Nikl (chemická značkaNi,lat.Niccolum) je bílý,feromagnetický, kujný a tažnýkov. Slouží jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití postupně omezováno.
Typický kovový feromagnetický prvek stříbrobílý, silně lesklý kov. Nikl se dá výborně leštit, je velmi tažný a dá se kovat, svářet a válcovat na plech nebo vytahovat v dráty. Patří mezipřechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Ni+2, existují i sloučeniny Ni+1, zatímco látky obsahující Ni+3 jsou nestálé a působí silně oxidačně.
Ve zředěných minerálníchkyselinách se nikl rozpouští, ale hůře nežželezo. V koncentrovaných kyselinách se rozpouští ještě o něco hůře a koncentrovanoukyselinou dusičnou se pouzepasivuje. Nepůsobí na něj suché halogenovodíky. Za normální teploty je vůči působení vzduchu i vody nikl poměrně stálý a používá se proto často k povrchové ochraně jiných kovů, předevšímželeza. V jemně rozptýleném stavu je nikl pyroforický tj. samozápalný na vzduchu. Při zahřívání v čistém kyslíku shoří nikl za jiskření a i s jinými prvky se za vyšší teploty slučuje (chlor,brom,fosfor,arsen,antimon,hliník,bor,křemík,síra…).[2] Je také značně stálý vůči působení alkálií a používá se proto k výrobě zařízení pro práci s alkalickýmihydroxidy.
Kovový nikl rozkládá při mírném žáruamoniak nadusík avodík. Nikl má schopnost pohlcovat velká množství vodíku, a to zejména za zvýšené teploty. Proto se houbovitý nikl využívá jakokatalyzátor přihydrogenacích.
Předměty ze slitin niklu se podařilo nalézt vČíně a jejich stáří je více než 2 000 let. Nikl byl objeven roku1751 německým chemikem baronemAxelem Frederikem Cronstedtem při pokusech o izolacimědi z rudy. Nový prvek pojmenoval podle jeho výskytu v ruděnikelinu. V hornické mluvě bylo tehdy slovo nikl hanlivým výrazem pro rudu, ve které horníci očekávali, že bude obsahovatměď, ale při jejím zpracovávání odolávala veškerému úsilí při jejím získávání. Ještě určitou dobu po objevu niklu zastávali někteří chemici názor, že nikelin je měděná ruda. TeprveTorbern Bergman roku1775 popsal přesněji povahu niklu (jeho podobnost sželezem) a připravil nikl v čistém stavu.
Jako relativně lehký prvek je nikl v přírodě poměrně hojně zastoupen. Vzemské kůře jeho průměrný obsah činí kolem 100 mg/kg, tj. asi 100ppm (parts per milion = počet částic na 1 milion částic) a ve výskytu přechodných prvků na zemi se řadí na 7. místo.[chybí zdroj] V mořskévodě se jeho koncentrace pohybuje na úrovni 5,4 mikrogramu v jednom litru.[chybí zdroj] Předpokládá se, že vevesmíru připadá na jeden atom niklu přibližně 700 000 atomůvodíku.
S ryzím niklem se v přírodě setkáme pouze vzácně ve slitině s železem v železných meteoritech, dopadajících na Zemi z kosmického prostoru. Geologové předpokládají, že velká část niklu přítomného na Zemi je soustředěna v oblasti jejího středu – v zemském jádře – a to právě z analogie s meteority.Nikl má afinitu ke kyslíku i k síře, resp. arzenu a vytváří tedy dva typy ložisek. Jednak primární, sulfidická, ve kterých se nachází v sirnících a arzenidech – sulfid nikelnato-železitý –pentlandit (Ni,Fe)9S8millerit NiS, nikelin NiAs,breithauptit NiSb,chloantit NiAs2,gersdorfit NiAsS,smaltin (Ni,Co,Fe)As2 aullmanit NiSbS.Dále sekundární, kyslíkatá, lateritická, vznikající zvětráváním olivínu z ultrabazickýchhornin zemského pláště, které se dostaly na povrch. Vrstvy zvětralin, nabohacené železem, hliníkem a ochuzené o křemík a se nazývají laterity a vznikají lateritickým zvětráváním. Niklonosné laterity se typicky vyskytují ve zvětralinách hadcových těles, což byly původně olivinické horniny ze zemského pláště, z hloubek okolo 50 km a více.Olivín je na povrchu nestálý, rychle zvětrává. Nikl v něm byl původně vázán jako příměs a zvětráváním přešel do hydrosilikátů niklu, zejménagarnieritu (Ni,Mg)3Si2O5(OH) .
Největším současně těženým nalezištěm niklových rud, odkud pochází 1/4 světové produkce niklu, je kanadské Sudbury, které bylo objeveno roku 1883 při výstavbě trati pro Kanadskou pacifickou železnici a nachází se v provincii Ontario. Předpokládá se, že původem těchto rud je obrovskýmeteorický zásah Země v dávných geologických dobách. Další oblasti s bohatým výskytem niklových rud jsou např.Rusko (zejména okolísibiřského městaNorilsk),Nová Kaledonie,Austrálie,Kuba aIndonésie. Niklové doly na severuFinska byly vládě této země významnou politikou kartou pro udržení nezávislosti při lavírování meziSovětským svazem anacistickým Německem běhemdruhé světové války[3].
Nejdůležitější rudy niklu jsou novokaledonskýgarnierit (Ni,Mg)3Si2O5(OH) a kanadskýpyrrhotin s příměsí pentlanditu, který obsahuje průměrně 3 % niklu. Při obou výrobách probíhá získávání niklu přes tyto dva kroky.[4]
2 Ni3S2 + 7 O2 → 6 NiO + 4 SO2
NiO + C → Ni + CO
Při výrobě niklu zgarnieritu se využívá mimořádná afinita niklu ksíře. Ruda se taví se sloučeninami snadno odštěpujícímisíru a tím vzniká Ni3S2 a nečistoty přechází jakokřemičitany dostrusky. Vkonvertoru se částečným vypražením, opakovaným tavením s přísadoukřemene odstraníželezo a zbude tak čistý Ni3S2. Následným pražením se z sulfidu získáoxid nikelnatý. K oxidu nikelnatému se přidádřevěné uhlí a směs se žíhá, tím se získá práškový nikl nebo se k oxidu nikelnatému a dřevěnému uhlí přidá ještěvoda amouka (jako pojidla), ve formě se vytvarujíkrychle a při žíhání vzniká nikl v podobě krychlí.
Při výrobě niklu zpyrrhotinu se nejprve pražením snižuje obsah síry v této rudě. Díky vysokému obsahu mědi v rudě se získá směs sulfidu niklu a mědi. Redukcí této směsi se dá získat slitinamědi a niklu. Tatoslitina nemá praktický význam, a proto je nutné sulfid mědi a niklu od sebe oddělit. To se provádí oxfordským způsobem. Sulfidy niklu a mědi se taví v šachtové peci shydrogensíranem sodným akoksem. Při tavení sesulfid niklu usazuje na dně, zatímco sulfid mědi se drží na povrchu taveniny. Po vychladnutí se oddělí horní vrstva od spodní a odstraní se další nečistoty. Po pražení skoksem se získá surový nikl, který obsahuje 95 % niklu a 1–2 % mědi. Surový nikl se buď elektrolyticky rafinuje nebo se zpracovává na čistý nikl karbonylovým způsobem.
Karbonylový způsob je založen na přípravětetrakarbonylu niklu Ni(CO)4 a jeho následném rozkladu. Při této výrobě se může vycházet ze surového niklu získaného oxfordským způsobem, která probíhá při teplotě 50 °C a působenímoxidu uhelnatého za obyčejnéhotlaku, což jeMondův proces. Karbonyl niklu se dá získat přímo ze sulfidu niklu působením oxidu uhelnatého při tlaku 200 atmosfér a teplotě 200–250 °C. Rozklad karbonylu probíhá za teploty 200 °C a normálním tlaku. Tímto způsobem se získá velmi čistý nikl 99,95 %.
K přečišťování niklu se také používáelektrolytická rafinace. Hlavně u surového niklu, který obsahujeplatinu, protože zanodového kalu, který přitom odpadá, může býtplatina a kovy, které ji doprovází, snadno získány. Nikl získaný tímto způsobem je z 99,99 % čistý.
Díky poměrně velmi dobré stálosti kovového niklu vůči atmosférickým vlivům i vodě se často nanáší velmi tenká niklová vrstva na povrchy méně odolných kovů, nejčastějiželeza. Nanášení se provádíelektrolyticky obvykle z alkalického prostředí, kde je nikl přítomen jakokyanidovýkomplex a na pokovovaný předmět je vložen zápornýelektrický potenciál, působí tedy jakokatoda. Běžně se takto upravují jednoduché pracovní nástroje jako šroubováky nebo klíče, ale také některé chirurgické nástroje a pomůcky se niklují.
Značné odolnosti kovového niklu se využívá při výrobě chemického nádobí, které je možno vystavit účinkům alkalických tavenin jako jehydroxid sodný nebouhličitan draselný bez výraznějšího poškození. Vkyselém prostředí je však nutno použít mnohem dražších kelímků zplatiny nebo slitin platiny srhodiem neboiridiem.
Ocelářský průmysl je rozhodně největším světovým spotřebitelem niklu. Společně se železem,chromem amanganem patří mezi základní kovy, které slouží pro legováníocelí. Je třeba mít na zřeteli, že se ve světě vyrábí tisíce typů ocelí, které se značně liší svým složením, způsobem zpracování a následně pak svými vlastnostmi jako je tvrdost, pevnost, kujnost, chemická odolnost a další. V řadě z nich je kromě výše uvedených prvků přítomno i menší množství dalších kovů (molybden,wolfram,kobalt a další).
Nikl je součástí velmi odolných slitin jako napříkladMonelův kov o složení 68 % Ni a 32 % Cu (někdy se také uvádí alternativní poměr 67:28 nebo 65:30)[5][6] se stopami manganu a železa, používaný pro výrobu lodních šroubů, ale i kuchyňského vybavení. SlitinyAlnico se skládají z železa, kobaltu, niklu,hliníku a mědi a slouží pro výrobu velmi silných permanentníchmagnetů.
Nikl patří již dlouhou dobu mezi mincovní kovy, používané k ražení mincí, obvykle ve slitinách smědí. V Československu se z těchto slitin razily předevšímmince o nominální hodnotě 1, 2 a 5 Kčs. V současné ČR jsou mince 1, 2 a 5 Kč pouze niklem povrchově upravené (ražené z oceli, povrchová vrstva niklová). VUSA aKanadě se pro minci o hodnotě 5 centů používá označení nickel, do češtiny překládané jako niklák. VEvropské unii se tento fakt týká mincí s nominální hodnotou 1 a 2 eura. Tyto mince se vyrábí ze slitiny, která se nazývá nové stříbro neboli argentan či nejčastějialpaka. Tato slitina se doEvropy dostala zČiny v 18. století, ale mince se z ní začaly razit ve velkém až podruhé světové válce.Alpaka obsahuje 10–20 % niklu, 40–70 %mědi a 5–40 %zinku. Slitina je stříbrobílá, chemicky odolná a dá se dobře leštit.
Významné místo patří slitinám niklu ve výroběšperků. V současné době poměrně populární bílézlato je obvykle právě slitinou zlata, niklu, mědi azinku. Nevýhodou těchto materiálů je skutečnost, že řada lidí trpíalergií na slitiny niklu a nemůže šperky z těchto slitin dlouhodobě nosit.
Zvláštní slitina niklu a stříbra slouží často jako materiál pro výrobu elektrických kontaktů v silně namáhaných silnoproudých spínačích, které musí vykazovat vysokou úroveň spolehlivosti. Jde o směs o složení přibližně 90 % Ag + 10 % Ni. Protože oba kovy se při tomto poměru v tavenině nemísí, vyrábí se slitina poměrně komplikovaným spékáním práškového materiálu za vysokých teplot a tlaků. Výslednému materiálu potom stříbro dodává vynikajícíelektrickou vodivost a nikl zase výhodné mechanické vlastnosti –tvrdost a odolnost proti otěru. Nikl se využívá také veslitinách s tvarovou pamětí jako slitina NiTi.
K dalším významným slitinám niklu patříkonstantan, což je slitina 40 % niklu a 60 %mědi, která má konstantní velkýelektrický odpor.Nikelin je slitina 31 % niklu, 56 %mědi, 13 %zinku a má také velký konstantníelektrický odpor.Manganin je slitina 4 % niklu, 12 %manganu a 84 %chromu, která se používá na zhotovování přesných elektrických odporů. Chromnikl nebolinichrom je slitina 60 % niklu a 40 % chromu a využívá se na vinutí elektrických pecí.
Galvanické niklové články s možností opětného dobíjení
Značná část celosvětově vyrobeného niklu končí v současné době jako surovina pro elektrické články s možností mnohonásobného dobíjení. Nikl-hydridové baterie slouží jako zdroj elektrické energie v řaděmobilních telefonů, přenosných svítilen a dalších.
Pro zdroje s vyšší elektrickou kapacitou se používají spíše nikl –kadmiové galvanické elektrické články typu NiCd. Vykazují velmi dobré elektrické vlastnosti (kapacita x hmotnost) a lze je i zpětně dobíjet. Slouží často jako zdroj elektrického proudu v automobilech a dalších dopravních prostředcích. Na rozdíl od klasickýcholověnýchakumulátorů se v nich jakoelektrolyt používá roztok alkalickéhohydroxidu. Reakci, při které dochází ke vzniku elektrického proudu, lze vyjádřit jako:
2 NiO(OH) + Cd + 2 H2O ⇄ 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Vzhledem k prokázané toxicitě kadmia se však výroba těchto baterií postupně omezuje.
Jemně rozptýlený elementární nikl —Raneyův nikl — je velmi účinnýmhydrogenačním katalyzátorem, který působí reakci dvojné vazby meziuhlíkovými atomy svodíkem za vzniku vazby jednoduché. Schematicky:
R2C=CR2 + H2 → HR2C-CR2H
Této reakce se využívá v potravinářství k výrobě ztužených tuků z rostlinných olejů. Běžné rostlinné oleje jsou chemickyestery nenasycených mastných kyselin s několika dvojnými vazbami v molekule. Převedením části těchto dvojných vazeb na vazby jednoduché vzniká rostlinný tuk, který má za normální teploty tuhou konzistenci.
Nikl tvoří sloučeniny v oxidačních stavech od Ni−1 do Ni+4, přičemž v záporných stavech se jedná o organokovové sloučeniny a v kladných je nejstabilnější Ni+2 a vyšší stavy se běžně nevyskytují, neboť se na vzduchu i ve vodě rozkládají.
Ve svých stabilních sloučeninách se nikl vyskytuje převážně jako kladně dvojmocný Ni+2. Nikelnaté soli běžných anorganických kyselin jsou v hydratované podobě zelené krystalické látky dobře rozpustné ve vodě, v bezvodém stavu jsou obvykle jinak zbarveny. Výjimkou je špatně rozpustnýuhličitan nikelnatý NiCO3 a černý silně nerozpustnýsulfid nikelnatý NiS. Vyšší oxidační stavy se běžně nevyskytují, protože se tyto sloučeniny na vzduchu i ve vodě rozkládají. Stabilní jsou pouze v inertních atmosférách a proto nemají velký význam.
Hydroxid nikelnatý Ni(OH)2 je jablkově zelená látka, nerozpustná ve vodě a hydroxidech, rozpustná v kyselinách a amoniakálních roztocích. Připravuje se srážením roztoků nikelnaté soli roztokem alkalickéhohydroxidu.
Sulfid nikelnatý NiS je černý prášek velmi nerozpustný ve vodě ahydroxidech, v čerstvém stavu rozpustný v kyselinách, po odstátí nerozpustný. V přírodě se vyskytuje jako nerostmillerit. Připravuje se srážením roztoků nikelnatých solí alkalickýmsulfidemem.
Chlorid nikelnatý NiCl2 je v bezvodém stavu zlatožlutá krystalická látka, v hydratované podobě je to zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě alihu. S alkalickými chloridy tvoří v roztokupodvojné sloučeniny. Působenímfluoru na roztokchloridu nikelnatého achloridu draselného lze připravit sloučeniny K3[NiIIIF6] a K2[NiIVF6]. Připravuje se spalováním niklu v prouduchloru.
Bromid nikelnatý NiBr2 je v hydratované podobě zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se spalováním niklu vbromu.
Jodid nikelnatý NiI2 je v hydratované podobě zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se spalováním niklu vjodu.
Kyanid nikelnatý Ni(CN)2 je v bezvodém stavu hnědožlutý prášek, v hydratovaném stavu jablkově zelená práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. V roztoku tvoří komplexní sloučeniny (viz níže)kyanonikelnatano.Kyanid nikelnatý se připravuje srážením nikelnaté soli roztokem soli alkalickéhokyanidu.
Síran nikelnatý NiSO4 se v hydratované podobě hexahydrátu vylučuje ve dvou modifikacích, první je stálá mezi 31,5 °C a 53,3 °C a má modrozelenou barvu a druhá je stálá nad 53,3 °C a má zelenou barvu. Za obyčejné teploty krystaluje heptahydrát v smaragdově zelených krystalech a označuje se jako nikelnatá skalice. V přírodě se vyskytuje jako nerostmorenosit. V roztoku tvoří sesírany alkalických kovů podvojné sloučeniny.Síran nikelnatý se připravuje rozpouštěnímoxidu nikelnatého nebouhličitanu nikelnatého ve zředěnékyselině sírové.
V oxidačním stavu NiIII jsou některé komplexy stabilní navzduchu, ale ve vodě se hned rozkládají. Např. fialová krystalická látka K3[NiF6] oxiduje vodu za vývojekyslíku. Získává sefluorací směsichloridu draselného anikelnatého za zvýšené teploty a tlaku.
Vedle oktaedrických komplexů existují s komplexy s koordinačním číslem 5, např.černý trigonálně bipyramidální [NiBr3(PEt3)2]
Nikelnaté komplexní sloučeniny jsou až na výjimky odolné vůči oxidaci. Tvoří soli se všemi anionty, ve vodném roztoku je běžný zelený hexaaquanikelnatý kation [Ni(H2O)6]2+.
NiII překračuje koordinační číslo 6 pouze vzácně, základní uspořádání jsouoktaedrická (6) a čtvercová (4). Méně časté konformace jsou trigonálně bipyramidální (5), čtvercově pyramidální (5) a tetraedrické (4). Pokud má nikl možnost vybrat si mezitetraedrem a čtvercem, uplatňuje díky stabilizační energiiligandového pole v nízkospinovýchkomplexech čtvercové ligandové pole. Ve vysokospinových komplexech záleží na druhu ligandu, v případě ligandu s velkými molekulami nebo atomy vznikají čtvercové ligandové pole a v případě ligandů s malými atomy nebo molekulami vzniká tetraedrické ligandové uspořádání. V případě velkého nadbytku komplexních částic v roztoku je nikl schopen uplatnit koordinační číslo 5 a to také v závislosti na velikosti ligandu. Rozměrné ligandy se vážou v podobě čtvercové pyramidy a malé v podobě trigonální bipyramidy.
Nikl vytváří přednostně komplexní sloučeniny sdusíkatými ligandy, např. NH3, en (ethylendiamin), bipy (bipyridyl), phen (fenanthrolin), NCS− a NO2. Amoniakáty mají při plném nahrazení molekul vody v nikelnaté soli na hexaamminnikelnatý kation [Ni(NH3)6]2+ obvyklefialovou barvu. Pokud se nenahradí všechny molekuly vody, tak má látka obvyklemodrou ažtmavě modrou barvu. Amoniakáty se připravují převáděnímamoniaku přes bezvodé nikelnaté soli nebo se k hydratovaným solím přidává roztokamoniaku. Roztok amoniakátů jemodrý, protože ve vodě dochází k částečné výměně molekulamoniaku za molekulyvody.
Čtvercové konformace tvoří komplexy [NiX4]2−, tetrakyanonikelnatany jsouzlatožluté, tetrarhodanonikelnatanysvětle zelené (oktaedrické [Ni(SCN)6]4− jsou všakmodré), tetrachloro-, tetrabromo- a tetrajodonikelnatany jsoumodré.
Nejvýznamnějším zástupcem jetetrakarbonyl niklu [Ni(CO)4], za normálních podmínek těkavá kapalina. Tato sloučenina je silně toxická stejně jakooxid uhelnatý CO, nutný pro její výrobu.
Octan nikelnatý Ni(CH3COO)2 je jablkově zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, ale nerozpustná v lihu. Vodný roztok má sladkou chuť. Připravuje se rozpouštěnímhydroxidu nikelnatého v chladnékyselině octové.
Světová těžba niklu v tunách (pro rok 2005). Nejvíce těžíRusko, následujeKanada aAustrálie
Nikl patří mezi několik málo prvků, jejichž vliv na zdravotní stav lidského organizmu je jednoznačně negativní. Tento fakt se zdá být kuriózní např. i proto, že je chemicky velmi podobnýkobaltu, jenž je naopak nezbytnou součástí potravy a má důležitou roli pro správný vývoj a zdravotní stav lidského organizmu.
Při velkých anebo pravidelně zvýšených dávkách niklu se silně zvyšuje riziko vzniku rakoviny a nikl je dnes řazen i meziteratogeny, tedy látky schopné negativním způsobem ovlivnit vývoj lidského plodu. Ohrožení takovými dávkami niklu však hrozí pouze pracovníkům metalurgických provozů, které se zabývají zpracováním tohoto kovu a nedodržují základní pravidla bezpečnosti práce.
V běžném životě se však poměrně často setkáváme s kožníalergií na nikl. Projevuje se u 6–10 % obyvatelstva a doprovází ji nejprve zarudnutí kůže a později až vznik kožníchekzémů při trvalém styku s předměty z niklu. Zvláště nebezpečné jsou v tomto ohledunáušnice, protože ušní lalůček patří mezi velice citlivé části lidského těla a alergické působení zde může nabývat dramatičtějších rozměrů – otoky hlavy,astmatické záchvaty.
Kromě výše uvedených alergiků však existuje i podstatně méně početná skupina lidí, kteří trpí alergií na nikl v mnohem větší míře. Těm pak způsobuje alergické reakce např. i placení mincemi s obsahem niklu. Právě v současné době probíhá vBruselu diskuze o budoucnosti euromincí o hodnotě 1 a 2eura, které nikl obsahují.[7]
↑ Nikl, chemický prvek Ni, popis a vlastnosti.www.prvky.com [online]. [cit. 2024-01-26].Dostupné online.
↑DROZNÝ, Michal.Finsko sovětské vztahy v letech 1939-1945 z finského pohledu, Bakalářská práce [online]. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta filozofická, 2015 [cit. 2022-11-10].Dostupné online.
↑GREENWOOD, N. N.; EARNSHAW, A.Chemie prvků. 1. vyd. Praha: Informatorium, 1993. 1635 s.ISBN80-85427-38-9. S. 1418–1420.
↑ Archivovaná kopie.leccos.com [online]. [cit. 2013-03-10].Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2012-11-15.
↑Dubbel: Inženýrská příručka pro stavbu strojů; SNTL, Praha 1961;
↑ECB: Common sides [online]. European Central Bank [cit. 2015-09-29].Dostupné online.Je zde použita šablona{{Cite web}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
-carbonate.jpg)
-chloride-hexahydrate-photo.jpg)
-sulfate-photo.jpg)
2.PNG)
