COME “RACCONTEREI” IL NICHEL IN UNA SCUOLA SUPERIORE LEZIONE DI CHIMICA DEGLI ELEMENTI NELL’AMBIENTE UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II SCUOLA INTERUNIVERSITARIA CAMPANA DI SPECIALIZZAZIONE ALL’INSEGNAMENTO VIII CICLO

Destinatari: Classe Terza o Quarta di un Istituto Tecnico Industriale – Indirizzo Scientifico Tecnologico Prerequisiti: Saper leggere la tavola periodica, individuando gli elementi in base alla posizione che occupano e saperne prevedere le proprietà caratteristiche Conoscere e saper bilanciare le reazioni chimiche Conoscere i fondamenti della elettrochimica Obiettivi: Conoscere le caratteristiche chimico-fisiche del Nichel Conoscere la diffusione del Nichel nell’ambiente Conoscere i principali processi di estrazione e di ottenimento del Nichel Conoscere gli usi e le applicazioni tecnologiche del Nichel Conoscere gli effetti del Nichel sulla salute e sull’ambiente

Il Nichel

Nel 1751 lo svedese Axel Cronsted isolò il Nichel da alcuni minerali nel tentativo di estrarre il rame Un po’ di storia Il nome deriva dal tedesco Kupfernickel, “il rame del diavolo”, perché i minatori attribuivano ad un genio maligno le colpe del ritrovamento di questo metallo, che allora non aveva alcun valore, al posto del rame, elemento più prezioso ed utile

Proprietà del Nichel Configurazione elettronica [ Ar ] 3d 8 4s 2 Stato di aggregazione (25°C) Solido Temperatura di fusione 1453°C Temperatura di ebollizione 2913°C Elettronegatività secondo Pauling 1,8 Densità 8,90 g/cm 3 Stati di ossidazione Metallo bianco-argenteo, duro, duttile, malleabile, lucidabile Ni 28 Nichel 58,71 Numero atomico Massa atomica

Il Nichel nell’ambiente Niccolite (NiAs) Millerite (NiS) La maggior parte del Ni presente sulla terra si trova nel nucleo fuso ferro-nichel del pianeta La maggior parte del Ni presente sulla terra si trova nel nucleo fuso ferro-nichel del pianeta La quantità totale di Ni disciolta in mare è stata calcolata essere intorno agli 8 miliardi di tonnellate La quantità totale di Ni disciolta in mare è stata calcolata essere intorno agli 8 miliardi di tonnellate Il contenuto di Ni nel suolo è stimato essere 0,2 mg/l Il contenuto di Ni nel suolo è stimato essere 0,2 mg/l Il contenuto di Ni può raggiungere i 450 mg/l in alcune argille e terreni argillosi Il contenuto di Ni può raggiungere i 450 mg/l in alcune argille e terreni argillosi È presente sulla crosta terrestre in un gran numero di minerali tra cui solfuri, arseniuri, ossidi, silicati È presente sulla crosta terrestre in un gran numero di minerali tra cui solfuri, arseniuri, ossidi, silicati

Pentlandite [(Ni,Fe) 9 S 8 ] Solfuro di nichel e ferro con impurezze di Co e Cu Estrazione del Nichel Il metallo è estratto principalmente in Russia, in Australia, a Cuba, in Canada ed in Sud Africa Il metallo è estratto principalmente in Russia, in Australia, a Cuba, in Canada ed in Sud Africa La produzione annua supera le tonnellate e le riserve facilmente sfruttabili dureranno per almeno altri 150 anni La produzione annua supera le tonnellate e le riserve facilmente sfruttabili dureranno per almeno altri 150 anni Il Ni è estratto principalmente da depositi di solfuri di origine magmatica, in cui il principale minerale è la pentlandite Il Ni è estratto principalmente da depositi di solfuri di origine magmatica, in cui il principale minerale è la pentlandite

Metallurgia del Nichel La pentlantide (Ni,Fe) 9 S 8 viene fusa in un altoforno, in presenza di silice, per eliminare il ferro La massa fusa viene lasciata raffreddare lentamente per più giorni fino ad ottenere un solido da cui si separano le fasi di solfuro di nichel Queste fasi sono trasportate in forma di lingotti alle raffinerie Il solfuro di Ni viene arrostito per produrre l'ossido di Nichel NiO, che poi è ulteriormente raffinato con il processo Mond o con il processo elettrolitico

Nel processo Mond l'ossido di nichel è fatto reagire con gas d'acqua (H 2 + CO). L'idrogeno riduce il metallo, che a sua volta reagisce col CO per produrre il tetracarbonile di Nichel, Ni(CO) 4 Questo gas è fatto passare su un letto di pastiglie di Ni purissimo a 250° C. Così il tetracarbonile si decompone depositando metallo puro al 99.95% e liberando CO che viene rimessa in ciclo Nel processo elettrolitico l'ossido di nichel viene ridotto a nichel con carbone: NiO + C → Ni + CO Si ottiene un metallo impuro ulteriormente raffinato per elettrolisi con solfato o cloruro di nichel come elettroliti Metallurgia del Nichel

La maggior parte dei sali di nichel sono di colore verde o blu, e si trovano in forma idrata Reattività del Nichel e dei suoi composti Non è molto attivo chimicamente Non è molto attivo chimicamente Resiste alla corrosione Resiste alla corrosione Non è attaccato dall’acqua Non è attaccato dall’acqua È solubile in acido nitrico diluito È solubile in acido nitrico diluito Alcuni Sali di Nichel: Alcuni Sali di Nichel: – Ossido di Nichel, NiO – Cloruro di Nichel, NiCl 2 – Carbonato di Nichel, NiCO 3 – Nitrato di Nichel, Ni(NO 3 ) 2 – Solfato di Nichel, NiSO 4

Alcuni usi del Nichel Una notevole quantità di Nichel si usa sotto forma di leghe tra cui: – Acciaio Inox (lega Fe/C contenente il 18% di cromo e l’8% di nichel) – Monel (lega Ni/Cu con le tracce di ferro, manganese e silicio) – Nickel-silver (leghe di rame contenenti circa il 20% di Ni e 5-10 % di Zn) – Acciaio Invar (lega contenente 68% di Fe e 36% di Nichel) È usato con il cadmio per formare una coppia redox Ni/Cd (accumulatori) È usato come catalizzatore in vari processi, tra cui l’idrogenazione degli oli

Alcuni usi del Nichel Il Nichel puro, grazie alla sua buona conducibilità elettrica, viene utilizzato per componenti elettrici ed elettronici Il Nichel puro, grazie alla sua buona conducibilità elettrica, viene utilizzato per componenti elettrici ed elettronici Un’intera classe di superleghe a base di Nichel è stata sviluppata per realizzare le palette di turbine a gas di aviogetti e di alcuni generatori di potenza elettrica Un’intera classe di superleghe a base di Nichel è stata sviluppata per realizzare le palette di turbine a gas di aviogetti e di alcuni generatori di potenza elettrica

Usato in lega con il rame per produrre monete Usato in lega con il rame per produrre monete In Italia la prima moneta di nichel è stata coniata nel 1894; il suo valore era di 20 centesimi di lira e per questo veniva detta anche ventino, o nichelino. Usato per rivestimenti protettivi e ornamentali per i metalli, in particolare per ferro e acciaio (Nichelatura) Alcuni usi del Nichel

Nella nichelatura elettrolitica il metallo che deve essere rivestito è posto al catodo di una cella di elettrolisi mentre una barretta di nichel è posto all’anodo. I due elettrodi sono immersi in una soluzione di solfato di nichel. Quando si applica una tensione agli elettrodi, il metallo all’anodo si ossida e si scioglie passando in soluzione. Attraverso la soluzione gli ioni del metallo migrano verso il catodo, dove si riducono depositando sul materiale da ricoprire uno strato metallico continuo. Per ottenere un buon rivestimento è necessario che il metallo da ricoprire sia ben pulito da ogni traccia di grassi ed ossidi (spazzolatura e decapaggio). Si può eseguire una nichelatura elettrolitica o una nichelatura chimica. Nichelatura Ni → Ni e - Ni e - → Ni

Nella nichelatura chimica si sfrutta l’azione diretta sugli ioni nichel di sostanze riducenti come ad es. ipofosfito di sodio (NaH 2 PO 2× H 2 O). Non sono quindi necessarie le normali apparecchiature richieste per i depositi galvanici e la deposizione si può ottenere su qualsiasi substrato (metallo, vetro, ceramica o plastica): Ni 2+ + H 2 PO H 2 O  Ni + H 2 PO H + I cationi nichel sono ridotti a nichel metallo dagli ioni ipofosfito in presenza di acqua, mentre gli ioni ipofosfito sono ossidati a ioni fosfito con simultanea formazione di ioni idrogeno. Oggetti nichelati Nichelatura

Il Nichel negli oggetti d’uso quotidiano

il cacao ne contiene 10 mg/Kg la liquirizia 4,4 mg/Kg le nocciole: 1,5 mg/Kg le lenticchie: 1,9 mg/Kg Il Nichel negli alimenti

Gli effetti del Nichel sulla salute Il nichel è essenziale in piccoli importi, ma quando l'assorbimento è troppo alto può essere un pericolo per la salute umana Il nichel è essenziale in piccoli importi, ma quando l'assorbimento è troppo alto può essere un pericolo per la salute umana Il nichel e determinati composti del nichel sono stati ritenuti dal programma nazionale di tossicologia come composti quasi cancerogeni Il nichel e determinati composti del nichel sono stati ritenuti dal programma nazionale di tossicologia come composti quasi cancerogeni Il nichel viene frequentemente ritenuto il responsabile di reazioni cutanee sotto forma di dermatite: pare che addirittura il 7-10% della popolazione femminile e il 2- 3% di quella maschile sia allergica al nichel Il nichel viene frequentemente ritenuto il responsabile di reazioni cutanee sotto forma di dermatite: pare che addirittura il 7-10% della popolazione femminile e il 2- 3% di quella maschile sia allergica al nichel Questo problema può essere risolto utilizzando oggetti in plastica, vetro o metalli nobili utilizzando oggetti in plastica, vetro o metalli nobili oppure utilizzando prodotti e cosmetici “Nichel FREE”, oggi diffusi in commercio oppure utilizzando prodotti e cosmetici “Nichel FREE”, oggi diffusi in commercio

Gli effetti del Nichel sull’ambiente Il nichel è rilasciato nell'aria dalle centrali elettriche e dagli inceneritori di rifiuti e generalmente sedimenta nel terreno Il nichel è rilasciato nell'aria dalle centrali elettriche e dagli inceneritori di rifiuti e generalmente sedimenta nel terreno Alte concentrazioni di nichel nei terreni possono danneggiare visibilmente le piante Alte concentrazioni di nichel nei terreni possono danneggiare visibilmente le piante Alte concentrazioni di nichel in acque di superficie possono diminuire i tassi di crescita delle alghe Alte concentrazioni di nichel in acque di superficie possono diminuire i tassi di crescita delle alghe Per gli animali il nichel è un alimento essenziale in piccole quantità, ma pericoloso se si superano i limiti massimi tollerabili. Ciò può causare, infatti, vari tipi di cancro in punti differenti all'interno dei corpi degli animali, soprattutto in quelli che vivono nei pressi di raffinerie Per gli animali il nichel è un alimento essenziale in piccole quantità, ma pericoloso se si superano i limiti massimi tollerabili. Ciò può causare, infatti, vari tipi di cancro in punti differenti all'interno dei corpi degli animali, soprattutto in quelli che vivono nei pressi di raffinerie

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