Níquel
Categoría: Níquel El níquel es un elemento químico con el símbolo Ni y el número atómico 28. Es un metal brillante de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel pertenece a los metales de transición y es duro y dúctil. El níquel puro, pulverizado para maximizar el área de superficie reactiva, muestra una actividad química significativa, pero las piezas más grandes reaccionan lentamente con el aire en condiciones estándar porque se forma una capa de óxido en la superficie que evita una mayor corrosión ( pasivación ). Aun así, el níquel nativo puro se encuentra en la corteza terrestre sólo en pequeñas cantidades, generalmente en rocas ultramáficas, y en el interior de meteoritos de níquel-hierro más grandes que no estuvieron expuestos al oxígeno cuando estaban fuera de la atmósfera terrestre.
El níquel meteórico se encuentra en combinación con el hierro, un reflejo del origen de esos elementos como principales productos finales de la nucleosíntesis de supernovas. Se cree que una mezcla de hierro y níquel compone los núcleos interno y externo de la Tierra.
El uso de níquel (como una aleación meteórica natural de níquel-hierro) se remonta al 3500 a. C. El níquel fue aislado y clasificado por primera vez como elemento químico en 1751 por Axel Fredrik Cronstedt, quien inicialmente confundió el mineral con un mineral de cobre, en las minas de cobalto de Los, Hälsingland, Suecia. El nombre del elemento proviene de un pícaro sprite de la mitología minera alemana, Nickel (similar a Old Nick ), que personificó el hecho de que los minerales de cobre y níquel resistieron el refinamiento en cobre. Una fuente económicamente importante de níquel es la limonita de mineral de hierro, que a menudo contiene 1 a 2% de níquel. Otros minerales importantes del níquel incluyen pentlandita y una mezcla de silicatos naturales ricos en Ni conocida como garnierita. Los principales sitios de producción incluyen la región de Sudbury en Canadá (que se cree que es de origen meteórico ), Nueva Caledonia en el Pacífico y Norilsk en Rusia.
El níquel se oxida lentamente con el aire a temperatura ambiente y se considera resistente a la corrosión. Históricamente, se ha utilizado para revestir hierro y latón, revestir equipos de química y fabricar ciertas aleaciones que retienen un alto brillo plateado, como la plata alemana. Aproximadamente el 9% de la producción mundial de níquel todavía se utiliza para el niquelado resistente a la corrosión. Los objetos niquelados a veces provocan alergia al níquel. El níquel se ha utilizado ampliamente en las monedas, aunque su precio en aumento ha llevado a algún reemplazo por metales más baratos en los últimos años.
El níquel es uno de los cuatro elementos (los otros son hierro, cobalto y gadolinio ) que son ferromagnéticos aproximadamente a temperatura ambiente. Alnico permanentes imanes basa en parte en el níquel son de fuerza intermedia entre los imanes permanentes a base de hierro y los imanes de tierras raras. El metal es valioso en los tiempos modernos principalmente en aleaciones ; aproximadamente el 68% de la producción mundial se utiliza en acero inoxidable. Otro 10% se utiliza para aleaciones a base de níquel y cobre, 7% para aceros aleados, 3% en fundiciones, 9% en galvanoplastia y 4% en otras aplicaciones, incluido el sector de las baterías de rápido crecimiento, incluidas las eléctricas. vehículos (EV). Como compuesto, el níquel tiene varios usos de fabricación de productos químicos especializados, como catalizador para hidrogenación, cátodos para baterías, pigmentos y tratamientos de superficies metálicas. El níquel es un nutriente esencial para algunos microorganismos y plantas que tienen enzimas con níquel como sitio activo.
- 1 Propiedades
- 1.1 Propiedades atómicas y físicas
- 1.1.1 Disputa de configuración electrónica
- 1.2 Isótopos
- 1.3 Ocurrencia
- 1.1 Propiedades atómicas y físicas
- 2 compuestos
- 2.1 Níquel (0)
- 2.2 Níquel (I)
- 2.3 Níquel (II)
- 2.4 Níquel (III) y (IV)
- 3 Historia
- 4 acuñación
- 4.1 Canadá
- 4.2 Suiza
- 4.3 Reino Unido
- 4.4 Estados Unidos
- 4.5 Uso actual
- 5 Producción mundial
- 6 Producción
- 6.1 Electrorrefinación
- 6.2 proceso Mond
- 6.3 Valor del metal
- 7 aplicaciones
- 8 Papel biológico
- 9 Toxicidad
- 10 referencias
- 11 Enlaces externos
Propiedades
Propiedades atómicas y físicas
Micrografía electrónica de un nanocristal de Ni dentro de un nanotubo de carbono de pared simple ; barra de escala 5 nm. El níquel es un metal de color blanco plateado con un ligero tinte dorado que requiere un alto brillo. Es uno de los cuatro únicos elementos que son magnéticos a temperatura ambiente o cerca de ella, siendo los otros el hierro, el cobalto y el gadolinio. Su temperatura de Curie es de 355 ° C (671 ° F), lo que significa que el níquel a granel no es magnético por encima de esta temperatura. La celda unitaria de níquel es un cubo centrado en la cara con el parámetro de red de 0.352 nm, lo que da un radio atómico de 0.124 nm. Esta estructura cristalina es estable a presiones de al menos 70 GPa. El níquel pertenece a los metales de transición. Es duro, maleable y dúctil, y tiene una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta para los metales de transición. La alta resistencia a la compresión de 34 GPa, prevista para cristales ideales, nunca se obtiene en el material a granel real debido a la formación y movimiento de dislocaciones. Sin embargo, se ha alcanzado en nanopartículas de Ni.
Disputa de configuración electrónica
El átomo de níquel tiene dos configuraciones de electrones, [Ar] 3d 8 4s 2 y [Ar] 3d 9 4s 1, que tienen una energía muy cercana; el símbolo [Ar] se refiere a la estructura del núcleo similar al argón. Existe cierto desacuerdo sobre qué configuración tiene la energía más baja. Los libros de texto de química citan la configuración electrónica del níquel como [Ar] 4s 2 3d 8, que también se puede escribir [Ar] 3d 8 4s 2. Esta configuración concuerda con la regla de ordenación de energía de Madelung, que predice que 4s se llena antes que 3d. Está respaldado por el hecho experimental de que el estado de energía más bajo del átomo de níquel es un nivel de energía 3d 8 4s 2, específicamente el nivel 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F, J = 4.
Sin embargo, cada una de estas dos configuraciones se divide en varios niveles de energía debido a la estructura fina, y los dos conjuntos de niveles de energía se superponen. La energía promedio de los estados con configuración [Ar] 3d 9 4s 1 es en realidad menor que la energía promedio de los estados con configuración [Ar] 3d 8 4s 2. Por esta razón, la literatura de investigación sobre cálculos atómicos cita la configuración del estado fundamental del níquel como [Ar] 3d 9 4s 1.
Isótopos
Artículo principal: Isótopos de níquelLos isótopos del níquel varían en peso atómico de 48 u (48 Ni) a 78 u (78 Ni).
El níquel natural se compone de cinco isótopos estables ;58 Ni,60 Ni,61 Ni,62 Ni y64 Ni, con58 El Ni es el más abundante (68,077% de abundancia natural ).
Níquel-62 tiene la media más alta energía de enlace nuclear por nucleón de cualquier nucleido, a 8,7946 MeV / nucleón. Su energía vinculante es mayor que ambas 56 Fe y 58 Fe, elementos más abundantes a menudo citados incorrectamente como los que tienen los nucleidos más unidos. Aunque esto parecería predecir el níquel-62 como el elemento pesado más abundante en el universo, la tasa relativamente alta de fotodisintegración del níquel en los interiores estelares hace que el hierro sea, con mucho, el más abundante.
El isótopo estable níquel-60 es el producto hijo del radionúclido extinto. 60 Fe, que se desintegra con una vida media de 2,6 millones de años. Porque60 El Fe tiene una vida media tan larga que su persistencia en los materiales del sistema solar puede generar variaciones observables en la composición isotópica de60 Ni. Por tanto, la abundancia de60 El Ni presente en material extraterrestre puede proporcionar información sobre el origen del sistema solar y su historia temprana.
Se han caracterizado al menos 26 radioisótopos de níquel, siendo el más estable59 Ni con una vida media de 76.000 años,63 Ni con 100 años, y56 Ni con 6 días. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 60 horas y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 30 segundos. Este elemento también tiene un metaestado.
El níquel-56 radiactivo se produce mediante el proceso de combustión del silicio y luego se libera en grandes cantidades durante las supernovas de tipo Ia. La forma de la curva de luz de estas supernovas en tiempos intermedios a tardíos corresponde a la desintegración a través de la captura de electrones de níquel-56 a cobalto -56 y finalmente a hierro-56. El níquel-59 es un radionúclido cosmogénico de larga duración con una vida media de 76.000 años. 59 Ni ha encontrado muchas aplicaciones en geología isotópica. 59 El Ni se ha utilizado para fechar la edad terrestre de los meteoritos y para determinar la abundancia de polvo extraterrestre en el hielo y los sedimentos. La vida media del níquel-78 se midió recientemente en 110 milisegundos y se cree que es un isótopo importante en la nucleosíntesis de supernovas de elementos más pesados que el hierro. El nucleido 48 Ni, descubierto en 1999, es el isótopo de elemento pesado más rico en protones conocido. Con 28 protones y 20 neutrones, 48 Ni es " doblemente mágico ", al igual que78 Ni con 28 protones y 50 neutrones. Por lo tanto, ambos son inusualmente estables para nucleidos con un desequilibrio protón-neutrón tan grande.
El níquel-63 es un contaminante que se encuentra en la estructura de soporte de los reactores nucleares. Se produce mediante la captura de neutrones por el níquel-62. También se han encontrado pequeñas cantidades cerca de los sitios de prueba de armas nucleares en el Pacífico Sur.
Ocurrencia
Ver también: Génesis del mineral y Categoría: Minerales de níquel
Patrón de Widmanstätten que muestra las dos formas de níquel-hierro, kamacita y taenita, en un meteorito octaedrita En la Tierra, el níquel se encuentra con mayor frecuencia en combinación con azufre y hierro en pentlandita, con azufre en millerita, con arsénico en el mineral níquel y con arsénico y azufre en níquel galena. El níquel se encuentra comúnmente en los meteoritos de hierro como las aleaciones kamacita y taenita. La presencia de níquel en meteoritos fue detectada por primera vez en 1799 por Joseph-Louis Proust, un químico francés que luego trabajaba en España. Proust analizó muestras del meteorito de Campo del Cielo (Argentina), que había sido obtenido en 1783 por Miguel Rubín de Celis, descubriendo la presencia en ellas de níquel (alrededor del 10%) junto con hierro.
La mayor parte del níquel se extrae de dos tipos de depósitos de mineral. La primera es la laterita, donde las principales mezclas de minerales son limonita niquelífera, (Fe, Ni) O (OH) y garnierita (una mezcla de varios níquel hidratado y silicatos ricos en níquel). El segundo son los depósitos de sulfuro magmático, donde el mineral principal es la pentlandita : (Ni, Fe) 9S 8.
Indonesia y Australia tienen las mayores reservas estimadas, con un 43,6% del total mundial.
Los recursos terrestres identificados en todo el mundo con un promedio de 1% de níquel o más comprenden al menos 130 millones de toneladas de níquel (aproximadamente el doble de las reservas conocidas). Aproximadamente el 60% está en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuros.
Según la evidencia geofísica, se cree que la mayor parte del níquel de la Tierra se encuentra en los núcleos externo e interno de la Tierra. La kamacita y la taenita son aleaciones naturales de hierro y níquel. Para la kamacita, la aleación suele tener una proporción de 90:10 a 95: 5, aunque pueden estar presentes impurezas (como cobalto o carbono ), mientras que para la taenita el contenido de níquel está entre el 20% y el 65%. La kamacita y la taenita también se encuentran en los meteoritos de níquel y hierro.
Compuestos
Ver también: Categoría: Compuestos de níquelEl estado de oxidación más común del níquel es +2, pero los compuestos de Ni 0, Ni + y Ni 3+ son bien conocidos, y se han producido y estudiado los estados de oxidación exóticos Ni 2−, Ni 1− y Ni 4+.
Níquel (0)
Níquel tetracarbonilo Níquel tetracarbonilo (Ni (CO) 4), descubierto por Ludwig Mond, es un líquido volátil y altamente tóxico a temperatura ambiente. Al calentarlo, el complejo se vuelve a descomponer en níquel y monóxido de carbono:
- Ni (CO) 4 ⇌ Ni + 4 CO
Este comportamiento se aprovecha en el proceso Mond para purificar níquel, como se describió anteriormente. El complejo de níquel (0) bis (ciclooctadieno) níquel (0) relacionado es un catalizador útil en la química del organoníquel porque los ligandos de ciclooctadieno (o bacalao) se desplazan fácilmente.
Níquel (I)
Estructura de [Ni 2(CN) 6]4− ion Los complejos de níquel (I) son poco comunes, pero un ejemplo es el complejo tetraédrico NiBr (PPh 3) 3. Muchos complejos de níquel (I) presentan enlaces Ni-Ni, como el K diamagnético rojo oscuro 4[Ni 2(CN) 6] preparado por reducción de K 2[Ni 2(CN) 6] con amalgama de sodio. Este compuesto se oxida en agua, liberando H 2.
Se cree que el estado de oxidación del níquel (I) es importante para las enzimas que contienen níquel, como la [NiFe] -hidrogenasa, que cataliza la reducción reversible de protones a H 2.
Níquel (II)
Color de varios complejos de Ni (II) en solución acuosa. De izquierda a derecha, [Ni (NH 3) 6]2+ , [Ni ( C 2 H 4 (NH 2) 2 )] 2+, [NiCl 4]2− , [Ni (H 2O) 6]2+ 
Los cristales de hidratado sulfato de níquel (II). El níquel (II) forma compuestos con todos los aniones comunes, incluidos sulfuro, sulfato, carbonato, hidróxido, carboxilatos y haluros. El sulfato de níquel (II) se produce en grandes cantidades disolviendo el metal u óxidos de níquel en ácido sulfúrico, formando hexahidratos y heptahidratos útiles para la galvanoplastia de níquel. Las sales comunes de níquel, como el cloruro, el nitrato y el sulfato, se disuelven en agua para dar soluciones verdes del complejo acuoso metálico [Ni (H 2O) 6]2+ .
Los cuatro haluros forman compuestos de níquel, que son sólidos con moléculas que presentan centros de Ni octaédricos. El cloruro de níquel (II) es el más común y su comportamiento es ilustrativo de los otros haluros. El cloruro de níquel (II) se produce disolviendo el níquel o su óxido en ácido clorhídrico. Por lo general, se encuentra como el hexahidrato verde, cuya fórmula generalmente se escribe NiCl 2 • 6H 2 O. Cuando se disuelve en agua, esta sal forma el complejo acuoso metálico [Ni (H 2O) 6]2+ . La deshidratación de NiCl 2 • 6H 2 O da el NiCl anhidro amarillo 2.
Algunos complejos tetracoordinados de níquel (II), por ejemplo, cloruro de bis (trifenilfosfina) níquel, existen tanto en geometrías tetraédricas como cuadradas planas. Los complejos tetraédricos son paramagnéticos, mientras que los complejos planos cuadrados son diamagnéticos. Al tener propiedades de equilibrio magnético y formación de complejos octaédricos, contrastan con los complejos divalentes de los metales más pesados del grupo 10, paladio (II) y platino (II), que forman solo geometría cuadrada-plana.
Se conoce el níquelceno ; tiene un conteo de electrones de 20, lo que lo hace relativamente inestable.
Níquel (III) y (IV)
Antimonuro de níquel (III) Se conocen numerosos compuestos de Ni (III), siendo los primeros ejemplos las trihalofosfinas de níquel (III) (Ni III (PPh 3) X 3). Además, el Ni (III) forma sales simples con iones fluoruro u óxido. El Ni (III) puede estabilizarse mediante ligandos donantes σ tales como tioles y organofosfinas.
Ni (IV) está presente en el óxido mixto BaNiO 3, mientras que Ni (III) está presente en el hidróxido de óxido de níquel, que se utiliza como cátodo en muchas baterías recargables, incluidas níquel-cadmio, níquel-hierro, níquel-hidrógeno e hidruro metálico de níquel, y que utilizan ciertos fabricantes en Li. Baterías de iones. El Ni (IV) sigue siendo un estado de oxidación poco común del níquel y hasta la fecha se conocen muy pocos compuestos.
Historia
Debido a que los minerales de níquel se confunden fácilmente con minerales de plata y cobre, la comprensión de este metal y su uso data de tiempos relativamente recientes. Sin embargo, el uso involuntario de níquel es antiguo y se remonta al 3500 a. C. Se ha descubierto que los bronces de lo que hoy es Siria contienen hasta un 2% de níquel. Algunos manuscritos chinos antiguos sugieren que allí se utilizó "cobre blanco" ( cuproníquel, conocido como baitong) entre 1700 y 1400 a. C. Este cobre blanco Paktong se exportó a Gran Bretaña ya en el siglo XVII, pero el contenido de níquel de esta aleación no se descubrió hasta 1822. Los reyes bactrianos Agathocles, Euthydemus II y Pantaleon acuñaron monedas de aleación de níquel-cobre en el siglo II. siglo a. C., posiblemente fuera del cuproníquel chino.
Nickeline / niccolita En la Alemania medieval, se encontró un mineral amarillo metálico en Erzgebirge (Montes Metálicos) que se parecía al mineral de cobre. Sin embargo, cuando los mineros no pudieron extraer ningún cobre de él, culparon a un pícaro duende de la mitología alemana, Nickel (similar a Old Nick ), por acosar al cobre. Llamaron a este mineral Kupfernickel del alemán Kupfer para cobre. Este mineral ahora se conoce como el mineral de níquel (antes niccolita), un arseniuro de níquel. En 1751, el barón Axel Fredrik Cronstedt trató de extraer cobre de kupfernickel en una mina de cobalto en el pueblo sueco de Los, y en su lugar produjo un metal blanco al que llamó níquel por el espíritu que había dado su nombre al mineral. En alemán moderno, Kupfernickel o Kupfer-Nickel designa la aleación cuproníquel.
Originalmente, la única fuente de níquel era el raro Kupfernickel. A partir de 1824, se obtuvo níquel como subproducto de la producción de azul de cobalto. La primera fundición a gran escala de níquel comenzó en Noruega en 1848 a partir de pirrotita rica en níquel. La introducción del níquel en la producción de acero en 1889 aumentó la demanda de níquel, y los depósitos de níquel de Nueva Caledonia, descubiertos en 1865, proporcionaron la mayor parte del suministro mundial entre 1875 y 1915. El descubrimiento de los grandes depósitos en la cuenca de Sudbury, Canadá en 1883, en Norilsk-Talnakh, Rusia en 1920, y en Merensky Reef, Sudáfrica en 1924, hicieron posible la producción a gran escala de níquel.
Moneda
Monedas holandesas de níquel puro Aparte de las monedas bactrianas antes mencionadas, el níquel no fue un componente de las monedas hasta mediados del siglo XIX.
Canadá
Se acuñaron monedas de cinco centavos de níquel al 99,9% en Canadá (el mayor productor de níquel del mundo en ese momento) durante los años sin guerra desde 1922 hasta 1981; el contenido de metal hizo que estas monedas fueran magnéticas. Durante el período de guerra de 1942-1945, la mayor parte o todo el níquel se extrajo de las monedas canadienses y estadounidenses para guardarlo para fabricar armaduras. Canadá usó 99,9% de níquel desde 1968 en sus monedas de mayor valor hasta 2000.
Suiza
Las monedas de níquel casi puro se utilizaron por primera vez en 1881 en Suiza.
Reino Unido
Birmingham forjó monedas de níquel en c. 1833 para comerciar en Malasia.
Estados Unidos
En los Estados Unidos, el término "níquel" o "nick" se aplicó originalmente al centavo Flying Eagle de cobre-níquel, que reemplazó al cobre con un 12% de níquel entre 1857 y 1858, y luego el centavo Indian Head de la misma aleación de 1859 a 1864. Aún más tarde, en 1865, el término designado el níquel de tres centavos, con el níquel aumentado al 25%. En 1866, el escudo de níquel de cinco centavos (25% de níquel, 75% de cobre) se apropió de la designación. Junto con la proporción de aleación, este término se ha utilizado hasta el presente en los Estados Unidos.
Uso actual
En el siglo XXI, el alto precio del níquel ha llevado a reemplazar el metal en las monedas de todo el mundo. Las monedas que todavía se fabrican con aleaciones de níquel incluyen monedas de uno y dos euros, monedas de 5 ¢, 10 ¢, 25 ¢, 50 ¢ y $ 1, y monedas de 20p, 50p, £ 1 y £ 2 del Reino Unido. A partir de 2012, la aleación de níquel utilizada para las monedas del Reino Unido de 5 peniques y 10 peniques se sustituyó por acero niquelado. Esto encendió una controversia pública sobre los problemas de las personas con alergia al níquel.
Producción mundial
Tendencia temporal de la producción de níquel 
Evolución de la ley de minerales de níquel en algunos de los principales países productores de níquel. Se estima que se extraen más de 2,5 millones de toneladas (t) de níquel por año en todo el mundo, con Indonesia (760.000 t), Filipinas (320.000 t), Rusia (280.000 t), Nueva Caledonia (200.000 t), Australia (170.000 t).) y Canadá (150.000 t) siendo los mayores productores a partir de 2020. Los mayores depósitos de níquel en la Europa no rusa se encuentran en Finlandia y Grecia. Los recursos terrestres identificados con un promedio de 1% de níquel o más contienen al menos 130 millones de toneladas de níquel. Aproximadamente el 60% está en lateritas y el 40% está en depósitos de sulfuros. Además, se encuentran extensas fuentes de níquel en las profundidades del Océano Pacífico, particularmente dentro de un área llamada Zona Clarion Clipperton en forma de nódulos polimetálicos que salpican el lecho marino a una profundidad de 3,5 a 6 km por debajo del nivel del mar. Estos nódulos están compuestos por numerosos metales de tierras raras y se estima que la composición de níquel de estos nódulos es del 1,7%. Con los avances en la ciencia y la ingeniería modernas, la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos está estableciendo una regulación para garantizar que estos nódulos se recolecten de manera ambientalmente consciente mientras se adhieren a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.
La única localidad en los Estados Unidos donde el níquel se ha extraído de manera rentable es Riddle, Oregon, donde se encuentran varios kilómetros cuadrados de depósitos superficiales de garnierita que contienen níquel. La mina cerrado en 1987. El proyecto de la mina de Eagle es una nueva mina de níquel en Michigan 's península superior. La construcción se completó en 2013 y las operaciones comenzaron en el tercer trimestre de 2014. En el primer año completo de operación, la mina Eagle produjo 18.000 t.
Producción
Evolución de la extracción anual de níquel, según minerales. El níquel se obtiene mediante metalurgia extractiva : se extrae del mineral mediante procesos convencionales de tostado y reducción que dan un metal con una pureza superior al 75%. En muchas aplicaciones de acero inoxidable, se puede usar níquel puro al 75% sin purificación adicional, dependiendo de las impurezas.
Tradicionalmente, la mayoría de los minerales de sulfuro se han procesado utilizando técnicas pirometalúrgicas para producir una mata para su refinado adicional. Los avances recientes en las técnicas hidrometalúrgicas dieron como resultado un producto de níquel metálico significativamente más puro. La mayoría de los depósitos de sulfuro se han procesado tradicionalmente por concentración mediante un proceso de flotación por espuma seguido de extracción pirometalúrgica. En los procesos hidrometalúrgicos, los minerales de sulfuro de níquel se concentran con flotación ( flotación diferencial si la relación Ni / Fe es demasiado baja) y luego se funden. La mata de níquel se procesa posteriormente con el proceso Sherritt-Gordon. Primero, el cobre se elimina agregando sulfuro de hidrógeno, dejando un concentrado de cobalto y níquel. Luego, la extracción con solvente se utiliza para separar el cobalto y el níquel, con un contenido final de níquel superior al 99%.
Nódulo de níquel refinado electrolíticamente, con sales de electrolito de níquel cristalizadas verdes visibles en los poros. Electrorrefinación
Un segundo proceso de refinación común es la lixiviación de la mata de metal en una solución de sal de níquel, seguida de la obtención del níquel a partir de la solución por medio de un revestimiento metálico en un cátodo como níquel electrolítico.
Proceso Mond
Esferas de níquel altamente purificadas fabricadas mediante el proceso Mond. Artículo principal: proceso Mond El metal más puro se obtiene a partir del óxido de níquel mediante el proceso Mond, que consigue una pureza superior al 99,99%. El proceso fue patentado por Ludwig Mond y ha estado en uso industrial desde antes de principios del siglo XX. En este proceso, el níquel se hace reaccionar con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de azufre a alrededor de 40-80 ° C para formar carbonilo de níquel. El hierro también da pentacarbonilo, pero esta reacción es lenta. Si es necesario, el níquel puede separarse por destilación. El octacarbonilo de dicobalto también se forma en la destilación de níquel como subproducto, pero se descompone en dodecacarbonilo de tetracobalto a la temperatura de reacción para dar un sólido no volátil.
El níquel se obtiene a partir del carbonilo de níquel mediante uno de dos procesos. Puede pasar a través de una gran cámara a altas temperaturas en la que decenas de miles de esferas de níquel, llamadas gránulos, se agitan constantemente. El carbonilo se descompone y deposita níquel puro sobre las esferas de níquel. En el proceso alternativo, el carbonilo de níquel se descompone en una cámara más pequeña a 230 ° C para crear un polvo fino de níquel. El subproducto de monóxido de carbono se recircula y se reutiliza. El producto de níquel de alta pureza se conoce como "carbonil níquel".
Valor del metal
El precio de mercado del níquel aumentó a lo largo de 2006 y los primeros meses de 2007; al 5 de abril de 2007, el metal se cotizaba a US $ 52,300 / ton o $ 1,47 / oz. Posteriormente, el precio cayó drásticamente y, en septiembre de 2017, el metal se cotizaba a $ 11,000 / tonelada, o $ 0.31 / oz.
La moneda de níquel estadounidense contiene 0,04 onzas (1,1 g) de níquel, que al precio de abril de 2007 valía 6,5 centavos, junto con 3,75 gramos de cobre por valor de aproximadamente 3 centavos, con un valor total de metal de más de 9 centavos. Dado que el valor nominal de una moneda de cinco centavos es de 5 centavos, esto lo convirtió en un objetivo atractivo para la fusión por parte de las personas que desean vender los metales con una ganancia. Sin embargo, la Casa de la Moneda de los Estados Unidos, anticipándose a esta práctica, implementó nuevas reglas provisionales el 14 de diciembre de 2006, sujeto a comentarios públicos durante 30 días, que penalizaba la fusión y exportación de centavos y cinco centavos. Los infractores pueden ser castigados con una multa de hasta $ 10,000 y / o encarcelados por un máximo de cinco años.
Al 19 de septiembre de 2013, el valor de fusión de un níquel estadounidense (incluido el cobre y el níquel) es de $ 0.045, que es el 90% del valor nominal.
Aplicaciones
Espuma de níquel (arriba) y su estructura interna (abajo) La producción mundial de níquel se utiliza actualmente de la siguiente manera: 68% en acero inoxidable; 10% en aleaciones no ferrosas ; 9% en galvanoplastia ; 7% en acero aleado; 3% en fundiciones; y 4% otros usos (incluidas baterías).
El níquel se utiliza en muchos productos industriales y de consumo específicos y reconocibles, que incluyen acero inoxidable, imanes de álnico, monedas, baterías recargables, cuerdas de guitarra eléctrica, cápsulas de micrófono, enchapado en accesorios de plomería y aleaciones especiales como permalloy, elinvar e invar. Se utiliza para enchapado y como tinte verde en vidrio. El níquel es predominantemente un metal de aleación y su uso principal es en aceros de níquel y hierros fundidos de níquel, en los que normalmente aumenta la resistencia a la tracción, la tenacidad y el límite elástico. Se utiliza ampliamente en muchas otras aleaciones, incluidos los latón de níquel y los bronces y las aleaciones con cobre, cromo, aluminio, plomo, cobalto, plata y oro ( Inconel, Incoloy, Monel, Nimonic ).
Un "imán de herradura" hecho de aleación de alnico- níquel. Debido a que es resistente a la corrosión, el níquel se usó ocasionalmente como sustituto de la plata decorativa. El níquel también se usó ocasionalmente en algunos países después de 1859 como un metal de acuñación barato (ver arriba), pero en los últimos años del siglo XX, fue reemplazado por aleaciones de acero inoxidable más baratas (es decir, hierro), excepto en los Estados Unidos y Canadá..
El níquel es un excelente agente de aleación para ciertos metales preciosos y se utiliza en el ensayo de fuego como recolector de elementos del grupo del platino (PGE). Como tal, el níquel es capaz de recolectar completamente los seis elementos PGE de los minerales y de recolectar oro parcialmente. Las minas de níquel de alto rendimiento también pueden participar en la recuperación de PGE (principalmente platino y paladio ); ejemplos son Norilsk en Rusia y la Cuenca de Sudbury en Canadá.
La espuma de níquel o la malla de níquel se utilizan en electrodos de difusión de gas para pilas de combustible alcalinas.
El níquel y sus aleaciones se utilizan con frecuencia como catalizadores para reacciones de hidrogenación. El níquel Raney, una aleación de níquel-aluminio finamente dividida, es una forma común, aunque también se utilizan catalizadores relacionados, incluidos los catalizadores de tipo Raney.
El níquel es un material naturalmente magnetoestrictivo, lo que significa que, en presencia de un campo magnético, el material sufre un pequeño cambio de longitud. La magnetostricción del níquel es del orden de 50 ppm y es negativa, lo que indica que se contrae.
El níquel se utiliza como aglutinante en el carburo de tungsteno cementado o en la industria de metales duros y se utiliza en proporciones del 6% al 12% en peso. El níquel hace que el carburo de tungsteno sea magnético y agrega resistencia a la corrosión a las piezas cementadas, aunque la dureza es menor que la de las que tienen un aglutinante de cobalto.
63 El Ni, con su vida media de 100,1 años, es útil en los dispositivos de krytron como emisor de partículas beta ( electrones de alta velocidad) para hacer que la ionización por el electrodo de mantenimiento sea más confiable. Se está investigando como fuente de energía para baterías betavoltaicas.
Alrededor del 27% de toda la producción de níquel se destina a la ingeniería, el 10% a la edificación y la construcción, el 14% a los productos tubulares, el 20% a los productos metálicos, el 14% al transporte, el 11% a los productos electrónicos y el 5% a otros usos.
El níquel Raney se usa ampliamente para la hidrogenación de aceites insaturados para hacer margarina, y la margarina de calidad inferior y el aceite sobrante pueden contener níquel como contaminante. Forte y col. encontraron que los pacientes diabéticos tipo 2 tienen 0,89 ng / ml de Ni en la sangre en relación con 0,77 ng / ml en los sujetos de control.
Papel biológico
Aunque no se reconoció hasta la década de 1970, se sabe que el níquel juega un papel importante en la biología de algunas plantas, eubacterias, arqueobacterias y hongos. Las enzimas de níquel, como la ureasa, se consideran factores de virulencia en algunos organismos. La ureasa cataliza la hidrólisis de la urea para formar amoníaco y carbamato. Las hidrogenasas de NiFe pueden catalizar la oxidación de H 2para formar protones y electrones, y también puede catalizar la reacción inversa, la reducción de protones para formar gas hidrógeno. Una coenzima de níquel-tetrapirrol, cofactor F430, está presente en la metil coenzima M reductasa, que puede catalizar la formación de metano, o la reacción inversa, en arqueas metanogénicas (en estado de oxidación +1). Una de las enzimas de monóxido de carbono deshidrogenasa consiste en un grupo de Fe-Ni-S. Otras enzimas que contienen níquel incluyen una clase bacteriana poco común de enzimas superóxido dismutasa y glioxalasa I en bacterias y varios parásitos tripanosomales eucariotas parásitos (en organismos superiores, incluidos levaduras y mamíferos, esta enzima contiene Zn 2+ divalente).
El níquel dietético puede afectar la salud humana a través de infecciones por bacterias dependientes del níquel, pero también es posible que el níquel sea un nutriente esencial para las bacterias que residen en el intestino grueso y que, de hecho, funciona como un prebiótico. El Instituto de Medicina de EE. UU. No ha confirmado que el níquel sea un nutriente esencial para los seres humanos, por lo que no se ha establecido una cantidad diaria recomendada (RDA) ni una ingesta adecuada. El nivel máximo de ingesta tolerable de níquel en la dieta es de 1000 µg / día como sales solubles de níquel. La ingesta dietética se estima en 70 a 100 µg / día, con menos del 10% absorbido. Lo que se absorbe se excreta por la orina. Cantidades relativamente grandes de níquel, comparables a la ingestión promedio estimada anterior, se filtran en los alimentos cocinados en acero inoxidable. Por ejemplo, la cantidad de níquel lixiviado después de 10 ciclos de cocción en una porción de salsa de tomate tiene un promedio de 88 µg.
Se sospecha que el níquel liberado de las erupciones volcánicas de las Trampas Siberianas ayudó al crecimiento de Methanosarcina, un género de archaea de euryarchaeote que produjo metano durante el evento de extinción Pérmico-Triásico, el mayor evento de extinción registrado.
Toxicidad
Más información: alergia al níquel| Riesgos | |
|---|---|
| Pictogramas GHS |    |
| Palabra de señal GHS | Peligro |
| Declaraciones de peligro GHS | H317, H351, H372, H402, H412 |
| Consejos de prudencia del SGA | P201, P202, P260, P264, P270, P272, P273, P280, P302 + 352, P308 + 313, P333 + 313, P363, P405, P501 |
| NFPA 704 (diamante de fuego) |  2 0 0 |
La principal fuente de exposición al níquel es el consumo oral, ya que el níquel es esencial para las plantas. El níquel se encuentra de forma natural tanto en los alimentos como en el agua y puede aumentar por la contaminación humana. Por ejemplo, los grifos niquelados pueden contaminar el agua y el suelo; la minería y la fundición pueden verter níquel en las aguas residuales ; Los utensilios de cocina de aleación de níquel-acero y los platos pigmentados con níquel pueden liberar níquel en los alimentos. La atmósfera puede estar contaminada por el refinado del mineral de níquel y la combustión de combustibles fósiles. Los seres humanos pueden absorber níquel directamente del humo del tabaco y del contacto de la piel con joyas, champús, detergentes y monedas. Una forma menos común de exposición crónica es la hemodiálisis, ya que es posible que el plasma absorba trazas de iones de níquel a partir de la acción quelante de la albúmina.
La exposición diaria promedio no representa una amenaza para la salud humana. La mayor parte del níquel absorbido todos los días por los seres humanos es eliminado por los riñones y se elimina del cuerpo a través de la orina o se elimina a través del tracto gastrointestinal sin ser absorbido. El níquel no es un veneno acumulativo, pero las dosis mayores o la exposición crónica por inhalación pueden ser tóxicas, incluso cancerígenas y constituir un riesgo laboral.
Los compuestos de níquel se clasifican como carcinógenos humanos en función del aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observados en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de minerales sulfídicos. Esto está respaldado por los resultados positivos de los bioensayos de NTP con sub-sulfuro de Ni y óxido de Ni en ratas y ratones. Los datos en humanos y animales indican consistentemente una falta de carcinogenicidad a través de la vía de exposición oral y limitan la carcinogenicidad de los compuestos de níquel en los tumores respiratorios después de la inhalación. El níquel metal está clasificado como carcinógeno sospechoso; Existe coherencia entre la ausencia de un aumento de los riesgos de cáncer respiratorio en los trabajadores expuestos predominantemente al níquel metálico y la ausencia de tumores respiratorios en un estudio de carcinogenicidad por inhalación de por vida en ratas con polvo de níquel metálico. En los estudios de inhalación en roedores con varios compuestos de níquel y metal de níquel, se observó un aumento de las inflamaciones pulmonares con y sin hiperplasia o fibrosis de los ganglios linfáticos bronquiales. En estudios con ratas, la ingestión oral de sales de níquel solubles en agua puede desencadenar efectos de mortalidad perinatal en animales gestantes. No está claro si estos efectos son relevantes para los seres humanos, ya que los estudios epidemiológicos de trabajadoras altamente expuestas no han mostrado efectos adversos de toxicidad para el desarrollo.
Las personas pueden estar expuestas al níquel en el lugar de trabajo por inhalación, ingestión y contacto con la piel o los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para el lugar de trabajo en 1 mg / m 3 por día laboral de 8 horas, excluyendo el carbonilo de níquel. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) especifica el límite de exposición recomendado (REL) de 0.015 mg / m 3 por día laboral de 8 horas. A 10 mg / m 3, el níquel es un peligro inmediato para la vida y la salud. Níquel carbonilo [ Ni (CO) 4] es un gas extremadamente tóxico. La toxicidad de los carbonilos metálicos es función tanto de la toxicidad del metal como de la liberación de monóxido de carbono de los grupos funcionales carbonilo; El carbonilo de níquel también es explosivo en el aire.
Las personas sensibilizadas pueden mostrar una alergia de contacto con la piel al níquel conocida como dermatitis de contacto. Las personas muy sensibilizadas también pueden reaccionar a los alimentos con alto contenido de níquel. La sensibilidad al níquel también puede estar presente en pacientes con pompholyx. El níquel es el principal alérgeno de contacto confirmado en todo el mundo, en parte debido a su uso en joyería para orejas perforadas. Las alergias al níquel que afectan las orejas perforadas a menudo se caracterizan por picazón y enrojecimiento de la piel. Muchos aretes ahora están hechos sin níquel o con níquel de baja liberación para abordar este problema. La cantidad permitida en los productos que entran en contacto con la piel humana ahora está regulada por la Unión Europea. En 2002, los investigadores descubrieron que el níquel liberado por las monedas de 1 y 2 euros superaba con creces esos estándares. Se cree que esto es el resultado de una reacción galvánica. El níquel fue votado como alérgeno del año en 2008 por la Sociedad Estadounidense de Dermatitis de Contacto. En agosto de 2015, la Academia Estadounidense de Dermatología adoptó una declaración de posición sobre la seguridad del níquel: "Las estimaciones sugieren que la dermatitis de contacto, que incluye la sensibilización al níquel, representa aproximadamente $ 1.918 mil millones y afecta a casi 72.29 millones de personas".
Los informes muestran que tanto la activación inducida por el níquel del factor inducible por hipoxia (HIF-1) como la regulación por aumento de genes inducibles por hipoxia son causadas por el agotamiento del ascorbato intracelular. La adición de ascorbato al medio de cultivo aumentó el nivel de ascorbato intracelular y revirtió la estabilización inducida por metales de la expresión génica dependiente de HIF-1 y HIF-1α.
Referencias
enlaces externos
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el níquel. |
 | Busque níquel en Wikcionario, el diccionario gratuito. |
- Níquel en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
- CDC - Níquel - Tema de salud y seguridad en el lugar de trabajo de NIOSH
- Una evaluación de la higiene ocupacional de las exposiciones dérmicas al níquel en las industrias de producción primaria por GW Hughson. Informe de investigación del Instituto de Medicina del Trabajo TM / 04/05
- Una evaluación de la higiene ocupacional de las exposiciones dérmicas al níquel en las industrias de producción primaria y de usuarios primarios. Informe de la fase 2 de GW Hughson. Informe de investigación del Instituto de Medicina del Trabajo TM / 05/06
- "El metal que te trajo vuelos baratos", BBC News
