IL NICHEL Università degli Studi di Napoli S.I.C.S.I. SCUOLA INTERUNIVERSITARIA CAMPANA DI SPECIALIZZAZIONE ALL’ INSEGNAMENTO Docente: Prof.Andini

Classe di riferimento: 2° anno ITIS 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 processi elettrochimici Obiettivi: Conoscere le caratteristiche chimico-fisiche del Nichel Conoscere i principali processi di estrazione e di ottenimento del Nichel Conoscere gli usi e le applicazioni tecnologiche del Nichel e delle sue leghe

Nichel (VIII B)

Ni 28 Nichel 58,71 Numero atomico Massa atomica Nel 1751 lo svedese Axel Cronsted lo isolò da alcuni minerali (niccolite) nel tentativo di estrarre il rame Il nome deriva dal tedesco Kupfernickel, ‘il rame del diavolo’, perché i minatori credevano che uno spiritello maligno nascondesse il rame in questo metallo Nichel Nickel

Proprietà del Nichel Massa atomica relativa58,71uma Stato di aggregazione (25°C)Solido Temperatura di fusione1453°C Temperatura di ebollizione2913°C Elettronegatività1,91 Densità8,90 g/cm 3 Stati di ossidazione Metallo splendente bianco-argenteo, duro, duttile (può essere ridotto in fili senza rompersi), malleabile (può essere lavorato in fogli sottili senza rotture e fessurazioni), lucidabile

Diffusione in natura  Il nichel si ritrova in forma elementare, o in lega con il ferro, nelle meteoriti (spesso viene utilizzato come metodo di identificazione delle meteoriti)  E’ presente sulla crosta terrestre in un gran numero di minerali tra cui solfuri, arseniuri, ossidi, silicati Niccolite (NiAs) si usava anticamente per conferire il colore verde al vetro Millerite (NiS)

Garnierite (Ni,Mg) SiO 3 ·n H 2 O Pentlandite [(Ni,Fe) 9 S 8 ] silicato idrato di nichel e magnesio Solfuro di nichel e ferro con impurezze di Co e Cu

Pirrotite Fe n S n+1 che contiene dal 3 al 5% di Ni Si trova associato al ferro anche in molte meteoriti Ottaedrite

Ad es. la pentlantide (Ni,Fe) 9 S 8 è 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 e di altri metalli presenti come impurezze ( Cu, Co). Queste fasi sono trasportate in forma di lingotti alle raffinerie e qui sono separate meccanicamente. Il solfuro di Ni viene arrostito per produrre l'ossido NiO che poi è ulteriormente raffinato con il processo Mond o con il processo elettrolitico Metallurgia del nichel

Nel processo Mond (1899) 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 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 rimesso in ciclo. Il problema di questo processo è che in Ni(CO) 4 è una sostanza molto tossica e probabilmente cancerogena. Nel processo elettrolitico l'ossido di nichel viene ridotto a nichel con carbone. Si ottiene un metallo impuro ulteriormente raffinato per elettrolisi con solfato o cloruro di nichel come elettroliti.

Reattività del Nichel e dei suoi composti Non è molto attivo chimicamente Resiste alla corrosione Non è attaccato dall’acqua E’ solubile in acido nitrico diluito 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 La maggior parte dei sali di nichel, come il cloruro (NiCl 2 ), il solfato (NiSO 4 ) e il nitrato (Ni(NO 3 ) 2 ), sono di colore verde e blu, e si trovano in forma idrata.

Alcuni usi del nichel 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) Empire State Building

E’ usato con il cadmio per formare una coppia redox Ni/Cd (pile ricaricabili e accumulatori) E’ usato come catalizzatore in vari processi, tra cui l’idrogenazione degli oli (in generale la riduzione di composti organici) Una notevole quantità si usa sotto forma di leghe (per la sua resistenza alla corrosione) tra cui: Monel (lega Ni/Cu) (eliche di navi, attrezz. cucina e tubature) 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) Inconel Platinite, Permalloy 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 realizzare una nichelatura opaca, lucida, semilucida e anabbagliante Nichelatura (Fattori estetico-decorativi e tecnico-funzionali) Si può eseguire una nichelatura elettrolitica o una nichelatura chimica.

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

Il Nichel negli oggetti d’uso quotidiano

Il Nichel negli Alimenti E’ un oligoelemento essenziale nella protezione delle membrane cellulari. il cacao ne contiene 10mg/Kg; la liquirizia 4,4mg/Kg le nocciole: 1,5mg/Kg le lenticchie: 1,9mg/Kg

Il nichel viene frequentemente ritenuto il responsabile di reazioni cutanee sotto forma di dermatite, pare che addirittura il 7-10% della popolazione femminile e 2-3% di quella maschile sia allergica al nichel Le eruzioni cutanee si hanno anche in zone del corpo non direttamente a contatto con il metallo. La diagnosi si effettua con il patch-test Utilizzare oggetti in plastica, vetro o metalli nobili. Esistono prodotti e anche cosmetici Nichel FREE Un metallo “pesante”… soprattutto per la pelle