همه ویژگی‌ها و کاربردهای فلز نیکل

نیکل (Nickel) یک عنصر شیمیایی با نماد Ni و عدد اتمی ۲۸  با درخشش براق سفید- نقره ای است. نیکل متعلق به گروه فلزات انتقالی و یک فلز سخت و انعطاف پذیر به رنگ طلایی کمرنگ است.

این فلز به صورت خالص  فقط در مقادیر اندک  معمولاً در سنگ‌های اولترامافیک  در پوسته زمین و در داخل شهاب سنگ های نیکل- آهن که در خارج از جو زمین در معرض اکسیژن نیستند ، یافت می شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک در رابطه با این فلز توضیحات بیشتری ارائه می شود.

حقایقی در رابطه با فلز نیکل

نیکل یکی از چهار عنصری (آهن ، کبالت و گادولینیوم) است که در دمای اتاق تقریباً فرومغناطیسی هستند. این فلز در دوران مدرن خصوصا در آلیاژها بسیار کاربرد دارد. حدود ۶۸٪ از تولید جهانی این فلز برای تولید فولاد ضد زنگ استفاده می شود و استفاده از آن در سایر کاربردها از جمله باتری سازی در حال رشد سریع است.

این فلز دارای کاربردهای متعددی مانند کاتالیزور هیدروژناسیون ، کاتد برای باتری ها ، رنگدانه ها و روکش سطوح فلزی است. نیکل برای بعضی از میکروارگانیسم ها و گیاهانی که دارای آنزیم هایی حاوی Ni به عنوان سایت فعال هستند، یک ماده مغذی ضروری است.

خواص فیزیکی و شیمیایی فلز نیکل

درجه حرارت کوری نیکل ۳۵۵ درجه سانتی‌ گراد (۶۷۱ درجه فارنهایت) است  به این معنی که در دماهای بالاتر از این دما Ni غیر مغناطیس است. این فلز با ساختار کریستالی در برابر فشارهای حداقل ۷۰ GPa پایدار است. نیکل فلزی سخت است و از هدایت الکتریکی و حرارتی نسبتاً بالایی در بین فلزات انتقالی برخوردار است.

Ni خالص  پودر شده برای به حداکثر رساندن سطح واکنشی ، فعالیت شیمیایی قابل توجهی را نشان می دهد ، اما قطعات بزرگتر در شرایط استاندارد واکنش کندی با هوا دارند زیرا یک لایه اکسید روی سطح فلز ایجاد می شود و از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند.

کاربردهای فلز نیکل

محصولات حاوی این فلز نقش مهمی در زندگی روزمره ما دارند. در مقایسه با سایر مواد ، محصولات حاوی نیکل دارای مقاومت در برابر خوردگی ، سختی بالا، مقاومت در دماهای بالا و پایین و طیفی از خواص مغناطیسی و الکترونیکی ویژه هستند. بنابراین بیشتر Ni تولیدی برای آلیاژها ، روکش ، باتری و برخی موارد دیگر از جمله وسایل آشپزخانه ، تلفن همراه ، تجهیزات پزشکی ، حمل و نقل ، ساختمان‌ها ، تولید برق و جواهرات مورد استفاده قرار می گیرد.این فلز می تواند با فولاد ، آهن ، مس ، کروم ، آلومینیوم ، سرب ، کبالت ، نقره ، طلا و عناصر دیگر آلیاژ ایجاد کند .

آلیاژهای آهنی مبتنی بر Ni شامل فولادهای ضد زنگ ، فولادهای آلیاژی سبک ، آهن چدنی و برخی از فولادهای مخصوص هستند. این محصولات در توربین های گازی ، برخی کارخانه های شیمیایی ، سکه سازی و مهندسی دریایی مورد استفاده قرار می گیرند.

بیشترین کاربرد آلیاژهای غیر آهنی نیکل شامل آلیاژهای مس مانند مونل ، برنجهای نیکل و برنز است. این محصولات در ساخت پروانه ها ، میل لنگ ها و بدنه قایق موتوری ، قایق های ماهیگیری و سایر قایق ها مورد استفاده قرار می گیرد.

سوپر آلیاژهای مبتنی بر Ni شامل آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی ، آلیاژ مقاوم در برابر سایش ، آلیاژ دقیق مبتنی بر  نیکل ، آلیاژ حافظه ای شکل و آلیاژ ذخیره سازی هیدروژن است. آلیاژهای فوق به طور گسترده در حمل و نقل هوایی ، کشتی سازی ، صنایع شیمیایی ، الکترونیک ، دارو و صنعت انرژی استفاده می شوند.

بهتر است بدانید:

از آنجا که این فلز در برابر خوردگی مقاوم است گاهی به عنوان جایگزینی برای نقره تزئینی استفاده می شد. همچنین این ماده پس از سال ۱۸۵۹ در بعضی از کشورها بعضاً به عنوان یک فلز ارزان قیمت برای تولید سکه مورد استفاده قرار می گرفت اما در سالهای بعدی قرن بیستم  این فلز با آلیاژ ارزان تر فولاد ضد زنگ یعنی آهن جایگزین شد .

این ترکیب یک ماده آلیاژی عالی برای برخی فلزات گرانبها است و در سنجش آتش به عنوان جمع کننده عناصر گروه پلاتین (PGE) استفاده می شود. به این ترتیب Ni  قادر به جمع آوری تمام شش عنصر   PGE  از سنگ معدن و جمع آوری بخشی از طلا است. معادن نیکل با توان بالا نیز ممکن است در بازیابی PGE (در درجه اول پلاتین و پالادیوم) نقش داشته باشند. علاوه بر این فوم نیکل یا مش نیکل در الکترودهای انتشار گاز برای سلولهای سوخت قلیایی استفاده می شود.

نیکل یک ماده طبیعی مغناطیسی است به این معنی که در صورت وجود یک میدان مغناطیسی ، این ماده دچار تغییر کوچکی در طول می شود.

جالب است بدانید:

Ni به عنوان اتصال دهنده در صنعت سیمان کاربید تنگستن یا هاردمتال مورد استفاده قرار می گیرد و در نسبت های ۶ تا ۱۲ درصد وزنی بکار برده می شود. این فلز کاربید تنگستن را مغناطیسی می کند و مقاومت در برابر خوردگی را به بخش های سیمانی اضافه می کند ، اگرچه سختی آن کمتر از آنهایی است که دارای اتصال کبالت هستند.

اگرچه این فلز تا دهه ۱۹۷۰ شناخته نشده بود اما نقش مهمی در بیولوژی برخی گیاهان ، ائوباکتری ها ، آرکئوباکتریها و قارچ ها دارد. آنزیم های حاوی نیکل مانند اوره آز در برخی از ارگانیسم ها فاکتورهای تشدید بیماری محسوب می شوند. اوره آز در این ارگانیسم ها هیدرولیز اوره به آمونیاک و کاربامات را کاتالیز می کند.

سمیت و خطرات نیکل برای انسان

منبع اصلی قرار گرفتن در معرض Ni مصرف خوراکی است زیرا این فلز برای گیاهان ضروری است. این فلز به طور طبیعی در مواد غذایی و آب یافت می شود و ممکن است با آلودگی های ناشی از فعالیت انسانی افزایش یابد. به عنوان مثال ، شیرهای آب ساخته شده از این فلز ممکن است آب و خاک را آلوده کنند. استخراج و ذوب نیز ممکن است نیکل را به فاضلاب وارد کند. ظروف آلیاژ نیکل – فولاد و ظروف حاوی رنگدانه های Ni  نیز ممکن است این فلز را درون مواد غذایی آزاد کند.

اتمسفر ممکن است توسط پالایش سنگ های معدن نیکل و احتراق سوخت های فسیلی آلوده شود. انسان ها ممکن است Ni را مستقیماً از دود دخانیات و تماس پوست با جواهرات ، شامپوها ، مواد شوینده و سکه ها جذب کنند. شکل کمتری از قرار گرفتن در معرض مزمن از طریق همودیالیز انجام می شود زیرا یونهای Ni پس از عملکرد شلات آلبومین ممکن است جذب پلاسما شود.

البته متوسط ​​مواجهه روزانه با این فلز تهدیدی برای سلامتی انسان نیست زیرا هر روز توسط کلیه ها و از طریق ادرار از بدن دفع  می شود یا بدون جذب از طریق دستگاه گوارش حذف می شود. این فلز یک سم تجمعی نیست اما دوزهای بالا یا قرار گرفتن در معرض استنشاق مزمن آن ممکن است سمی ، حتی سرطان زا باشد و یک خطر شغلی محسوب می شود.