Nickel (Ni) als Element - Technische Daten

Chemische Eigenschaften

Nickel ist ein metallisches Element aus der 9. Nebengruppe des Periodensystems. Von Nickel existieren fünf natürliche Isotope (⁵⁸Ni bis ⁶⁴Ni) und eine Reihe künstlicher Isotope (⁵⁶Ni bis ⁶⁷Ni) mit Halbwertszeiten zwischen 50 Sekunden und 80.000 Jahren. Nickel liegt in den Oxidationsstufen +2 (häufigtse Oxidationsstufe), seltener –1, 0, +1, +3 und +4. Die wasserhaltigen Nickel(II)-Salze und ihre Lösung sind grün.
Reines Nickel ist ein silberglänzendes Metall, das sich ähnlich wie Eisen polieren, schmieden, schweißen, zu Blech walzen und zu Draht ziehen lässt. Es ist schwach ferromagnetisch. Die elektrische Leitfähigkeit erreicht etwa 13,8%, die Wärmeleitfähigkeit 15% von der des Silbers. Reines, massives Nickel ist sehr widerstandsfähig gegen Luft, Wasser, nichtoxidierende Säuren, Alkalien und viele organische Stoffe. Es ist leicht löslich in verdünnter Salpetersäure, wird jedoch von konz. Salpetersäure wegen Passivierung nicht angegriffen. Feinstverteiltes Nickel kann sich pyrophor verhalten. In reinem Sauerstoff verbrennt ein heißer Nickeldraht unter Funkensprühen. Feinverteiltes Nickel kann besonders bei höherer Temperatur beträchtliche Mengen Wasserstoff absorbieren, weshalb es als Hydrierungskatalysator (Raney-Nickel) eine wichtige Rolle spielt.

Physiologie

Nickel zählt zu den Spurenelementen. Der menschliche Körper enthält ca. 10 mg. Zur biologischen Rolle ist noch wenig bekannt, doch scheint es am Kohlenhydrat-Stoffwechsel beteiligt zu sein. Atembare Stäube oder Aerosole von Nickel-Metall, Nickelsulfid, Nickel-Erzen, wie sie bei der Herstellung und Weiterverarbeitung auftreten können, gelten als gefährliche Arbeitsstoffe und als eindeutig krebserzeugend. Bei vielen Nickel-Verbindungen ist ein toxisches, allergenes und mutagenes Potential nachgewiesen worden. Nickel kann sensibilisierend wirken und bei empfindlichen Personen Dermatitis auslösen. Bei Frisören ist die Nickelallergie als Berufskrankheit anerkannt. Die Quelle sind die Edelstahlscheren und Werkzeuge zusammen mit den Reinigungs- und Färbemitteln, die das Nickel mobilisieren. Manche Pflanzen können Nickel aus dem Boden anreichern – Kiefern z.B. auf das 700fache.

Vorkommen

Der Anteil des Nickel an der obersten Erdkruste wird auf 0,015% geschätzt. Damit steht Nickel in der Häufigkeitsliste der Elemente an der 22. Stelle zwischen Chrom und Strontium. Da Eisen-Meteoriten im Durchschnitt 8–9% Nickel enthalten, vermutet man auch im Erdinnern größere Nickel-Mengen. Bekannte Nickel-Mineralien sind z.B. der Garnierit, Pentlandit, Laterit, Ullmannit, Nickelin, Millerit und Annabergit. Für die technische Nickel-Gewinnung sind v.a. Garnierit und einige Magnetkiese (besonders Pentlandit) von Bedeutung. Spurenweise ist Nickel auch in vielen Sedimentgesteinen und in Kohle enthalten. Die größten Vorräte befinden sich allerdings in den ozeanischen Manganknollen, die ca. 1% Nickel enthalten.

Herstellung

Die Gewinnungsmethode für Nickel sind nach der Art der Erze sehr verschieden, doch wird bei den meisten Prozessen eine Sulfid-Stufe durchlaufen. Die Nickel-Produktion wird überwiegend aus den sulfidischen Nickel/Kupfer-Erzen des kanadischen Sudbury-Districts gewonnen. Nach Abrösten verbleibt ein oxidisches Erz, das im allgemeinen größere Mengen Eisen und/oder Kupfer enthält, die abgetrennt werden müssen. Das Rohnickel wird entweder auf elektrolytischem Weg zu mindestens 99,5%igem sog. Elektrolytnickel verarbeitet oder nach dem Carbonyl-Verfahren (Mond-Prozess) in 99,9%iges Carbonylnickel umgewandelt. Sehr reines Nickel wird in Elektrolysezellen hergestellt bei enormen Stromdichten. Die schnell wachsenden Nickel-Crowns werden von der Kathode abgeschert und weiterverarbeitet. Soll das Nickel als Legierungsbestandteil eingesetzt werden, kann man auf die Reinherstellung oft verzichten und produziert Ferronickel oder Nickeloxide.

Verwendung

Der größte Teil der Nickel-Produktion wird zur Stahlveredlung und für Nickel-Basislegierungen verwendet, in geringerem Maße auch für Superlegierungen, zur Elektroplattierung, für Münzen, Behälter, Küchengeräte usw. Nickel-Legierungen mit Kupfer, Chrom, Eisen, Cobalt usw. haben wegen ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften, ihrer Korrosionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Hitze technische Bedeutung. In galvanischen Prozessen wird Nickel als tragende Schicht unter dekorativen Schichten abgeschieden. Große Nickel-Mengen verbrauchen die Erdöl- und chemische Industrie für die heterogene Katalyse, geringere Mengen Fernseh-, Rundfunk-, Telefon- und Rüstungsindustrie. Den meisten ist die Verwendung von Nickel in Akkumulatoren bekannt, den sogenannten NiCd (Nickel-Cadmium)- oder NiMH (Nickel-Metallhydrid - also Wasserstoff)-Zellen. In der präparativen Chemie verwendet man sog. Raney-Nickel für Hydrierungen.

Geschichtliches

Von den Chinesen wurde bereits 2 Jahrtausende vor unserer Zeitrechnung eine dem Neusilber entsprechende Nickel/Kupfer-Legierung als Gebrauchsmetall verwendet; in der Antike diente Nickel den Griechen u.a. als Münzmetall. Der Name des Elements entstand wohl folgendermaßen: Als sächsische Bergleute vor etwa 300 Jahren in der Gegend von Annaberg auf ein rötliches Erz stießen, glaubten sie, Kupfer entdeckt zu haben. Aber bald erkannten sie ihren Irrtum und nannten den Fund ärgerlich Kupfer-Nickel (Nickelin), d.h. vom Nickel (einem Berggeist) verhextes Kupfer. Cronstedt untersuchte 1751 dieses Erz (Nickelin, Rotnickelkies, Arsennickel) und fand darin ein neues Metall, das er Nickel nannte.

siehe auch > Element

Nickel als bergmännischer Begriff

ein anderer Name für > Kobold; Bergnickel, abgel. von Nickolaus : Rotnickelkies

siehe auch > Kobalt

Quellangaben

• Quelle: Römpp-Chemielexikon; 10. Auflage (1996), S. 2892
• Verfasser: Hg