¿Se ha preguntado alguna vez por qué el níquel es un metal tan vital en nuestra vida cotidiana? Desde las monedas de su bolsillo hasta las aleaciones de alto rendimiento de los motores a reacción, la versatilidad del níquel es inigualable. Esta guía explora el descubrimiento, las propiedades y las diversas aplicaciones del níquel, incluido su papel fundamental en la creación del acero inoxidable y las aleaciones con memoria. Al conocer las características únicas del níquel, comprenderá mejor su contribución esencial a la tecnología y la industria modernas.
El níquel tiene una amplia gama de aplicaciones en nuestra vida cotidiana, como en la fabricación de monedas y la producción de aleaciones. Hoy en día, vamos a echar un vistazo más de cerca a este metal - níquel.
El níquel se encuentra en el Grupo VIII de la tabla periódica, junto con el hierro, el cobalto, el rutenio, el rodio, el paladio, el osmio, el iridio y el platino, formando el Grupo VIII. Entre ellos, el hierro, el cobalto y el níquel se denominan "elementos del grupo del hierro".
La humanidad conoce y utiliza el níquel desde hace mucho tiempo. El níquel se utilizó por primera vez en China en el siglo III a.C., cuando los chinos añadieron mineral de níquel al cobre para fabricar una aleación: el cobre blanco, utilizado para fundir monedas.
A finales del siglo XVII, unos mineros alemanes descubrieron un mineral de color marrón rojizo que a menudo presentaba manchas verdes en su superficie. Cuando se añadía a las materias primas para fabricar vidrio, podía teñirlo de verde. En aquella época, este mineral se confundía con el mineral de cobre, y los metalúrgicos intentaron muchas veces extraer cobre de él, pero todos los intentos fracasaron.
Los mineros lo llamaban "Kupfernickel", ya que Kupfer significa cobre en alemán, y níquel significa un duende engañoso, por lo que Kupfernickel podría traducirse como "cobre falso".
No fue hasta 1751 cuando el mineralogista y químico sueco Cronstedt A F (1722-1765) estudió este mineral. Tras numerosos experimentos, aisló un metal blanco del Kupfernickel y lo denominó Níquel.
Este es también el origen del nombre latino del níquel, Niccolum. Transliteramos la primera sílaba en "níquel", con el símbolo químico Ni. Ahora sabemos que el Kupfernickel es un mineral de arseniuro de níquel, y que las manchas verdes de su superficie son carbonato de níquel.
En el número de abril de 1943 de la revista americana "Journal of Chemical Education" se publicó un artículo extraído de la International Nickel Company, titulado "The Mysterious Paktong" (El misterioso Paktong):
"Hace trescientos años, un día, un enorme barco mercante azotado por las tormentas y que se acercaba lentamente al río Támesis, rumbo al muelle, ¡volvía a casa! Hace un año, zarpó de Londres en busca del Lejano Oriente. Ahora ha regresado, cargado de mercancías como té, seda y especias.
Además, había un nuevo artículo, hecho de metal, que brillaba con el suave lustre de la plata pura, pero definitivamente no eran de plata, sino de un metal duro. Los chinos lo llamaban Paktong, y guardaban cuidadosamente el secreto de cómo fabricarlo.
Tras la difusión de este extraño metal, generaciones de metalúrgicos europeos intentaron imitar el cobre blanco, pero nunca encontraron la razón de cada fracaso. No fue hasta mediados del siglo XVIII cuando un científico sueco identificó un nuevo metal, reconocido por otro científico, como el metal de la misteriosa aleación para fabricar cobre blanco. Es el metal que los mineros de Sajonia descubrieron y maldijeron como cobre falso.
El níquel no escasea en la corteza terrestre, siendo más abundante que metales comunes como el plomo y el estaño, pero bastante menos que el hierro. El cobalto y el níquel coexisten a menudo en la naturaleza, siendo importantes minerales de cobalto y níquel la cobaltita (CoAsS) y la pirita de níquel (NiS-FeS).
En la naturaleza, los minerales de níquel más importantes son la garnierita (arseniuro de níquel) y el arseniuro de níquel (sulfarseniuro). Cuba es el país más famoso del mundo por sus yacimientos de mineral de níquel, del que también se encuentran grandes cantidades en la República Dominicana.
El contenido de níquel en el sol es de 80 ppm, en el agua de mar es de 0,0001 ppm y en la corteza terrestre es de 80 ppm. El níquel también es uno de los elementos esenciales para los organismos, pero su contenido en los organismos es muy pequeño, menos de una diezmilésima, lo que se conoce como oligoelemento. Entre los alimentos ricos en níquel se encuentran: el chocolate, los frutos secos, las judías secas y los cereales.
Existen muchos isótopos del níquel, con diversas propiedades. He aquí una lista de ellos:
| Isótopos | Abundancia | Vida media | Modo de descomposición | Energía de desintegración/eV | Productos de decadencia |
| 56Ni | Artificial | 6.077天 | Captura de electrones | 2.136 | 56Co |
| 58Ni | 68.077% | Estable | |||
| 59Ni | Artificial | 76,000年 | Captura de electrones | 1.072 | 59Co |
| 60Ni | 26.233% | Estable | |||
| 61Ni | 1.14% | Estable | |||
| 62Ni | 3.634% | Estable | |||
| 63Ni | Artificial | 100.1年 | Desintegración beta | 2.137 | 63Cu |
| 64Ni | 0.926% | Estable |
La celda unitaria es una celda cúbica centrada en la cara, que contiene 4 átomos de metal por celda.
Parámetros de red:
(1) A temperatura ambiente, el níquel forma una densa película de óxido en su superficie al aire húmedo, que no sólo impide la oxidación posterior, sino que también resiste la corrosión por álcalis y soluciones salinas;
(2) El níquel a granel no arde, el alambre de níquel fino puede arder, y las partículas de níquel poroso fino especialmente fabricadas arderán de color blanco en el aire;
(3) Cuando se calienta, el níquel reacciona violentamente con el oxígeno, el azufre, el cloro y el bromo;
(4) El níquel en polvo fino puede absorber una cantidad considerable de hidrógeno cuando se calienta;
(5) El níquel se disuelve lentamente en ácido clorhídrico diluido, ácido sulfúrico diluido y ácido nítrico diluido, pero su superficie se pasiva en ácido nítrico fumante. Se vuelve verde después de disolverse en ácido nítrico.
Tostar el mineral de sulfuro enriquecido en óxidos, reducirlo a níquel bruto con carbono y, a continuación, obtener níquel metálico puro mediante electrólisis.
El mineral de sulfuro de níquel reacciona con monóxido de carbono para producir tetracarbonilo de níquel, que se descompone al calentarse para producir níquel metálico muy puro.
El níquel metálico puede obtenerse reduciendo el óxido de níquel con hidrógeno.
Los diez primeros países productores de níquel del mundo (producción anual: miles de toneladas)
| Nombre del país | 1977 | 1982 | 1987 | 1992 |
| Rusia | 144.3 | 165.2 | 272.0 | 215.0 |
| Canadá | 235.4 | 88.6 | 189.0 | 192.1 |
| Nueva Caledonia | 109.1 | 60.1 | 56.9 | 113.1 |
| Indonesia | 14.0 | 45.9 | 57.8 | 78.1 |
| Australia | 85.8 | 87.6 | 74.6 | 64.0 |
| China | - | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| Cuba | 37.0 | 36.1 | 33.8 | 32.2 |
| Sudáfrica | 23.0 | 22.0 | 34.3 | 28.4 |
| República Dominicana | 24.2 | 5.4 | 32.5 | 25.0 |
| Botsuana | 12.1 | 17.8 | 25.9 | 23.5 |
| Subtotal de diez países | 685.0 | 540.6 | 801.8 | 808.4 |
| Total mundial | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
Añadir níquel al acero puede mejorar su resistencia mecánica. Por ejemplo, cuando el contenido de níquel en el acero aumenta de 2,94% a 7,04%, la resistencia a la tracción aumenta de 52,2 kg/mm 2 a 72,8 kg/mm 3 . El acero al níquel se utiliza para fabricar piezas de máquinas que soportan altas presiones, impactos y cargas alternativas, como álabes de turbinas, cigüeñales, bielas, etc.
El acero al níquel que contiene 36% de níquel y 0,3-0,5% de carbono tiene un coeficiente de dilatación muy pequeño, casi sin dilatación ni contracción térmica, y se utiliza para fabricar diversa maquinaria de precisión, calibres exactos, etc. El acero de alto contenido en níquel que contiene 46% de níquel y 0,15% de carbono se denomina "Invar" porque su coeficiente de dilatación es similar al del platino y el vidrio. Este tipo de acero de alto contenido en níquel puede soldarse al vidrio.
Es muy importante en la fabricación de bombillas y puede utilizarse como sustituto del alambre de platino. Algunas monturas de lentes de precisión también se fabrican con este acero Invar, que impide que la lente se salga de la montura debido a la dilatación y contracción térmicas. Una aleación compuesta de 67,5% de níquel, 16% de hierro, 15% de cromo y 1,5% de manganeso tiene una gran resistencia eléctrica y se utiliza para fabricar diversas resistencias y calentadores eléctricos.
Las aleaciones de níquel-titanio tienen capacidad de "memoria" y, además, una memoria muy fuerte, ya que vuelven con precisión a su forma original después de haber sido deformadas millones de veces durante un periodo de tiempo considerable. Esta capacidad de "memoria" consiste en recordar su forma original, de ahí que se llame "aleación con memoria de forma".
Originalmente, esta aleación tiene una temperatura de transformación característica. Por encima de esta temperatura de transformación, tiene un tipo de estructura cristalina, y por debajo, tiene otro tipo de estructura cristalina. Diferentes estructuras dan lugar a diferentes propiedades.
Por ejemplo, una aleación con memoria de níquel-titanio es muy dura y resistente por encima de su temperatura de transformación, pero por debajo de esta temperatura se vuelve muy blanda y fácil de trabajar en frío. Así, cuando necesitamos que recuerde una forma determinada, le damos la forma adecuada. Esta es su forma de "memoria permanente". Por debajo de la temperatura de transformación, como es muy blando, podemos deformarlo a voluntad.
Y cuando necesita volver a su forma original, basta con calentarla por encima de la temperatura de transformación. Las aleaciones de níquel-titanio con memoria de forma se utilizan mucho en el campo de la medicina, como en filtros de coágulos sanguíneos, barras de corrección espinal, arcos de ortodoncia, clips de aneurisma cerebral, placas óseas, articulaciones artificiales, casquillos de cabeza de fémur, músculos cardíacos artificiales y bombas en miniatura para riñones artificiales.
El níquel es magnético y puede ser atraído por imanes. Las aleaciones de aluminio, cobalto y níquel tienen un magnetismo aún mayor. Cuando una aleación de este tipo es atraída por un electroimán, no sólo es arrastrada, sino que puede sostener algo sesenta veces su peso sin caerse. Así, puede utilizarse para fabricar grúas electromagnéticas.
El níquel es el más utilizado en el acero inoxidable, que puede resistir la corrosión de la atmósfera, el vapor y el agua, así como la corrosión ácida, alcalina y salina. Por lo tanto, el acero inoxidable se utiliza ampliamente en la industria química, metalúrgica, construcción y diversas aplicaciones civiles, como en la fabricación de contenedores, torres, tanques, tuberías, etc., que requieren soldadura en industrias como la petroquímica, textil, industria ligera, energía nuclear; y en la producción de urea, torres sintéticas, torres de lavado, torres de condensación, torres de extracción de vapor y otros equipos de alta presión resistentes a la corrosión.
El níquel también se utiliza para el niquelado, que cubre el acero y otros sustratos metálicos con una capa superficial duradera y resistente a la corrosión que es entre 20% y 25% más resistente a la corrosión que las capas galvanizadas.
Los principales estados de oxidación del níquel son +2, además de -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., lo que permite al níquel formar una gran variedad de compuestos. Aquí se presentan el óxido de níquel, el sulfato de níquel, el hidróxido de níquel alto y los complejos de níquel.
Como el níquel tiene orbitales d que pueden alojar electrones de pares solitarios, puede formar complejos. Los principales tipos de complejos de níquel son los siguientes:
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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