Nikkel
Inhoudsopgave
Nikkel is een hard, zilverwit metaal dat door zijn sterkte, taaiheid en weerstand tegen hitte en corrosie uitermate geschikt is voor de ontwikkeling van een grote verscheidenheid aan materialen; van draden tot munten tot militair materieel.
Nummer 28 in het Periodiek Systeem der Elementen is een buitengewoon bruikbaar metaal. Het valt tussen de elementen kobalt en koper. Nikkel is een redelijk goede geleider van elektriciteit en warmte en het is een van de slechts vier elementen (kobalt, ijzer, nikkel, gadolinium) die bij kamertemperatuur ferromagnetisch zijn (gemakkelijk gemagnetiseerd). Nikkel is een transitiemetaal, dit betekent dat het element twee valentie-elektronen heeft in zijn buitenste schil in plaats van een. Hierdoor kan nikkel verschillende oxidatietoestanden vormen.
Ontdekking
De ontdekking van nikkelerts in het 17de -eeuwse Europa is er eentje van verkeerde identiteit en bijgeloof. In de 17de eeuw stuitten Duitse mijnwerkers in het Ertsgebergte op een voorheen onbekend nikkelerts (tegenwoordig bekend als nikkelarsenide of niccoliet). Het was een bleke bruinrode steen van nikkel en arseen. In de overtuiging dat ze nog een kopererts hadden ontdekt probeerden de mijnwerkers het koper te winnen, maar dit lukte uiteraard niet. De gefrustreerde mijnwerkers gaven Nickel, een ondeugende demon uit de Duitse mythologie, de schuld van het uithalen van een grap en ze begonnen het erts “kupfernickel” te noemen, vertaald is dit “koperdemon”.
Ongeveer een eeuw later, in 1751, probeerde de Zweedse alchemist Baron Axel Fredrik Cronstedt om kupfernickel te verhitten met houtskool en hij ontdekte de verschillende eigenschappen ervan, zoals wit en magnetisch zijn, duidelijk onthulden dat het geen koper was. Cronstedt wordt gezien als de eerste persoon die nikkel extraheerde en isoleerde als nieuw element. Hij liet de naam “kupfer” vallen en noemde het nieuwe element “nikkel”.
Waar op Aarde?
Nikkel is het vijfde meest voorkomende element op Aarde. Het is echter 100x meer geconcentreerd onder de aardkorst dan erin. In feite wordt aangenomen dat nikkel het op een na meest voorkomende element is in de binnenkern van de Aarde. IJzer is het meest voorkomende element.
Nikkel wordt meestal aangetroffen in twee soorten afzettingen: laterietafzettingen, deze zijn het resultaat van intensieve verwering van nikkelrijke gesteenten aan het oppervlak en magmatische sulfideafzettingen. Nikkel is ook te vinden in mangaanknollen en korsten op de bodem van de diepzee. De belangrijkste minerale bronnen van nikkel zijn limoniet, garnieriet en pentlandiet.
In 1848 werd Noorwegen de eerste grootschalige nikkelsmelterij ter wereld. Hier gebruikte men een soort nikkelerts dat bekend staat als pyrrhotiet. In 1883 werden grote afzettingen van nikkel ontdekt in het Sudbury Bassin in Canada. Hier wordt tegenwoordig 30% van het nikkel in de wereld gewonnen. Aangenomen wordt dat deze grote afzetting van nikkel het gevolg is van een oude meteoorinslag. Begin 1900 werd er meer nikkel ontdekt in Rusland en Zuid-Afrika waardoor nikkel een sterke plaats in de industrie in kon nemen.
Chemische gegevens
| Symbool | Ni |
| Volledige naam | Nikkel |
| Atoomnummer | 28 |
| Atoommassa (g.mol-1 ) | 58,6934 |
| Groep | transitiemetalen |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,91 |
| Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) | 8,908 |
| Smeltpunt (°C) | 1455 |
| Kookpunt (°C) | 2730 |
| Vanderwaalsstraal (nm) | 0,163 |
| Ionstraal (nm) | 0,069 (+2), 0,06 (+3) |
| Isotopen | 10 |
| Elektronenschil | [Ar]3d84s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 16, 2 |
| Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 737,1 |
| Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1753,0 |
| Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 3395 |
| Standaard potentiaal (V) | -0,25 |
| Ontdekt door: | ontdekt in 1751 door Alex Constedt |
Supermetaal
Er zijn maar weinig dingen gemaakt van zuiver nikkel. In plaats daarvan speelt nikkel een ondersteunende en stabiliserende rol in industriële materialen: het wordt meestal gecombineerd met andere metalen om sterkere, glanzendere en duurzamere producten te maken. Nikkel wordt vaak gebruikt als een beschermende buitenlaag voor zachtere metalen.
Vanwege het vermogen om extreem hoge temperaturen te weerstaan is nikkel het metaal bij uitstek voor het maken van superlegeringen, metaalcombinaties die bekend staan om hun grote sterkte en weerstand tegen hitte, corrosie en oxidatie. Ongeveer 65% van het gewonnen nikkel wordt gebruikt om roestvast staal te maken en nog eens 20% om ander staal en niet-ijzerlegeringen te maken, waaronder zeer gespecialiseerde militaire, ruimtevaart- en industriële toepassingen. Ongeveer 9% wordt gebruikt voor plating en 6% gaat naar andere soorten toepassingen zoals munten, batterijen en elektronica.
Money talks
Omdat nikkel zo’n stevig en corrosiebestendig materiaal is, is het een uitstekend metaal om munten mee te maken. De eerste metalen munt die nikkel bevatte was de “Flying Eagle” van 1 cent. Dit is een Amerikaanse munt gemaakt van 12% nikkel en 88% koper. Deze munt had de bijnaam “nikkel” was alleen tussen 1857 en 1858 in roulatie.
Bohr-Rutherford diagram
Isotopen
| Naam | Symbool | Atoommassa (u) | Abundantie (%) |
|---|---|---|---|
| Nikkel | 58 Ni | 57,935342 | 68 |
| 60 Ni | 59,930785 | 26,2 | |
| 61 Ni | 60,931055 | 1,1 | |
| 62 Ni | 61,928345 | 3,60 | |
| 64 Ni | 63,927789 | 0,9 |
Radioisotopen
| Symbool | Atoommassa (u) | Halfwaardetijd |
|---|---|---|
| 48 Ni | 48,01975 | 10 ms |
| 49 Ni | 49,00966 | 13 ms |
| 50 Ni | 49,99593 | 9.1 ms |
| 51 Ni | 50,98772 | 30 ms |
| 52 Ni | 51,97568 | 38 ms |
| 53 Ni | 52,96847 | 45 ms |
| 54 Ni | 53,95791 | 104 ms |
| 55 Ni | 54,951330 | 204,7 ms |
| 56 Ni | 55,942132 | 6,075 d |
| 57 Ni | 56,9397935 | 35,60 uur |
| 59 Ni | 58,9343467 | 7,6 * 104 jaar |
| 63 Ni | 62,9296694 | 100,1 jaar |
| 65 Ni | 64,9300843 | 2,5172 uur |
| 66 Ni | 65,9291393 | 54,6 uur |
| 67 Ni | 66,931569 | 21 s |
| 68 Ni | 67,931869 | 29 s |
| 69 Ni | 68,935610 | 11,5 s |
| 70 Ni | 69,93650 | 6,0 s |
| 71 Ni | 70,9407 | 2,56 s |
| 72 Ni | 71,9420 | 1,57 s |
| 73 Ni | 72,94647 | 0,84 s |
| 74 Ni | 73,94807 | 0,68 s |
| 75 Ni | 74,95287 | 0,6 s |
| 76 Ni | 75,95533 | 470 ms |
| 77 Ni | 76,96055 | 300 ms |
| 78 Ni | 77,96318 | 120 ms |
| 79 Ni | 78,970400 | 43,0 ms |
| 80 Ni | 78,970400 | 24 ms |
Weetjes
- Veel meteorieten bestaan uit een ijzer-nikkellegering. Voor mensen in het oude Egypte waren deze nikkelrijke meteorieten zo belangrijk dat ze er kunstobjecten van maakten. Buisvormige kralen gemaakt van meteorietmateriaaal (ongeveer 30% nikkel) werden ontdekt in grafkuilen op de begraafplaats Gerzeh op de westelijke over van de Nijl. Men neemt aan dat ze ongeveer 3300 voor Christus werden begraven.
- Nikkel wordt gebruikt als katalysator voor de hydrogenering van onverzadigde verbindingen in verschillende soorten oliën. Hierbij vloeistoffen omgezet in vaste stoffen. Een nikkelkatalysator kan bijvoorbeeld gebruikt worden om margarine, bakvet en bepaalde soorten zeep te produceren.
- Nitinol is een nikkelverbinding die zijn vroegere vorm herinnert. Als je eend raad van deze nikkel-titaniumlegering verhit op 500 °C kun je de draad in elke gewenste vorm buigen. Laat het afkoelen en buig het in een andere vorm. Verwarm de draad vervolgens weer opnieuw en kijk hoe de eerste vorm weer verschijnt.
- De explosie van supernova 2007bi creëerde een nikkelmassa van 3* de massa van de Zon en de expanderende gassen bleven maandenlang heel helder gloeien.
- Nikkelallergie is een van de meest voorkomende oorzaken van allergische contactdermatitis. Sieraden die nikkel bevatte, zoals witgoud, zijn een belangrijke bron van deze allergieën.
- In 1881 produceerde Zwitserland de eerste munt van nagenoeg zuiver nikkel. Tussen 1922 en 1981 had ook Canada, een van ’s werelds grootste nikkelproducenten, een munt die 99,9% nikkel bevatte
- De groene kleur van glas kan worden verkregen door toevoeging van nikkel
- Uit een kilogram nikkel kan een draad van wel 300 kilometer lang worden getrokken.
Magnetisme
Nikkel is een van de metalen die ferromagnetisch zijn. Dit betekent dat ze worden aangetrokken door magneten en dat ze zelf ook magnetisch zijn. De andere metalen zijn ijzer, kobalt en gadolinium. Alnico-magneten, gemaakt van een combinatie van aluminium, nikkel en kobalt, zijn erg sterke magneten die hun magnetisme zelfs bij hoge temperaturen behouden.
Mu-metaal is een zachte, magnetische legering van ongeveer 80% nikkel en 20% ijzer (en een snufje molybdeen). Mu-metaal heeft een hele grote permeabiliteit waardoor het gevoelige elektronische apparatuur kan afschermen tegen statische of laagfrequente magnetische velden. Als je mu-metaal tussen een magneet en metaal plaatst dan verdwijnt de gebruikelijke aantrekkingskracht.
Toxiciteit
Nikkel is een essentieel element voor een gezond plantenleven en sporen nikkel komen voor in de meeste groenten, fruit, noten en in wat grotere hoeveelheden in chocolade en wijn.
Maar net zoals de meeste metalen heeft nikkel ook een donkere zijde als er teveel in het lichaam wordt opgenomen. Grote hoeveelheden nikkel, waarvan bekend is dat het carcinogeen is, kunnen stapelen in grond, lucht en ons voedsel en water en zorgen op die manier voor mogelijke vergiftigingen.
Het inademen van nikkelstof leidt tot een verhoogt risico op longkanker, fibrosis en andere ziektes zoals leverproblemen.
Spectra
Absorptiespectrum
Emissiespectrum
