Mở trình đơn chính

Niken (còn gọi là kền) là một nguyên tố hóa học kim loại, ký hiệu là Ni và số thứ tự trong bảng tuần hoàn là 28.

Niken,  28Ni
Nickel electrolytic and 1cm3 cube.jpg
Niken điện phân
Tính chất chung
Tên, ký hiệuNiken, Ni
Phiên âm/ˈnɪkəl/
Hình dạngÁnh kim bạc ánh vàng
Niken trong bảng tuần hoàn
Hiđrô (diatomic nonmetal)
Hêli (noble gas)
Liti (alkali metal)
Berili (alkaline earth metal)
Bo (metalloid)
Cacbon (polyatomic nonmetal)
Nitơ (diatomic nonmetal)
Ôxy (diatomic nonmetal)
Flo (diatomic nonmetal)
Neon (noble gas)
Natri (alkali metal)
Magiê (alkaline earth metal)
Nhôm (post-transition metal)
Silic (metalloid)
Phốtpho (polyatomic nonmetal)
Lưu huỳnh (polyatomic nonmetal)
Clo (diatomic nonmetal)
Argon (noble gas)
Kali (alkali metal)
Canxi (alkaline earth metal)
Scandi (transition metal)
Titan (transition metal)
Vanadi (transition metal)
Chrom (transition metal)
Mangan (transition metal)
Sắt (transition metal)
Coban (transition metal)
Niken (transition metal)
Đồng (transition metal)
Kẽm (transition metal)
Gali (post-transition metal)
Gecmani (metalloid)
Asen (metalloid)
Selen (polyatomic nonmetal)
Brom (diatomic nonmetal)
Krypton (noble gas)
Rubidi (alkali metal)
Stronti (alkaline earth metal)
Yttri (transition metal)
Zirconi (transition metal)
Niobi (transition metal)
Molypden (transition metal)
Tecneti (transition metal)
Rutheni (transition metal)
Rhodi (transition metal)
Paladi (transition metal)
Bạc (transition metal)
Cadimi (transition metal)
Indi (post-transition metal)
Thiếc (post-transition metal)
Antimon (metalloid)
Telua (metalloid)
Iốt (diatomic nonmetal)
Xenon (noble gas)
Xêsi (alkali metal)
Bari (alkaline earth metal)
Lantan (lanthanide)
Xeri (lanthanide)
Praseodymi (lanthanide)
Neodymi (lanthanide)
Promethi (lanthanide)
Samari (lanthanide)
Europi (lanthanide)
Gadolini (lanthanide)
Terbi (lanthanide)
Dysprosi (lanthanide)
Holmi (lanthanide)
Erbi (lanthanide)
Thuli (lanthanide)
Ytterbi (lanthanide)
Luteti (lanthanide)
Hafni (transition metal)
Tantan (transition metal)
Wolfram (transition metal)
Rheni (transition metal)
Osmi (transition metal)
Iridi (transition metal)
Platin (transition metal)
Vàng (transition metal)
Thuỷ ngân (transition metal)
Tali (post-transition metal)
Chì (post-transition metal)
Bitmut (post-transition metal)
Poloni (post-transition metal)
Astatin (metalloid)
Radon (noble gas)
Franxi (alkali metal)
Radi (alkaline earth metal)
Actini (actinide)
Thori (actinide)
Protactini (actinide)
Urani (actinide)
Neptuni (actinide)
Plutoni (actinide)
Americi (actinide)
Curi (actinide)
Berkeli (actinide)
Californi (actinide)
Einsteini (actinide)
Fermi (actinide)
Mendelevi (actinide)
Nobeli (actinide)
Lawrenci (actinide)
Rutherfordi (transition metal)
Dubni (transition metal)
Seaborgi (transition metal)
Bohri (transition metal)
Hassi (transition metal)
Meitneri (unknown chemical properties)
Darmstadti (unknown chemical properties)
Roentgeni (unknown chemical properties)
Copernixi (transition metal)
Nihoni (unknown chemical properties)
Flerovi (post-transition metal)
Moscovi (unknown chemical properties)
Livermori (unknown chemical properties)
Tennessine (unknown chemical properties)
Oganesson (unknown chemical properties)
-

Ni

Pd
CobanNikenĐồng
Số nguyên tử (Z)28
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)58,6934(4)(2)
Phân loại  kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp10d
Chu kỳChu kỳ 4
Cấu hình electron[Ar] 4s2 3d8 hay [Ar] 4s1 3d9 (Xem trong bài)
mỗi lớp
2, 8, 16, 2 or 2, 8, 17, 1
Tính chất vật lý
Màu sắcÁnh kim bạc ánh vàng
Trạng thái vật chấtChất rắn
Nhiệt độ nóng chảy1728 K ​(1455 °C, ​2651 °F)
Nhiệt độ sôi3186 K ​(2913 °C, ​5275 °F)
Mật độ8,908 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏngở nhiệt độ nóng chảy: 7,81 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy17,48 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi377,5 kJ·mol−1
Nhiệt dung26,07 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 1783 1950 2154 2410 2741 3184
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxy hóa4[1], 3, 2, 1 [2], -1 ​Lưỡng tính
Độ âm điện1,91 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóaThứ nhất: 737,1 kJ·mol−1
Thứ hai: 1753,0 kJ·mol−1
Thứ ba: 3395 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trịthực nghiệm: 124 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị124±4 pm
Bán kính van der Waals163 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thểLập phương tâm mặt
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm mặt của Niken
Vận tốc âm thanhque mỏng: 4900 m·s−1 (ở r.t.)
Độ giãn nở nhiệt13,4 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt90,9 W·m−1·K−1
Điện trở suấtở 20 °C: 69,3 n Ω·m
Tính chất từSắt từ
Mô đun Young200 GPa
Mô đun cắt76 GPa
Mô đun nén180 GPa
Hệ số Poisson0,31
Độ cứng theo thang Mohs4,0
Độ cứng theo thang Vickers638 MPa
Độ cứng theo thang Brinell700 MPa
Số đăng ký CAS7440-02-0
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Niken
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
58Ni 68.077% 58Ni ổn định với 30 neutron
59Ni Tổng hợp 76.000 năm ε - 59Co
60Ni 26.223% 60Ni ổn định với 32 neutron
61Ni 1.14% 61Ni ổn định với 33 neutron
62Ni 3.634% 62Ni ổn định với 34 neutron
63Ni Tổng hợp 100,1 năm β 0.0669 63Cu
64Ni 0.926% 64Ni ổn định với 36 neutron

Những đặc tính nổi bậtSửa đổi

 
Mẫu tinh thể Niken.

Niken là một kim loại màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken nằm trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken.

Ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong không khítrơ với ôxi nên thường được dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v.., cho các thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim, như bạc Đức (German silver). Niken có từ tính, và nó thường được dùng chung với cô ban, cả hai đều tìm thấy trong sắt từ sao băng. Nó là thành phần chủ yếu có giá trị cho hợp kim nó tạo nên.

Niken là một trong năm nguyên tố sắt từ.

Số ôxi hóa phổ biến của niken là +2, mặc dù 0, +1 và +3 của phức niken cũng đã được quan sát.

Ứng dụngSửa đổi

Khoảng 65% niken được tiêu thụ ở phương Tây được dùng làm thép không rỉ. 12% còn lại được dùng làm "siêu hợp kim". 23% còn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại. Khách hàng lớn nhất của niken là Nhật Bản, tiêu thụ 169.600 tấn mỗi năm (2005) 1.

Các ứng dụng của niken bao gồm:

Lịch sửSửa đổi

Niken đã được dùng rất lâu, có thể từ năm 3500 trước Công nguyên. Đồng từ Syria có chứa niken đến 2%.[3] Hơn nữa, có nhiều bản thảo của Trung Quốc nói rằng "đồng trắng" đã được dùng ở phương Đông từ năm 1700 đến 1400 trước Công nguyên. Loại đồng trắng Paktong này được xuất sang Anh vào đầu thế kỷ XVII, nhưng hàm lượng niken trong hợp kim này không được phát hiện mãi cho đến năm 1822.[4]

Vào thời kỳ Đức trung cổ, khoáng vật màu đỏ được tìm thấy trong Erzgebirge (núi quặng- Ore Mountains) giống như quặng đồng. Tuy nhiên, khi người thợ mỏ không thể tách ra được bất kỳ loại đồng nào từ nó, thì họ đổ lỗi cho một yêu tinh hay phá hoại trong thần thoại nước Đức.Họ gọi quặng này là Kupfernickel trong tiếng Đức Kupfer nghĩa là đồng.[5][6][7][8] Quặng này hiện nay gọi là niccolit, một loại arsenide niken. In 1751, Năm 1751, Baron Axel Frederik Cronstedt cố gắng tách đồng từ kupfernickel (), nhưng thu được một kim loại trắng mà ông gọi là niken.[9] In modern German, Kupfernickel or Kupfer-Nickel designates the alloy cupronickel.

Tiền xu đầu tiên bằng niken nguyên chất được làm vào năm 1881Thụy Sĩ.[6][10]

Vai trò trong sinh họcSửa đổi

Xuất hiện trong tự nhiênSửa đổi

Một lượng lớn mỏ niken chứa một trong hai quặng. Đầu tiên là quặng laterit, thành phần chính của quặng có chứa niken là limonit (Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken silicat ngậm nước (Ni,Mg)3Si2O5(OH). Quặng thứ hai là sulfua magma, thành phần chính là pentlandit (Ni,Fe)9S8.

Vùng SudburyOntario, Canada sản xuất khoảng 30% sản lượng niken trên thế giới. Mỏ tại Sudbury nằm gần vùng với chứng cứ về vụ va chạm thiên thạch lớn đã rất lâu trong lịch sử địa lý của Trái Đất. Nhiều mỏ khác được tìm thấy ở những nơi khác tại Canada, cũng như tại Nga, Nouvelle-Calédonie, Úc, CubaIndonesia. Những sự phát triển gần đây đã khai thác các mỏ ở tây Thổ Nhĩ Kỳ, đặc biệt thuận lợi cho các xưởng đúc, nhà sản xuất thép, xưởng ở châu Âu.

Dựa trên các bằng chứng địa lý, hầu hết niken trên Trái Đất được cho là tập trung ở lõi Trái Đất.

Tách và tinh chếSửa đổi

Niken có thể tái tạo bằng phương pháp luyện kim. Các quặng chứa ôxít hay hiđrôxit được tách bằng phương pháp thủy luyện, và quặng giàu sulfua tách bằng phương pháp nhiệt luyện hoặc thủy luyện. Quặng giàu sulfua được sản xuất bằng cách áp dụng quy trình tuyển quặng.

Tách niken từ quặng của nó thuận lợi trong việc nung và giảm việc xử lý đạt hiệu suất cao với độ tinh khiết trên 95%. Quá trình tinh chế cuối cùng đạt độ tinh khiết 99,99% diễn ra bởi sự phản ứng của niken và cacbon mônôxít để tạo thành niken cacbonyl. Khí này được đưa vào một bình lớn với nhiệt độ cao hơn. Niken cacbonyl sẽ tách ra và đựng trong các quả cầu niken. Việc tổng hợp cacbon mônôxít được tái tạo qua quy trình này.

Nhà sản xuất niken lớn nhất là nước Nga tách 267.000 tấn niken mỗi năm. ÚcCanada đứng thứ hai và ba, tạo 207 và 189,3 ngàn tấn mỗi năm. 1

Đồng vịSửa đổi

Hợp chấtSửa đổi

Chú giảiSửa đổi

  • Chú giải 1:  Số liệu về sản lượng và tiêu thụ được lấy từ The Economist: Pocket World in Figures 2005, Profile Books (2005), ISBN 1-86197-799-9

Tham khảoSửa đổi

  1. ^ M. Carnes và đồng nghiệp (2009). “A Stable Tetraalkyl Complex of Nickel(IV)”. Angewandte Chemie International Edition 48: 3384. doi:10.1002/anie.200804435. 
  2. ^ S. Pfirrmann và đồng nghiệp (2009). “A Dinuclear Nickel(I) Dinitrogen Complex and its Reduction in Single-Electron Steps”. Angewandte Chemie International Edition 48: 3357. doi:10.1002/anie.200805862. 
  3. ^ Rosenberg, Samuel J (1968). Nickel and Its Alloys. National Bureau of Standards. 
  4. ^ McNeil, Ian (1990). “The Emergence of Nickel”. An Encyclopaedia of the History of Technology. Taylor & Francis. tr. 96–100. ISBN 9780415013062. 
  5. ^ Chambers Twentieth Century Dictionary, p888, W&R Chambers Ltd, 1977.
  6. ^ a ă Baldwin, W. H. (1931). “The story of Nickel. I. How "Old Nick's" gnomes were outwitted”. Journal of Chemical Education 8: 1749. doi:10.1021/ed008p1749. 
  7. ^ Baldwin, W. H. (1931). “The story of Nickel. II. Nickel comes of age”. Journal of Chemical Education 8: 1954. doi:10.1021/ed008p1954. 
  8. ^ Baldwin, W. H. (1931). “The story of Nickel. III. Ore, matte, and metal”. Journal of Chemical Education 8: 2325. doi:10.1021/ed008p2325. 
  9. ^ Weeks, Mary Elvira (1932). “The discovery of the elements: III. Some eighteenth-century metals”. Journal of Chemical Education 9: 22. doi:10.1021/ed009p22. 
  10. ^ Molloy, Bill (ngày 8 tháng 11 năm 2001). “Trends of Nickel in Coins - Past, Present and Future”. The Nickel Institute. Truy cập ngày 19 tháng 11 năm 2008.