Routes to finance

Routes to finance

#47. ЗАДАЧА ПРО АЛЮМИНИЙ И НИКЕЛЬ ИЗ ЕГЭ ПО МАТЕМАТИКЕ (Январь 2020).

Table of Contents:

Никель – это сильный, блестящий серебристо-белый металл, который является основным продуктом нашей повседневной жизни и может быть найден во всем, от батарей, которые питают наши телевизионные пульты до нержавеющей стали, которая используется для сделайте наши кухонные раковины.

Свойства:

  • Атомный символ: Ni
  • Атомный номер: 28
  • Элемент Категория: Переходный металл
  • Плотность: 8. 908 г / см 3
  • Точка плавления: 2651 ° F (1455 ° C)
  • Точка кипения: 5275 ° F (2913 ° C)
  • Твердость по Мо. 4. 0

Характеристики:

Чистый никель реагирует с кислородом и поэтому редко встречается на поверхности земли, несмотря на то, что он является пятым наиболее распространенным элементом на нашей планете. В сочетании с железом никель чрезвычайно устойчив, что объясняет как его появление в железосодержащих рудах, так и его эффективное использование в сочетании с железом для изготовления нержавеющей стали.

Никель очень прочный и устойчив к коррозии, что делает его превосходным для укрепления металлических сплавов. Он также очень пластичный и ковкий, свойства, которые позволяют его много сплавов быть сформированы в проволоку, стержни, трубы и листы.

История:

Чистый никель был впервые извлечен бароном Акселем Фредриком Кронштедтом в 1751 году, но он, как известно, существовал намного раньше. Китайские документы примерно с 1500 года до н.э. ссылаются на «белую медь» ( baitong ), что, вероятно, было сплавом никеля и серебра. Немецкие горняки XV века, считавшие, что могут извлекать медь из никелевых руд в Саксонии, называют металлом как kupfernickel – «дьявольской меди» – отчасти из-за их тщетных попыток извлечь медь из руды, но вероятно, частично из-за воздействия на здоровье, вызванного высоким содержанием мышьяка в руде.

В 1889 году Джеймс Райли выступил с докладом в Институте железной и черной металлургии Великобритании о том, как внедрение никеля может укрепить традиционные стали. Презентация Райли привела к растущему осознанию выгодных свойств легирования никелем и совпала с обнаружением крупных месторождений никеля в Новой Каледонии и Канаде.

К началу 20-го века открытие рудных месторождений в России и Южной Африке позволило производить крупномасштабное производство никеля. Вскоре после Первой мировой войны и Второй мировой войны произошло значительное увеличение количества стали и, следовательно, спроса на никель.

Производство:

Никель в первую очередь извлекается из сульфидов никеля пентландит, пирротин и мельник, которые содержат около 1% содержания никеля, и железосодержащие латеритные руды лимонита и гарньерита, которые содержат около 4% содержания никеля. Никелевые руды добываются в 23 странах, а никель выплавляется в 25 разных странах.

Процесс разделения никеля сильно зависит от типа руды.Сульфиды никеля, такие как те, которые содержатся в Канадском щите и Сибири, обычно находятся в глубоком грунте, что делает их трудоемкими и дорогими для извлечения. Однако процесс разделения этих руд намного дешевле, чем для латеритного сорта, например, найденного в Новой Каледонии. Кроме того, сульфиды никеля часто имеют преимущество в отношении содержания примесей других ценных элементов, которые могут быть экономически разделены.

Сульфидные руды могут быть разделены с использованием пенной флотации и гидрометаллургических или магнитных процессов для создания никелевого штейна и оксида никеля.

Эти промежуточные продукты, которые обычно содержат 40-70% никеля, далее обрабатываются, часто используя процесс Шерритта-Гордона.

Процесс Монд (или карбонил) является наиболее распространенным и эффективным методом лечения сульфида никеля. В этом процессе сульфид обрабатывают водородом и подают в печь для улетучивания. Здесь он соответствует монооксиду углерода при температуре 140F ° (60 ° C ° ) с образованием карбонильного газа никеля. Карбонильный газ никеля разлагается на поверхности предварительно нагретых никелевых гранул, которые протекают через тепловую камеру до тех пор, пока они не достигнут желаемого размера. При более высоких температурах этот процесс может быть использован для образования порошка никеля.

Латеритные руды, напротив, обычно плавятся пирометаллическими методами из-за их высокого содержания железа. Латеритные руды также имеют высокое содержание влаги (35-40%), что требует сушки во вращающейся печи.

Он производит оксид никеля, который затем восстанавливается с использованием электрических печей при температурах между 2480-2930 ° F (1360-1610 ° C) и улетучивается для получения никелевого металла класса I и сульфата никеля.

Из-за естественного содержания железа в латеритных рудах конечный продукт большинства плавильных заводов, работающих с такими рудами, является ферроникелем, который может быть использован производителями стали после удаления примесей кремния, углерода и фосфора.

По странам крупнейшими производителями никеля в 2010 году были Россия, Канада, Австралия и Индонезия. Крупнейшими производителями рафинированного никеля являются Норильский никель, Vale S. A. и Jinchuan Group Ltd. В настоящее время из переработанных материалов производится лишь небольшой процент никеля.

Читать еще:  Марганец

Применения:

Никель является одним из наиболее широко используемых металлов на планете. По данным Института никеля, металл используется в более чем 300 000 различных продуктов. Чаще всего он встречается в сталях и металлических сплавах, но он также используется в производстве батарей и постоянных магнитов.

Нержавеющая сталь:
Около 65% всех произведенных никелей поступает в нержавеющую сталь.

Аустенитные стали – это немагнитные нержавеющие стали, которые содержат высокие уровни хрома и никеля и низкие уровни углерода. Эта группа сталей, классифицированная как нержавеющая сталь серии 300, ценится за их формуемость и устойчивость к коррозии. Аустениты являются наиболее широко используемым классом нержавеющей стали.

Никельсодержащий аустенитный диапазон нержавеющих сталей определяется их гранецентрированной кубической (FCC) кристаллической структурой, которая имеет один атом в каждом углу куба и один посередине каждой грани.Эта структура зерна образуется при добавлении в сплав достаточного количества никеля (от 8 до 10 процентов в стандартном сплаве из нержавеющей стали 304).

Follow Terence в Google+

Улица, Артур. & Alexander, W. O. 1944. Металлы на службе человека . 11-е издание (1998).
USGS. Минеральные товарные сводки: Nickel (2011).
Источник: // минералы. USGS. gov / minerals / pubs / товар / никель /
Энциклопедия Britannica. Никель.
Источник: // www. Britannica. com / EBchecked / topic / 414238 / nickel-Ni
Металлический профиль: Никель

Никель и его характеристики

Общая характеристика никеля

Подобно кобальту, никель встречается в природе преимущественно в виде соединений с мышьяком или серой; таковы, например, минералы купферникель NiAs, мышьяковоникелевый блеск NiAsS и др. Никель более распространен, чем кобальт [около 0,01% (масс.) земной коры].

Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком (рис. 1), очень тверд, хорошо полируется, притягивается магнитом. Он характеризуется высокой коррозионной стойкостью – устойчив в атмосфере, в воде, в щелочах и ряде кислот. Активно растворяется в азотной кислоте. Химическая стойкость никеля обусловлена его склонностью к пассивированию – к образованию на поверхности оксидных пленок, обладающих сильным защитным действием.

Рис. 1. Никель. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса никеля

Поскольку в свободном состоянии никель существует в виде одноатомных молекул Ni, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 58,6934.

Изотопы никеля

Известно, что в природе никель может находиться в виде пяти стабильных изотопов 58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Niи 64 Ni. Их массовые числа равны 58, 60, 61, 62 и 64 соответственно. Ядро атома изотопа никеля 58 Ni содержит двадцать восемь протонов и тридцать нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы никеля с массовыми числами от 48-ми до 78-ми, а также восемь мета стабильных состояний, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 59 Ni с периодом полураспада равным 76 тысяч лет.

Ионы никеля

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов никеля выглядит следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 .

В результате химического взаимодействия никель отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Молекула и атом никеля

В свободном состоянии никель существует в виде одноатомных молекул Ni. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу никеля:

Энергия ионизации атома, эВ

Радиус атома, нм

Сплавы никеля

Главная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и др. Металлами. Присадка никеля к стали повышает её вязкость и стойкость против коррозии.

Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные (нимоник, инконель, хастелла [свыше 60% никеля, 15-20% хрома и др. металлы]), магнитные (пермаллой [78,5% никеля и 2,5% железа]) и сплавы с особыми свойствами (монель-металл, никелин, константан, инвар, платинит).

Примеры решения задач

Задание Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Уравнения реакций, протекающих в растворах, изобразите в ионной и сокращенной ионной формах.

Ответ Поместив в раствор хлорида никеля (II) более активный, чем никель металл, можно получить никель в свободном виде (реакция замещения):

Ni 2+ + Zn 0 → Ni 0 + Zn 2+ .

Никель растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата никеля (II):

Ni 0 + 2H + → Ni 2+ + H2.

Нитрат никеля (II) можно получить по реакции обмена:

Подействовав на нитрат никеля (II) щелочью можно получить гидроксид никеля (II):

Хлорид никеля (II) из гидроксида никеля (II) можно получить по реакции нейтрализации с соляной кислотой:

Задание Какую массу хлорида никеля (II) можно получить при нагревании 17,7 г никеля и 12 л хлора (н.у.)? Какой объем 0,06М раствора можно приготовить из этой массы соли?
Решение Запишем уравнение реакции:

Найдем количество моль никеля (молярная масса – 59 г/моль) и хлора, вступивших в реакцию используя данные указанные в условии задачи:

n (Ni) = m (Ni) / M (Ni);

n (Ni) = 17,7 / 59 = 0,3 моль.

n (Cl2) = 12 / 22,4 = 0,54 моль.

Согласно уравнению задачи n (Ni): n (Cl2) = 1:1. Это означает, что хлор находится в избытке и все дальнейшие расчеты следует вести по никелю. Найдем количество вещества и массу образовавшегося хлорида никеля (II) (молярная масса 130 г/моль):

n (Ni) = n (NiCl2) = 0,3 моль.

m (NiCl2)= 0,3 × 130 = 39 г.

Рассчитаем объем 0,06М раствора, который можно получить из 39 г хлорида никеля (II):

V (NiCl2)= 0,3 / 0,06 = 0,5 л.

Ответ Масса хлорида никеля (II) равна 39 г, объем 0,06М раствора – 0,5 л (500 мл).

Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.

Что такое никель и для чего он нужен?

Если нашими предками использовалось относительно немного металлов – медь, железо, олово, свинец и золото с серебром – то сегодня промышленностью на постоянной основе используется чуть ли не вся таблица элементов Менделеева.

Одно из почётных мест в списке наиболее важных для металлургии элементов занимает никель – серебристый, очень блестящий металл, обладающий рядом полезнейших качеств.

Что такое никель?

История не сохранила имени человека, открывшего никель, так как этот металл известен людям очень давно. Первые его образцы были найдены в содержимом метеоритов, поэтому представляли собой огромную редкость. Они использовались для изготовления талисманов и «заколдованного» оружия, которое никогда не покрывалось ржавчиной.

Никелевая руда в Средневековье часто встречалась в медных рудниках Саксонии, но тогда люди не умели выплавлять из неё металл. Немецкие рудокопы называли её «купферникелем», или ложной медью, и презрительно отбрасывали. Бытовало поверье, что зловредный гном Старый Ник превращает медную руду в негодные камни. Выделить из никелевой руды чистый металл сумел в 1775 году шведский естествоиспытатель А. Кронстедт, но найти ему применение тогда не смогли.

Обладая хорошей пластичностью, никель легко куётся и практически не окисляется под действием воздуха или воды, покрываясь тонкой оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но если измельчить металл до состояния порошка, то при контакте с воздухом он легко вспыхнет, окисляясь с выделением большого количества тепла. Температура его плавления достаточно высока и достигает 1455 градусов Цельсия.

Это металл серебристого цвета с лёгкой желтизной, обладающий сильным блеском и легко полирующийся. Ему присущи ферромагнитные качества, т.е. он притягивается магнитом. Высокая твёрдость и коррозионная стойкость сделали его чрезвычайно востребованным современной промышленностью.

Для чего нужен никель?

Основная сфера применения никеля сегодня – это производство высоколегированных нержавеющих сталей. Добавляя в расплав железа никель и хром, металлурги выплавляют чрезвычайно прочные, но в то же время пластичные сплавы с высокой коррозионной стойкостью. Поверхность металла получается блестящей и хорошо поддаётся полировке, причём сплавы сохраняют свои качества при длительном и многократном нагревании до высоких температур.

Нержавеющая и термостойкая сталь необходима в ряде отраслей промышленности, в первую очередь – в пищевом производстве, нефтехимии, авиастроении, автомобильном производстве, станкостроении и т.д. Военная промышленность выпускает броневую сталь, содержащую никель.

Не менее востребованы никельсодержащие стали в строительной отрасли. Из них изготавливают интерьерные элементы зданий – перила, ограждения, балюстрады, элементы входных групп. В мебельной промышленности сегодня используются профилированные элементы из нержавеющей полированной стали, фурнитура, мебельные механизмы и т.д. Ещё одна широчайшая сфера применения никеля – изготовление из нержавеющей стали разнообразной домашней утвари (посуды, столовых приборов и др.) и бытовых приборов.

Часто никель используется для защиты чугунных и стальных изделий от коррозии в качестве покрытия. Никелирование производится химическим и гальваническим способами. Никелированные конструкционные детали необходимы в химической промышленности, в производстве щелочных аккумуляторов для автотехники, так как этот металл устойчиво к воздействию кислотных и щелочных растворов. Никель и его соединения нередко выступают катализаторами в ряде химических процессов. Нагревательные элементы, содержащие никель (алюмелевые, нихромовые, пермаллой, монель и т.д.), обладают высокой тепловой эффективностью и используются как в промышленном оборудовании, так и в бытовой технике.

Благодаря яркому блеску и высокой твёрдости никель во многих государствах входит в состав монет. В отличие от более мягких серебра и меди, никельсодержащие монеты используются в течение десятков лет, практически не истираясь. Конечно, блеск понемногу тускнеет, но даже старые монеты обладают прекрасно сохранившимся тиснением.

Никель и его свойства

Свойства никеля

В немецком языке слово никель значит «горный дух». Он, считали горняки 17-го столетия, пытается обмануть их, чтобы сохранить свои богатства. Целью рабочих была медная руда. Божество же, часто подсовывало им ее двойник. Этот минерал добытчики назвали купферникель, то есть лжемедь от духа гор. Поэтому, когда в 1751-ом году Аксель Кронстедт выделил из «обманчивого» минерала новый металл, вопрос о его названии не вставал.

Применение же открытому элементу и свойствам никеля нашли не сразу. Только в конце 19-го века металлурги «распробовали» никель. Его добавили в сталь и, та стала легированной, то есть улучшенной. Сплав с никелем не ржавеет, устойчив к воздействиям химии, становится вязким. Последнее свойство незаменимо при изготовлении брони. Пули не отскакивают от легированной стали, но и не пробивают насквозь, застревая внутри.

Добавление серебристо-белого металла никеля к железу делает его устойчивым к высоким температурам. Такой сплав практически не расширяется при нагревании, вот почему из него делают рельсы железных дорог, к примеру. Кстати, сплав никеля и железа металлурги называют инвар.

Никель в ювелирных украшениях

Устойчивость сплавов никеля к жару позволила создать атомные реакторы, ракеты, турбины. Элемент, помогший человечеству совершить технологический прорыв, расположили под 28-ым номером в первой триаде 8-ой группы таблицы Менделеева . Заметили никель и ювелиры. С помощью вещества они повысили прочность сплавов золота и изменили их цвет с красноватого на бледно-желтый.

Понравилось мастерам и то, что металл №28 повышает ковкость соединений. Единственный «побочный эффект», который не всегда приходится к месту – это повышение магнитных свойств, сплавов золота , в которые добавлен никель.

Для 20,30-ти процентов населения планеты есть и еще один «подводный камень», связанный с серебристо-желтым металлом. У многих на него аллергия. Реакция происходит, если никель долгое время соприкасается с кожей. Так что ювелирные изделия с элементом №28 подходят не всем.

В странах Европейского союза в 2000-ом году даже приняли закон запрещающий использовать никель в ювелирных украшениях. Конкретно, табу наложено, на части изделий, соприкасающиеся с покровами тела, к примеру, застежек у клипс и сережек, цепей , колец .

Никель в организме человека

Законотворцы объяснили свои подписи под документом, желанием избавить население с повышенной чувствительностью кожи от страданий. Однако, интересен нюанс, что производить и экспортировать украшения с 28-ым металлом в страны, не входящие в ЕС, не возбраняется. Поэтому, приобретя творения европейских мастеров с содержанием никеля, удивляться, не стоит.

Интересно, что негативно на никель реагирует только эпидермис, и то, как уже указывалось, не всегда. Внутри организма элемент играет только положительные роли, естественно, если нет его переизбытка. Никель контролирует обменные процессы, поэтому концентрируется в гипофизе и щитовидной железе.

О веществе №28 многое знают диабетики. Никель, введенный вслед за инсулином, продлевает действие препарата. Желтоватый металл способствует снижению давления.

Так что, иногда полезно есть шоколад, пить кофе и крепкий чай. Эти продукты богаты никелем. Есть элемент и в бобовых, рыбе, орехах и овсяной крупе. Пища – основной источник элемента. Меню надо составлять грамотно, ведь без металла дети перестают расти, взрослые страдают от переизбытка сахара в организме и недостатка красных кровяных телец.

Валентность никеля близка железу и магнию , поэтому в земных недрах элементы обычно залегают вместе. Соединения веществ именуют сульфидными рудами. Больше всего их в России, Японии, Канаде, КНР и Австралии. Элемент №28 за последние 10 лет ни разу не падал в цене. Стоимость металла с каждым годом растет. В 2013-ом году просили более 40-ка тысяч долларов за тонну металла.

Каждый год растет и спрос на элемент, в среднем на 8%. Основная масса металла, около 70%, идет на производство той самой легированной стали. Здесь впереди планеты всей отечественное предприятие «Норильский никель». В мировых масштабах этот завод изготавливает 30% сплава.

В цехах надо быть осторожнее. При производстве никеля, выделяются ядовитые газы. А соединение металл с кислородом и углеродом и еще и взрывается, если воздух нагрет до 60-ти градусов Цельсия.

Но, обойтись без опасной смеси нельзя. Она необходима при рафинировании элемента, то есть придании ему бело-желтой окраски. Так что в производственных помещениях тщательно следят за герметичностью всей аппаратуры, в частности, плавильных печей . Не обходятся металлурги и без высокотехнологичных вытяжек, обеспечивающих приток в цеха свежего воздуха.

Дефицита в никеле, пока, человечество не испытывает. В земной коре содержится 0,02% металла №28, а это по меркам геологии солидный показатель. Правда, основная часть запасов растворена в раскаленной мантии. Это слой, находящийся между ядром планеты и ее поверхностью.

Температура в нем достигает 3-х тысяч градусов. Понятно, что добывать никель из магмы – основного вещества мантии, никто не будет. Поэтому довольствуются тем, что скрыто в поверхностном слое Земли.

Но, иногда, через жерла вулканов, к примеру, расплавленные массы вырываются на свет божий. Да и те самые сульфидные руды, из которых горняки извлекают никель – прорвавшаяся когда-то в трещины земной коры магма. Застывая, она становится горной породой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
Понравился сайт? Расскажи друзьям!