Já alguma vez se perguntou porque é que o níquel é um metal tão importante no nosso quotidiano? Desde as moedas no seu bolso até às ligas de alto desempenho nos motores a jato, a versatilidade do níquel é inigualável. Este guia explora a descoberta, as propriedades e as diversas aplicações do níquel, incluindo o seu papel fundamental na criação do aço inoxidável e das ligas de memória. Ao compreender as características únicas do níquel, ficará a conhecer as suas contribuições essenciais para a tecnologia e indústria modernas.
O níquel tem uma vasta gama de aplicações na nossa vida quotidiana, como o fabrico de moedas e a produção de ligas. Hoje, vamos analisar mais de perto este metal - o níquel.
O níquel encontra-se no Grupo VIII da tabela periódica, juntamente com o ferro, o cobalto, o ruténio, o ródio, o paládio, o ósmio, o irídio e a platina, formando o Grupo VIII. Entre eles, o ferro, o cobalto e o níquel são chamados "elementos do grupo do ferro".
O níquel é conhecido e utilizado pela humanidade desde há muito tempo. O níquel foi utilizado pela primeira vez na China já no século III a.C., quando os chineses adicionaram minério de níquel ao cobre para fazer uma liga - o cobre branco, utilizado para fundir moedas.
No final do século XVII, mineiros alemães descobriram um minério castanho-avermelhado que apresentava frequentemente manchas verdes na sua superfície. Quando adicionado às matérias-primas para o fabrico de vidro, podia tingir o vidro de verde. Nessa altura, este mineral foi confundido com minério de cobre e os metalúrgicos tentaram várias vezes extrair o cobre, mas todas as tentativas falharam.
Os mineiros chamavam-lhe "Kupfernickel", sendo que Kupfer significa cobre em alemão e níquel significa um duende enganador, pelo que Kupfernickel poderia ser traduzido como "cobre falso".
Só em 1751 é que o mineralogista e químico sueco Cronstedt A F (1722-1765) estudou este mineral. Após numerosas experiências, isolou um metal branco do Kupfernickel e chamou-lhe Níquel.
Esta é também a origem do nome latino para o níquel, Niccolum. Traduzimos a primeira sílaba por "níquel", com o símbolo químico Ni. Agora sabemos que o Kupfernickel é um minério de arsenieto de níquel, e que as manchas verdes na sua superfície são carbonato de níquel.
Na edição de abril de 1943 do "Journal of Chemical Education" americano, foi publicado um artigo extraído da International Nickel Company, intitulado "The Mysterious Paktong", com o seguinte excerto:
"Há trezentos anos, um dia, um enorme navio mercante fustigado pelas tempestades e que se aproximava lentamente do rio Tamisa, em direção ao cais, estava a regressar a casa! Há um ano, partiu de Londres em direção ao Extremo Oriente. Agora regressou, transportando mercadorias como o chá, a seda e as especiarias.
Para além disso, havia um novo artigo, feito de metal, que brilhava com o brilho suave da prata pura, mas não era definitivamente prata, era um metal duro. Os chineses chamavam-lhe Paktong e guardavam cuidadosamente o segredo do seu fabrico.
Após a difusão deste estranho metal, gerações de metalúrgicos europeus tentaram imitar o cobre branco, mas nunca descobriram a razão de cada fracasso. Só em meados do século XVIII é que um cientista sueco identificou um novo metal, reconhecido por outro cientista, como sendo o metal da misteriosa liga para fazer o cobre branco. É o metal que os mineiros da Saxónia descobriram e amaldiçoaram como cobre falso.
O níquel não é escasso na crosta terrestre, sendo mais abundante do que metais comuns como o chumbo e o estanho, mas significativamente menos do que o ferro. O cobalto e o níquel coexistem frequentemente na natureza, sendo os minérios de cobalto e de níquel mais importantes a cobaltite (CoAsS) e a pirite de níquel (NiS-FeS).
Na natureza, os minérios de níquel mais importantes são a garnierite (arsenieto de níquel) e o arsenieto de níquel (sulfarseneto). Cuba é o país mais famoso do mundo pelos seus depósitos de minério de níquel, com grandes quantidades de minério de níquel também encontradas na República Dominicana.
O teor de níquel no sol é de 80ppm, na água do mar é de 0,0001ppm e na crosta terrestre é de 80ppm. O níquel é também um dos elementos essenciais para os organismos, mas o seu teor nos organismos é muito reduzido, inferior a um décimo de milésimo, conhecido como um elemento vestigial. Os alimentos ricos em níquel incluem: chocolate, nozes, feijões secos e grãos.
Existem muitos isótopos de níquel, com uma variedade de propriedades. Aqui está uma lista deles:
| Isótopos | Abundância | Meia-vida | Modo de decaimento | Energia de decaimento/eV | Produtos de decomposição |
| 56Ni | Artificial | 6.077天 | Captura de electrões | 2.136 | 56Co |
| 58Ni | 68.077% | Estável | |||
| 59Ni | Artificial | 76,000年 | Captura de electrões | 1.072 | 59Co |
| 60Ni | 26.233% | Estável | |||
| 61Ni | 1.14% | Estável | |||
| 62Ni | 3.634% | Estável | |||
| 63Ni | Artificial | 100.1年 | Decaimento beta | 2.137 | 63Cu |
| 64Ni | 0.926% | Estável |
A célula unitária é uma célula cúbica de face centrada, contendo 4 átomos de metal por célula.
Parâmetros da rede:
(1) À temperatura ambiente, o níquel forma uma densa película de óxido na sua superfície em contacto com o ar húmido, o que não só impede a oxidação posterior como também resiste à corrosão por soluções alcalinas e salinas;
(2) O níquel a granel não arde, o fio fino de níquel pode arder e as partículas finas de níquel poroso especialmente fabricadas ardem em branco no ar;
(3) Quando aquecido, o níquel reage violentamente com o oxigénio, o enxofre, o cloro e o bromo;
(4) O níquel em pó fino pode absorver uma quantidade considerável de hidrogénio quando aquecido;
(5) O níquel dissolve-se lentamente em ácido clorídrico diluído, ácido sulfúrico diluído e ácido nítrico diluído, mas a sua superfície é passivada em ácido nítrico fumante. Torna-se verde após a dissolução em ácido nítrico.
Torrefação do minério de sulfureto enriquecido em óxidos, redução a níquel bruto com carbono e, em seguida, obtenção de níquel metálico puro através de eletrólise.
Reagir o minério de sulfureto de níquel com monóxido de carbono para produzir tetracarbonilo de níquel, que se decompõe por aquecimento para produzir níquel metálico muito puro.
O níquel metálico pode ser obtido através da redução do óxido de níquel com hidrogénio.
Os dez principais países produtores de níquel do mundo (produção anual: milhares de toneladas)
| Nome do país | 1977 | 1982 | 1987 | 1992 |
| Rússia | 144.3 | 165.2 | 272.0 | 215.0 |
| Canadá | 235.4 | 88.6 | 189.0 | 192.1 |
| Nova Caledónia | 109.1 | 60.1 | 56.9 | 113.1 |
| Indonésia | 14.0 | 45.9 | 57.8 | 78.1 |
| Austrália | 85.8 | 87.6 | 74.6 | 64.0 |
| China | - | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| Cuba | 37.0 | 36.1 | 33.8 | 32.2 |
| África do Sul | 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 dez países | 685.0 | 540.6 | 801.8 | 808.4 |
| Total mundial | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
A adição de níquel ao aço pode melhorar a sua resistência mecânica. Por exemplo, quando o teor de níquel no aço aumenta de 2,94% para 7,04%, a resistência à tração aumenta de 52,2 kg/mm 2 a 72,8 kg/mm 3 . O aço ao níquel é utilizado no fabrico de peças de máquinas que suportam altas pressões, choques e cargas recíprocas, tais como lâminas de turbinas, cambotas, bielas, etc.
O aço de níquel contendo 36% de níquel e 0,3-0,5% de carbono tem um coeficiente de expansão muito pequeno, quase nenhuma expansão ou contração térmica, e é utilizado para fabricar várias máquinas de precisão, calibres precisos, etc. O aço com elevado teor de níquel contendo 46% de níquel e 0,15% de carbono é designado "Invar" porque o seu coeficiente de expansão é semelhante ao da platina e do vidro. Este tipo de aço com elevado teor de níquel pode ser soldado ao vidro.
É muito importante na produção de lâmpadas eléctricas e pode ser utilizado como substituto do fio de platina. Algumas armações de lentes de precisão são também feitas deste aço Invar, evitando que a lente caia da armação devido à expansão e contração térmicas. Uma liga composta por 67,5% de níquel, 16% de ferro, 15% de crómio e 1,5% de manganês tem uma elevada resistência eléctrica e é utilizada no fabrico de várias resistências e aquecedores eléctricos.
As ligas de níquel-titânio têm uma capacidade de "memória" e, além disso, uma memória muito forte, regressando com precisão à sua forma original depois de terem sido deformadas milhões de vezes durante um período de tempo considerável. Esta capacidade de "memória" consiste em recordar a sua forma original, pelo que é designada por "liga com memória de forma".
Originalmente, esta liga tem uma temperatura de transformação caraterística. Acima desta temperatura de transformação, tem um tipo de estrutura cristalina, e abaixo dela, tem outro tipo de estrutura cristalina. Estruturas diferentes resultam em propriedades diferentes.
Por exemplo, uma liga com memória de níquel-titânio é muito dura e forte acima da sua temperatura de transformação, mas abaixo desta temperatura, torna-se muito macia e fácil de trabalhar a frio. Assim, quando precisamos que ela se lembre de uma determinada forma, moldamo-la em conformidade. Esta é a sua forma de "memória permanente". Abaixo da temperatura de transformação, porque é muito macio, podemos deformá-lo numa extensão considerável, conforme desejado.
E quando é necessário voltar à sua forma original, basta aquecê-la acima da temperatura de transformação. As ligas com memória de forma de níquel-titânio são amplamente utilizadas no domínio da medicina, como filtros de coágulos sanguíneos, hastes de correção da coluna vertebral, arcos ortodônticos, clipes para aneurismas cerebrais, placas ósseas, articulações artificiais, capas de cabeça femoral, músculos cardíacos artificiais e bombas em miniatura para rins artificiais.
O níquel é magnético e pode ser atraído por ímanes. As ligas feitas de alumínio, cobalto e níquel têm um magnetismo ainda mais forte. Quando uma liga destas é atraída por um eletroíman, não só é puxada, como também pode suportar algo com sessenta vezes o seu peso sem cair. Assim, pode ser usada para fabricar guindastes electromagnéticos.
O níquel é o mais utilizado no aço inoxidável, que pode resistir à corrosão atmosférica, do vapor e da água, bem como à corrosão ácida, alcalina e salina. Por conseguinte, o aço inoxidável é amplamente utilizado em aplicações químicas, metalúrgicas, de construção e em várias aplicações civis, tais como no fabrico de contentores, torres, tanques, condutas, etc., que requerem soldadura em indústrias como a petroquímica, têxtil, indústria ligeira, energia nuclear; e na produção de ureia, torres sintéticas, torres de lavagem, torres de condensação, torres de extração de vapor e outros equipamentos de alta pressão resistentes à corrosão.
O níquel é também utilizado para niquelagem, cobrindo o aço e outros substratos metálicos com uma camada superficial durável e resistente à corrosão, que é 20% a 25% mais resistente à corrosão do que as camadas galvanizadas.
Os principais estados de oxidação do níquel são +2, para além de -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., permitindo que o níquel forme uma variedade de compostos. Aqui, são introduzidos o óxido de níquel, o sulfato de níquel, o hidróxido de níquel elevado e os complexos de níquel.
Como o níquel tem orbitais d que podem acomodar pares de electrões solitários, pode formar complexos. Os principais tipos de complexos de níquel são os seguintes
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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