Nikkel

Nikkel
	Skinnende metal
Periodiske system
Generelt
Atomtegn	Ni
Atomnummer	28
Elektronkonfiguration	2, 8, 16, 2
Gruppe	10 (Overgangsmetal)
Periode	4
Blok	d
Atomare egenskaber
Atommasse	58.6934(2)
Kovalent radius	121 pm
Van der Waals-radius	163 pm
Elektronkonfiguration	[Ar] 4s² 3d8
Elektroner i hver skal	2, 8, 16, 2
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin	2, 3 (mildt basisk oxid)
Elektronegativitet	1,91 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform	Fast
Krystalstruktur	Kubisk fladecentreret
Massefylde (fast stof)	8,908 g/cm3
Massefylde (væske)	7,81 g/cm3
Smeltepunkt	1455 °C
Kogepunkt	2913 °C
Smeltevarme	17,48 kJ/mol
Fordampningsvarme	377,5 kJ/mol
Varmefylde	(25 °C) 26,07
Varmeledningsevne	(300 K) 90,9 W·m–1K–1
Varmeudvidelseskoeff.	(25 °C) 13,4 μm/m·K
Elektrisk resistivitet	(20 °C) 69,3 nΩ·m
Magnetiske egenskaber	Ferromagnetisk
Mekaniske egenskaber
Youngs modul	200 GPa
Forskydningsmodul	76 GPa
Kompressibilitetsmodul	280 GPa
Poissons forhold	0,31
Hårdhed (Mohs' skala)	4,0
Hårdhed (Vickers)	638 MPa
Hårdhed (Brinell)	700 MPa
	v; d; r;

Nikkel (af kupfernickel; et ældre tysk ord for det nikkelholdige mineral nikkelin) er det 28. grundstof i det periodiske system og har det kemiske symbol Ni: Under normale temperatur- og trykforhold optræder dette overgangsmetal som et sølvhvidt, skinnende metal med en høj massefylde.

Egenskaber

Fysiske egenskaber

Nikkel er et relativt hårdt, men formbart metal med en overflade, der kan poleres temmelig glat. Nikkel er ferromagnetisk. Det optræder meget ofte sammen med kobolt.

Kemiske egenskaber

Nikkel er kemisk modstandsdygtigt overfor såvel atmosfærisk luft som vand, og fortyndede syrer angriber kun langsomt metallet. Normalt optræder stoffet i kemiske forbindelser med oxidationstrin +2, og Ni²⁺-ioner giver vandige opløsninger en grønlig farve. Ind imellem ses nikkel også med oxidationstrin +1, +3 og +4. Ved temperaturer mellem 50 og 80 °C reagerer nikkel med kulilte og danner nikkeltetrakarbonyl, en farveløs, stærkt giftig væske; heri har nikkel oxidationtrin 0.

Tekniske anvendelser

Nikkel anvendes primært i rustfrit stål og andre mere specialiserede legeringer, men også til mønter, som grønt farvestof i glas, og til at galvanisere andre metaller, så de får et beskyttende "overtræk" af det korrosionsbestandige nikkel.

I laboratorier bruges nikkel, oftest i form af findelt såkaldt Raney-nikkel, som katalysator i hydreringsprocesser.

Forekomst

Nikkel-"briketter" fra Botswana.

Langt det meste af det nikkel, der udvindes, kommer fra to typer malmaflejringer: i lateritter, hvor det optræder i form af nikkelholdig limonit, (Fe,Ni)O(OH), og garnierit, (Ni,Mg)₃Si₂O₅(OH), samt i magmatiske svovlaflejringer, der primært består af pentlandit: (Ni,Fe)₉S₈.

Sudbury-regionen i Ontario i Canada står for 30 % af verdensproduktionen af nikkel. Nikkel indgår i metalliske meteoroider, og ifølge en teori stammer nikkelforekomsten ved Sudbury fra en enorm, nikkelholdig meteorit, der ramte området i en fjern fortid. I Norilsk i Rusland ligger 40% af verdens aflejringer af nikkelmalm. Andre betydelige forekomster findes i Ny Kaledonien, Australien, Cuba og Indonesien.

Det meste af Jordens indhold af nikkel menes at være "sunket" ind til kernen tidligt i vor klodes historie.

Nikkel i biologien

Nikkel spiller en rolle i en lang række biokemiske processer; noget, man først opdagede i 1970'erne. Eksempelvis indgår stoffet i urease; det første protein der blev fremstillet i krystallinsk form. Mennesker har brug for mellem 90 og 100 mikrogram nikkel i den daglige føde.

På den anden side er nikkel samtidig et almindeligt allergifremkaldende stof (allergen): 15% af alle kvinder og 1% af mænd har nikkelallergi — Nikkel forekommer ofte i smykker, hvor de fleste nikkelalergikere er obs på at finde det. Hvad færre er opmærksom på er at det også forekommer i mobiltelefoner for at frembringe et "metallook", i mønter og i sort mascara.

Historie

Anvendelsen af nikkel kan spores tilbage til 3500 år f.Kr.: Bronze fra det område, der i dag er Syrien, indeholdt op mod to procent nikkel, og dertil er der kinesiske skrifter, der omtaler brugen af såkaldt "hvidt kobber" i perioden mellem 1400 og 1700. Men da nikkelholdige mineraler blev forvekslet med tilsvarende sølvholdige mineraler, er man først i nyere tid nået til en dybere forståelse af dette metal og dets anvendelsesmuligheder.

Mineralet nikkelin (NiAs) blev tidligere kaldt kupfernickel på tysk; et ord, der omtrent kan oversættes til "forhekset kobber": det ligner, men indeholder ikke kobber. Den svenske kemiker Axel Fredrik Cronstedt søgte efter kobber i nikkelin i 1751, men fandt i stedet et "nyt", hvidt metal som han kaldte nikkel.

De første mønter af nikkel blev præget i Schweiz i 1881.

Isotoper af nikkel

Naturligt forekommende nikkel består af isotoperne ⁵⁸Ni (den mest udbredte med 68,077%), ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni og ⁶⁴Ni. Dertil kender man 18 radioaktive isotoper, hvoraf de mest "sejlivede" er ⁵⁹Ni med en halveringstid på 76.000 år, og ⁶³Ni med 100,1 års halveringstid. De øvrige isotoper har halveringstider fra nogle få dage og nedefter.

⁵⁶Ni dannes i store mængder i supernovaer af type Ia; lyset fra disse "stjerneeksplosioner" aftager efter et mønster, der svarer til nikkel-56's henfald til kobolt-56 og siden til jern-56. Nikkel-59 dannes kontinuerligt i universet og kan derfor bruges til en lang række dateringsopgaver indenfor geologien, for eksempel bestemmelse af hvor længe en meteorit har været på Jorden. Nikkel-60 er et henfaldsprodukt af den nu "uddøde" isotop jern-60. Men da denne isotop havde en ganske lang halveringstid, kan variationer i koncentrationen af nikkel-60 fortælle noget om Solsystemets dannelse og tidlige historie.

Nikkel-48, som blev opdaget i 1999, er den isotop, der har den højeste "andel" af protoner i forhold til neutronerne i atomkernen. 48 er et "heldigt" eller stabilt antal nukleider, så til trods for "overvægten" af protoner er denne kerne påfaldende stabil.