Physikalische und chemische Eigenschaften von Nickel

Physikalische Eigenschaften

Nickel ist ein dehnbares und verformbares Metall, das zu einer feinen Folie gewalzt werden kann. Zugfestigkeit 40-50 ^kgf/mm2, Zugfestigkeit 8 ^kgf/mm2, Streckgrenze 12 ^kgf/mm2; relative Dehnung 40%; Normal-Elastizitätsmodul 205 Gn/m2; Brinell-Härte 600-800 ^Mn/m2. Vom absoluten Nullpunkt bis 631°K bleiben die ferromagnetischen physikalischen Eigenschaften erhalten. Der Ferromagnetismus ist auf die Struktur der äußeren Elektronenschalen zurückzuführen. Aus demselben Grund sind Legierungen und eine Reihe von Nickelderivaten (Oxide und Verbindungen mit Halogenen) magnetisch geordnet und weisen eine ferro- und seltener eine ferrimagnetische Struktur auf. Unter normalen Bedingungen hat das Kristallgitter eine β-Struktur mit einer kubisch-flächenzentrierten Struktur (a = 3,5236. Nach kathodischer Zerstäubung in einer _{H2-Atmosphäre} nimmt das Gitter jedoch eine dichte hexagonale Struktur (a = 2,65 [pic], c = 4,32 [pic]) an, die oberhalb von t° 200 °C in eine kubische Struktur übergeht. Nickel mit einem kubischen Gitter hat ein spezifisches Gewicht von 8,9 g/cm³, einen Schmelzpunkt von 1453 °C, einen Siedepunkt von 3000 °C, eine spez. Wärmekapazität (t° 20 °C) 0,44 kJ/(kg-K); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung 13^,3x10-6 (0-100 °C); Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C 90,1 vml (m-K)[0,215 cal/(cm-sec-oC)].

Chemische Eigenschaften

In Bezug auf die chemische Aktivität rangiert dieses Metall zwischen den Edelmetallen und Eisen. In Verbindungen ist Ni zumeist zweiwertig. In Pulverform absorbiert es aktiv _H2 und CO, aber wenn es mit Gasen gesättigt ist, verliert es seine mechanischen Eigenschaften. Bei Erhitzung auf 500°C reagiert es mit Sauerstoff. Das feine Pulver ist pyrophor - es verbrennt spontan an der Luft. NiO-Oxid ist ein grünlicher, wasserunlöslicher Kristall (das Mineral Bunsenit). Bei der Verbrennung in Schwefeldampf bildet es das Sulfid _{Ni3 S2}. Das Monosulfid NiS wird durch Erhitzen von NiO mit Schwefel hergestellt. Stickstoff reagiert bis 1400 °C nicht mit diesem Metall. Das Nitrid _Ni3 N entsteht durch Erhitzen von Ni-Pulver mit Stickstoff (t ° 445 ° C). In erhitzten Phosphordämpfen bildet sich das Phosphid _{Ni3 P2}. Mit Arsen - Verbindungen_{Ni5 As2}, _Ni3 As (Mineral Maucherit) und NiAs. Das NiAs-Gitter weist eine hexagonale Anordnung von Arsenatomen auf, zwischen die Ni-Atome gequetscht sind. Diese Struktur ist typisch für viele Metallide. Das instabile Ni3C-Karbid bildet sich nach langem Aufkohlen (Karburieren) von Pulver-Ni in einer CO-Atmosphäre bei 300 °C. Das geschmolzene Nickel löst leicht Kohlenstoff, der sich beim Abkühlen als Graphit niederschlägt. Mit dem Verlust von Graphit nimmt die Duktilität ab.

Chemische Aktivität

Nickel ist chemisch weniger reaktiv als Eisen und widerstandsfähiger gegen Säuren und Feuchtigkeit. Mit organischen Säuren reagiert es erst nach längerer Einwirkung. In Salz- und Schwefelsäure löst es sich langsam, in verdünnter Salpetersäure leicht, und konzentrierte Salpetersäure passiviert Nickel, wenn auch in geringerem Maße als Fe. Die sauren Salze des Nickels sind zweiwertig. Fast alle von ihnen sind gut wasserlöslich und reagieren sauer. Nur die Salze der Kohlensäure und der Phosphorsäure sind schlecht löslich. _NiSO4-Sulfat kristallisiert als smaragdgrüne Kristalle des Nickelvitriols _NiSO4 x7H2 O. Beim Kalzinieren bei etwa 800 °C zersetzen sich fast alle Nickelsalze. Das Metall ist beständig gegen starke Alkalien, löst sich jedoch in Ammoniaklösung in Gegenwart von (NH4)2 CO3 und bildet intensiv blaue Lösungen. Die selektive Ammoniakbildung wird bei der hydrometallurgischen Gewinnung von Nickel aus Erzen eingesetzt.

Die chemischen Eigenschaften ändern sich mit der Temperatur. Nickel reagiert beim Erhitzen mit _SO2, NH4 und Stickoxiden sowie mit CO zu Carbonyl-Ni(CO₎₄ in Form eines feinen Pulvers. Bei der thermischen Dissoziation des Carbonyls entsteht das reinste Nickel.

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