Níquel – Ocurrencia, Propiedades, Símbolo, Usos, Hechos

El níquel tiene el número atómico 28 y el símbolo químico Ni. Es un metal blanco plateado brillante con un tono dorado tenue. El níquel es un metal de transición que es duro y dúctil al mismo tiempo. El níquel puro, en polvo para maximizar el área de superficie reactiva, tiene una alta actividad química; sin embargo, las piezas más grandes reaccionan lentamente con el aire en condiciones típicas porque se acumula una capa de rust en la superficie, lo que evita una mayor corrosión (pasivación). A pesar de esto, el níquel nativo puro solo se encuentra en pequeñas cantidades en la corteza terrestre, principalmente en rocas ultramáficas y en el interior de meteoritos de níquel-hierro más grandes que no estuvieron expuestos al oxígeno mientras estaban fuera de la atmósfera.

A temperatura ambiente, el níquel se oxida lentamente con el aire y se considera resistente a la corrosión. Históricamente se ha utilizado para enchapar hierro y latón, revestir equipos químicos y producir aleaciones específicas con un acabado plateado intenso, como la plata alemana. Aproximadamente el 9% de la producción mundial de níquel todavía se utiliza para el niquelado resistente a la corrosión. La alergia al níquel puede ocurrir cuando se usan objetos niquelados. El níquel se ha utilizado comúnmente en monedas, aunque su precio en aumento ha resultado en una sustitución considerable con metales menos costosos en los últimos años.

níquel (0)

A temperatura normal, el tetracarbonilo de níquel (Ni(CO) ₄ ), descubierto por Ludwig Mond, es un líquido volátil muy venenoso. El complejo se descompone en níquel y monrust de carbono cuando se calienta:

Ni(CO) ₄ ⇌ Ni + 4CO

níquel (yo)

Los complejos de níquel (I) son raros. Muchos complejos de níquel(I) tienen enlaces Ni-Ni, como el diamagnético rojo oscuro K ₄ [Ni ₂ (CN) ₆ ], que se forma al reducir K ₂ [Ni ₂ (CN) ₆ ] con amalgama de sodio. En el agua, esta molécula se oxida liberando H ₂ . Se supone que el estado de oxidación del níquel(I) es importante para las enzimas que contienen níquel, como la [NiFe]-hidrogenasa, que cataliza la reducción reversible de protones a _H2 .

Níquel (II)

Todos los aniones comunes, incluidos sulfuro, sulfato, carbonato, hidrrust, carboxilatos y haluros, forman compuestos con níquel (II). El sulfato de níquel (II) se sintetiza en grandes cantidades al disolver níquel metálico u rusts en ácido sulfúrico, lo que da como resultado hexa y heptahidratos adecuados para la galvanoplastia de níquel. Las sales de níquel como el cloruro, el nitrato y el sulfato se disuelven en agua para formar soluciones verdes del complejo acuoso metálico [Ni(H ₂ O) ₆ ] ²⁺

Níquel (III) y (IV)

Se conocen numerosos compuestos de Ni(III). Además, el Ni(III) genera sales simples cuando se combina con iones fluoruro u rust. Los tioles y otros ligandos donantes pueden estabilizar el Ni(III). El Ni(IV) está presente en el rust mixto BaNiO ₃ , mientras que el Ni(III) está presente en el hidrrust de rust de níquel, que se utiliza como cátodo en muchas baterías recargables, incluidas las de níquel-cadmio, níquel-hierro, níquel-hidrógeno y hidruro de níquel-metal, y algunos fabricantes lo emplean en baterías de iones de litio. Ni(IV) es un estado de oxidación raro del níquel, con solo un puñado de compuestos descubiertos hasta la fecha.

Extracción y descubrimiento de Níquel

Las técnicas típicas de trabajo metalúrgico en frío y en caliente pueden fabricar fácilmente níquel. La mayoría de los minerales de níquel contienen sulfuro de níquel (NiS). Cuando estos minerales se calientan en el aire, el sulfuro de níquel se convierte en rust de níquel. Además, cuando trata el rust de níquel con un químico, obtiene níquel puro cuando se elimina el oxígeno.

Mientras experimentaba con un nuevo metal derivado de una mina cerca de Los, Hälsingland, Suecia, el barón Axel Fredrik Cronstedt inicialmente asumió que era cobre. Como resultado, el níquel se conocía anteriormente como «Kupfer Nickel».

Ocurrencia

El níquel se encuentra con mayor frecuencia en la Tierra en los minerales pentlandita y millerita, con azufre en la millerita, arsénico en la niquelina y con arsénico y azufre en la galena de níquel. El níquel se encuentra típicamente como la aleación kamacita y taenita en meteoritos de hierro. La presencia de níquel en los meteoritos fue descubierta en 1799 por Joseph-Louis Proust, un científico francés que trabajaba en España en ese momento. La mayor parte del níquel se extrae de dos tipos de depósitos minerales. El primero es la laterita, que tiene limonita niquelífera y garnierita como las principales combinaciones de minerales (una mezcla de varios silicatos ricos en níquel y níquel hidratado).

Propiedades físicas del níquel

1. Esta estructura cristalina puede soportar presiones de hasta 70 GPa.
2. El níquel se clasifica como un metal de transición.
3. Es duro, maleable y dúctil, con una alta conductividad eléctrica y térmica para un metal de transición.
4. Posee una alta resistencia a la compresión.

Propiedades químicas del níquel

1. El níquel es un metal de color blanco plateado con un ligero tono dorado que se puede pulir hasta obtener un alto brillo.
2. Es uno de los cuatro únicos elementos que es magnético a temperatura ambiente o cerca de ella, junto con el hierro, el cobalto y el gadolinio.
3. La celda unitaria de Nickel es un cubo centrado en las caras.

Disputa de configuración electrónica

El átomo de níquel contiene dos configuraciones electrónicas que son muy cercanas en energía, [Ar] 3d ⁸ 4s ² y [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ . Existe cierto debate sobre si la configuración tiene la menor cantidad de energía. La configuración electrónica del níquel se da en los libros de texto de química como [Ar] 4s ² 3d ⁸ . Esta configuración es consistente con la regla de ordenación de energía de Madelung, que predice que los 4s se llenarán antes que los 3d. Está respaldado por el hallazgo experimental de que el estado de energía más bajo del átomo de níquel es un nivel de energía 3d ⁸ 4s ² .

Sin embargo, debido a la estructura fina, cada una de estas dos configuraciones se divide en numerosos niveles de energía y los dos conjuntos de niveles de energía se superponen. La energía media de los estados con configuración [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ es menor que la de los estados con configuración [Ar] 3d ⁸ 4s ² . Como resultado, la configuración del estado fundamental del níquel se da en la literatura científica sobre cálculos atómicos como [Ar] 3d ⁹ 4s ¹ .

Compuestos

El estado de oxidación más común del níquel es +2, pero los compuestos de Ni, Ni+ y Ni ³⁺ son bien conocidos, y se han generado e investigado los estados de oxidación inusuales Ni ^2- y ^Ni- .

Aplicación de níquel

1. La aplicación más importante de este elemento es en la producción de monedas.
2. Debido a su capacidad para resistir la corrosión incluso a altas temperaturas, se utiliza en turbinas de gas y motores de cohetes.
3. Se utiliza para crear una variedad de aleaciones, que luego se utilizan para crear placas de blindaje, clavos y tuberías.
4. Monel (aleaciones de níquel y cobre) es una composición robusta que puede resistir la corrosión del agua de mar. Como resultado, se emplea en ejes de hélice de barcos e instalaciones de desalinización.
5. El elemento Ni se encuentra en una variedad de baterías, incluidas las baterías de hidruro metálico de níquel y las baterías recargables de níquel-cadmio.
6. Debido a que las características del níquel hacen que el metal sea maleable y flexible, es un buen material para fabricar alambres.
7. Las superaleaciones fabricadas mediante la combinación de ni con hierro o cobalto se utilizan en turbinas de gas y componentes de motores a reacción.
8. El níquel se utiliza en una variedad de electrodomésticos y productos cotidianos, incluidas herramientas eléctricas portátiles, videocámaras, radios escáner, cuerdas de guitarra, computadoras portátiles y teléfonos celulares e inalámbricos.
9. Las plantas de desalinización utilizan con frecuencia una aleación de cobre y níquel para convertir el agua de mar en agua dulce.
10. El compuesto de dimetilglioxima de níquel se utiliza como ingrediente colorante en cosméticos, pinturas y algunos tipos de polímeros.
11. El níquel también se utiliza para la galvanoplastia de otros metales, que es una aplicación importante de este producto químico natural.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Es [NiCl ₄ ] ²⁻ tetraédrico y paramagnético?

Responder:

A pesar de que tanto el [NiCl ₄ ] ^2- como el [Ni(CO) ₄ son tetraédricos, sus propiedades magnéticas difieren. Esto se debe a la diferente naturaleza de los ligandos. Cl ^– es un ligando de campo débil, por lo tanto, no empareja electrones 3d no emparejados. Como resultado, [NiCl ₄ ] ₂ es paramagnético.

Pregunta 2: ¿Por qué NiCl ₄ es plano cuadrado?

Responder:

Todos los electrones se acoplan en presencia de iones CN de campo intenso ^. En geometría plana cuadrada, los orbitales 4d, 3s y dos orbitales 4p vacantes se someten a hibridación dsp2 para formar enlaces con ligandos CN–. Como resultado, [Ni(CN)4]2- es diamagnético.

Pregunta 3: ¿Para qué se usa el níquel?

Responder:

El níquel es un metal de color blanco plateado que se usa principalmente para fortalecer el acero inoxidable y otras aleaciones y hacerlos más resistentes a temperaturas severas y ambientes corrosivos.

Pregunta 4: ¿Cuáles son algunos efectos negativos del níquel?

Responder:

El níquel, como muchos otros metales en el planeta, tiene algunos efectos negativos en los humanos si entra demasiado en el cuerpo. Para empezar, la inhalación de algunos compuestos de níquel durante la minería puede provocar alergias intratables en los mineros. Estos trabajadores tienen más probabilidades de desarrollar fibrosis, cáncer de pulmón y otras enfermedades. Cuando se acumulan altas concentraciones de níquel en el aire, el suelo, los alimentos o el suministro de agua, los seres humanos corren el peligro de envenenarse.

Pregunta 5: ¿Es el níquel un buen conductor de electricidad?

Responder:

Sí, el níquel, como cualquier otro metal, es un conductor eléctrico relativamente bueno. Es por esta razón que los elementos de níquel se utilizan en una variedad de equipos electrónicos. Además, los alambres de níquel conducen los electrones casi tan bien como los alambres de cobre.

Pregunta 6: ¿Cómo se usa el níquel en los motores de cohetes?

Responder:

Debido a su capacidad para resistir la corrosión incluso a altas temperaturas, se utiliza en turbinas de gas y motores de cohetes.

Pregunta 7: ¿Qué es monel?

Responder:

Monel (aleaciones de níquel y cobre) es una composición robusta que puede resistir la corrosión del agua de mar.