Nickel

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	8,90
Härte nach Mohs und Brinell	ca. 1 · 109
Schallgeschwindigkeit in	4974
Schmelztemperatur in °C	1450
spezifische Schmelzwärme in	299,5
Siedetemperatur in °C	2730
spezifische Verdampfungswärme in	6388,4
Standardentropie S0 in	30
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	90,7
spezifische Wärmekapazität in	0,444
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,0685
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,015

Drahtstifte aus Nickel

Isotope des Elements

In der Natur kommt Nickel in fünf verschiedenen stabilen Isotopen vor. Es sind noch 24 weitere künstliche Radioisotope bekannt, die nicht alle in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind.

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
28	58	57,935 342	68,1%
	60	59,930 787	26,1%
	61	60,931 056	1,2%
	62	61,928 342	3,6%
	63	62,929 664	künstlich	β : 0,07	120 a
	64	63,927 958	1,0%
	65	64,930 072	künstlich	β : 2,1	2,6 h

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Nickel ist ein silberweißes, glänzendes, zähes und gut dehnbares Schwermetall. Es lässt sich ähnlich wie Eisen gut schmieden, walzen, zu Drähten ausziehen, schweißen und polieren. Es gehört in die sogenannte Eisengruppe. Nickel kristallisiert in kubisch- dichtester Kugelpackung (β-Nickel) und in einer unbeständigeren hexagonal-dichtesten Nickelmodifikation, dem α-Nickel. Nickel ist ein guter Strom- und Wärmeleiter und besitzt eine mittlere Schmelz- und Siedetemperatur (ähnlich der von Eisen und Cobalt). Das Metall bildet in seinen Verbindungen alle Oxidationsstufen von -I bis VI, von denen die Stufe II die häufigste und beständigste ist. Nickel hat ein negatives Normalpotenzial, daher wird es als unedles und schwach elektropositives Metall ausgewiesen. Es ähnelt in seinem chemischen Verhalten Cobalt und Eisen. Reines, kompaktes Nickel ist bei Raumtemperatur sehr widerstandsfähig gegen Luft, Sauerstoff, Wasser und viele organische Stoffe. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es als Korrosionsschutz von Eisenteilen eingesetzt, diese werden galvanisch vernickelt oder mit Nickelblech verschweißt. Nickel wird von nicht oxidierenden Säuren nur langsam angegriffen. Selbst durch Salpetersäure erfolgt kein Angriff, denn infolge von Passivierung bildet sich auf der Oberfläche eine dünne Oxidschicht. Verdünnte Salpetersäure greift Nickel sofort unter Bildung von Wasserstoff und dem Nitrat an. Im Sauerstoffmilieu verbrennt Nickel unter Funkenbildung zu Nickel(II)-oxid. Bei höheren Temperaturen reagiert Nickel mit den Halogenen. Nickel bildet zahlreiche, meist farbige blaue, grüne und gelbe Verbindungen und Komplexe. Die meisten Komplexe sind in Wasser nur wenig bzw. nicht löslich.

Entdeckung

Im Jahr 1751 entdeckte der schwedische Chemiker und Mineraloge AXEL FRIEDERICK CRONSTEDT (1722-1756) Nickel bei der Untersuchung des Rotnickelkieses in Stockholm und stellte es durch Reduktion des Oxids in unreiner Form dar. CRONSTEDT nannte das Metall «Nickel», das chemische Symbol «Ni» wurde 1814 von BERZELIUS vorgeschlagen. Der Name des Metalls stammt von sächsischen Bergleuten, die das dem Kupfer sehr ähnliche Erz im Spätmittelalter im Erzgebirge entdeckt hatten. Da sie daraus kein Kupfer gewinnen konnten, nannten sie es verächtlich Kupfernickel, das so viel wie Teufelskupfer oder Nikolauskupfer bedeutet. Mit dem Wort Nickel bezeichnet man einen Kobold, Geist, störrischen Menschen o. Ä. Das reine Metall wurde erstmals 1755 von TORBERN OLOF BERGMAN (1735-1784) hergestellt.

Vorkommen/Herstellung

Nickel gehört zu den relativ häufigen Elementen auf der Erde und steht an 21. Stelle der Elementhäufigkeit. Der Nickelgehalt der Erde nimmt mit der Tiefe zu. Es kommt in der Natur nie gediegen vor, nur in Form von Verbindungen, meist als Sulfid, Silicat und Arsenid. Die bekannten Nickelreserven schätzt man auf 125 Millionen Tonnen, welche sich auf die gesamte Erde verteilen, die Hauptvorkommen liegen jedoch auf Kuba, Neukaledonien, Kanada, Indonesien, Südafrika, Norwegen etc. Nickel wird großtechnisch vorwiegend aus sulfidischen Erzen hergestellt, wobei Pyrrhotin oder Magnetkies das wichtigste Erz darstellt. Es besteht vorwiegend aus Nickelsulfid, Kupfersulfid, Eisen(II)-sulfid und Eisen(III)-oxid. Das Erz enthält maximal 2 % Nickel in Form des Sulfids. In der technischen Herstellung wird das Erz zuerst auf 5 % Nickelgehalt angereichert, danach vorgeröstet und mit kieselsäurehaltigen Zuschlägen und Koks verschmolzen. Eisenoxid verschlackt dabei im Allgemeinen zu Eisensilicat und fließt aus dem Ofen ab. Das verbleibende Gemisch aus NiS, Cu2S und FeS, Kupfer-Nickel-Rohstein, sammelt sich und wird periodisch abgestochen. FeS wird in einem Konverter oxidiert und mit SiO2 verschlackt, wobei ein Gemisch aus NiS und Cu2S, Kupfer-Nickel-Feinstein, zurückbleibt. Die Sulfide werden durch Schmelzen mit Na2S getrennt, wobei sich NiS sammelt und zu NiO geröstet und mit Koks zu Rohnickel reduziert wird. Reinstnickel wird durch thermische Zersetzung von Ni(CO)4 nach dem MOND-Verfahren gewonnen.

Verwendung

Nickel wird hauptsächlich zur Stahlveredelung verwendet, schon ein geringer Zusatz an Nickel verbessert die Qualität des Stahls erheblich, z. B. die Korrosionsbeständigkeit, Härte und Zähigkeit. Ein weiterer Teil dient zur Elektroplattierung von Metallen oder als Anodenmaterial bei der galvanischen Vernickelung hauptsächlich von Eisenoberflächen. Auch zahlreiche Gebrauchsgegenstände wie Tiegel, Schalen, Instrumente für Labor und Medizin werden aus Rohnickel hergestellt. In der Elektrotechnik dient Nickel zur Herstellung von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Thermoelementen wie Ni/Cr-Ni. Nickel eignet sich weiterhin wegen seiner guten Absorptionsfähigkeit von molekularem Wasserstoff gut als Hydrierungs- und Dehydrierungskatalysator.

Wichtige Verbindungen

Oxide wechselnder Zusammensetzung (NiO1-x), Halogenide (NiX2 sowie NiF3) und zahlreiche Oxonickelate (MNiO2) sind wichtige Verbindungen. Besonders umfangreich ist die Zahl der Komplexverbindungen, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen wird.

Bau

Nickel kristallisiert in einem kubisch-dichtesten Metallgitter.