中国在公元前200年就开始使用一种铜、镍、锌的合金——白铜。17世纪末,人们试图从一种红色矿石(实际上是一种镍砷矿)提炼铜,而得到一种所谓“假铜”(德语kupfernickel)的产物。1751年,A.F.克龙斯泰德从瑞典的红砷镍矿中首先发现这一元素。元素的英文名称就沿用nickel这个字。
镍
- 英文名称
- nickel
- 所属学科
- 化学
- 元素符号
- Ni
- 原子序数
- 28
- 原子量
- 58.6934(4)
- 发现时间
- 1751
- 发现人
- A.F.克龙斯泰德
- 性状
- 银白色金属,有金属光泽
- 熔点
- 1455℃
- 沸点
- 2913℃
- 密度
- 8.90克/厘米3
镍在地壳中的含量比较丰富,为8.4×10-3%,占第23位。重要的含镍矿石包括镍黄铁矿〔(Ni,Fe)xSy〕、硅镁镍矿〔(Ni,Mg)SiO3·nH2O〕、针镍矿或黄镍矿(NiS)、红镍矿(NiAs)等。镍还存在于含有铁、钴、铜以及其他金属的矿石中。镍是陨石的主要成分。世界上的镍矿主要分布于俄罗斯、澳大利亚、古巴和其他一些地区。镍有5种稳定同位素:镍-58、镍-60、镍-61、镍-62、镍-64,其中镍-58含量最高。
银白色金属,有金属光泽,质坚硬,有延展性、铁磁性、可锻性和特殊的抗腐蚀性,能导电和导热。熔点1455℃,沸点2913℃,密度8.90克/厘米3。金属镍通常为面心立方晶体。
镍原子的电子组态为(Ar)3d84s2,氧化态-1、0、+1、+2、+3、+4。镍的氧化态主要为+2。镍是不活泼金属,常温下致密的镍在水及空气中都很稳定,但镍丝在氧气中加热能燃烧,镍粉在空气中会自燃。镍板在空气中加热时表面氧化。镍可溶于稀硝酸,微溶于盐酸或硫酸,不与强碱发生作用,遇浓硝酸和铁一样呈钝态。镍与氟缓慢反应,与氯或溴在加热条件下化合,与磷、砷、碲也可化合。加热的镍可使氨分解。块状镍与氢不化合也不吸附,但粉末状镍却能吸收氢,是氢化反应的催化剂。
镍能形成许多化合物和配合物,主要有氧化镍、硫酸镍、硝酸镍、卤化镍、碳酸镍、氢氧化镍、硫化镍、四羰基镍等。镍在其配合物中的配位数主要为6。
约80%的镍是由铜镍硫化物矿石提取的。首先经过浮选得到含镍4%~5%的精矿,将精矿在高温炉中与助燃剂一起熔炼,得到含镍10%~15%的铜镍锍。然后在沸腾床上氧化焙烧脱硫,获得NiO,再在电炉中还原得粗镍。由NiO或粗镍制备纯镍的方法主要有电解冶金、羰基化和化学还原三种。电解冶金法是将粗镍铸成镍阳极,经电解在阴极得到高纯度镍。羰基化法是将镍的硫化物与一氧化碳反应生成挥发性的羰基镍,羰基镍经加热又分解成镍和一氧化碳,所得产物纯度高,不含钴。化学还原法是用氢气在一定的压力和温度下还原镍的氧化物,得到金属镍。
工业上,镍主要用于生产不锈钢和各种抗腐蚀合金。镍与铜、铁、铬、钴、金等金属都能形成合金。镍铬铁合金可用于制造飞机、蒸汽涡轮机和电热丝。镍铜合金能用于抗海水腐蚀材料、电阻合金和热交换器等。镍铁合金可作磁性材料和电灯、电子管的封接材料。镍还可用于生产镍-镉和镍-氢可充电电池。此外,镍还用于制造硬币、电镀镍,以及氢化反应的催化剂。镍的化合物主要用于镀镍、催化剂、陶瓷制品、塑料添加剂、化学试剂等。
金属镍毒性不大,水、土和食物中的痕量镍基本上对人体无害。镍化合物对人畜有毒,应尽量避免摄入。某些镍化合物的水溶液对皮肤有轻度刺激性伤害,特别是可使眼睛红肿发炎。挥发性四羰基镍是一种剧毒物质,毒性远大于一氧化碳。