Никель

Никель - это химический элемент с символом Ni и атомным номером 28. Это серебристо-белый блестящий металл с легким золотистым оттенком. Никель - твердый и вязкий переходный металл. Чистый никель химически реактивен, но крупные куски медленно реагируют с воздухом в стандартных условиях, поскольку на поверхности образуется пассивирующий слой оксида никеля, который предотвращает дальнейшую коррозию.
Несмотря на это, чистый самородный никель встречается в земной коре лишь в небольших количествах, обычно в ультраосновных породах и во внутренностях крупных никель-железных метеоритов, которые не подвергались воздействию кислорода, находясь за пределами земной атмосферы.

Метеоритный никель встречается в сочетании с железом, что является отражением происхождения этих элементов как основных конечных продуктов нуклеосинтеза сверхновых. Считается, что железо-никелевая смесь составляет внешнее и внутреннее ядра Земли.

Использование никеля(в виде природного метеоритного сплава никеля с железом) было прослежено еще в 3500 году до нашей эры. Впервые никель был выделен и классифицирован как элемент в 1751 году Акселем Фредриком Кронштедтом, который сначала принял руду за медный минерал, в кобальтовых шахтах Лоса, Хельсингланд(Швеция).

Положение никеля в ПСЭ

Никель - один из четырех элементов(остальные - железо, кобальт и гадолиний), которые являются ферромагнитными при комнатной температуре. Этот металл используется главным образом в сплавах и антикоррозийных покрытиях.
Никель широко используется в монетах, хотя никелированные предметы иногда вызывают аллергию на никель. Никель является необходимым питательным веществом для некоторых микроорганизмов и растений, имеющих ферменты с никелем в качестве активного участка.

Никель - это серебристо-белый металл с легким золотистым оттенком, который хорошо поддается полировке. Никель твердый, ковкий и вязкий, обладает относительно высокой электро- и теплопроводностью для переходных металлов.

Изотопы
Изотопы никеля варьируются по атомному весу от ⁴⁸Ni до ⁷⁸Ni.

Природный никель состоит из пяти стабильных изотопов, ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni и ⁶⁴Ni, из которых ⁵⁸Ni является самым распространенным(68,077% естественного содержания).

Было описано по меньшей мере 26 радиоизотопов никеля; наиболее стабильными являются ⁵⁹Ni с периодом полураспада 76000 лет, ⁶³Ni(100 лет) и ⁵⁶Ni(6 дней). Все остальные радиоизотопы имеют период полураспада менее 60 часов, а большинство из них - менее 30 секунд.

⁵⁹Ni использовался для датировки земного возраста метеоритов и для определения содержания внеземной пыли во льду и осадочных породах.

⁶³Ni является загрязняющим веществом, обнаруженным в опорных конструкциях ядерных реакторов. Он образуется в результате захвата нейтронов ⁶²Ni.

На Земле никель чаще всего встречается в сочетании с серой и железом в пентландите, с серой - в миллерите, с мышьяком - в минерале никелине, а с мышьяком и серой - в никелевом галените. Никель часто встречается в железных метеоритах в виде сплавов камацита и таенита. Впервые никель в метеоритах был обнаружен в 1799 году французским химиком Жозефом-Луи Прустом, .

Наиболее распространенное состояние окисления никеля +2, но хорошо известны соединения Ni0, Ni+ и Ni3+, а также получены и изучены экзотические состояния окисления Ni2- и Ni-.

Никель(I)
Комплексы никеля(I) встречаются нечасто, но одним из примеров является тетраэдрический комплекс NiBr(PPh₃)₃. Многие комплексы никеля(I) имеют связь Ni-Ni, например, темно-красный диамагнитный K₄[Ni₂(CN)₆], полученный восстановлением K2[Ni2(CN)6] амальгамой натрия. Это соединение окисляется в воде с выделением H₂.

Считается, что состояние окисления никеля(I) важно для никельсодержащих ферментов, таких как [NiFe]-гидрогеназа, которая катализирует обратимое восстановление протонов до H₂.

Никель(II) образует соединения со всеми распространенными анионами, включая сульфид, сульфат, карбонат, гидроксид, карбоксилаты и галогениды. Сульфат никеля(II) образуется в больших количествах при растворении металла или оксидов никеля в серной кислоте, образуя гекса- и гептагидрат, полезный для гальванического покрытия никеля. Обычные соли никеля, такие как хлорид, нитрат и сульфат, растворяются в воде, давая зеленые растворы металлоаквакомплекса [Ni(H₂O)₆]²⁺.

Известен никелоцен; он имеет число электронов 20, что делает его относительно нестабильным.

Никель(III) и (IV)
Известно много соединений Ni(III). Первыми такими соединениями являются [Ni(PR3)₂X2], где X = Cl, Br, I и R = этил, пропил, бутил.
Далее, Ni(III) образует простые соли с фторидом или оксид-ионами.
Ni(III) может быть стабилизирован σ-донорными лигандами, такими как тиолы и органофосфины.
Ni(IV) встречается в смешанном оксиде BaNiO3.
Ni(IV) остается редким состоянием окисления, и известно очень мало соединений.

История
Сосед кобальта по периодической системе – никель имеет довольно много с ним общего. Прежде всего этот элемент тоже «дьявольский». Название «никель» происходит от немецкого купферникель – «медный дьявол», по названию минерала, описанного в 1694 году шведским минералогом У. Иерне и ошибочно принятое им за медную руду. Все попытки выплавить из этого минерала медь привели к неудаче. И металлурги решили, что это происки Ника – злого духа гор.

Вообще говоря, человечество было знакомо с никелем давно. Еще в 3 веке до н.э. древние китайцы выплавляли сплав, состоящий из меди, никеля и цинка. В древнем среднеазиатском государстве Бактрии из этого сплава приготовляли монеты.

Заблуждения относительно состава купферникеля продолжались даже после того, как этот минерал был описан. В 1726 году немецкий аптекарь И. Линк исследовал его и установил, что при растворении в азотной кислоте он дает зеленую окраску, а потому скорее всего является кобальтовой рудой с примесями меди. Когда шведские горняки нашли красноватый минерал, который, будучи добавлен к стеклу, не давал синей окраски, они назвали его «кобольд, потерявший душу». Это также был один из никелевых минералов.

Так обстояли дела до 1751 года. В тот год исследованием минерала, найденного на кобальтовом руднике, занялся шведский минералог и химик А. Кронштедт. В одном из опытов он опустил кусочек железа и кислый раствор этой руды. При наличии в растворе меди она должна была выделится на железе в свободном состоянии. К его великому удивлению, этого не произошло. Тогда Кронштедт занялся тщательным изучением зеленых кристаллов, вкрапленных в руду. В результате длинной серии экспериментов он выделил из купферникеля металл, на медь совершенно не похожий. А. Кронштедт описал этот металл как твердый и хрупкий, слабо притягивающийся магнитом, при нагревании переходящий в черный порошок, при растворении дающий великолепную зеленую окраску. Так никель был идентифицирован, а купферникель оказался арсенидом никеля.

Применение
Глобальное использование никеля в настоящее время составляет 68% в нержавеющей стали, 10% в цветных сплавах, 9% в гальванике, 7% в легированной стали, 3% в литейном производстве и 4% в других отраслях(включая аккумуляторы).

Никель используется для гальванических покрытий и для придания зеленого оттенка стеклу. Никель - преимущественно легированный металл, и его основное применение - в никелевых сталях и никелевых чугунах, в которых он обычно повышает прочность на разрыв, вязкость и предел упругости. Он широко используется во многих других сплавах, включая никелевые латуни и бронзы и сплавы с медью, хромом, алюминием, свинцом, кобальтом, серебром и золотом.

Биологическая роль

• Это не было признано до 1970-х годов, но известно, что никель играет важную роль в биологии некоторых растений, бактерий, архей и грибов.

• Ферменты с содержанием никеля, такие как уреаза, считаются факторами вирулентности некоторых организмов.Уреаза катализирует гидролиз мочевины с образованием аммиака и карбамата.

• Гидрогеназы NiFe могут катализировать окисление H₂ с образованием протонов и электронов, а также обратную реакцию - восстановление протонов с образованием газообразного водорода.

• Никель-тетрапиррольный кофермент, кофактор F430, присутствует в метилкофермент М редуктазе, которая может катализировать образование метана или обратную реакцию у метаногенных архей(в состоянии окисления +1). Один из ферментов дегидрогеназы угарного газа состоит из Fe-Ni-S кластера.
• Другие никельсодержащие ферменты включают редкий бактериальный класс супероксиддисмутаз и ферменты глиоксалазы I у бактерий и нескольких эукариотических трипаносомных паразитов(у других организмов, включая дрожжи и млекопитающих, этот фермент содержит двухвалентный Zn²⁺).

• Диетический никель может влиять на здоровье человека через инфекции, вызываемые никель-зависимыми бактериями, но никель также может быть необходимым питательным веществом для бактерий, живущих в толстом кишечнике, фактически функционируя как пребиотик.

• Никель, выделяющийся при извержениях вулканов Сибирской ловушки, предположительно способствует росту Methanosarcina, рода эвриархейных архей, которые производили метан во время пермско-триасового вымирания, самого большого из известных массовых вымираний.

Токсичность
Основным источником воздействия никеля является пероральное потребление, поскольку никель необходим растениям. Концентрации в окружающей среде могут быть повышены в результате антропогенного загрязнения. Например,
- никелированные смесители могут загрязнять воду и почву;
- горнодобывающая и металлургическая промышленность может сбрасывать никель в сточные воды;
- посуда из никелевого сплава и пигментированная никелем посуда может выделять никель в пищу;
- воздух может загрязняться в результате рафинирования никелевой руды и сжигания ископаемого топлива.

Люди могут поглощать никель непосредственно из табачного дыма и при контакте кожи с ювелирными изделиями, шампунями, моющими средствами и монетами. Менее распространенной формой хронического воздействия является гемодиализ, поскольку следы ионов никеля могут всасываться в плазму крови в результате хелатирующего действия альбумина.

Соединения никеля классифицируются как канцерогены для человека на основании повышенного риска рака дыхательных путей, наблюдаемого в эпидемиологических исследованиях работников предприятий по переработке сульфидной руды.

У чувствительных людей может наблюдаться кожная контактная аллергия на никель, известная как контактный дерматит.

Никель является самым распространенным(!) контактным аллергеном в мире, отчасти из-за его использования в украшениях для проколотых ушей. Аллергия на никель, поражающая проколотые уши, часто проявляется зудом и покраснением кожи.

Используемая литература:
1) Д.Н.Трифонов, В.Д.Трифонов - Как были открыты химические элементы.
2) Wikipedia.org.