Nikl

Vydáno: 09. 02. 2013; Poslední aktualizace: 12. 02. 2024; Autor: Zdeněk Moravec

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 číslo28Počet stabilních izotopů5
Atomová hmotnost58,6934Elektronová konfigurace[Ar] 3d8 4s2
Teplota tání [°C]1455Teplota varu [°C]3003
Elektronegativita1,91Hustota [g.cm-3]8,908
Kovový nikl. Zdroj: Materialscientist/Commons

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.

Izotopy

Přírodní nikl se skládá z šesti izotopů, pět z nich je stabilních. Dále známe 26 radioizotopů.

IzotopZastoupení [%]Poločas přeměny
58Ni68,1stabilní
59Nistopové7,6 ×104 let
60Ni26,2stabilní
61Ni1,14stabilní
62Ni3,63stabilní
64Ni0,926stabilní

63Ni

Izotop 63Ni má poločas přeměny 100,1 let, mechanismem β vzniká 63Cu:[14]

$$^{63}\textrm{Ni }\rightarrow\ ^{63}\textrm{Cu}\ +\ \beta^-$$

Připravuje se ostřelováním niklové fólie neutrony v jaderném reaktoru:

$$^{62}\textrm{Ni }+\ \textrm{n}\ \rightarrow\ ^{63}\textrm{Ni}\ +\ \gamma$$

Využívá se jako zdroj β záření pro detekci plynů, např. v detektorech chlóru nebo jako součást detektoru u plynové chromatografie (GC).

Výskyt

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

Výroba niklu

Surový nikl se získává pražením a redukcí sulfidických rud. Sulfid se oxiduje na oxid, který lze využít v ocelářství, příp. se následně redukuje koksem na kovový nikl.

Rafinace surového niklu se provádí elektrolyticky, surový nikl slouží jako anoda, katodou je čistý nikl a elektrolytem vodný roztok síranu nebo chloridu nikelnatého. Během elektrolýzy se rozpouští nikl z 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 %.

Tetrakarbonyl niklu

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.

Ventil z Monelu. Zdroj: Heather Smith/Commons

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

Raneyův nikl. Zdroj: Rune.welsh/Commons

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.

Redukce benzenu na cyklohexan katalyzovaná Raneyovým niklem.

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 NiI jsou vzácné, tento oxidační stav je důležitý pro funkci enzymů, např. [NiFe]-hydrogenasy. Sloučeniny NiIII jsou velmi dobrá oxidační činidla, prvními připravenými sloučeninami s tímto iontem byly trihalofosfiny [Ni(PPh3)X3]. Sloučeniny NiIV 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.

Oxid nikelnatý. Zdroj: Ondřej Mangl/Commons

NMR

 61Ni
Spin3/2
Zastoupení v přírodě [%]1,1399
Citlivost vzhledem k 1H0,00359
Rezonanční frekvence v poli 1 T3,8114

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

Sloučeninaδ [ppm]J(61Ni,31P) [Hz]
Ni(PMe3)440285
Ni[P(OMe)3]4-742398
Ni(PF3)4-929482
Ni(PCl3)4267450
Ni(C2H4)2(PMe3)-866 
Ni(PPh3)4515 
Ni(P(OPh)3)4-587 nebo -576400

Odkazy

  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
  14. HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1.

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

5 Replies to “Nikl”

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..