Nikl

Nikl patří mezi přechodné kovy, je součástí mnoha důležitých slitin. Využívá se také jako povrchová (antikorozní) úprava kovových předmětů. V přírodě se vyskytuje pět stabilních izotopů. Pro NMR je využitelný ⁶¹Ni.

Atomové číslo	28	Počet stabilních izotopů	5
Atomová hmotnost	58,6934	Elektronová konfigurace	[Ar] 3d8 4s2
Teplota tání [°C]	1455	Teplota varu [°C]	3003
Elektronegativita	1,91	Hustota [g.cm-3]	8,908

Jako prvek byl nikl objeven a popsán až v 18. století, ale jeho slitiny byly používány už ve staré Číně. V přírodě je zastoupen hojně, v ryzím stavu pouze ve slitině s železem v meteoritech. Má vysokou afinitu ke kyslíku, síře a arsenu, jejichž sloučeniny tvoří hlavní zdroje niklu.

Hlavními minerály niklu jsou nikelin (NiAs), pentlandit ((Fe,Ni)₉S₈) a millerit (NiS).[9-12]

Výroba niklu

Surový nikl se získává extrakcí z rud, jeho čistota je vyšší než 75 %, což stačí pro přípravu nerezové oceli.

Čistý nikl se vyrábí elektrolyticky, oxid se nejprve redukuje uhlíkem, surový nikl potom slouží jako anoda, katodou je čistý nikl a elektrolytem vodný roztok síranu nebo chloridu nikelnatého. Během elektrolýzy se rozpouští nikl za anody a vylučuje se na katodě, získaný kov má čistotu vyšší než 99,9 %.

Druhou metodu výroby čistého niklu vyvinul L. Mond v roce 1889.[8] Oxid se redukuje vodním plynem (směs H₂O a CO), čímž dojde ke vzniku těkavého Ni(CO)₄ (tetrakarbonyl niklu), ten se rozloží za vyšší teploty (220–250 °C) na nikl a oxid uhelnatý. Čistota takto připraveného niklu je 99,95 %.

Využití niklu

Většina niklu se využívá pro přípravu nerezové oceli a dalších slitin.

V chemickém průmyslu a výzkumu je důležitou slitinou Monelův kov, což je slitina niklu (52-67 %), mědi a malého množství manganu a železa. Využívá se pro práci v agresivním prostředí, např. s plynným fluorem. Poprvé byl Monel vyroben roku 1901.

Raneyův nikl

Šedý prášek, složený převážně z niklu, vyrábí se ze slitiny niklu s hliníkem. Ta je rozpuštěna v hydroxidu sodném, hliník reaguje s hydroxidem za vývoje vodíku, který se nasorbuje na povrch zrn niklu (ten s hydroxidem sodným nereaguje).

2 Al + 2 NaOH + 6 H₂O → 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂

Díky obsahu vodíku je Raneyův nikl pyroforický a musí se uchovávat tak, aby se zabránilo kontaktu se vzdušným kyslíkem. Využívá se jako hydrogenační katalyzátor v organické syntéze. Poprvé byl použit v roce 1926 americkým inženýrem Murrayem Raneyem k hydrogenaci rostlinného oleje.[13]

V současnosti se používá ve velkém množství průmyslových aplikací, např. při redukci benzenu na cyklohexan.

Slitina Ni-Cr

Slitina 90 % niklu s 10 % chromu se využívá při konstrukci termočlánků.

Chemické vlastnosti

Reaktivita niklu je podobná jako reaktivita kobaltu. Rozpouští se ve zředěných minerálních kyselinách, v koncentrované kyselině dusičné se pasivuje. Ve vodných roztocích hydroxidů je kovový nikl stabilní. Oxidace vzduchem probíhá až za vyšší teploty.

Nikl vytváří sloučeniny v oxidačních číslech I, II, III a IV. Nejběžnější jsou sloučeniny nikelnaté. Komplexy Ni^I jsou vzácné, tento oxidační stav je důležitý pro funkci enzymů, např. [NiFe]-hydrogenasy. Sloučeniny Ni^III jsou velmi dobrá oxidační činidla, prvními připravenými sloučeninami s tímto iontem byly trihalofosfiny [Ni(PPh₃)X₃]. Sloučeniny Ni^IV jsou vzácné a jejich příprava vyžaduje použití velmi silných oxidačních činidel, příkladem takové sloučeniny je směsný oxid BaNiO₃.

Halogenidy

Známe všechny čtyři nikelnaté halogenidy. Bezvodý fluorid nikelnatý lze připravit reakcí bezvodého fluorovodíku s chloridem nikelnatým nebo jeho tetrahydrátem, příp. reakcí fluoru s chloridem nikelnatým při teplotě 350 °C:

NiCl₂ + F₂ → NiF₂ + Cl₂

Hydratovaný lze připravit reakcí uhličitanu nikelnatého s roztokem fluorovodíku.

Oxidy

Oxid nikelnatý, NiO, je zelená pevná látka. Není rozpustný ve vodě, krystaluje ve struktuře NaCl. Můžeme ho vyrobit termickým rozkladem uhličitanu nebo dusičnanu nikelnatého. Přímým spalováním niklu v kyslíku NiO nepřipravíme. Oxidace totiž probíhá pouze částečně a vznikají nestechiometrické oxidy.

NMR

	61Ni
Spin	3/2
Zastoupení v přírodě [%]	1,1399
Citlivost vzhledem k 1H	0,00359
Rezonanční frekvence v poli 1 T	3,8114

Měření ⁶¹Ni NMR spekter není úplně triviální, protože jádro má nízké zastoupení i citlivost. Je také kvadrupolární, takže v případě nesymetrického uspořádání okolo Ni centra jsou signály velice široké. Hodnoty chemických posunů závisejí silně na rozpouštědle. Standardem je Ni(CO)₄, který je ovšem toxický, proto se častěji využívá Ni(PMe₃)₄, jehož posun v THF-d₈ je 40 ppm, v toluenu-d₈ se signál posune na 15,2 ppm, v benzenu-d₆ je posun 35 ppm. Velikost jednovazebné interakce je ¹J_(P-Ni) = 287 Hz.

Hodnoty chemického posunu a interakční konstanty⁷

Sloučenina	δ [ppm]	J(61Ni,31P) [Hz]
Ni(PMe3)4	40	285
Ni[P(OMe)3]4	-742	398
Ni(PF3)4	-929	482
Ni(PCl3)4	267	450
Ni(C2H4)2(PMe3)	-866
Ni(PPh3)4	515
Ni(P(OPh)3)4	-587 nebo -576	400

Literatura

1. Komplex [Ni(dppp)(η2-C60)]
2. Nikl na české wikipedii
3. Nikl na anglické wikipedii
4. Ni NMR
5. Substituent effects on 61Ni NMR chemical shifts
6. Nuclear magnetic resonance and nuclear quadrupole resonance studies of ⁶¹Ni in heavy fermion compounds Ce₇Ni₃
7. Structural and Crystallographic Information from ⁶¹Ni Solid-State NMR Spectroscopy: Diamagnetic Nickel Compounds
8. Action of carbon monoxide on nickel
9. Millerit
10. Nikelin
11. Pentlandit
12. Nikl a titan – (ne)známé kovy
13. Murray Raney of Chattanooga and nickel catalysts

Navigace

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr