Сегодня мы поговорим о химическом элементе, у которого 28 протонов в ядре. Это никель. Наша планета на 1,8% состоит из этого металла.
Те люди, которые хоть немного учились в школе помнят, что учитель химии выделял среди всех элементов некую тройку: железо, кобальт и никель. И делал он это потому, что все три наших героя имеют одни и те же наиболее распространённые степени окисления, в которых они избавляются от двух или трех электронов. И поэтому многие их химические свойства похожи.
Никель, как и его братья и сестры, является переходным металлом. Он находится в средней части таблицы Менделеева, и его атом относительно лёгок. И поэтому его запасов на Земле достаточно много. Однако, как и кобальт, никель очень активен. И его очень редко можно найти в чистом виде в природе.
Полезный никель
Человек использует никель довольно часто. Хотя как правило даже не подозревает об этом. Проблема состоит в том, что многие переходные металлы очень похожи по внешнему виду. Например: люди часто используют для своих нужд мельхиор. Это сплав меди и никеля, который, как правило, получают искусственно.
Древние китайцы называли мельхиор белой медью, так как сплав не имеет красноватого цвета меди, и из него получали бронзу, которая ценилась выше обычной бронзы. Мельхиор был обнаружен также в некоторых ближневосточных бронзах, датируемых третьим тысячелетием до нашей эры.
Гораздо реже можно найти древние изделия, изготовленные из сплава никеля с железом. В древности они ценились на вес золота. Поскольку были несравнимы по качеству с теми, которые можно было изготовить обычным в то время способом. Однако такие изделия были крайне редки. Поскольку требовали для своего изготовления наличия метеорита М-типа. Железо-никелевые метеориты были настоящим сокровищем.
Во всех этих случаях никель придавал «добавочную стоимость» сопровождаемому им металлу, будь то медь или железо, хотя это всегда была неизвестная и почти магическая ценность. Поскольку вообще-то никто не знал о существовании этого металла.
Однако в некоторых случаях присутствие никеля как невидимой «добавки» не было желанным. А как раз наоборот. И здесь история никеля удивительным образом совпадает с историей его брата, кобальта.
Заколдованный металл
В средние века горняки очень часто добывали медь из красноватых пород. Однако иногда обнаруживались странные породы этого типа, которые при нагревании и организации обычного процесса выделения меди оказывались… вообще не содержащими меди! Очевидно, что эти породы не могли быть использованы для получения меди. Потому, что в них не было меди.😁 И что это был какой-то тип породы, внешне похожий на другие, но не имеющий с ними ничего общего с химической точки зрения.
Немецкие шахтёры Средневековья смогли найти разгадку этой головоломки. Они решили, что здесь замешана любовь. Шутка, конечно. Не любовь. А банальная магия.
Работяги посчитали, что просто какой-то злой дух решил досадить горнякам. И превратил металл во что-то другое, ничего не стоящее. Шахтёры называли дух Никелем (нем. Nickel – озорник). А полученные породы «купферникель». Это означает что-то вроде «никелевой меди». Никель был в представлении шахтёров несмешным шутником, волшебным образом превращавшим полезную и ценную породу во что-то бесполезное. Это только потом стало понятно, что купферникель вообще не содержит медь. И что это на самом деле арсенид никеля (NiAs). Который оказался гораздо более ценным минералом, чем те, из которых получали медь.
Настырный швед
Секрет купферникеля был раскрыт в 1751 году. Это сделал очередной швед, барон Аксель Фредрик Кронстедт. Он являлся химиком и минералогом, работавшим в Шведском горном управлении.
Кронстедт упорно пытался сделать то, что не смогли сделать горняки: извлечь медь из купферникеля. Но как бы он не старался, конечно же ему не удалось извлечь медь из минерала. По одной весьма прозаической причине – её там просто не было! Однако в ходе одного из многочисленных процессов, которые он проводил с образцами купферникеля ему наконец удалось выделить какой-то металл. И это была не медь! Это был металл серебристого цвета, очень похожий на серебро, но с лёгким золотистым отливом.
Швед назвал металл в честь волшебного существа, которое «гадило» бедным горнякам: никель.
Никель обладает несколькими свойствами, которые сделали его очень востребованным почти сразу же с момента открытия. При контакте с воздухом, например, только поверхностный слой никеля реагирует с кислородом. Как следствие, образуется патина из оксида никеля, которая защищает внутреннюю часть от окисления. Нечто подобное происходит при воздействии на металл агрессивных веществ, например кислот. Именно поэтому никель очень часто добавляют в различные нержавеющие стали.
В дополнение к вышеизложенному факту никель оказался дешевле серебра. Поэтому его стали использовать в чистом виде или в сплавах в качестве заменителя этого металла в ювелирных изделиях или столовых приборах. Конечно же никель не совсем серебро. И он не так хорошо блестит. Однако это не помешало широко использовать металл в производстве монет вместо серебра или золота.
Аллергики и магниты
В конце концов выяснилось, что есть люди, у которых аллергия на никель. И в ювелирных изделиях его сейчас использует гораздо реже, чем раньше. Хотя некоторые монеты все еще содержат его.
Кроме того, никель – один из четырёх ферромагнитных металлов, работающих таковыми при комнатной температуре. Остальные три – два его брата железо и кобальт. Четвёртый – это гадолиний. Про него мы еще поговорим.
Долгое время самые мощные неэлектрические магниты изготавливали из материала, который имел название альнико. Это сплав алюминия, кобальта и никеля, иногда в меньшей степени сплавленных с другими металлами. Эти магниты намного сильнее, чем те, что сделаны из железа. Лишь начиная с 1970-х годов их превзошли магниты, сделанные из редкоземельных элементов.
В настоящее время производится (данные сильно разнятся) около 1,5 млн тонн никеля в год. Большая часть – на российских и канадских рудниках. Основное назначение металла – использование в составе различных сталей. Именно для этих целей расходуется более половины произведённого никеля. Этот металл придаёт стали, помимо коррозионной стойкости, превосходные механические свойства. Такие, например, как устойчивость к разрушению или воздействию высоких температур.
Большая часть остального никеля используется для производства сплавов с серебром, медью и т. д. Никель до сих пор используется в качестве заменителя серебра из-за его устойчивости к коррозии и более низкой цены.
В ядре Земли
Хотя получают металл из земной коры, с никелем ситуация такая же, что и с железом: подавляющее большинство его запасов находится в земном ядре. То, что мы находим на поверхности – это остатки, которые не утонули, когда Земля была еще жидкой. Присутствие большого количества никеля в ядре нашей планеты показывает, что наше Солнце принадлежит не к первому, и даже не ко второму, а к третьему поколению звёзд. И все мы являемся звёздной пылью.
Из всех изотопов никеля наиболее распространённым является никель-58, который имеет тридцать нейтронов. Он является стабильным. Около двух третей никеля на нашей планете – это никель-58. Второй по распространённости, тоже стабильный изотоп имеет на два нейтрона больше. Его запасы – четверть всего никеля Земли.
Самый полезный нестабильный изотоп – никель-59. Он имеет период полураспада около 76 000 лет и относительно часто используется для датирования метеоритов и отложений. Несмотря на то, что с геологической точки зрения это очень короткий период полураспада, запасов никеля-59 достаточно много, чтобы его можно было использовать для гораздо более долгосрочных оценок.
Заколдованный злыми духами металл оказался нашим большим союзником в науке и технике. И нам остаётся только поблагодарить никель за его великие дары…
Интересуетесь металлами? Вы можете найти прекрасную книгу про металлы по этой ссылке.
«Реклама». ООО Яндекс, ИНН 7736207543