| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Nickel, Ni, 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 10, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | glänzend, metallisch, silbrig | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 0,01 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 58,6934 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 135 (149) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 121 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 163 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ar]3d84s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 16, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Austrittsarbeit | 5,01–5,2 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 737,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1753 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 3395 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 5300 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand (Magnetismus) | fest (ferromagnetisch) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | kubisch flächenzentriert | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (Mohshärte) | 8908 kg/m3 (4,0) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1728 K (1455 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 3186 K (2913 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 6,59 · 10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 370,4 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 17,47 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 237 Pa bei 1726 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 4970 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 440 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 14,3 · 106 S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 90,7 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Thermische Ausdehnung | 13,4 · 10-6 m/(m · K) bei 25 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | 2, seltener -1, 0, 1, 3, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxide (Basizität) | NiO, Ni2O3 (leicht basisch) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | -0,257 V (Ni2+ + 2e- → Ni) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,91 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nickel ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ni und der Ordnungszahl 28.
Geschichte
Nickel wurde bereits 3400 v. Chr. benutzt. Bronze aus dem Gebiet des heutigen Syriens enthielt bis zu 2 % Nickel. Chinesische Schriften bezeugen, dass in Asien „weißes Kupfer“ (Neusilber) zwischen 1700 und 1400 v. Chr. verwendet wurde. Nickel wurde erstmals 1751 von Axel Frederic Cronstedt rein dargestellt. Er nannte das Metall 1754 Nickel, abgeleitet von schwedisch kopparnickel (Kupfernickel), dem aus dem Erzgebirge stammenden Wort für Rotnickelkies. So nannten Bergleute das Erz, das aussah wie Kupfererz, aus dem sich aber kein Kupfer gewinnen ließ, als sei es von Berggeistern (Nickeln) behext. Eine ähnliche Etymologie findet sich bei Kobalt.
Eigenschaften und Vorkommen
Nickel ist ein silbrig weißes Metall. Im Periodensystem gehört es zur Eisen-Gruppe. Es ist hart, schmiedbar, und duktil. Nickelhaltige Erze sind: Nickelmagnetkies, Garnierit, Gelbnickelkies und Rotnickelkies. Abbauwürdige Vorkommen findet man vor allem in Kanada, Russland (Norilsk), Australien und Kuba.
Wegen seiner Oxidationsbeständigkeit wird Nickel in Münzen und als Überzug für andere Metalle und Legierungen wie Eisen und Messing verwendet, außerdem in chemischen Apparaten und in einigen Legierungen wie Neusilber. Nickel ist magnetisch und wird in seinen Erzen häufig von Kobalt begleitet.
Der häufigste Oxidationszustand ist +2. Seltener werden +1 und +3 Nickel-Komplexe beobachtet. In Carbonylkomplexen hat Nickel die Oxidationszahl 0. [Eigenschaften]
Chemisches Verhalten: Die in Wasser meist mit grüner Farbe löslichen Nickel(II)-Salze werden durch Ammoniumsulfid als grauschwarzes Nickel(II)-sulfid ausgefällt. Der spezifische Nachweis ist durch Tschugajews Reagens, einer alkoholischen Dimethylglyoxim-Lösung, möglich. In ammoniakalischer Lösung fällt das rote Nickel-dimethylglyoxim aus, welches in verdünnten Mineralsäuren unter Zerfall und in Natronlauge in Gegenwart von starken Oxidationsmitteln wie Peroxodisulfat zur ebenfalls intensiv roten Nickel(III)-Verbindung löslich ist.
Fein verteiltes Nickel reagiert mit Kohlenmonoxid bei 50 bis 80 Grad Celsius zu Nickeltetracarbonyl Ni(CO)4, einer farblosen, sehr giftigen, in Wasser unlöslichen Flüssigkeit der Dichte 1,31, einem Schmelzpunkt von -25 Grad Cesius und einem Siedepunkt von +43 Grad Celsius. Es dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von reinstem Nickel nach dem Langer-Mond-Verfahren. Bei 180–200 Grad Celsius zerfällt Nickeltetracarboyl wieder in Nickel und Kohlenmonoxid.
Biologische Funktion
Viele, wenn nicht alle Hydrogenasen enthalten zusätzlich zu Eisen-Schwefel-Clustern auch Nickel. Nickel-Zentren sind ein charakteristisches Element in Hydrogenasen, deren Funktion es ist zu oxidieren anstatt Wasserstoff zu erzeugen. Das Nickelzentrum scheint seinen Oxidationszustand zu ändern, und es gibt Hinweise darauf, dass das Nickelzentrum der aktive Teil dieser Enzyme sein könnte.
Nickel ist ein Spurenelement, das im menschlichen Organismus in sehr geringen Mengen (Tagesbedarf 25–30 Mikrogramm) benötigt wird. Tatsächlich nehmen wir aber etwa 90–100 Mikrogramm pro Tag auf – der Bedarf ist daher auf jeden Fall durch normale Mischkost gedeckt. Möglicherweise beeinflusst Nickel auch die Eisenaufnahme und -verwertung.
In der Elektrophysiologie werden Nickel-Ionen dazu verwendet, spannungsaktivierte Kalzium-Kanäle zu blockieren.
Gesundheitliche Probleme
Da viele Menschen eine Nickelallergie haben, werden Metalle und Legierungen, die mit der Haut in Kontakt kommen können, in den letzten Jahren seltener vernickelt.
Nickel bzw. seine Verbindungen wirken bereits ab 50 mg toxisch und können zu chronischen Schäden führen. Das Einatmen des Staubs und auch die Berührung vernickelter Gegenstände kann zu Allergien und entzündlichen Reaktionen führen. Bei Hautkontakt kann die Nickelkrätze auftreten, eine entzündliche Veränderung der Haut.
Des Weiteren wirken Nickel und seine Verbindungen karzinogen. Akute Vergiftungen von höheren Dosen äußern sich durch Übelkeit und Kopfschmerzen.
Nach einer dreitägigen Ruhezeit kann der Tod durch Husten, Fieber und Krämpfen im Atemtrakt auftreten.
Nachweis
Die Nachweisreaktion für die in Wasser meist mit grüner Farbe löslichen Nickel-II-salze wird in der quantitativen Analytik gravimetrisch sowie qualitativ im Kationentrenngang mit Dimethylglyoximlösung durchgeführt. Nickelsalze werden zuvor ggf. durch Ammoniumsulfid als grauschwarzes Nickel(II)-sulfid ausgefällt und in Salpetersäure gelöst. Der spezifische Nachweis ist dann durch Tschugajews Reagens, einer alkoholischen Dimethylglyoxim-Lösung (DMG), möglich. In ammoniakalischer Lösung fällt das himbeerrote Nickel-dimethylglyoxim als Komplex aus:
Ni2+ + 2 C2H4N2O2 ---> H2[Ni(C2H2N2O2)2]
Verwendung
Die Reserven an nach heutigen Gesichtspunkten abbauwürdigen Nickelvorkommen liegen zwischen 70 und 170 Millionen Tonnen. Gegenwärtig werden weltweit jährlich zwischen 500.000 und 900.000 Tonnen gefördert. Nickel ist in bedeutendes Legierungsmetall, das zur Stahlveredelung verwendet wird. Bekannte Nickellegierungen sind Neusilber (10-26% Nickelanteil), Konstantan (40- 60%), Nickelin (ca. 31%) und Monel (40-65%). Durch Vernickelung werden Metalloberflächen korrosionsbeständig. Es wird in Batterien und Akkus (Nickel-Cadmium) verarbeitet. Außerdem ist es Tiegelmaterial und Bestandteil von Münzen und Katalysatoren.
Siehe auch
