iso:isotopo NA: abbondanza in natura TD:tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento
Iltermine deriva dallosvedese Nickel, diminutivo di Nikolaus, anticamente associato a persona da poco,folletto oragazzo irrequieto, troppo pieno di vitalità.[8] Esiste poi il derivatotedesco Kupfernickel ("rame del diavolo"), nome dato daiminatori che, cercando il rame, trovavano invece questo elemento e ne davano la colpa a ungenio maligno.[9][10]
Il nichel si usa almeno dal3500 a.C. Alcuni bronzi provenienti dallaSiria contengono fino al 2% di nichel. Inoltre esistono alcuni manoscritti cinesi che suggeriscono che il "rame bianco" (paitung) fosse in uso in Oriente fra il1700 e il1400 a.C. Comunque, poiché i minerali di nichel possono facilmente essere confusi con minerali diargento, l'uso consapevole del nichel in quanto tale risale all'era contemporanea.
I minerali che contengono nichel, come laniccolite o falso rame, erano apprezzati anticamente per il colore verde che conferivano alvetro. Nel 1751 il mineralogista svedeseAxel Fredrik Cronstedt, tentando di estrarre rame dalla niccolite, ottenne invece un metallo bianco-argenteo che battezzò nickhel, dal tedescoKupfernickel (falso rame) o da nickel (folletto, diavoletto).[10]
Il nichel naturale nella sua forma elementare è stato descritto per la prima volta da Paul Ramdohr1967 e riconosciuto dall'International Mineralogical Association (IMA) come specie minerale indipendente (numero di input interno dell'IMA: 1966-039).[11]
La monetastatunitense detta "nichelino" a causa della particolare lega usata non è ferromagnetica, mentre l'equivalentecanadese lo era fino all'anno di conio 1958 compreso.[12]
Il nichel è unmetallo argenteo che presenta un mix di proprietà ferrose e non ferrose.[13] Appartiene al blocco delferro ed è duro, malleabile e duttile. Il nichel è uno dei cinque elementiferromagnetici (temperatura di Curie = 354°C)[11] ed è resistente allacorrosione.[14]
Si accompagna molto spesso con ilcobalto: entrambi si possono trovare nelferro meteoritico. È assai apprezzato per le proprietà che conferisce alleleghe metalliche di cui fa parte.[15]
L'abbondanza stimata del nichel sullacrosta terrestre è pari a circa 8,4 x 101mg/Kg, mentre neglioceani è pari a circa 5,6 × 10-4 mg/l.[14] Ilraggio ionico del nichel divalente è simile a quello del ferro divalente e del magnesio divalente permettendo ai tre elementi di poter essere sostituiti l'uno con l'altro neireticoli cristallini di alcuni silicati eossidi.[13]
La maggior parte di tutto il nichel viene estratto da due tipi di deposito minerale:[13]
il secondo tipo è costituito da depositi disolfuri di originemagmatica in cui il principale minerale è lapentlandite [(Ni,Fe)9S8].
Il nichel si trova anche nellakamacite, una lega naturale diferro e nichel.
Le riserve maggiori di nichel sono inAustralia eNuova Caledonia e ammontano a circa il 45% delle riserve totali note.[10]
Sistima che, a partire dalle zone emerse in cui si è osservato almeno 1% di concentrazione di nichel, le risorse di nichel disponibili siano almeno 130 milioni ditonnellate, circa il doppio delle riserve già note. Il 60% è inlateriti e il 40% in depositi disolfuri.
Dell'elemento nichel si conoscono almeno trentunoisotopi, connumeri di massa che vanno daA = 48 adA = 78.[19] Tra questi, gli isotopi stabili (o almeno apparentemente stabili) del nichel esistenti in natura sono i cinque seguenti, con le loro abbondanze relative in parentesi:58Ni (68,077%),60Ni (26,223%),61Ni (1,1399%),62Ni (3,6345%) e64Ni (0,9256%).[20]
Il primo isotopo naturale del nichel e il più abbondante, il58Ni, è osservativamente stabile;[21] tuttavia, è teoricamente soggetto a decadimento per dare l'ultimo isotopo stabile delferro, il58Fe, attraverso unadoppia cattura elettronica (2ε) o anche per cattura elettronica edemissione di positrone (ε+β+), mentre il modo di doppia emissione di positrone (2β+) risulta proibito e l'energia di decadimento massima è pari a 1,675 MeV.[22] Tuttavia, l'emivita stimata per questi processi è superiore a 1021anni,[23] un periodo di centinaia di miliardi di volte superiore all'età dell'universo, per cui questo decadimento sarebbe del tutto inavvertibile e privo di qualsiasi conseguenza da un punto di vista pratico.
60Ni è l'ultimo prodotto della catena di decadimento dell'estintoradionuclide60Fe (emivita: 2,6milioni di anni), attraverso l'intermedio60Co (due successivi decadimentiβ−).[24] L'abbondanza del60Ni presente in materiale di origine extra-terrestre può aiutare a far luce sull'origine e sulla storia delsistema solare.[25]
61Ni è l'unico nuclide stabile del nichel ad avere spin nucleare (3/2-) non nullo, il che permette l'uso dellaspettroscopia Mössbauer per i composti di nichel.[26][27]
62Ni, terzo per abbondanza naturale, è il nuclide che ha il primato di essere il nuclide più fortemente legato, quello cioè avente la più altaenergia di legame pernucleone,[28] che ammonta a 8,7946MeV/nucleone,[29] seguito in questo dal58Fe e poi dal56Fe.
64Ni è l'ultimo isotopo stabile del nichel e il meno abbondante. Campioni di nichel arricchito in questo isotopo vengono usati per produrre, tramite bombardamento conprotoni di ~17MeV, ilradioisotopo64Cu secondo lareazione nucleare64Ni(p,n)64Cu,[30] il quale ha la caratteristica inusuale di decadere sia per emissione di elettrone (β−, 61%), sia per emissione di positrone (β+, 39%).[31] Di questo isotopo delrame si sfrutta il suo modo di decadimentoβ+[32] in applicazioni ditomografia a emissione di positroni (PET).[30]
Del nichel sono stati inoltre prodotti artificialmente ed identificati 18 isotopi radioattivi, di cui il più longevo è59Ni con un'emivita di 76000 anni, seguito da63Ni (100,1anni) e da56Ni (6,077giorni). Tutti gli altri isotopi hanno un'emivita inferiore alle 60ore e nella maggior parte di essi inferiore ai 30secondi.
54Ni (spin 0) è un isotopo del nichel povero di neutroni che decade (T1/2 = 0,104s) per emissione di positrone (β+) in54Co (Q = 7,78MeV), il quale decade a sua volta (Q = 7,22MeV), anch'esso per emissione di positrone, per dare54Fe, un isotopo del ferro osservativamente stabile.[33] Ilraggioquadratico medio della sua carica elettrica nucleare è stato stimato in 3,737femtometri.[34]
55Ni (spin 7/2-) è un isotopo del nichel, anch'esso povero di neutroni, che decadeβ+ (T1/2 = 204,7ms) in55Co (Q = 7,67MeV), il quale decade a sua volta (Q = 7,22MeV), anch'essoβ+, per dare55Fe, il quale decade ancora, questa volta per cattura elettronica (ε), per dare infine55Mn, stabile.[35]
56Ni (spin 0) viene prodotto in grandi quantità nellesupernove di tipo II;[36] questo nuclide, nonostante sia doppiamentemagico (28 protoni e 28 neutroni), è radioattivo a vita breve (T1/2 ≈ 6giorni) e decadeε/β+ a56Co (Q = 1,11MeV),[37] che poi decade anch'esso con la stessa modalità (T1/2 ≈77 giorni, Q = 3,54MeV) a56Fe, stabile.[38] Questi processi all'interno delle stelle massive costituiscono il principale punto di arrivo dellanucleosintesi che porta alla formazione della maggior parte dei nuclei diferro nell'Universo e nel sistema solare.[39]
57Ni (spin 3/2-) decade in modalitàcattura elettronica ed emissione di positrone (ε/β+) (T1/2 = 35,6ore; Q = 3,262MeV),[40] dando l'isotopo57Fe, spin 1/2- (stabile).
59Ni (spin 3/2-) è unradionuclide di origine cosmica che decade nella quasi totalità dei casi per cattura elettronica (ε) a59Co, stabile, Q = 1,073MeV;[41] nell'1,5×10−5% decadeβ+ dando lo stesso prodotto.[42] Grazie al suo tempo di dimezzamento sufficientemente lungo (76000 anni) trova impiego ingeologia per eseguire datazioni; in particolare, è stato usato per datare l'età dellemeteoriti e per stimare l'abbondanza di pulviscolo cosmico nei ghiacci e nei sedimenti terrestri.[43]
63Ni (spin 1/2-) decadeβ− all'isotopo stabile63Cu (T1/2 = 101,2anni; Q = 0,06698MeV).[44] Questo isotopo si trova nelle strutture di supporto deireattori nucleari in quanto si forma dal62Ni percattura di neutrone.[45]
La maggior parte del nichel deriva da minerali di ferro contenenti nichel e rame, come laghiaiamagnetica al nichel. Il nichel deve prima essere arricchito medianteflottazione a circa il 5% di contenuto di nichel. Quindi il minerale vienearrostito in modo simile alla produzione di rame.[11]
In questa fase il minerale viene prima pre-torrefatto per convertire una parte delsolfuro di ferro inossido di ferro. Successivamente, vengono aggiuntisilicati ecoke per eliminare le scorie di ossido di ferro come silicato di ferro. Allo stesso tempo, la pietra grezza rame-nichel è formata da nichel, rame e solfuro di ferro. Poiché questo è specificamente più pesante delle scorie di silicato di ferro, le due fasi possono essere separate facilmente.
In seguito, la pietra grezza viene messa in unconvertitore dove vengono aggiunti silice eossigeno trasformando il solfuro di ferro in ossido di ferro che verrà strofinato via. Il risultato è la pietra fine rame-nichel, che comprende circa l'80% di rame e nichel e circa il 20% dizolfo.[11]
A questo punto il nichel deve essere separato dal rame. A tale scopo, lapietra fine viene fusa consolfuro di sodio (Na2S) portando alla formazione di un doppio solfuro di fusione tra rame e solfuro di sodio. Si formano duefasi: una di doppio solfuro di rame-sodio (liquido) e una nichel solfuro. Dopo la separazione, il solfuro di nichel viene tostato in ossido di nichel e quindi ridotto in nichel con la coke.
Per recuperare il nichel puro, la pietra ottenuta è raffinata perelettrolisi in cui l'elettrolita utilizzato è unasoluzione disale di nichel. Durante il processo, il nichel e tutti i componenti meno nobili si spostano nella soluzione, metre i componenti più nobili rimangono solidi e precipitano. La purezza del nichel così ottenuto si aggira intorno al 99,9%.[11]
Esiste inoltre un processo speciale, denominato "processo di moon", che prende il nome daLudwig Moon il quale scoprì iltetracarbonile di nichel nel1890. Questo processo si basa sulla formazione e decomposizione del nichel tetracarbonile. A tal fine, la pietra fine di rame-nichel viene inserita in un flusso dimonossido di carbonio a80°C che determina la formazione del tetracarbonile di nichelgassoso che viene scaricato e inviato a una camera didecomposizione calda180°C con all'interno piccole palline di nichel. A questo punto, il nichel tetracarbonile si decompone nuovamente in nichel e monossido di carbonio. Il nichel così ottenuto è molto puro (99,9%).[11]
nella produzione dimumetal, che ha una permeabilità magnetica particolarmente alta e si usa per schermarecampi magnetici;
nella produzione dimonel, una lega di nichel estremamente resistente allacorrosione usata pereliche di navi, attrezzature da cucina e tubature di impianti chimici industriali;
Molti deglienzimi del tipoidrogenasi contengono nichel in aggiunta agliaggregati ferro-zolfo. I siti nichel in queste idrogenasi hanno il compito di ossidarsi piuttosto che di sviluppare idrogeno: pare che il sito nichel cambi il suo stato di ossidazione durante l'azione dell'enzima e sono state presentate prove a sostegno dell'ipotesi che i centri nichel siano i reali siti attivi di questa classe di enzimi.
IlCo-F430, uncoenzima nichel-tetrapirrolo, è presente nella metil-CoM-riduttasi e neibatterimetanogeni. Iltetrapirrolo è un intermedio nella struttura fraporfirina ecorrina. Di recente sono state osservate variazioni sia nello stato di ossidazione sia nel tipo di coordinazione del nichel all'interno di tale enzima.
Esiste anche una carbonio-monossido-deidrogenasi contenente nichel della cui struttura si sa molto poco.
La principale fonte di esposizione al nichel è l'assunzione per via orale, poiché questo metallo si trova sia nel cibo sia nell'acqua ed è presente come elemento contaminante per cause antropiche. Alcuni esempi: rubinetti di nichel che contaminano le acque e il suolo, sottoprodotti industriali dell'attività di miniere e fonderie, uso di pentole e tegami in leghe di nichel, uso di piatti dipinti con vernici contenenti nichel. Altre forme di esposizione sono quelle per via aerea: aria inquinata dalle raffinerie di nichel, combustione dei carburanti fossili, fumo di tabacco. Altra via di esposizione è il contatto della pelle con gioielli, monete, shampoo e detergenti. Infine una forma meno comune di esposizione cronica è l'emodialisi, poiché tracce di ioni nichel possono essere assorbiti nelplasma a causa dell'azionechelante dell'albumina. La quantità media a cui la maggior parte delle persone è esposta non rappresenta un pericolo per la salute umana. La maggior parte del nichel assorbito quotidianamente dagli umani è rimosso per via renale ed eliminato attraverso le urine, oppure passa non modificato attraverso il tratto gastrointestinale senza essere assorbito. Il nichel non è causa di intossicazioni da accumulo, tuttavia le dosi massicce o l'esposizione cronica possono rappresentare unrischio professionale a causa della sua tossicità acuta e della suacancerogenicità.[49]
L'esposizione al nichel metallico e ai suoi sali solubili non dovrebbe superare (per la popolazione) il valore ematico di 13 microgrammi/litro, non esiste un (TLV-TWA); fumi e polveri disolfuro di nichel sono considerati cancerogeni; molti altri composti del nichel sono sospetti cancerogeni.
Ilnichel tetracarbonile ([Ni(CO)4]) è ungas estremamente tossico la cuitossicità è la combinazione della tossicità del metallo con la tendenza del composto a dissociarsi liberandomonossido di carbonio, anch'esso molto tossico.
Alcune persone possono mostrare ipersensibilità al nichel che si manifesta sulle zone dellapelle esposte a esso. L'allergia al nichel è una delle cause principali delladermatite allergica da contatto.[50] L'Unione europea regola per decreto la quantità di nichel che può essere contenuta in prodotti che sono a contatto con la pelle. Nel 2002, in un articolo della rivistaNature alcuni ricercatori hanno dimostrato che le monete da1 e2 euro in presenza di sudore possono rilasciare nichel eccedendo i limiti fissati dalla norma europea.[51] Questo pare dipendere dalla corrosione prodotta dalle correnti galvaniche che si generano tra le due leghe metalliche diverse che compongono queste monete.[51]
Il nichel è un elemento che presenta le seguenti caratteristiche
elevata duttilità;
ottima resistenza alla corrosione in ambienti ricchi di cloruri;
ottima resistenza meccanica ad alte temperature.
Con l'aggiunta di alcuni elementi di lega è possibile enfatizzare alcune di queste proprietà. Ad esempio l'aggiunta dimolibdeno ecromo aumenta la resistenza alla corrosione della lega.
Una comune applicazione delle leghe di nichel è nei materiali strutturali impiegati nella costruzione deiturbogas poiché in questi impianti coesistono condizioni molto avverse per i materiali quali: alte temperature, ambiente corrosivo e alte sollecitazioni.
Si evidenziano in particolare tre diverse leghe di nichel:
Nichel commercialmente puro;
Leghe nichel-cromo;
Leghe nichel-cromo-ferro.
Il nichel commercialmente puro è identificato solitamente con una numerazioni standard (Es: 200, 201, 270). Queste leghe sono induribili mediante incrudimento, a queste leghe vengono spesso aggiunti particolari alliganti qualialluminio etitanio al fine di migliorare le capacità meccaniche.
Le leghe di nichel-cromo, chiamate anchenimonic, sono costituite generalmente da circa l'80% di nichel e da circa il 20% di cromo, più piccole percentuali di altri alliganti; sono leghe con le seguenti proprietà
Ottima resistenza alla corrosione dovuta anche alla presenza del cromo che ossidando genera una patina protettiva sulla superficie del pezzo;
Basso carico di snervamento.
Le leghe nichel-cromo-ferro (inconel ohastelloy a seconda degli elementi di lega disciolti) sono leghe solitamente composte da circa il 70% di nichel, il 20% di cromo, il 10% diferro più piccole percentuali di altri alliganti. Il ferro in particolare serve a sostituire il nichel che risulta essere molto più costoso. In particolare lehastelloy (forte presenza di molibdeno) risultano particolarmente efficaci nella resistenza alla corrosione.
Icupronichel sono le leghe dirame in cui il nichel è il principale elemento aggiunto. Sono caratterizzate da un'ottima resistenza alla corrosione in ambienti marini (si usano in impianti di dissalazione e condensatori marini); notevole è la resistenza meccanica, in particolare all'erosione. Le monete da 1 e 2 euro sono composte da 2 cupronichel: la lega CuNi25, bianca, formata da rame con un 25% di nichel e la lega CuZn5Ni20, detta anche ottone al nichel, gialla, formata da rame con un 5% di zinco e un 20% di nichel.
↑Effettivamente, vengono indicate con questo nome tutte le monete di piccolo taglio a base di nichel, come anche quella da 20 centesimi dilira, coniata da reUmberto I di Savoia.lamoneta.it, sunumismatica-italiana.lamoneta.it.
↑(EN) Glenstar Ventures Inc,Glenstar Ventures Inc., suGlenstar Ventures Inc..URL consultato il 31 ottobre 2024.
↑scheda del nichel in polvere suIFA-GESTIS, sugestis-database.dguv.de.
↑ Claudio Butticè,Nickel Compounds[collegamento interrotto], in Colditz, Graham A. (a cura di),The SAGE Encyclopedia of Cancer and Society, Seconda Edizione, Thousand Oak, SAGE Publications, Inc., 2015, pp.828–831,ISBN9781483345734..
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