Elementler - Nikel

Nikel (Ni)

Periyodik tablonun VIII. grubunda yer alan kimyasal element.

Gümüş beyazı renginde, tok, demirden daha sert ve ferromagnetik bir metal olan nikel yükseltgenmeye ve yenime (korozyon) karşı da çok dayanıklıdır.Yaklaşık 2 bin yıldan beri alaşım metali olarak, özellikle de metal para yapımında kullanılmakta olan nikeli ilk olarak 1751’de İsveçli kimyacı ve mineralog Baron Axel Fredrik Cronstedt, nikolit (nikel arsenyür) içeren bir cevherden katışkılı halde ayırmayı başardı.

Bulunduğu yerler, kullanım alanları ve özellikleri

Yerkabuğunun yaklaşık yüzde 0,016’sım oluşturan nikel bakırdan iki kat daha boldur. Nikele yalın element halinde ender olarak yerkabuğunda ve göktaşı çökellerinde rastlanır. Çeşitli bileşikler halinde hemen hemen bütün korkayaçlann bileşiminde bulunmakla birlikte bu çökellerin ancak az bir bölümü tenor ve işlenebilirlik bakımından ekonomik öneme sahiptir. En önemli nikel cevherleri, pirotit ve kalkopirit ile birlikte rastlanan pentlandit ve garniyerit gibi nikelli laterit mineralleridir.

Nikel (atom numarası 28), dayanımı ve tokluğu bakımından demire (atom numarası 26) benzemekle birlikte, yükseltgenmeye ve yenime karşı direnci bakımından daha çok bakıra (atom numarası 29) benzer. Çok düşük sıcaklıklarda bile oldukça sünektir. Dünyada üretilen nikelin yaklaşık yarısı demirli alaşımlarda, dörtte biri ise yenime karşı dayanıklı bakırlı alaşımlar ile ısıya karşı dayanıklı kromlu alaşımlarda, ayrıca elektriğe karşı dirençli magnetik alaşımlarda kullanılır. Öte yandan nikelden başka metallerin, özellikle elektrikli kaplama yöntemiyle kaplanmasında yararlanılır. Nikel başta hidrojenleme olmak üzere pek çok tepkimede çok iyi bir katalizör işlevi görür ve çok ince öğütülmüş nikel özellikle bitkisel ve hayvansal yağlar gibi doymamış organik bileşiklerin hidrojenlenmesinde (örn. margarin üretiminde) çok miktarda kullanılır. Petrol tankerlerinin ve kimya sanayisindeki büyük boruların ve benzer aygıtların duvarlarının içi de nikelle kaplanır. Nikel ayrıca televizyon ve radyo lambaları ile sualtı kablo hatlarındaki yükselteçlerin katot elemanlarında kullanılır. Mücevherlerde yaygın olarak kullanılan beyaz altın alaşımlarının başlıca bileşeni de nikeldir.

Nikelin bakırla birlikte oluşturduğu yenime karşı dayanıklı çok sayıda alaşımı vardır. Monel metali bunlardan biridir. Yüzde 30 nikel, yüzde 10 bakır ve çoğunlukla yüzde 0,5-1,5 arası demir içeren alaşımlar yaygın olarak ısı değiştiricileri (eşanjör) ile yoğunlaştırıcılann (kondansör) borularının yapımında kullanılır. Mıknatıslandığında nikelin uzunluğu değişir. Bu özelliği nedeniyle çeşitli sualtı savunma aygıtlarında sesüstü dönüştürücü (süpersonik transdüktör) olarak uygulanır. Nikelin yüzde 21 oranında demirle yaptığı alaşımların zayıf magnetik alanlardaki kalıcı mıknatıslığı çok yüksektir; permaloy olarak bilinen bu alaşımlar çok uzun erimli telefon hatlarında ve sualtı kablolarında kullanılır. Daha yüksek alan şiddetlerinde mıknatıs olarak kullanılan yüzde 45-50 nikelli demir alaşımları da geliştirilmiştir. Yüzde 36 oranında nikel içeren demirli invar alaşımının ısıl genleşmesi oldukça düşüktür.

Nikelin yüksek sıcaklıklarda yükseltgenmeye karşı dayanımı çok yüksektir ve bu nedenle nikel oranı yüksek manganezli alaşımlardan otomobillerde ateşleyici olarak yararlanılır. Yüzde 15-20 oranında krom içeren nikelli alaşımlar ise yükseltgenmeye karşı çok dayanıklı olduğundan elektrikli ısıtıcı olarak kullanılır. Nikel doğada nikel-58 (yüzde 67,76), nikel-60 (yüzde 26,16), nikel-62 (yüzde 3,66), nikel-61 (yüzde 1,25) ve nikel-64 (yüzde 1,16) olmak üzere beş kararlı izotopun karışımı halinde bulunur. Birisi yakın birleşmiş heksagonal (alfa), öbürü yüz merkezli kübik (beta) kristal yapısında olan iki ayrı biçimi (alotrop) vardır. Nikel 358°C’ye (Curie noktası) değin ferromagnetiktir. Nikel metalinin alkalilerin etkisine karşı dayanımı çok yüksektir. Kuvvetli asitlerle atmosfer koşullarında yavaş tepkimeye girer ve bu tepkime sonucunda hidrojen açığa çıkarken Ni+2 iyonları oluşur.
Cevher hazırlama, ergitme ve arıtma. Eskiden nikel cevherleri sodyum sülfür katılarak ergitilir ve eriyik üstte bakır sülfürlü cüruf, altta da nikel sülfürlü katman oluşacak biçimde yavaş yavaş soğutulurdu. Bu işlem alt katman için birkaç kez tekrarlandığında nikel sülfür arı halde ayrılırdı. Daha sonra nikel sülfür, kükürdü uzaklaştırmak için kavrulur ve istenen arılıkta nikel elde etmek için indirgenirdi.

Bugün nikelin arıtılmasında yüzdürerek ayırma tekniği uygulanır. Bu teknikte cevher önce sulu ortamda kırılıp öğütülür ve sülfürler yoğunluğu daha düşük olan gangdan ayrılır. Bu aşamada yoğunluk farklarından ve magnetik özelliklerden yararlanılır. Daha sonra sülfür mineralleri öbür minerallerden yüzdürerek ayrılır. Pirotit- pentlanditin yüzdürme yoluyla ayrılan nikelli bölümü ile magnetik değiştirme yoluyla elde edilen malzeme birlikte kavrularak kükürdün bir kısmı giderilir. İçerdiği demirin ve silisyumun büyük bölümünün giderilmesi için bu kanşım yeniden ergitilir. Bunun sonucunda oluşan nikel, bakır ve demir sülfürlü mat (kükürtlü külçe) bir Bessemer fırınında daha da yükseltgenerek bakır ve nikel sülfürler elde edilir. Bu karışım yavaşça soğutulduktan sonra öğütülür ve yüzdürme yoluyla nikel sülfür ve bakır sülfür birbirinden ayrılır. Bundan sonraki işlemlerde sülfürler metallere indirgenir ve elektroliz yoluyla çok an nikel ve bakır elde etmek için anotlara dönüştürülür.

Bir başka çok an nikel elde etme yönteminde ise, katışkılı nikel sülfür önce kavrulup kükürdü uzaklaştırılır, ardından çok ince biçimde öğütülen metal, karbon mo- noksit gazıyla 555°C’de tepkimeye sokula- Ak uçucu nikel karbonil oluşturulur. Bu bileşik yeniden 230°C’de bozundurularak küçük peletler halinde arı nikel elde edilir.


Laterit cevherlerinden nikel elde etmek çok zordur, çünkü bu cevherlerde nikelin yoğunluk farkına göre ya da yüzdürerek ayırma yoluyla deriştirilmesi olanağı yoktur. Bu cevherlerin işlenmesinde çok fazla yakıt ve enerji gerektiren pirometalurji teknikleri ya da kimyasal özütleme yöntemi uygulanır.

Bileşikleri

Nikel bileşiklerinde çoğunlukla +2 değerliklidir ama -1,0, +1, +2, +3 ve +4 değerlikli olduğu bileşikleri de vardır. İki değerlikli nikel, düzenleşim (koordinasyon) sayıları 4,5 ve 6 olan ve bütün temel kristal yapılarında bulunabilen pek çok karmaşık oluşturur.

Nikel (II) bileşiklerinin sanayide çok çeşitli kullanım alanları vardır. Örneğin nikel klorür (NİCE), nikel nitrat [Ni(N03)2-6H20] ve nikel sülfamatın [Ni (S03NH2)2:4H20] başlıca kullanım alanı elektrikli nikel kaplama banyolarıdır. Nikel sülfat bileşiği, nikel kaplamada ve ayrıca katalizörlerin hazırlanmasında, emaye kaplamaların ilk katında ve dokumacılıkta mordan olarak kullanılır. Nikel peroksitten ise (Nİ2O3) pillerde yararlanılır. Anten ve transformatör gibi elektrikli aygıtların magnetik çekirdeklerinde ise nikel ferritler kullanılır.

Ticari açıdan önemli bir başka nikel bileşiği de nikel tetrakarbonildir. [Ni(Co)4] Nikelin sıfır değerlikli olduğu bu bileşikten özellikle asetilen ve alkollerden akrilatların bireşimlenmesi sırasında karbon monoksit taşıyıcısı olarak yararlanılır. Renksiz, uçucu bir sıvı olan bu bileşik karbon monoksitin çok ince öğütülmüş nikelle tepkimeye girmesi yoluyla elde edilir. Nikel atomunun, çevresinde 36 elektronun bulunduğu özgün bir elektron yerleşimi vardır. Bu elektron yerleşimi soy gaz atomlarmkine oldukça benzer.

Nikel!

Nikel, yer kabuğundaki bolluğu açısından 24. sıradadır. Başlıca cevherleri, sülfürler, oksitler, silikatlar ve arsenitlerdir. Kanada'da oldukça bol rezervlere sahiptir. ABD'de elde edilen 150 milyon kilogramdan fazla nikelin yüzde 80 kadarı alaşım yapımında, yüzde 15 kadarı kaplamacılıkta ve kalan bölüm diğer amaçlar için kullanılıyordur. Nikelin en kararlı yükseltgenme basamağı, +2'dir. +3 değerlikli Ni, zor elde edilir ve sık karşılaşılmaz. Ni (II)'nin bir elektron vermesi Fe (II) gibi d orbitallerini yarı dolmuş hale getirmez. Nikelin daha büyük değerlikli olduğu bileşiklerini elde etmek olasıysa da Ni (II)'yi Ni (III) haline yükseltgemek demirdeki kadar kolay değildir. Bu özellik nikelin, nikel kadmiyum (NiCd) hücreleri gibi elektrot maddesi olarak kullanılmasını sağlar.