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Nichel

Nichel elemento

Il nichel, impiegato dall'uomo da alcuni millenni in lega con il ferro e il rame, fu isolato per la prima volta nel 1751 come un nuovo elemento dallo svedese A.F. Cronstedt in un minerale di rame chiamato volgarmente kupfer-nickel.

In natura è un elemento relativamente abbondante costituendo circa lo 0,01 % della crosta terrestre.

Allo stato elementare è spesso presente in lega nei meteoriti. I suoi minerali più importanti sono dei solfuri, quali per esempio la pentlandite, di composizione approssimativa (Fe,Ni)9S8.

Altri importanti minerali sono gli ossidi-silicati quali la garnierite, di composizione approssimativa (Ni,Mg)6Si14O10(OH)8.

Il nichel elementare è un metallo grigio-argenteo, molto duttile, ferromagnetico a temperatura ambiente e paramagnetico a temperature superiori a circa 360 °C, con buone proprietà meccaniche in un largo intervallo di temperatura.

A temperatura ambiente il nichel allo stato compatto è molto resistente all'ossidazione all'aria e all'acqua, e non viene attaccato dagli alcali; si discioglie lentamente anche a freddo negli acidi non ossidanti come l'acido cloridrico formando lo ione Ni2+ e più velocemente in quelli ossidanti come l'acido nitrico e l'acido solforico diluiti.

A causa della passivazione non si discioglie in HNO3 concentrato.

A elevate temperature si ossida all'aria e si combina con il fosforo, lo zolfo e gli alogeni; in condizioni opportune può combinarsi direttamente anche con boro e carbonio. Allo stato finemente suddiviso può incendiarsi spontaneamente all'aria.

nichel

Nichel

Composti del nichel

Lo stato di ossidazione +2 del nichel è nettamente il più stabile. In soluzione acquosa, e in assenza di altri agenti complessanti più forti, lo ione Ni2+ è coordinato con 6 molecole di acqua.

L'ossido di nichel NiO, basico, reagisce con gli acidi con formazione dei corrispondenti sali.

L'idrossido di nichel Ni(OH)2, verde, di aspetto gelatinoso, è altamente solubile in ammoniaca.

Il solfuro di nichel NiS, nero, insolubile in acqua, può essere facilmente preparato trattando con H2S o con solfuri alcalini, soluzioni acquose di sali di nichel (II), oppure per reazione diretta tra gli elementi; in quest'ultimo caso si possono ottenere anche i composti Ni3S2, Ni3S4, Ni7S6 e NiS2.  

Tutti e quattro gli alogenuri sono noti; tra questi si ricordano il difluoruro di nichel, NiF2, e il dicloruro di nichel, NiCl2.

sali ternari di nichel (II)  sono generalmente composti che si trovano in forma idrata, solubili in acqua, e che spesso non possono essere anidrificati per riscaldamento poichè formano l'ossido. Tra questi il nitrato di nichel Ni(NO3)2·6H2O, il solfato di nichel NiSO4·7H2O, il carbonato NiCO3·6H2O e il fosfato di nichel, Ni3(PO4)2·7H2O, questi due ultimi poco solubili in acqua.

In tutti i suoi stati di ossidazione il nichel può formare complessi di coordinazione con un grande numero di leganti sia inorganici sia organici. In particolare, nello stato di ossidazione +2, può formare, sia con leganti neutri che con leganti carichi, numerosi complessi a numeri di coordinazione 4, 5 e 6. Tra questi il più importante è l’esaquonichel (II) [Ni(H2O)6]2+, di colore verde  chiaro.

Utilizzo del nichel

Il nichel puro, e le sue leghe, vengono largamente utilizzate per il rivestimento di altri metalli (soprattutto per via elettrolitica) e per la fabbricazione di parti di dispositivi elettronici, con un consumo di circa il 15% della produzione totale di nichel.

Importantissimi impieghi si hanno inoltre in leghe ferrose e non ferrose: circa il 50% del nichel prodotto viene utilizzato negli acciai inox al cromo-nichel (5-20% di Ni, 15-25% di Cr, più eventualmente molibdeno, manganese e altri elementi), mentre circa il 20% trova impiego in leghe non ferrose.

Tra queste ultime si possono ricordare quelle a base di nichel-rame: per esempio i Monel, al 60-70% di nichel più eventualmente piccole quantità di alluminio e titanio, largamente utilizzati nelle industrie chimica, petrolifera e aerospaziale; i Cupronichel, al 5-50% di nichel, usati per il conio di monete e per parti di apparecchiature a contatto con acqua anche salata e l'alpacca.

Di più recente produzione infine sono le superleghe a base di nichel-cromo-alluminio-titanio (contenenti eventualmente piccole quantità di altri metalli), ottenute con le tecniche di metallurgia delle polveri: poiché conservano importanti proprietà meccaniche e superficiali intorno a 1000 °C, hanno notevoli impieghi per turbine in campo industriale e aerospaziale.

Composti inorganici e organici del nichel hanno applicazioni industriali come catalizzatori di numerosi processi chimici. Il  nichel ha la capacità di adsorbire grandi quantità di idrogeno e per questo è usato come catalizzatore nelle idrogenazioni.

garnierite

Garnierite

Metodo di produzione del nichel

La metallurgia estrattiva del nichel dipende soprattutto dal tipo di minerale trattato.

I minerali a solfuri dai quali deriva circa il 60% della produzione totale di nichel subiscono un preventivo arrostimento per eliminare parte dello zolfo. Il prodotto che ne risulta viene quindi fuso per ottenere la cosiddetta “prima metallina” (ancora ricca in ferro e zolfo) e una scoria più leggera che viene eliminata.

La prima metallina viene quindi caricata fusa insieme a quarzo in convertitori cilindrici orizzontali nei quali viene inviata aria arricchita in ossigeno; dal fondo viene scaricata una metallina finale dalla quale il nichel (presente al 50-70%) viene separato per raffreddamento controllato fino a ottenere l'ossido NiO. Quest'ultimo può essere commercializzato come tale o può essere impiegato per produrre nichel metallico. Infatti dall'ossido per riduzione (con carbone o con idrogeno) si ottiene il metallo, che viene quindi raffinato per via elettrolitica.

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