contienen níquel, como la niccolita o el falso cobre, eran apreciados antiguamente por el color verde que le daban al vidrio . En 1751 , el mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt , tratando de extraer cobre de la niccolita, obtuvo en cambio un metal de color blanco plateado al que denominó nickhel, del alemán Kupfernickel (falso cobre) o de níquel ( elfo , pequeño diablo).
La primera moneda de níquel puro se acuñó en 1881 , mientras que las monedas de níquel y cobre fueron emitidas por tres gobernantes del reino indo-griego en el siglo II a.
El níquel es un metal plateado . Pertenece al bloque de hierro y es duro, maleable y dúctil.
El níquel es uno de los cinco elementos ferromagnéticos . Muy a menudo se acompaña de cobalto : ambos se pueden encontrar en el hierro meteorítico . Es muy apreciado por las propiedades que otorga a las aleaciones metálicas a las que pertenece. La moneda de EE . UU . denominada "níquel" [5] debido a la aleación particular utilizada no es ferromagnética, mientras que el equivalente canadiense lo fue hasta el año de acuñación de 1958 inclusive.
El estado de oxidación más común del níquel es +2, pero también se han observado complejos de níquel en los estados de oxidación 0, +1 y +3.
La mayor parte del níquel se extrae de dos tipos de depósitos minerales; el primer tipo consiste en lateritas en las que los principales minerales son limonita niquelífera [(Fe, Ni) O (OH)] y garnierita (un silicato hidratado de níquel). El segundo tipo consiste en depósitos de sulfuros de origen magmático en los que el mineral principal es la pentlandita [(Ni, Fe) 9 S 8 ]. El níquel también se encuentra en la kamacita , una aleación natural de hierro y níquel.
Las mayores reservas de níquel se encuentran en Australia y Nueva Caledonia y ascienden a aproximadamente el 45% del total de reservas conocidas.
Se estima que, partiendo de áreas emergidas donde se ha observado al menos un 1% de concentración de níquel, los recursos disponibles de níquel son de al menos 130 millones de toneladas , aproximadamente el doble de las reservas ya conocidas. El 60% está en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuros .
En 2011 , Rusia fue el mayor productor de níquel con alrededor del 20 % de la producción mundial, seguido de cerca por Canadá , Australia, Indonesia y Filipinas , según informó el Servicio Geológico de EE. UU. [ 6] .
Principales productores de níquel en 2019 [7] | ||
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Posición | Aldea | Producción (mil toneladas) |
1 | Indonesia | 853 |
2 | Filipinas | 323 |
3 | Rusia | 279 |
4 | Nueva Caledonia | 208 |
5 | Canadá | 181 |
6 | Australia | 159 |
7 | Porcelana | 120 |
8 | Brasil | 60 |
9 | Rep. Dominicana | 57 |
Los isótopos estables existentes en la naturaleza son 5: 58 Ni (68,077%), 60 Ni (26,223%), 61 Ni (1,1399%), 62 Ni (3,6345%) y 64 Ni (0,9256%). [8] El isótopo 58 Ni (el más abundante) es observablemente estable, pero teóricamente está sujeto a decaer para dar el último estable de hierro , 58 Fe, a través de una doble captura de electrones (ε ε) o también por captura de electrones y emisión de positrones. (ε β + ), mientras que el modo de emisión de doble positrón (β + β + ) está prohibido. [9] Sin embargo, la vida media estimada para estos procesos es superior a 10 21 años, [10] un período de billones de veces mayor que la edad del Universo , por lo que esta descomposición sería completamente imperceptible y sin ninguna consecuencia de un punto de vista práctico.
El 60 Ni (estable) es el último producto de la cadena de desintegración del extinto radionúclido 60 Fe (vida media: 2,6 millones de años), a través del 60 Co intermedio ( dos desintegraciones β sucesivas ). [11] La abundancia de 60 Ni presente en el material extraterrestre puede ayudar a arrojar luz sobre el origen y la historia del sistema solar .
61 Ni es el único nucleido estable de níquel que tiene espín nuclear distinto de cero (3/2-), lo que permite el uso de la espectroscopia de Mössbauer para compuestos de níquel. [12] [13]
El 62 Ni es el nucleido que tiene la particularidad de ser el más fuertemente enlazado, es decir, el que tiene la mayor energía de enlace por nucleón , [14] que asciende a 8,7946 MeV/nucleón, [15] seguido del 58 Fe y luego de 56 fe.
64 Ni es el último isótopo estable de níquel y el menos abundante. Como muestra enriquecida se utiliza para producir, por bombardeo con protones de ~ 17 MeV, el radioisótopo 64 Cu según la reacción nuclear 64 Ni ( p , n ) 64 Cu. [16] Este isótopo de cobre explota su modo de decaimiento β+ (el otro es β-) [17] en aplicaciones de tomografía por emisión de positrones (PET). [dieciséis]
También se han identificado 18 isótopos radiactivos de níquel, de los cuales el más estable es el 59 Ni con una vida media de 76.000 años, seguido del 63 Ni (100,1 años) y el 56 Ni (6.077 días). Todos los demás isótopos tienen una vida media de menos de 60 horas y en la mayoría de ellos menos de 30 segundos.
El 54 Ni es un isótopo de níquel pobre en neutrones que decae ( T 1/2 = 104 ms) por emisión de positrones en 54 Co (Q = 7,78 MeV), que a su vez decae (Q = 7,22 MeV), también por emisión de positrones, en dar 54 Fe, un isótopo de hierro observablemente estable. [18] El radio cuadrático medio de la raíz de su carga nuclear se ha estimado en 3,737 fm . [19]
El 56 Ni se produce en grandes cantidades en las supernovas de tipo II ; [20] este nucleido, a pesar de ser doblemente mágico (28 protones y 28 neutrones), es radiactivo con una vida corta (T 1/2 ≈ 6 días) y decae ε / β + a 56 Co (Q = 1.11 MeV), lo que luego también decae de la misma manera (T 1/2 ≈ 77 días, Q = 3.54 MeV) a 56 Fe, estable. Estos procesos dentro de las estrellas masivas constituyen la culminación principal de la nucleosíntesis que lleva a la formación de la mayoría de los núcleos de hierro del Universo y del sistema solar. [21]
El 57 Ni decae en modo de captura de electrones y emisión de positrones (ε / β + ) (T 1/2 = 35,6 horas; Q = 3,262 MeV), [22] dando el isótopo 57 Fe, espín 1 / 2- (estable).
El 59 Ni es un radionúclido de origen cósmico que se desintegra por captura de electrones (ε) a 59 Co, estable, Q = 1,073 MeV; [23] gracias a su vida media se utiliza en geología para realizar dataciones. Se ha utilizado para fechar la edad de los meteoritos y estimar la abundancia de polvo cósmico en el hielo y los sedimentos terrestres.
El 63 Ni decae β - al isótopo estable 63 Cu (T 1/2 = 101,2 años; Q = 0,6698 MeV). [24] Este isótopo se encuentra en las estructuras de soporte de los reactores nucleares, ya que se forma a partir de 62 Ni por captura de neutrones . [25]
El 65 Ni decae β - al isótopo estable 65 Cu (T 1/2 = 2,52 horas; Q = 2,138 MeV). [24]
Alrededor del 77% del níquel consumido en el mundo occidental se utiliza para fabricar acero inoxidable austenítico ; otro 12% se utiliza en superaleaciones . El 11% restante del requerimiento se divide entre otros tipos de acero , baterías recargables , catalizadores y otros productos químicos, acuñación, productos de fundición y enchapado .
Dada su excelente resistencia a la oxidación , el níquel se utiliza:
Monedas ( florín holandés ) en níquel
Diagrama de un cable mumetal
Muchas de las enzimas de tipo hidrogenasa contienen níquel además de los agregados de hierro y azufre . Los sitios de níquel en estas hidrogenasas tienen la tarea de oxidar en lugar de desarrollar hidrógeno: parece que el sitio de níquel cambia su estado de oxidación durante la acción de la enzima y se ha presentado evidencia para respaldar la hipótesis de que los centros de níquel son los sitios activos reales. de esta clase de enzimas.
Co -F430 , una coenzima de tetrapirrol de níquel , está presente en la metil-CoM-reductasa y en bacterias metanogénicas . El tetrapirrol es un intermedio en la estructura entre la porfirina y la corrina . Recientemente, se han observado cambios tanto en el estado de oxidación como en el tipo de coordinación del níquel dentro de esta enzima.
También existe una monóxido de carbono deshidrogenasa que contiene níquel cuya estructura es muy poco conocida.
Símbolos de peligro químico | |
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peligro | |
frases H | 351 - 372 - 317 - 412 |
Frases R | R 40-43 |
consejo pag | 281 - 273 - 308 + 313 - 302 + 352 [26] |
Frases S | S 22-2-36 |
Los productos químicos deben manipularse con precaución. | |
Advertencias |
La principal fuente de exposición al níquel es la ingesta oral, ya que este metal se encuentra tanto en los alimentos como en el agua y está presente como elemento contaminante por causas antropogénicas. Algunos ejemplos: grifos de níquel que contaminan el agua y el suelo, subproductos industriales de la minería y las fundiciones, uso de ollas y sartenes en aleaciones de níquel, uso de platos pintados con pinturas que contienen níquel. Otras formas de exposición son las aéreas: aire contaminado de refinerías de níquel, combustión de combustibles fósiles, humo de tabaco. Otra vía de exposición es el contacto de la piel con joyas, monedas, champús y detergentes. Finalmente, una forma menos común de exposición crónica es la hemodiálisis, ya que las trazas de iones de níquel pueden ser absorbidas en el plasma debido a la acción quelante de la albúmina . La cantidad promedio a la que se exponen la mayoría de las personas no representa un peligro para la salud humana. La mayor parte del níquel absorbido diariamente por los humanos es eliminado por los riñones y eliminado en la orina, o pasa sin modificar a través del tracto gastrointestinal sin ser absorbido. El níquel no causa intoxicación por acumulación, sin embargo, grandes dosis o exposición crónica pueden representar un riesgo laboral debido a su toxicidad aguda y carcinogenicidad . [27]
La exposición al níquel metálico y sus sales solubles no debe exceder (para la población) el valor sanguíneo de 13 microgramos/litro, no existe ( TLV-TWA ); los vapores y polvos de sulfuro de níquel se consideran cancerígenos; muchos otros compuestos de níquel son cancerígenos sospechosos.
El tetracarbonilo de níquel ( [Ni (CO) 4 ]) es un gas extremadamente tóxico cuya toxicidad es la combinación de la toxicidad del metal con la tendencia del compuesto a disociarse, liberando monóxido de carbono , que también es muy tóxico.
Algunas personas pueden mostrar hipersensibilidad al níquel que ocurre en áreas de la piel expuestas a él. La Unión Europea regula por decreto la cantidad de níquel que pueden contener los productos que están en contacto con la piel. En 2002 , en un artículo de la revista Nature , algunos investigadores demostraron que las monedas de 1 y 2 euros superan estos límites. Esto parece deberse a una reacción galvánica.
El níquel es un elemento que presenta las siguientes características
Al agregar algunos elementos de aleación es posible enfatizar algunas de estas propiedades. Por ejemplo, la adición de molibdeno y cromo aumenta la resistencia a la corrosión de la aleación.
Una aplicación común de las aleaciones de níquel es en los materiales estructurales utilizados en la construcción de turbinas de gas ya que en estas plantas existen condiciones muy adversas para los materiales tales como: altas temperaturas, ambiente corrosivo y altos esfuerzos.
En particular, se destacan tres aleaciones de níquel diferentes.
El níquel comercialmente puro generalmente se identifica con una numeración estándar (Ej: 200, 201, 270). Estas aleaciones son endurecibles por endurecimiento, a estas aleaciones se les añaden a menudo agentes de aleación especiales tales como aluminio y titanio para mejorar las capacidades mecánicas.
Las aleaciones de níquel-cromo, también llamadas nimónicas , generalmente se componen de aproximadamente un 80% de níquel y aproximadamente un 20% de cromo, porcentajes más pequeños de otros agentes de aleación; son aleaciones con las siguientes propiedades
Las aleaciones de níquel-cromo-hierro ( inconel o hastelloy dependiendo de los elementos de aleación disueltos) son aleaciones compuestas normalmente por un 70 % de níquel, un 20 % de cromo, un 10 % de hierro más porcentajes menores de otros agentes de aleación. El hierro, en particular, sirve para reemplazar al níquel, que es mucho más caro. En particular los hastelloy (fuerte presencia de molibdeno) son particularmente efectivos en la resistencia a la corrosión.
El cuproníquel son las aleaciones de cobre en las que el níquel es el principal elemento añadido. Se caracterizan por una excelente resistencia a la corrosión en ambientes marinos (se utilizan en plantas desaladoras y condensadores marinos); la resistencia mecánica es notable, en particular a la erosión.