Nickel (Ni) – Övergångsmetall: egenskaper, användning och fakta

Upptäck nickel (Ni) – övergångsmetallens egenskaper, användning, atomstruktur och industrins roll. Fakta, legeringar och hållbarhetsaspekter för studier och bransch.

Nickel (kemisk symbol Ni) är ett grundämne. Det har atomnumret 28 och en atommassa på cirka 58,69 amu. Det har 28 protoner. Det är en övergångsmetall.

Egenskaper

Fysikaliska egenskaper: Nickel är en hård, silvervit metall med en karakteristisk stel glans. Densiteten är cirka 8,90 g/cm³. Smältpunkten ligger runt 1455 °C och kokpunkten vid ungefär 2913 °C. Nickel är ferromagnetiskt vid rumstemperatur med en Curie-temperatur på cirka 627 K (≈354 °C), vilket innebär att det behåller magnetiska egenskaper under normala förhållanden.

Atom- och elektronkonfiguration: Elektronkonfigurationen för nickel är [Ar] 3d8 4s2. Vanliga oxidationstillstånd är +2 (dominerande), men även +1, +3 och komplexa oxidationsformer förekommer i koordinations- och organometallföreningar.

Kemiska egenskaper: Nickel är relativt motståndskraftigt mot korrosion i många miljöer tack vare en tunn oxidhinna som bildas på ytan. Ni2+-joner ger ofta gröna eller blågröna lösningar i vatten, till exempel nickel(II)sulfat.

Isotoper

Naturligt nickel består av flera stabila isotoper, där de vanligaste är 58Ni och 60Ni. Andra stabila isotoper inkluderar 61Ni, 62Ni och 64Ni. Radioaktiva isotoper finns också, men används främst inom forskning eller industri i begränsade tillämpningar.

Förekomst och framställning

Nickel förekommer i jordskorpan i låga koncentrationer och utvinns främst från två huvudtyper av malmer:

• Lateritmalmer – ytliga, väderberoende avlagringar som vanligen kräver hydrometallurgiska processer (t.ex. HPAL) för utvinning.
• Sulfidmalmer – primära bergarter som pentlandit och millerite, ofta bearbetade genom flotations- och smältverksprocesser.

Stora nickelproducenter globalt inkluderar länder som Indonesien, Filippinerna, Ryssland, Kanada och Australien. Raffinering kan utföras genom pyrometallurgiska eller hydrometallurgiska metoder, samt elektrolytisk rening för hög renhetsgrad.

Användningsområden

Nickel används brett inom industri tack vare sin styrka, korrosionsbeständighet och formbarhet. De viktigaste användningarna är:

• Stål och legeringar: Den största delen av nickel går åt till rostfritt stål och andra korrosionsbeständiga legeringar (t.ex. Inconel, Monel).
• Plätering: Nickelplätering ger skydd mot korrosion och en dekorativ yta.
• Batterier: Nickel är viktigt i uppladdningsbara batterier (Ni-Cd, NiMH) och i moderna litiumjonceller där nickelrika katoder (t.ex. NMC, NCA) ger hög energitäthet.
• Katalysatorer: Nickel används som katalysator i olika kemiska processer, bland annat för hydrogenering.
• Elektriska och magnetiska komponenter: Eftersom nickel är ferromagnetiskt används det i magneter, transformatorer och annan elektronik.
• Mynter och konstnärliga föremål: Nickel och nickellegeringar har historiskt använts i mynttillverkning.

Hälsa och miljö

Hälsoeffekter: Nickel kan orsaka kontaktallergi (nickelallergi), vilket är en av de vanligaste orsakerna till kontaktdermatit. Inandning av nickelhaltigt damm och ångor i industrimiljöer kan ge allvarligare effekter; vissa nickelföreningar klassificeras som cancerframkallande för människor enligt internationella organisationer. Metallic nickel och vissa legeringar har en annan riskklassificering än vissa lösliga nickelföreningar.

Miljöaspekter: Gruvdrift och behandling av nickelmalmer kan påverka miljön genom landanvändning, avfallsslagg och risk för urlakning av tungmetaller. Senare tids fokus på batteriproduktion har också ökat uppmärksamheten på miljö- och etiska aspekter kring nickelutvinning.

Återvinning och ekonomi

Nickel är högt återvinningsbart, speciellt via återvinning av rostfritt stål och andra legeringar. Återvinning minskar behovet av primärutvinning och kan minska miljöpåverkan. Efterfrågan på nickel påverkas av stålproduktion, batterimarknaden och globala infrastrukturprojekt, vilket gör nickelpriset känsligt för industriella trender.

Historia och upptäckt

Nickel upptäcktes av den svenske kemisten Axel Fredrik Cronstedt 1751 när han undersökte ett mineral som gruvarbetare kallade "kupfernickel" (bokstavligen "silvret av djäveln") eftersom malmen såg ut som kopparmalm men inte gav koppar vid smältning. Cronstedts analys ledde till identifieringen av ett nytt grundämne — nickel.

Sammanfattning

Nickel är en mångsidig övergångsmetall med viktiga tekniska egenskaper: korrosionsbeständighet, mekanisk styrka och magnetiska egenskaper. Den används i stora volymer inom rostfritt stål, legeringar, plätering och batterier. Samtidigt kräver produktion och hantering av nickel omsorg för att minimera hälsorisker och miljöpåverkan, och återvinning spelar en viktig roll för hållbar användning.

Egenskaper

Fysiska egenskaper

Nickel är en silvervit metall. Den är lätt att polera (göra blank). Den är magnetisk. Den är inte magnetisk när den upphettas över 355 °C (671 °F). Den är inte mjuk som många andra metaller. Den kan lätt sträckas till trådar. Den är inte radioaktiv.

Kemiska egenskaper

Nickel är inte en reaktiv metall. Den löser sig långsamt i syror. Den rostar inte som järn. Den bildar ett tunt skikt av nickel(II)oxid som förhindrar ytterligare korrosion. Aluminium gör en liknande sak.

Kemiska föreningar

Nickel finns i två oxidationstillstånd: +2, nickel(II), och +3, nickel(III). Nickel(II) är vanligare. Nickel i oxidationstillstånd +2 är grönt. Nickel(II)klorid är en vanlig förening med +2 oxidationstillstånd. Nickel(II)oxid är normalt mörkgrön, men ibland är den grå. Detta beror på att en del av nicklet befinner sig i oxidationstillstånd +3 (nickel(III)). Nickel(III)-föreningar är oxidationsmedel. De är också gråaktiga. Nickelföreningar kan vara gröna, blå, grå eller svarta.

Nickel(II)-föreningar

Nickel(II)-föreningar är inte särskilt reaktiva. De är normalt gröna eller blå. De är giftiga och irriterar huden. Vissa av dem är cancerframkallande.

• Nickel(II)karbonat, grönt
• Nickel(II)klorid, grönaktig
• Nickel(II)hydroxid, ljusgrön
• Nickel(II)nitrat, grönaktigt
• Nickel(II)oxid, grå eller ljusgrön
• Nickel(II)sulfat, blågrönt

Nickel(III)-föreningar

Nickel(III)-föreningar är svarta eller gråa.

• Nickel(III)oxid

 
Nickel(II)klorid  


Nickel(II)sulfat  

Förekomst

Nickel förekommer normalt inte som metall i marken. Ibland innehåller meteoriter nickel- och järnmetaller. Normalt finns nickel i mineraler. Det vanligaste nickelmineralet är pentlandit. Det finns sulfidiska och lateritiska nickelmalmer. Filippinerna bryter mest nickel. Andra stora gruvländer är Ryssland, Kanada och Australien.

En vanlig nickelmalm  

Använder

Sjuttioåtta procent av allt nickel som produceras används för att tillverka rostfritt stål. Nickel används också i nichrome, ett namn på en nickel-kromlegering, och andra legeringar. Nickel används i magneter. Nickel används i speciella dyra legeringar som kallas superlegeringar.

Nickelsulfat används i uppladdningsbara batterier. Ett litiumjonbatteri innehåller upp till 15 % nickel medan litiumhalten är mindre än 1 %. Nickelkadmiumbatterier använder också nickel. Nickelföreningar används också för att galvanisera nickel på föremål. Nickel och vissa av dess föreningar används också som katalysator.

Kula av rostfritt stål  

Sök med bokstav