镍（Ni）元素

化学元素镍被列为过渡金属。18世纪50年代，阿克塞尔·克朗斯泰特发现镍是一种元素。

属性描述
英文名Nickel
分类镍是过渡金属
颜色银白色
原子量58.693
状态固态
熔点1455 ℃, 1728 K
沸点2990 ℃, 3263 K
电子数28
质子数28
最丰富的同位素中的中子30
电子层2,8,16,2
电子构型[Ar] 3d8 4s2
密度 @ 20℃8.91 g/cm3

镍的发现

镍存在于金属陨石中，因此自古以来就被使用。

金属陨石制成的工艺品早在公元前5000年就被发现了，例如在埃及坟墓里发现的珠子。

铁是金属陨石中最丰富的元素，其次是镍。

直到18世纪50年代，人们才发现镍是一种元素。

在17世纪，一种暗红色的矿石，通常有一层绿色的涂层，曾经是德国萨克森铜矿商的烦恼之源。他们认为这种暗红色的物质是一种铜矿石，但他们一直无法从中提取出任何铜。

无奈之下，他们将其命名为“kupfernickel”，翻译过来就是“妖精的铜”，因为很明显，至少从矿工的角度来看，有妖精或小魔鬼在工作，阻止他们提取铜。

1751年至1754年间，瑞典化学家阿克塞尔·克朗斯泰特进行了一系列实验，以确定库普费镍的真实性质。(我们现在知道kupfernickel就是砷化镍，NiAs。)

在发现其化学反应与铜化合物不同后，他用木炭加热kupfernickel，得到一种坚硬的白色金属，仅颜色就表明它不可能是铜。它的性质，包括它的磁性，使他得出结论，他已经分离出一种新的金属元素。

克朗斯泰特以他从kupfernickel中分离出来的元素命名了这种新元素镍。

这一发现具有令人满意的对称性。克朗斯泰特是乔治·勃兰特的学生，后者发现了钴，在元素周期表中，钴位于镍的左边。

这两种元素的名称都源于金属砷矿石给矿工带来的挫折:砷化镍和砷化钴。Cobalt这个名字来源于德语“kobold”，意思是“小妖精”，而“nickel”这个名字是钴的近亲。

在钴矿的案例中，矿工们错误地认为矿石中含有银，沮丧地称矿石为狗头人，因为他们认为邪恶的地精阻止了他们从矿石中获得银。

二十世纪初，路德维希·蒙德为一种使用羰基镍提纯镍的工艺申请了专利。这个过程至今仍在使用。

关于镍的有趣事实

镍在室温下具有铁磁性，就像它在周期表上的近邻铁和钴一样。

镍在地壳下的浓度是其在地壳中的浓度的100倍。镍被认为是地核中第二丰富的元素，而铁则是最丰富的。

镍是Mu-metal中的主要金属，它具有迷人的磁屏蔽性能。磁体通常会吸引铁等金属。如果你把Mu-metal放在磁铁和金属之间，吸引力就消失了。这是因为只有很少的磁场通过金属mu传输。mumetal大约是80%的镍，20%的铁和少量的钼。

镍合金的奇怪特性并不仅限于金属。镍钛诺是一种镍合金，发现于20世纪60年代，它还记得以前的形状。将1:1镍钛合金加热到500摄氏度左右，然后弯曲成你喜欢的形状;你可以弯曲一根铁丝来命名。然后冷却，将金属丝弯曲成弹簧。再次加热导线，值得注意的是，弹簧消失了，第一个形状——在这里是你的名字——返回。

镍是耐腐蚀的——它是不锈钢中使用的元素之一。陨石金属中镍的存在意味着它在古人手中保持明亮和光泽的时间要比没有镍的时候长得多。

在稀土磁体(如钕铁硼)发明之前，最强的永磁体——Alnico磁体——是由镍合金制成的:主要是铝、镍、钴和铁。不同寻常的是，Alnico磁铁即使在加热后仍能保持其磁性，直到发出炽热的红光。

2007年观测到超新星2007bi。这颗超新星的产物之一是在爆炸中合成的镍-56。镍的质量是我们整个太阳的三倍。镍-56具有放射性，衰变为钴-56，而钴-56又衰变为稳定的铁-56。

外观和特性

危害:

镍及其化合物被认为是致癌的。大约有10%到20%的人对镍敏感。反复接触它会导致皮肤不适(皮炎)。这些人应该避免接触镍，因为镍可以在珠宝中找到。

吸入大量镍化合物的工人已患上慢性支气管炎、肺癌和鼻癌。

羰基镍是一种剧毒气体。

特点:

镍是一种坚硬的银白色金属，具有延展性。

这种金属可以进行高度抛光，并且在空气中不变色。

镍是铁磁性的，是热和电的均匀导体。

大多数镍化合物是蓝色或绿色的。

镍的使用

大部分镍用于耐腐蚀合金，如不锈钢。

由铜镍合金制成的管道用于海水淡化工厂。这种合金具有天然的耐海水腐蚀和生物淤积能力。

许多硬币中含有镍。

镍钢用于防盗保险库和装甲钢板。

镍还用于电池——例如NiCd(镍镉)和Ni-MH(镍金属氢化物)充电电池——和磁铁。

镍的同位素及丰度

地壳:按重量计算为84ppm，按摩尔计算为30ppm

丰度太阳系:重量为80ppm，摩尔为2ppm

成本，纯:7.7美元每100克

成本，批量:每100克1.9美元

来源:自然界中偶有游离镍，但主要存在于矿石中。主要矿石有硫化镍、磁黄铁矿(镍铁硫化物)、硅镍矿(镍镁硅酸盐)、针镍矿(硫化镍)和镍云母(砷镍)。

镍是通过焙烧和还原工序从矿石中提取出来的，这种工序可以生产纯度超过75%的金属。蒙德工艺随后被用于进一步提纯镍。

同位素:镍有23种同位素，其半衰期已知，质量数为52至76。天然镍是五种稳定同位素的混合物，它们的百分比如下:58Ni(68.1%)、60Ni(26.2%)、61Ni(1.1%)、62Ni(3.6%)和64Ni(0.9%)。最丰富的同位素是58Ni，占68.1%

参考

  1. Henry Maryon, Early Near Eastern Steel Swords., 65, 1961, American Journal of Archaeology p1.
  2. William H. Baldwin, The story of Nickel. I. How “Old Nick’s” gnomes were outwitted., J. Chem. Educ., 1931, 8 (9), p1749 Virginia Bartow, Axel Fredrick Cronstedt., J. Chem. Educ., 1953, 30 (5), p247
  3. Mary Elvira Weeks, The discovery of the elements. III. Some eighteenth-century metals., J. Chem. Educ., 1932, 9 (1), p22
  4. The MuShield Company
  5. Image by René Rausch