Você já se perguntou por que o níquel é um metal tão importante em nossa vida cotidiana? Desde as moedas em seu bolso até as ligas de alto desempenho em motores a jato, a versatilidade do níquel é inigualável. Este guia explora a descoberta, as propriedades e as diversas aplicações do níquel, incluindo seu papel fundamental na criação do aço inoxidável e das ligas de memória. Ao compreender as características exclusivas do níquel, você terá uma visão das suas contribuições essenciais para a tecnologia e a indústria modernas.
O níquel tem uma ampla gama de aplicações em nossa vida diária, como na fabricação de moedas e na produção de ligas. Hoje, vamos dar uma olhada mais de perto nesse metal: o níquel.
O níquel está localizado no Grupo VIII da tabela periódica, juntamente com ferro, cobalto, rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e platina, formando o Grupo VIII. Entre eles, o ferro, o cobalto e o níquel são chamados de "elementos do grupo do ferro".
A humanidade conhece e utiliza o níquel há muito tempo. O níquel foi usado 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, usado para fundir moedas.
No final do século XVII, mineiros alemães descobriram um minério marrom-avermelhado que frequentemente apresentava manchas verdes em sua superfície. Quando adicionado às matérias-primas para a fabricação de vidro, ele podia tingir o vidro de verde. Naquela época, esse mineral foi confundido com minério de cobre, e os metalúrgicos tentaram várias vezes extrair o cobre dele, mas todas as tentativas fracassaram.
Os mineiros o chamavam de "Kupfernickel", com Kupfer significando cobre em alemão e níquel significando um duende enganador, portanto, Kupfernickel poderia ser traduzido como "cobre falso".
Foi somente em 1751 que o mineralogista e químico sueco Cronstedt A F (1722-1765) estudou esse mineral. Após vários experimentos, ele isolou um metal branco do Kupfernickel e o chamou de níquel.
Essa também é a origem do nome latino para o níquel, Niccolum. Traduzimos a primeira sílaba para "níquel", com o símbolo químico Ni. Agora sabemos que o Kupfernickel é um minério de arsenieto de níquel, e as manchas verdes em 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" (O misterioso Paktong), com o seguinte trecho:
"Há trezentos anos, um dia, um enorme navio mercante, castigado por tempestades e que se aproximava lentamente do rio Tâmisa, indo em direção ao cais, estava voltando para casa! Há um ano, ele partiu de Londres em busca do Extremo Oriente. Agora ele retornou, carregando mercadorias como chá, seda e especiarias.
Além disso, havia um novo item, feito de metal, que brilhava com o brilho suave da prata pura, mas definitivamente não era prata, era um metal duro. Os chineses o chamavam de Paktong e guardavam cuidadosamente o segredo de como produzi-lo.
Após a disseminação desse estranho metal, gerações de metalúrgicos europeus tentaram imitar o cobre branco, mas nunca descobriram o motivo de cada fracasso. Foi somente em meados do século XVIII que um cientista sueco identificou um novo metal, reconhecido por outro cientista, como o metal da misteriosa liga para a fabricação do cobre branco. Esse é o metal que os mineiros da Saxônia descobriram e amaldiçoaram como cobre falso.
O níquel não é escasso na crosta terrestre, sendo mais abundante do que os metais comuns, como chumbo e estanho, mas significativamente menos do que o ferro. O cobalto e o níquel geralmente coexistem na natureza, sendo que os minérios importantes de cobalto e níquel são a cobaltita (CoAsS) e a pirita de níquel (NiS-FeS).
Na natureza, os minérios de níquel mais importantes são a garnierita (arsenieto de níquel) e o arsenieto de níquel (sulfarseneto). Cuba é o país mais famoso do mundo pelos 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 também é um dos elementos essenciais para os organismos, mas seu conteúdo nos organismos é muito pequeno, menos de um décimo de milésimo, conhecido como elemento traço. Os alimentos ricos em níquel incluem: chocolate, nozes, feijões secos e grãos.
Há 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 deterioração |
| 56Ni | Artificial | 6.077天 | Captura de elétrons | 2.136 | 56Co |
| 58Ni | 68.077% | Estável | |||
| 59Ni | Artificial | 76,000年 | Captura de elétrons | 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 centrada na face, contendo 4 átomos de metal por célula.
Parâmetros de rede:
(1) À temperatura ambiente, o níquel forma uma densa película de óxido em sua superfície no ar úmido, o que não só impede a oxidação adicional, mas também resiste à corrosão por soluções alcalinas e salinas;
(2) O níquel a granel não queima, o fio fino de níquel pode queimar, e as partículas finas e porosas de níquel fabricadas especialmente queimam no ar;
(3) Quando aquecido, o níquel reage violentamente com oxigênio, enxofre, cloro e bromo;
(4) O níquel em pó fino pode absorver uma quantidade considerável de hidrogênio quando aquecido;
(5) O níquel se dissolve lentamente em ácido clorídrico diluído, ácido sulfúrico diluído e ácido nítrico diluído, mas sua superfície é passivada em ácido nítrico fumegante. Ele se torna verde após a dissolução em ácido nítrico.
Torrar o minério de sulfeto enriquecido em óxidos, reduzi-lo a níquel bruto com carbono e, em seguida, obter níquel metálico puro por meio de eletrólise.
Reagir o minério de sulfeto de níquel com monóxido de carbono para produzir tetracarbonil de níquel, que se decompõe com o aquecimento para produzir níquel metálico muito puro.
O níquel metálico pode ser obtido pela redução do óxido de níquel com hidrogênio.
Os dez principais países produtores de níquel do mundo (produção anual: mil 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 Caledônia | 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 global | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
A adição de níquel ao aço pode melhorar 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 níquel é usado para fabricar peças de máquinas que suportam alta pressão, impactos e cargas recíprocas, como lâminas de turbina, virabrequins, 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 usado para fabricar várias máquinas de precisão, medidores precisos etc. O aço com alto teor de níquel contendo 46% de níquel e 0,15% de carbono é chamado de "Invar" porque seu coeficiente de expansão é semelhante ao da platina e do vidro. Esse tipo de aço com alto teor de níquel pode ser soldado ao vidro.
Ele é muito importante na produção de lâmpadas e pode ser usado como substituto do fio de platina. Algumas armações de lentes de precisão também são feitas desse aço Invar, evitando que as lentes caiam da armação devido à expansão e contração térmica. Uma liga composta de 67,5% de níquel, 16% de ferro, 15% de cromo e 1,5% de manganês tem alta resistência elétrica e é usada na fabricação de vários resistores e aquecedores elétricos.
As ligas de níquel-titânio têm capacidade de "memória" e, além disso, uma memória muito forte, retornando com precisão à sua forma original após serem deformadas milhões de vezes em um período de tempo considerável. Esse recurso de "memória" é para lembrar sua forma original, por isso é chamado de "liga com memória de forma".
Originalmente, essa liga tem uma temperatura de transformação característica. Acima dessa temperatura de transformação, ela 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 de sua temperatura de transformação, mas abaixo dessa temperatura, ela se torna muito macia e fácil de trabalhar a frio. Assim, quando precisamos que ela se lembre de uma determinada forma, nós a moldamos de acordo. Essa é sua forma de "memória permanente". Abaixo da temperatura de transformação, por ser muito macio, podemos deformá-lo em uma extensão considerável, conforme desejado.
E quando for necessário retornar à sua forma original, basta aquecê-la acima da temperatura de transformação. As ligas com memória de forma de níquel-titânio são amplamente utilizadas na área médica, como em filtros de coágulos sanguíneos, hastes de correção da coluna vertebral, fios ortodônticos, clipes de aneurisma cerebral, placas ósseas, articulações artificiais, tampas de cabeça femoral, músculos cardíacos artificiais e bombas em miniatura para rins artificiais.
O níquel é magnético e pode ser atraído por ímãs. As ligas feitas de alumínio, cobalto e níquel têm um magnetismo ainda mais forte. Quando uma liga desse tipo é atraída por um eletroímã, ela não apenas é puxada, mas também pode suportar algo com sessenta vezes o seu peso sem cair. Assim, ela pode ser usada para fabricar guindastes eletromagnéticos.
O níquel é o mais usado no aço inoxidável, que pode resistir à corrosão da atmosfera, do vapor e da água, bem como à corrosão ácida, alcalina e salina. Portanto, o aço inoxidável é amplamente utilizado em aplicações químicas, metalúrgicas, de construção e em várias aplicações civis, como na fabricação de contêineres, torres, tanques, tubulações, etc., que exigem soldagem em setores como petroquímico, têxtil, indústria leve, energia nuclear; e na produção de ureia, torres sintéticas, torres de lavagem, torres de condensação, torres de remoção de vapor e outros equipamentos de alta pressão resistentes à corrosão.
O níquel também é usado para niquelagem, cobrindo aço e outros substratos metálicos com uma camada de superfície 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, além de -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., permitindo que o níquel forme uma variedade de compostos. Aqui, são apresentados o óxido de níquel, o sulfato de níquel, o hidróxido de níquel com alto teor de níquel e os complexos de níquel.
Como o níquel tem orbitais d que podem acomodar pares de elétrons solitários, ele pode formar complexos. Os principais tipos de complexos de níquel são os seguintes:
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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