Astronet > Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

<< Kobal't | Oglavlenie | Med' >>

Nikel', vpervye popavshii v ruki cheloveka, - nebesnogo proishozhdeniya: soderzhashee etot element prochnoe i stoikoe k rzhavleniyu meteoritnoe zhelezo shlo ne tol'ko na talismany, no i na oruzhie. A imya k elementu N 28 prishlo skoree iz preispodnei, chem s neba.

Eto bylo v seredine XVIIv., a mozhet byt' i ran'she. Staryi Nik, nasmeshlivyi i lyubopytnyi gnom, togda eshe prozhivavshii v gorah Saksonii, lyubil poddraznit' gornyakov i neredko podsovyval im vmesto polnocennoi mednoi rudy pohozhii na nee mineral, iz kotorogo, odnako, ne udavalos' vyplavit' gi medi, ni metalla voobshe. Po imeni etogo gnoma i byl nazvan element, otkrytyi molodym shvedskim metallurgom Akselem Frederikom Kronstedtom v 1751 g. "Kupfernikel' - ruda, kotoraya soderzhit naibol'shee kolichestvo... opisannogo polumetalla, - pisal Kron-stedt, - poetomu ya dal emu to zhe imya, ili, dlya udobstva, ya nazval ego nikelem". (Napomnim, chto polumetallami nazyvali prostye veshestva, shodnye i s metallami, i s nemetallami, naprimer mysh'yak).

Otkrytie dolgo osparivalos': sovremenniki polagali, chto nikel' - eto ne samostoyatel'nyi metall, a splav uzhe izvestnyh metallov s mysh'yakom i seroi. Kronstedt nastaival na individual'nosti nikelya, ssylayas' v kachestve "veshestvennyh dokazatel'stv", v chastnosti, na zelenuyu okrasku ego soedinenii i legkost' vzaimodeistviya etogo "polumetalla" s seroi. Kronstedtu prihodilos' borot'sya ne tol'ko s fiziko-himicheskimi, no i s astrologicheskimi dovodami svoih opponentov. "Chislo metallov prevoshodit uzhe chislo planet, v solnechnom kruge nahodyashihsya, - pisal Kronstedt, - poetomu nyne razmnozheniya chisla metallov opasat'sya ne nadlezhit".

No Kronstedt umer v 1765 g., tak i ne dozhdavshis' priznaniya svoego otkrytiya. I dazhe cherez 10 let poelo ego smerti vo Francuzskoi enciklopedii, vysshem svode znanii epohi, bylo napechatano: "Kazhetsya, chto eshe dolzhny byt' provedeny dal'neishie opyty, chtoby ubedit' nas, est' li etot korolek "nikelya", o kotorom govorit g. Kronstedt, osobyi polumetall ili ego skoree sleduet schitat' soedineniem zheleza, mysh'yaka, vismuta, kobal'ta i dazhe medi s seroi".

V tom zhe 1775 g. sootechestvennik Kronstedta himik i metallurg T.Bergman opublikoval svoi issledovaniya, kotorye ubedili mnogih v tom, chto nikel' deistvitel'no novyi metall. No okonchatel'no spory uleglis' lish' v nachale XIXv., kogda neskol'kim krupnym himikam vpervye udalos' vydelit' chistyi nikel'. Sredi nih byl Zh.L.Prust, avtor zakona postoyanstva sostava himicheskih soedinenii; interesno, chto vazhnym argumentom v pol'zu individual'nosti nikelya Prust schital svoeobraznyi sladkovatyi vkus rastvora nikelevogo kuporosa, rezko otlichnyi ot nepriyatnogo vkusa mednogo kuporosa. Drugoi francuzskii himik, L.Zh.Tenar, okonchatel'no vyyasnil magnitnye svoistva nikelya (na ih svoeobrazie ukazyval eshe Bergman).

Poluvekovye usiliya issledovatelei byli podytozheny Ieremiei Rihterom, kotoryi bolee izvesten v istorii himii kak odin iz osnovopolozhnikov stehiometrii. Chtoby poluchit' chistyi nikel', Rihter posle obzhiga kupfernikelya NiAs na vozduhe (dlya udaleniya bol'shei chasti mysh'yaka), vosstanovleniya uglem i rastvoreniya korol'ka v kislote prodelal 32 perekristallizacii nikelevogo kuporosa i zatem iz etih kristallov vosstanovil chistyi metall. Poluchennyi etim "ves'ma mnogotrudnym putem" nikel' byl opisan Rihterom v 1804 g. v stat'e "Ob absolyutno chistom nikele, blagorodnom metalle, ego poluchenii i osobyh svoistvah".

V istoriyu elementa N 28 stat'ya Rihtera voshla kak prorocheskaya: v nei byli ukazany pochti vse harakternye osobennosti nikelya, sdelavshie ego odnim iz glavneishih metallov sovremennoi tehniki, - bol'shaya soprotivlyaemost' korrozii, zharostoikost', vysokaya plastichnost' i kovkost', magnitnye svoistva. Eti osobennosti i opredelili puti, po kotorym nikel' byl napravlen chelovekom.

Metallicheskii nikel'...

Pervye primeneniya nikelyu pridumali yuveliry. Spokoinyi svetlyi blesk nikelya (vspomnim Mayakovskogo: "Oblil bulyzhniki lunnyi nikel'") ne merknet na vozduhe. K tomu zhe nikel' sravnitel'no legko obrabatyvaetsya. Poetomu ego stali primenyat' dlya izgotovleniya ukrashenii, predmetov utvari i zvonkoi monety.

No i eto ves'ma neznachitel'noe pole deyatel'nosti element N 28 poluchil ne srazu, potomu chto nikel', kotoryi vyplavlyali metallurgi, byl sovsem ne pohozh na blagorodnyi metall, opisannyi Rihterom. On byl hrupok i prakticheski neprigoden dlya obrabotki.

Pozzhe vyyasnilos', chto nichtozhnoi (po normam stoletnei davnosti) primesi sery - lish' 0,03% - dostatochno, chtoby vkonec isportit' mehanicheskie svoistva nikelya; proishodit eto iz-za togo, chto tonchaishaya plenka hrupkogo sernistogo nikelya raz'edinyaet zerna metalla, narushaet ego strukturu. Primerno tak zhe deistvuet na svoistva etogo metalla i kislorod.

Problemu polucheniya kovkogo nikelya reshilo odno otkrytie. Prisadka magniya v rasplavlennyi metall pered razlivkoi osvobozhdaet nikel' ot primesei: magnii aktivno svyazyvaet, "prinimaet na sebya" seru i kislorod. Eto otkrytie bylo sdelano eshe v 70-h godah proshlogo veka, i s teh por spros na nikel' stal rasti.

Vskore vyyasnilos', chto element N 28 - ne tol'ko dekorativnyi metall (hotya nikelirovaniem kak sredstvom zashity drugih metallov ot korrozii i dlya dekorativnyh celei pol'zuyutsya uzhe okolo sta let). Nikel' okazalsya i odnim iz samyh perspektivnyh materialov dlya izgotovleniya himicheskoi apparatury, kotoraya dolzhna vyderzhivat' raz'edayushee deistvie koncentrirovannyh rassolov, goryachih shelochei, rasplavlennyh solei, ftora, hlora, broma i drugih agressivnyh sred. Himicheskuyu passivnost' etot metall sohranyaet i pri nagreve; zharostoikost' prolozhila nikelyu dorogu v reaktivnuyu tehniku.

Unikal'nuyu sovokupnost' svoistv uvideli v nikele konstruktory elektrovakuumnyh priborov. Ne sluchaino bol'she treh chetvertei vsego metalla, rashoduemogo elektrovakuumnoi tehnikoi, prihoditsya na chistyi nikel'; iz nego izgotovlyayut provolochnye derzhateli, vvody, setki, anody, ekrany, kerny dlya oksidnyh katodov i ryad drugih detalei.

Zdes' naryadu s korrozionnoi i teplovoi stoikost'yu nikelya, ego plastichnost'yu i prochnost'yu ochen' cenitsya nizkaya uprugost' para: pri rabochei temperature okolo 750^oC ob'em elektronnoi lampy nasyshaetsya nichtozhnym kolichestvom nikelya - poryadka 10^-12 g, kotoroe ne narushaet glubokogo vakuuma.

Vo mnogih otnosheniyah zamechatel'ny magnitnye svoistva nikelya.

V 1842 g. Dzh.P.Dzhoul' opisal uvelichenie dliny stal'nyh prutkov pri namagnichivanii. Cherez 35 let fiziki dobralis' i do himicheskih sobrat'ev zheleza - kobal'ta i nikelya. I tut okazalos', chto kobal'tovye prutki tozhe udlinyayutsya v magnitnom pole, a u nikelya etot zamechatel'nyi effekt ne obnaruzhivaetsya. Eshe cherez neskol'ko let (v 1882 g.) vyyasnilos', chto nikel', no tol'ko ne udlinyaetsya, a, naoborot, dazhe ukorachivaetsya v magnitnom pole. Yavlenie bylo nazvano magnitostrikciei. Sushnost' ego sostoit v tom, chto pri nalozhenii vneshnego magnitnogo polya besporyadochno raspolozhennye mikromagnitiki metalla (domeny) vystraivayutsya v odnom napravlenii, deformiruya etim kristallicheskuyu reshetku. Effekt obratim: prilozhenie mehanicheskogo napryazheniya k metallu menyaet ego magnitnye harakteristiki.

Poetomu mehanicheskie kolebaniya v ferromagnitnyh materialah zatuhayut gorazdo bystree, chem v neferromagnitnyh: energiya kolebanii rashoduetsya na izmenenie sostoyaniya namagnichennosti. Ponimanie prirody etogo "magnitomehanicheskogo zatuhaniya" pozvolilo sozdat' ne boyashiesya ustalosti splavy dlya lopatok turbin i mnogih drugih detalei, podvergayushihsya vibracii.

No, pozhalui, eshe vazhnee drugaya oblast' primeneniya magnitomehanicheskih yavlenii: sterzhenek iz nikelya v peremennom magnitnom pole dostatochnoi chastoty stanovitsya istochnikom ul'trazvuka.

Raskachivaya takoi sterzhenek v rezonanse (dlya etogo podbirayut sootvetstvuyushuyu dlinu), dostigayut kolossal'noi dlya ul'trazvukovoi tehniki amplitudy kolebanii - 0,01% ot dliny sterzhnya.

Nikelevye magnitostriktory byli primeneny, mezhdu prochim, pri nikelirovanii v ul'trazvukovom pole: blagodarya ul'trazvuku poluchayutsya chrezvychaino plotnye i blestyashie pokrytiya, prichem skorost' ih naneseniya mozhet byt' gorazdo vyshe, chem bez ozvuchivaniya. Tak "nikel' sam sebe pomogaet".

Ul'trazvuk imeet i mnozhestvo drugih primenenii. Odnako nikto, po-vidimomu, ne issledoval vozdeistviya bystroperemennogo magnitnogo polya na reakcii s uchastiem metallicheskogo nikelya: vyzvannaya magnitostrikciei pul'saciya poverhnosti dolzhna byla by sushestvenno povliyat' na himicheskoe vzaimodeistvie, tak chto izuchenie reakcii "zvuchashego" metalla mozhet vyyavit' novye neozhidannye effekty.

...i ego splavy

Obratimsya teper' k splavam nikelya. No luchshe skazat' vernemsya: ved' istoriya primeneniya nikelya nachalas' so splavov: odni - zhelezonikelevye - chelovek poluchil v gotovom vide, drugie - medno-nikelevye - on nauchilsya vyplavlyat' iz prirodnyh rud, eshe ne znaya, kakie metally v nih vhodyat.

A seichas promyshlennost' ispol'zuet neskol'ko tysyach splavov, v kotorye vhodit nikel', hotya i v nashe vremya sochetaniya zhelezo - nikel' i med' - nikel', predostavlennye nam samoi prirodoi, ostayutsya osnovoi podavlyayushego bol'shinstva nikel'soderzhashih splavov. No, navernoe, samoe vazhnoe - eto ne kolichestvo i raznoobrazie etph splavov, a to, chto v nih chelovek sumel usilit' i razvit' nuzhnye nam svoistva nikelya.

Izvestno, naprimer, chto tverdye rastvory otlichayutsya bol'shei prochnost'yu i tverdost'yu, chem ih komponenty, no sohranyayut ih plastichnost'. Poetomu metallicheskie materialy, podlezhashie obrabotke posredstvom kovki, prokatki, protyazhki, shtampovki i t.p., sozdayut na osnove sistem, komponenty kotoryh obrazuyut mezhdu soboi tverdye rastvory. Imenno takovy splavy nikelya s med'yu: oba metalla polnost'yu smeshivayutsya v lyubyh proporciyah kak v zhidkom sostoyanii, tak i pri zatverdevanii rasplava. Otsyuda - prekrasnye mehanicheskie svoistva medno-nikelevyh splavov, izvestnye eshe drevnim metallurgam.

Praotec mnogochislennogo roda etih splavov - "pakt-hong" (ili "pekfong"), kotoryi vyplavlyali v Kitae, vozmozhno do nashei ery, dozhil do nashih dnei. On sostoit iz medi, nikelya (20%) i cinka, prichem cink igraet zdes' v osnovnom tu zhe rol', chto i magnii pri prigotovlenii kovkogo nikelya. Etot splav v nebol'shih kolichestvah nachali poluchat' v Evrope eshe v pervoi polovine XIXv. pod nazvaniyami argentan, nemeckoe serebro, neizil'ber (novoe serebro) i massoi drugih, prichem pochti vse eti nazvaniya podcherkivali krasivyi - serebryanyi - vneshnii vid splava. Nikel' obladaet interesnoi "otbelivayushei sposobnost'yu": uzhe 20% ego polnost'yu gasyat krasnyi cvet medi.

"Novoe serebro" uspeshno konkurirovalo so starym, zavoevav populyarnost' u yuvelirov. Primenili ego i dlya chekanki monet. V 1850 g. Shveicariya vypustila pervye monety iz neizil'bera, i vskore ee primeru posledovali pochti vse strany. Amerikancy dazhe nazyvayut svoi pyati-centovye monetki "nickel". Masshtaby etogo primeneniya medno-ppkelevyh splavov ogromny: stolbik iz "nikelevyh" monet, kotorye izgotovleny v mire za 100 s nebol'shim let, dostig by Luny!

Nyne neizil'ber i rodstvennyi emu mel'hior (v mel'hiore pet cinka, no prisutstvuet okolo 1% marganca) primenyayutsya ne tol'ko it ne stol'ko dlya zameny stolovogo serebra, skol'ko v inzhenernyh celyah: mel'hior naibolee stoek (iz vseh izvestnyh splavov!) protiv udarnoi, ili struevoi, korrozii. Eto otlichnyi material dlya kranov, klapanov i osobenno kondensatornyh trubok.

A vot bolee molodoi splav medi i nikelya - ditya sluchaya i nahodchivosti. V nachale XXv. voznikli oslozhneniya pri pererabotke bogatyh kanadskih rud, soderzhavshih vdvoe bol'she nikelya, chem medi; razdelenie etih dvuh metallov bylo tverdym oreshkom dlya metallurgov. Polkovnik Ambroz Monel', togdashnii prezident Mezhdunarodnoi nikelevoi kompanii, podal smeluyu mysl' - ne razdelyat' med' i nikel', a vyplavlyat' ph sovmestno v "natural'nyi splav". Inzhenery osushestvili etu ideyu - i poluchilsya znamenityi monel'-metall - odin iz glavneishih splavov himicheskogo mashinostroeniya. Seichas sozdano mnogo marok monel'-metalla, razlichayushihsya prirodoi i kolichestvom legiruyushih dobavok, no osnova vo vseh sluchayah prezhnyaya - 60...70% nikelya i 28...30% medi. Vysokaya himicheskaya stoikost', blestyashie mehanicheskie svoistva i sravnitel'naya deshevizna (ego i seichas vyplavlyayut bez predvaritel'nogo razdeleniya medi i nikelya) sozdali monel'-metallu slavu sredi himikov, sudostroitelei, tekstil'shikov, neftyanikov i dazhe parfyumerov.

Esli monel'-metall - "natural'nyi splav" iz sul'fidnyh medno-cikelevyh rud, to ferronikel' - estestvennyi produkt plavki okislennyh rud nikelya. Otlichie sostoit v tom, chto v zavisimosti ot uslovii plavki v etom produkte mozhno shiroko menyat' sootnoshenie nikelya i zheleza (bol'shuyu chast' zheleza perevodyat v shlak). Ferronikel' razlichnogo sostava ispol'zuyut zatem v kachestve poluprodukta dlya polucheniya mnogih marok stali i drugih zhelezonikelevyh splavov.

Takih splavov velikoe mnozhestvo. Vsem horosho izvestny konstrukcionnye nikelevye i nerzhaveyushie hromonikelevye stali. Na nih uhodit pochti polovina vsego nikelya, dobyvaemogo chelovekom. Inkonel' - "aristokraticheskii rodstvennik" nerzhaveyushih stalei, v kotorom zheleza pochti ne ostalos', eto splav (tochnee, gruppa splavov) na osaove nikelya i hroma s dobavkami titana i drugih elementov. Inkonel' stal odnim iz glavnyh materialov raketnoi tehniki. Nihrom (20% Cr, 80% Ni) - vazhneishii iz splavov soprotivleniya, osnova bol'shinstva elektronagrevatel'nyh priborov, ot domashnih elektroplitok do moshnyh promyshlennyh pechei. Menee izvestny elinvar (35% Ni, 8% Cr), sohranyayushii postoyannuyu uprugost' pri razlichnyh temperaturah, i platinit (49% Ni, 51% Fe). Poslednii ne soderzhit platiny, no vo mnogih sluchayah zamenyaet ee. Kak i platinu, ego mozhno vpayat' i steklo, i spai ne tresnet, poskol'ku koefficienty teplovogo rasshireniya stekla i platinita sovpadayut. U invara (36% Ni, 64% Fe) koefficient teplovogo rasshireniya blizok k nulyu.

Osobyi klass sostavlyayut magnitnye splavy. Pozhalui, naibol'shie zaslugi zdes' prinadlezhat permalloyu FeNi₃ - splavu s fenomenal'noi magnitnoi pronicaemost'yu, Perevernuvshemu tehniku slabyh tokom. Serdechniki iz permalloya est' v lyubom telefonnom apparate, a tonkie permalloinye plenki - glavnyi element zapominayushih ustroistv vychislitel'nyh mashin.

Nikel' glazami himika

"Sei polumetall sohranyaet v ogne goryuchie svoi chasti dovol'no dolgo, a esli onyh i lishitsya, to posredstvom maleishego onyh chastei prisoedineniya opyat' legko vozvrashaetsya".

V takih slovah - smysl ih stanet ponyaten, esli chitatel' vspomnit ob epohe flogistonnoi himii, - Kronstedt opisal trudnuyu okislyaemost' i legkuyu vosstanavlivaemost' nikelya. On zhe podcherknul i "velikoe srodstvo" nikelya k sere - to himicheskoe svoistvo, kotoromu obyazany svoim proishozhdeniem sul'fidnye rudy nikelya.

V trudah posleduyushih pokolenii uchenyh himicheskoe lico nikelya prostupalo vse bolee otchetlivo.

Zhurnaly mira ezhemesyachno publikuyut bolee 100 statei po himii nikelya. Syuzhety ih ves'ma raznoobrazny, no yasnee drugih usmatrivayutsya tri temy: splavy, kompleksnye soedineniya, kataliz.

Splavy nikel' obrazuet ne tol'ko s med'yu i zhelezom, no pochti so vsemi metallami periodicheskoi sistemy i. dazhe ne tol'ko s metallami. Harakternaya osobennost'-himii nikelya - sklonnost' k obrazovaniyu soedinenii peremennogo sostava, naprimer v sistemah Ni - N, Ni - S, Ni - O, Ni - S. Tak, s kislorodom obrazuyutsya okisly NiO_h, gde h, po-vidimomu, sovershenno nepreryvno mozhet menyat'sya ot velichin men'she edinicy (0,97...0,98) priblizitel'no do 1,7. Eti okisly mozhno rassmatrivat' kak slozhnye tverdye rastvory Ni - NiO, NiO - Ni₂O₃ i NiO - NiO₂. Podobnye tverdye rastvory (eshe bolee oslozhnennye prisutstviem vody) - osnova polozhitel'nyh elektrodov nikelevyh akkumulyatorov. Ponimanie prirody i prevrashenii takih sistem ochen' vazhno dlya issledovaniya i primeneniya okislov nikelya v kachestve katalizatorov.

Interesno povedenie okislov nikelya v steklah i glazuryah: v zavisimosti ot togo, kakoe chislo atomov kisloroda okruzhaet atom (ion) nikelya, steklo priobretaet cvet ot purpurnogo do zheltogo; mozhno dobit'sya i togo, chtoby steklo propuskalo tol'ko ul'trafioletovye luchi.

Iz vseh soedinenii elementa N 28 naibolee interesny kompleksnye (ili koordinacionnye). Ih polucheno, veroyatno, ne men'she, a dazhe bol'she, chem splavov nikelya, i izuchayut ih ne menee intensivno.

"Moda" na kompleksnye soedineniya nikelya - a imi seichas zanimayutsya, pozhalui, dazhe bol'she, chem podobnymi soedineniyami drugih metallov, - ne sluchaina: obilie tipov svyazi i geometricheskih struktur otkryvaet shirokoe pole deyatel'nosti dlya teoretikov i v to zhe vremya obuslovlivaet vozmozhnosti mnogoobraznyh i podchas neozhidannyh prakticheskih primenenii kompleksov nikelya. Nikel'ammiachnye kompleksy, naprimer, ispol'zuyut pri gal'vanicheskom nikelirovanii i katodnom osazhdenii splavov nikelya s drugimi metallami.

Metalloorganicheskie kompleksnye soedineniya, v kotoryh nikel' svyazan s gruppami CO, C₅F₅, SN i drugimi (za isklyucheniem karbonila nikelya - o nem razgovor osobyi), - poka eshe ekzotika. No chislo ih mnozhitsya, sposoby polucheniya stanovyatsya vse raznoobraznee, i imenno v etoi oblasti nazreli ochen' interesnye sobytiya, tem bolee chto uzhe polucheny otnositel'no stabil'nye kompleksy. V nih gruppa svyazannyh drug s drugom atomov metalla stabiliziruetsya ligandami razlichnoi himicheskoi prirody.

Kataliticheskie svoistva nikelya byli obnaruzheny eshe v 1823 g., no potrebovalos' pochti stoletie, chtoby ot epizodicheskih nablyudenii himiya pereshla k sistematicheskomu izucheniyu prevrashenii na nikelevyh katalizatorah. Nyne nikel' - odin iz stolpov kataliticheskoi himii. Sushestvuyut, po krainei mere, sotni issledovanii i patentov, posvyashennyh razrabotke i izucheniyu razlichnyh form nikelevyh katalizatorov; na izgotovlenie katalizatorov rashoduetsya do 10% proizvodimogo v mire nikelya.

Glavnaya special'nost' metallicheskogo nikelya v katalize - raznoobraznye reakcii gidrogenizacii. Eto odin iz vazhneishih klassov prevrashenii v organicheskoi himii i tehnologii, osnova mnogih promezhutochnyh processov v organicheskom sinteze i neftehimii; poluchenie tverdyh zhirov iz zhidkih gidrogenizaciei poslednih na nikele dazhe razvilos' v osobuyu otrasl' promyshlennosti.

V poslednie gody nikel' kak katalizator pronik i v oblast' elektrohimicheskih processov; naibol'shie perspektivy imeet zdes' kataliticheskoe okislenie vodoroda v toplivnyh elementah.

Karbonil nikelya

V 80-h godah proshlogo veka v laboratorii Lyudviga Monda - krupnogo inzhenera-himika i promyshlennika, odnogo iz osnovatelei himicheskoi industrii Anglii - shla rabota po ochistke gazov ot primesi okisi ugleroda. Okis' ugleroda propuskali nad nakalennym nikelem. Sluchaino zametili, chto po okonchanii opyta, kogda nikel' pochti ostyl, plamya othodyashei okisi ugleroda iz bescvetnogo sdelalos' belym. Neponyatnyi fakt stal intriguyushim, kogda vyyasnilos', chto eto beloe plamya na holodnom farfore ostavlyaet metallicheskii nalet. Kazalos' sovershenno neveroyatnym, chtoby takoi metall, kak nikel', daval letuchee soedinenie s okis'yu ugleroda. Opyty byli povtoreny eshe i eshe raz. Kogda izbytok skisi ugleroda byl pogloshen ammiachnym rastvorom hloristoi medi i issledovatelyam - Mondu, Langeru i Kvinke - udalos' skondensirovat' v smesi snega s sol'yu pervye kapli tyazheloi bescvetnoi zhidkosti, oni okonchatel'no uverovali, chto nikel' daet soedinenie s okis'yu ugleroda. Novoe veshestvo - odno iz samyh interesnyh soedinenii elementa N 28 - nazvali karbonilom nikelya. Karboppl nikelya potryas voobrazhenie himikov mira. Soedinenie tyazhelogo metalla s gazom - zhidkoe, tekuchee, letuchee, kak efir! Formula NiC₄O₄, ne ukladyvayushayasya ni v kakie predstavleniya o valentnosti. Karbonitu nikelya snachala pripisyvali formulu

no mnogim himikam ona kazalas' nedostovernoi. Mendeleev pisal: "Mne kazhetsya, chto nyne eshe ranovremenno sudit' o stroenii stol' neobyknovennogo veshestva, kak Ni(CO)₄?. Lish' kogda razvilis' fizicheskie metody issledovaniya molekul (rentgenovskii, elektronograficheskii, spektroskopicheskii), udalos' ustanovit', chto na samom dele molekula karbonila nikelya - tetraedr s atomom nikelya v centre.

Priroda himicheskih svyazei v karbonile nikelya i seichas ostaetsya interesneishim ob'ektom i dlya teoretikov, i dlya eksperimentatorov.

Svoeobrazny himicheskie svoistva karbonila nikelya: on ne vstupaet v reakcii soedineniya. (Eto i privelo k vyvodu, chto ego molekula himicheski nasyshena.) Atom nikelya v karbonile nul'valenten, on imeet 18-elektronnuyu obolochku, kak u blagorodnogo gaza. No himicheskaya nasyshennost' karbonila nikelya ne oznachaet himicheskoi inertnosti - eto ves'ma reakcionnosposobnoe veshestvo. Gruppy CO v karbonile nikelya legko zameshayutsya drugimi molekulami i radikalami, naprimer PH₃, PF₃, CN^-; takih proizvodnyh karbonila nikelya, hotya by s odnoi karbonil'noi gruppoi, zamenennoi na chto-to inoe, seichas sintezirovano uzhe neskol'ko sot.

Na podobnyh reakciyah zamesheniya osnovano kataliticheskoe deistvie karbonila nikelya vo mnogih reakciyah organicheskoi himii.

Karbonil nikelya legko vzaimodeistvuet s kislorodom, davaya okisly nikelya i svobodnuyu okis' ugleroda; analogichnaya reakciya protekaet s elementarnoi seroi. Smes' parov karbonila nikelya s vozduhom samoproizvol'no vspyhivaet, a inogda i vzryvaetsya. Esli k tomu zhe vspomnit' o sil'noi toksichnosti karbonila nikelya, to mozhno posochuvstvovat' issledovatelyam, vpervye stolknuvshimsya s etim veshestvom. V svoe vremya ono bylo odnim iz naibolee yadovityh veshestv, izvestnyh cheloveku, i sostoyalo v spiskah boevyh otravlyayushih veshestv ryada derzhav. Teper' karbonil nikelya pereveden v spisok prosto vrednyh veshestv. Predel'no dopustimaya koncentraciya ego v vozduhe proizvodstvennyh pomeshenii 0,0005mg/m³.

Zadolgo do togo, kak proyasnilas' priroda udivitel'noi molekuly, i byli izucheny ee himicheskie reakcii, Mond razgadal prakticheskuyu cennost' otkrytogo v ego laboratorii veshestva; raz reakciya sinteza karbonpla nikelya obratima, mozhno, deistvuya okis'yu ugleroda na nikel'soderzhashii material, "isparyat'" nikel' v vide karbonila, a zatem, nagrevaya karbonil, poluchat' chistyi metall.

Cherez neskol'ko let Mond i Langer postroili metallurgicheskii zavod novogo tipa, gde pyshushie zharom metallurgicheskie pechi vpervye byli zameneny himicheskimi reaktorami.

Na zavode Monda v Yuzhnom Uel'se (on deistvuet i nyne, yavlyayas' odnim iz krupneishih nikelevyh zavodov mira) sintez karbonila nikelya vedut pri atmosfernom davlenii, a pary karbonila razlagayut na dvizhushihsya - chtoby ne srastalis' - goryachih nikelevyh sharikah. Na nih osedaet nikel' iz karbonila. Shariki "rastut". Pozzhe byl naiden drugoi variant karbonil-processa, bolee intensivnyi: sintez karbonila nikelya proishodit pri vysokom davlenii okisi ugleroda (do 250atm), a razlozhenie - v goryachih polyh trubah, ustanovlennyh vertikal'no. Sverhu v nih podayut pary ili bryzgi karbonila, a vnizu sobirayut vypavshii nikelevyi "sneg" - poroshok iz srosshihsya mezhdu soboi mel'chaishih kristallov nikelya, kotorye voznikli pri raspade molekul Ni(CO)₄.

"Karbonil'nyi nikel'", osobenno poroshkovyi, otlichaetsya rekordnoi chistotoi; on nezamenim v proizvodstve metallokeramiki.

Termicheskoe razlozhenie karbonila nikelya - sposob polucheniya ne tol'ko metallicheskogo nikelya kak takovogo, no i nikelevyh pokrytii. Etot sposob mozhet byt' oformlen ves'ma elegantno. Naprimer, nit' rasplavlennogo stekla vypuskaetsya iz fil'ery v kameru, soderzhashuyu pary karbonila nikelya, i tam pokryvaetsya blestyashei plenkoi. Nikelirovannye steklyannye niti - perspektivnyi material dlya special'nogo priborostroeniya i radiotehniki. Redkoe izyashestvo karbonil'nogo sposoba polucheniya nikelya, pozhalui, luchshe vsego vyrazheno frazoi Kel'vina: "Mond dal kryl'ya tyazhelym metallam".

Podvedem itog. Vo-pervyh, nikel' i ego splavy - vazhnye konstrukcionnye materialy. Vo-vtoryh, ogromno znachenie nikelya i ego soedinenii dlya sovremennoi himii i himicheskoi tehnologii. V-tret'ph, on stal uzhe i elementom energetiki. Znachit, est' vse osnovaniya nazvat' nikel' trizhdy sovremennym elementom.

Iz glubiny

Naibolee dostovernaya iz gipotez stroeniya Zemli utverzhdaet, chto ee yadro, kak i zheleznye meteority, sostoit iz zhelezonikelevogo splava - 90,85% Fe, 8,5% Ni i 0,6% Co. Ono zaklyuchaet v sebe chudovishnuyu massu nikelya - okolo 17^.10¹⁹ t - pochti ves' nikel' nashei planety (obshee ego kolichestvo ocenivaetsya v 17,4^.10¹⁹ t).

V tonkuyu poverhnostnuyu koru Zemli pronikli lish' nemnogie iz ego atomov - v srednem odin iz sta tysyach. Chast' etih atomov obrazovala vmeste s med'yu i seroi skopleniya sernistyh mineralov. (Neskol'ko milliardov let spustya chelovek obnaruzhil eti skopleniya i nazval ih sul'fidnymi medno-nikelevymi rudami.) Drugie atomy nikelya do samoi poverhnosti Zemli dvigalis' v okruzhenii zheleza, magniya i hroma. No zdes' sputniki nikelya okislilis', i chast' ih ushla proch' v vide gidrookisei.

Obogashennye nikelem nevzrachnye zemlistye ostatki nyne nazyvayutsya okislennymi nikelevymi rudami.

Izotopy nikelya

Dve treti nikelya, soderzhashegosya v zemnoi kore, prihoditsya na dolyu izotopa ⁵⁸Ni. V prirode naideny pyat' izotopov etogo elementa, vse oni stabil'ny. Eshe vosem' izotopov nikelya s massovymi chislami 54, 55, 56, 57, 59, 63, 65 i 66 polucheny v raznye gody iskusstvennym putem. Samyi stabil'nyi iz nih ⁵⁹Ni imeet period poluraspada 75tys. let, a samye korotkozhivushie izotopy etogo elementa - ⁵⁴Ni i ⁵⁵Ni - men'she 5 minut.

Nikel' i zhizn'

V rasteniyah v srednem 5^.10^-5 vesovyh procentov nikelya, v morskih zhivotnyh - 1,6^.10^-4, v nazemnyh - 1^.10^-6, v chelovecheskom organizme - 1...2^.10^-6. O nikele v organizmah izvestno uzhe nemalo. Ustanovleno, naprimer, chto soderzhanie ego v krovi cheloveka menyaetsya s vozrastom, chto u zhivotnyh-al'binosov kolichestvo nikelya v organizme povysheno, nakonec, chto sushestvuyut nekotorye rasteniya i mikroorganizmy - "koncentratory" nikelya, soderzhashie v tysyachi i dazhe v sotni tysyach raz bol'she nikelya, chem okruzhayushaya sreda. Odnako, podobnye fakty ne prolivayut sveta na glavnyi vopros - sleduet li schitat' nikel' nezamenimym, specificheski deistvuyushim mikroelementom. Fiziologicheskaya rol' ego do sih por neponyatna.

Dve storony medali

Nekotorye rasteniya pod vliyaniem izbytka nikelya prinimayut neobychnye formy. Poisk takih form - poleznoe sredstvo razvedki nikelevyh mestorozhdenii. No izbytok nikelya v pochvah imeet i obratnuyu storonu: tak, on yavlyaetsya prichinoi bolezni glaz u skota na Yuzhnom Urale i zabolevaniya "boang" u kokosovyh pal'm na Gavaiskih ostrovah (pal'my, porazhennye "boangom", dayut pustye orehi).

Eshe odin istochnik nikelya

V zole uglei Yuzhnogo Uel'sa v Anglii - do 78 kg nikelya na tonnu. Chem ne nikelevaya ruda, vdobavok uzhe dobytaya iz zemli, izmel'chennaya i dostavlennaya v promyshlennyi centr!

Povyshennoe soderzhanie nikelya v nekotoryh kamennyh uglyah, peftyah, slancah govorit o vozmozhnosti koncentracii nikelya iskopaemym organicheskim veshestvom. Prichiny etogo yavleniya poka ne vyyasneny.

Korolevskaya posuda

Nikelirovannaya posuda seichas stala privychnoi. No eshe 100 let tomu nazad nikel' byl ekzoticheskim metallom, i utvar' iz nego byla dostupna tol'ko ochen' bogatym lyudyam. V nikelevoi posude gotovili pishu imperatoru Avstrii. V 80-h godah proshlogo veka nikel' perestal byt' roskosh'yu. No tut pered nikelevoi posudoi vozniklo novoe prepyatstvie: kak raz v eto vremya Franca Iosifa porazila neizvestnaya bolezn', i prichinu korolevskogo neduga vrachi pripisali nikelyu. Nemedlenno posledovalo zakonodatel'noe zapreshenie primenyat' nikel' dlya izgotovleniya posudy. Lish' cherez 20 let posle special'nyh issledovanii zapret byl snyat. Nikel' i nyne zamenyaet stolovoe serebro - obychno v vide nikelirovannogo medno-nikelevogo splava.

Iz rodoslovnoi nikelevyh stalei

V 1799 g. Zh.L.Prust obnaruzhil prisutstvie nikelya v "meteoricheskom zheleze" i predpolozhil, chto izdavna izvestnaya stoikost' "nebesnogo metalla" k rzhavleniyu obuslovlena imenno primes'yu nikelya. Eta dogadka privlekla vnimanie molodogo Faradeya. V 1820 g. Faradeyu vmeste s nozhevym masterom Stodardom deistvitel'no udalos' vyplavit' "sinteticheskoe meteornoe zhelezo" s povyshennoi korrozionnoi stoikost'yu. Eto byl pervyi zhelezonikelevyi splav, iskusstvenno prigotovlennyi chelovekom. No splav etot byl ni na chto ne prigoden: kovkost' ego byla gorazdo huzhe, chem u zheleza. Lish' v konce proshlogo veka, kogda metallurgi nauchilis' gotovit' kovkii nikel', im udalos' poluchit' nastoyashuyu nikelevuyu stal'. Tri procenta nikelya pochti udvoili predel uprugosti stali, na tret' povysili ee mehanicheskuyu prochnost' i vdobavok uluchshili ee korrozionnuyu stoikost'.

Po principu zhelezobetona

Chto takoe zhelezobeton - izvestno vsem. Teper' predstav'te sebe, chto vmesto smesi cementa s graviem vzyat nikel', a armaturoi sluzhat raspredelennye v nem chasticy tugoplavkogo veshestva, naprimer okisi magniya, alyuminiya ili toriya, ili karbida vol'frama, titana, hroma. Takie gibridnye materialy sochetayut himicheskuyu stoikost' nikelya s ochen' vysokoi zharoprochnost'yu. Sposoby polucheniya ih razlichny. Est', naprimer, takoi: smeshivayut topkii poroshok nikelya s poroshkom "armatury" i spekayut etu smes'. Postupayut i inache:produvayut kislorodom rasplav nikelya i alyuminiya; alyuminii perehodit v Al₂O₃, a bolee stoikii k okisleniyu nikel' sohranyaetsya v metallicheskom sostoyanii. Etot zhe sposob, "vyvernutyi naiznanku", vyglyadit tak: rasplav smesi okislov nikelya i magniya produvayut vodorodom - vosstanavlivaetsya tol'ko nikel'. Naiden i sovsem inoi princip - nikelirovanie chastic "armatury". Nikelirovanie mozhno vesti iz gazovoi fazy, razlagaya karbonil nikelya na nagretyh chasticah. Poluchennyi poroshkoobraznyi metall pressuyut v zagotovki izdelii, a zatem spekayut. Pri etom isklyuchaetsya trudoemkii process mehanicheskoi obrabotki.

Nikel' v pomade

Lyuboi student-himik znaet, chto obrazovanie alogo osadka pri dobavlenii dimetilglioksima k ammiachnomu rastvoru analiziruemoi smesi - luchshaya reakciya dlya kachestvennogo i kolichestvennogo opredeleniya nikelya. No dimetilgli-oksimat nikelya nuzhen ne tol'ko analitikam. Krasivaya glubokaya okraska etogo kompleksnogo soedineniya privlekla vnimanie parfyumerov: dimetilglioksimat nikelya vvodyat v sostav gubnoi pomady. Nekotorye iz podobnyh dimetilglioksimatu nikelya soedinenii - osnova ochen' svetostoikih krasok.

Nikel' i malaya energetika

Sobstvenno govorya, "malaya energetika" ne takaya uzh malaya. Esli slozhit' moshnosti vseh himicheskih istochnikov toka, ustanovlennyh v samoletah i tranzistornyh priemnikah, avtomobilyah i elektrobritvah, traktorah i karmannyh fonarikah, elektrokarah i iskusstvennyh sputnikah, to, navernoe, poluchennaya summa budet soizmerima s mnogoznachnymi chislami, kotorymi vyrazhaetsya moshnost' krupneishih GES i GRES. Rol' nikelya v konstrukciyah maloi energetiki vedushaya.

Samye rasprostranennye "minusy" v himicheskih istochnikah toka - eto cink, kadmii, zhelezo, a samye rasprostranennye "plyusy" - okisly serebra, svinca, marganca, nikelya. Soedineniya nikelya ispol'zuyutsya v proizvodstve shelochnyh akkumulyatorov. Kstati, zhelezonikelevyi akkumulyator izobreten v 1900 g. Tomasom Alvoi Edisonom.

Polozhitel'nye elektrody na osnove okislov nikelya imeyut dostatochno bol'shoi polozhitel'nyi zaryad, oni stoiki v elektrolite, horosho obrabatyvayutsya, sravnitel'no nedorogi, sluzhat dolgo i ne trebuyut osobogo uhoda. Etot kompleks svoistv i sdelal nikelevye elektrody samymi rasprostranennymi. U nekotoryh batarei, v chastnosti cinkovo-serebryanyh, udel'nye harakteristiki luchshe, chem u zhelezonikelevyh ili kadmiinikelevyh. No nikel' namnogo deshevle serebra, k tomu zhe dorogie batarei sluzhat namnogo men'she.

Okisnonikelevye elektrody dlya shelochnyh akkumulyatorov delayut iz pasty, v sostav kotoroi vhodyat gidrat okisi nikelya i grafitovyi poroshok. Inogda funkcii tokoprovodyashei dobavki vmesto grafita vypolnyayut tonkie nikelevye lepestki, ravnomerno raspredelennye v gidrookisi nikelya. Etu aktivnuyu massu nabivayut v razlichnye po konstrukcii tokoprovodyashie plastiny.

V poslednie gody poluchil rasprostranenie drugoi sposob proizvodstva nikelevyh elektrodov. Plastiny pressuyut iz ochen' tonkogo poroshka okislov nikelya s neobhodimymi dobavkami. Vtoraya stadiya proizvodstva - spekanie massy v atmosfere vodoroda. Etim sposobom poluchayut poristye elektrody s ochen' razvitoi poverhnost'yu, a chem bol'she poverhnost', tem bol'she tok. Akkumulyatory s elektrodami, izgotovlennymi etim metodom, moshnee, nadezhnee, legche, no i dorozhe. Poetomu ih primenyayut v naibolee otvetstvennyh ob'ektah - radioelektronnyh shemah, istochnikah toka v kosmicheskih apparatah i t.d.

Nikelevye elektrody, izgotovlennye iz tonchaishih poroshkov, ispol'zuyutsya i v toplivnyh elementah. Zdes' osoboe znachenie priobretayut kataliticheskie svoistva nikelya i ego soedinenii. Nikel' - prekrasnyi katalizator slozhnyh processov, protekayushih v etih istochnikah toka. Kstati, v toplivnyh elementah nikel' i ego soedineniya mogut poiti na izgotovlenie i "plyus" i "minusa". Raznica lish' v dobavkah.

Tri citaty

"Eto metallicheskoe veshestvo ne nashlo kakih-libo primenenii, i glavnoe vnimanie himikov, kotorye ego issledovali, bylo napravleno na poluchenie ego v chistom sostoyanii, chto, odnako, do sih por ne dostignuto".

U.Nikol'son "Osnovaniya himii", London, 1796

"Esli otkryty budut bogatye mestorozhdeniya nikelya, to etomu metallu predstoit obshirnoe prakticheskoe primenenie kak v chistom sostoyanii, tak i v forme splavov".

D.I.Mendeleev. "Osnovy himii", SPb., 1869

"Sredi glavneishih v sovremennoi tehnike metallov nikelyu prinadlezhit odno iz pervyh mest".

I.I.Kornilov "Nikel' i ego splavy", M., 1958