IL NICHEL

CARATTERISTICHE GENERALI

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.

COMPOSTI

Come tutti gli elementi della serie di transizione, il nichel forma composti sia inorganici sia organici corrispondenti a numerosi stati di ossidazione (-1, O, +1, +2, +3, +4); lo stato di ossidazione +2 è nettamente il più stabile, particolarmente in soluzione acquosa, dove lo ione nichel (in assenza di altri più forti agenti complessanti) è coordinato con 6 molecole di acqua.

L'ossido di nichel NiO, è un ossido di natura basica, e pertanto è solubile negli acidi con formazione dei corrispondenti sali. Trattando con idrossidi alcalini le soluzioni di sali di nichel (II) si ha la precipitazione dell’idrossido di nichel, Ni(OH)₂, verde, di aspetto gelatinoso, facilmente 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.

I 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. Nello stato +2 in particolare si formano (con leganti neutri o carichi) numerosi complessi a numeri di coordinazione 4, 5 e 6, quale ad esempio l’ esaquonichel (II) [Ni(H₂O)₆]²⁺, di colore verde  chiaro.

UTILIZZO

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 inossidabili 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.

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.

PRODUZIONE

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.