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自然镍
英文名	Nickel
化学式	Ni
分类	自然元素
晶系	等轴晶系
硬度	3
颜色	白
光泽	金属光泽

 镍是一种化学元素，化学符号镍和原子序数28。这是一个银白色，有光泽的金属有轻微的金色色调。镍属于过渡金属和是硬和球墨铸铁。纯镍，示出了显着的化学活性，是粉末状的镍以最大限度地暴露的表面区域，其上可发生反应时，可以观察到，但较大的金属片是缓慢与空气发生反应，在室温条件下，由于形成的保护氧化表面。即使是这样，镍是被动的，足够的氧气，使原生镍很少发现地球表面上，大多局限于较大的镍铁陨石，从氧化保护，在他们的时间在空间的内部。在地球上，总能找到这样的原生镍铁结合，反映这些元素的超新星核合成的主要终端产品的原产地。被认为是一种铁-镍混合物组成地球内核。

 

使用镍（作为一种天然大气的铁镍合金）一直追溯到早在公元前3500年。镍首次分离和分类花样滑冰外一周半跳的弗雷德里克Cronstedt，谁最初误以为其矿石的铜矿产于1751年，作为一种化学元素。元素的名称来自一个调皮的精灵，德国矿工的神话，镍（类似旧尼克），铜镍矿石抗拒的事实，细化到铜的化身。镍最重要的现代矿石矿物为红土，包括褐铁矿，硅镁镍矿和镍。主要的生产基地，包括在加拿大萨德伯里地区（这被认为是大气起源），新喀里多尼亚在太平洋和诺里尔斯克在俄罗斯。

由于镍的缓慢，在室温下的氧化速率，它被认为是耐腐蚀的。以前，这是导致其使用的电镀金属，如铁和铜，其用于化工设备，它的使用，将保留一个银色的抛光，如德银在某些合金。约6％的全球镍产量​​仍然采用耐腐蚀纯镍电镀。镍曾经是一个普通的硬币组成部分，但已很大程度上取代了更便宜的铁为了这个目的，特别是因为金属已被证明是一个对某些人的皮肤过敏原。

镍是在室温附近是铁磁的四个要素之一。部分基于镍的铝镍钴永久磁铁是铁基永久磁铁，稀土类磁铁之间的中间强度。主要是宝贵的，在现代世界的金属形成的合金，约占世界总产量的60％采用的是镍钢（尤其是不锈钢）。其他常见的合金，以及一些新的高温合金，其余的大部分世界镍的使用，消耗小于3％，生产的镍化合物与化学使用。作为化合物，镍具有一些利基化学制造的用途，例如作为催化剂用于加氢。一些微生物和植物的酶含有镍作为活性位点，这使得金属为他们的一种必需的营养素。

特点

原子结构和物理性质

镍是一种银白色金属，有轻微的，可以进行高度抛光的金色色调。它是一个只有四个具有磁性的元素，在或接近室温下，其余为铁，钴和钆。它的居里温度是355℃，这意味着，大容量的镍是在该温度以上的非磁性。的单元电池的镍是面心立方体与晶格常数为0.352 nm的原子半径为0.124纳米给予。镍属于过渡金属和是硬和球墨铸铁。

电子配置之争

镍原子有两个电子配置，[AR] 4S 3D 8和[AR] 4 1 9 3D ，这是非常接近的能源，其中符号[AR]是指氩核心结构。也有一些分歧，应被视为最低的能源配置。化学教科书引述镍的电子组态为[Ar] 4S 3D 8，或等效为[氩] 3D 8 4 2。同意此配置的马德隆的能量排序规则，预测，4S是3D填补前。它是支持的最低能态的镍原子的实验事实是4秒2的3d 8的能量水平，具体的3d 8（3 F）4秒2 3 F，J  = 4级。

然而事实上在这两种配置中的每一个产生一组状态，在不同的能量。两组的能量重叠，州的配置的平均能量为[Ar] 4S 3D 其实是低于平均能量的状态设置为[Ar] 4S 3D 8。出于这个原因，原子计算的研究文献引用的镍基态配置4S 3D 9。

同位素

由5个稳定同位素自然发生的镍，58镍，60镍，61镍，62镍，58镍64 Ni的含量最丰富（68.077％纯天然丰度）62镍是最稳定的核素的所有现有元素，结合能大于两个56铁，经常不正确地引为最稳定的，并且58铁。18的放射性同位素已经具有最稳定的是59镍的半衰期的76000年，63与的半衰期100.1年，和56与的半衰期的6.077天的倪倪。所有其它放射性同位素的半衰期，是不超过60小时，大多数的这些有少于30秒的半衰期。此元素也有一元状态。

镍-56是硅燃烧过程中产生的，后来大量Ia型超新星。迟交倍这些超新星在中间的光变曲线的形状对应的衰变通过电子捕获-56镍钴-56，并最终到铁56。镍-59是一个长期存在的宇宙成因核素的半衰期76000年59镍同位素地质发现了许多应用程序。已使用59镍，到目前为止，地面的陨石的年龄和确定的丰度的外星尘埃的冰和沉淀物。镍-60产品已经灭绝的放射性核素60 Fe的衰减与半衰期为260万年的女儿。由于60 Fe有这么长的半衰期，它的持久性材料在太阳能系统在足够高的浓度可能产生60镍同位素组成的明显变化。因此，60镍中存在的地外物质的丰富，可以提供深入了解太阳系的起源和早期历史。镍62具有最高的任何同位素核子的平均结合能的任何元素（8.7946兆电子伏特/核子）。不失能源由核聚变产生的，不能形成较重的同位素比62镍，48镍，发现于1999年，是最质子丰富的重元素同位素称为。28个质子和20个中子48 Ni是“双魔”（如铅208），因此，异常稳定。

48÷（48镍）78 U（78镍）镍同位素的原子量的范围内。镍-78的半衰期最近一次测量的是110毫秒，被认为是一个重要的同位素比铁重的元素在超新星核合成。

发生

在地球上，镍最常发生在镍黄铁矿硫和铁结合，与硫磺在米勒尔，与中砷矿物nickeline，砷和硫镍方铅矿。中铁陨石合金铁纹石，镍纹石，镍是常见的。

开采的镍大部分来自于两种类型的矿床。首先是红土的主要矿石矿物为含镍褐铁矿（铁，镍）O（OH）和硅镁镍矿的水合硅酸镍（镍，镁）硅2 O 5（OH）4。第二类是岩浆硫化物矿床的主要矿石矿物为黄铁矿：（镍，铁）9 S 8。

澳大利亚和新喀里多尼亚最大的的估计储备（45％在一起）。

在世界资源，确定的土地资源，平均含镍1％或更高包含至少130万吨镍（探明储量的两倍）。约60％的红土和40％是在硫化物矿床。

基于地球物理证据的，大多数的地球上的镍是假设将集中在地球的外芯和内芯。铁纹石和镍纹石是天然存在的铁和镍的合金。对于铁纹石的合金通常是在90:10至95:5的比例虽然钴或碳等杂质可能是存在的，而为镍纹石。的镍含量为20％和65％之间。镍铁陨石铁纹石，镍纹石发生。

化合物

最常见的镍的氧化态为+2，但0的Ni化合物，镍+和Ni 3 +是众所周知的，和镍4 +已被证明。

镍（0）

tetracarbonylnickel（镍（CO）4），由路德维希的Mond发现，是一种挥发性的液体，在室温下。在加热时，该配合物分解回镍和一氧化碳：

镍（CO）4的Ni + 4 CO

这种行为是利用用于净化镍中的Mond过程中，如上所述。相关的镍（0）络合物双（环辛二烯）镍（0）是一个有用的有机镍化学由于很容易移的鳕鱼配位体中的催化剂。

镍（I）

镍（I）的化合物和配合物是罕见的。的暗红色反磁性K 4 [（镍）2（CN）6 ]的Ni（Ⅰ）是一个具有代表性的例子。它制备的K 2通过还原〔Ni 2（CN）6 ]使用钠汞齐。该化合物是不稳定的，从水中释放出H 2气体。

镍（II）

镍（II）形成的化合物与所有常见的阴离子，即硫化物，硫酸盐，碳酸盐，氢氧化物，羧酸盐，和卤化物。大量生产的镍（II）硫酸溶解在硫酸镍的金属或氧化物。它的存在，六，七水合物。该化合物是有用的电镀镍。

四个卤素形成镍化合物，所有这些都采用八面体的几何形状。镍（Ⅱ）氯化物是最常见的，其行为是说明性的其它卤化物。镍（II），氯化产生通过溶解在盐酸中的镍的残基。二氯化物，通常遇到的作为绿色的六水合物，但它可以是脱水，得到黄色的无水氯化镍2。一些四配位的镍（II）配合物的形成四面体和方形平面的几何形状。四面体配合物顺磁性和抗磁的平面正方形配合物。这个均衡以及八面体络合物的形成对比与较重的组10的金属，钯（II），铂（II），二价配合物往往只采用正方形平面的配合物的行为。

二茂镍是已知的;它具有电子计数为20，使得它相对不稳定。

镍（III），和（IV）

对于简单的化合物，镍（III）和镍（Ⅳ）只发生与氟化物和氧化物，与异常的6 KNiIO，这可以被认为是一个正式的盐[IO 6 ] 5 -离子。镍（IV）在的混合氧化物BaNiO 3是本，而Ni（Ⅲ）是本在镍（III）氧化物，它被用来作为阴极，在许多可再充电电池，包括镍-镉，镍-铁，镍氢，镍金属氢化物，某些制造商使用的锂离子电池。镍（III），可以稳定由σ-配体，如硫醇类和膦类。

历史

很容易被误认为是由于镍矿石银矿石，理解这种金属，它的使用可以追溯到相对较新的时代。然而，无意间使用镍古老，可以追溯到公元前3500年。青铜器从现在的叙利亚已经包含了2％的镍。此外，还有中国手稿“白铜（铜镍合金，被称为百通）在1700年和1400年之间。早在17世纪这Paktong白铜出口到英国，但直到1822年，这种合金中的镍含量没有发现。

在中世纪的德国，一个红色的矿物被发现在类似铜矿的矿石山（Erzgebirge）。然而，当矿工们无法提取任何铜，他们指责德国神话，镍（类似旧尼克）一个淘气的精灵，困扰铜。他们称这种矿石Kupfernickel，来自德国的枯否为铜。这个矿是目前已知的是nickeline或砷镍矿，镍砷化物。1751年，阿克塞尔弗雷德里克Cronstedt男爵试图提取铜的kupfernickel获得的，而不是白色的金属，他的名字命名的精神，给了它的名字，矿产，镍。在现代德语中，Kupfernickel或枯否镍合金白铜。

镍的唯一来源后发现，是罕见的Kupfernickel的，但是，从1824年开始，镍，钴蓝生产的副产品获得。是挪威，利用丰富的镍黄铁矿从1848年的第一次大规模的镍生产商。引入镍钢产量在1889年增加对镍的需求，镍矿，新喀里多尼亚，它被发现于1865年，1875年和1915年之间提供了世界上大多数供应。于1883年在加拿大萨德伯里盆地，大型矿床的发现，在诺里尔斯克Talnakh的，俄罗斯在1920年，在Merensky礁，南非在1924年进行了大规模生产的镍可能。

自19世纪中期以来，镍硬币的一个组成部分。在美国，“镍”或“缺口”最初是应用于铜镍飞鹰％，这12％的镍，1857年至1858年，印度头部占相同的合金取代铜从1859-1864 。再后来于1865年，长期指定的3％的镍，镍提高到25％。在1866年，5％的屏蔽镍（含镍25％，75％的铜）拨到指定。随着合金的比例，该术语已被用于在美国本。几乎是纯镍硬币于1881年在瑞士第一次使用，更值得注意的是99.9％的镍5美分的硬币被击中从1922年至1981年在加拿大（世界上最大的镍生产商的时间），在非战争年代，他们的金属内容，这些硬币磁性。在1942-45战时期间，多个或全部镍从加拿大和美国的硬币，由于镍的战争中使用的关键装甲。加拿大切换合金，镀钢在朝鲜战争期间，但被迫停止生产纯镍“镍币”在1981年，1968年后只保留了纯粹的99.9％的镍合金更高价值的硬币。最后，在21世纪，镍价上涨，大多数国家在他们的硬币以前使用的镍放弃了金属成本的原因，和美国5美分仍然是几个硬币中的金属仍然使用，除外观电镀。

生产

2011年，俄罗斯最大的镍生产商，约五分之一的世界份额，紧随其后的是美国，加拿大，澳大利亚，印度尼西亚和菲律宾，由美国地质调查局的报告。镍在欧洲最大矿床位于在希腊（83％）。在土耳其西部的一个镍矿被利用，这个位置特别方便欧洲冶炼厂，钢铁企业和工厂。一个地区在美国进行商业开采镍是谜，俄勒冈州，其中几个平方公里的含镍的硅镁表面存款。的矿山关闭于1987年。鹰矿项目是一项拟议的新镍矿在密歇根州的上半岛。

提取和纯化

镍收回冶炼。镍是通过常规的焙烧和还原过程，得到纯度大于75％的金属从矿石提取。在许多不锈钢应用中，75％的纯镍可以使用不经进一步纯化，这取决于组合物的杂质。

传统上，大多数硫化矿采用火法冶炼技术，生产出了磨砂，以便进一步精炼处理。在湿法冶金的最新进展已导致显着的镍提纯使用这些方法。通过火法冶炼提取泡沫浮选过程中，大多数硫化物矿床传统上一直由集中处理。在湿法冶金工艺中，硫化​​镍矿石进行浮选（差浮选如果Ni / Fe比太低），然后熔炼。生产高冰镍后，进一步的处理是通过谢里特 - 戈登过程。首先，加入硫化氢除去铜，留下唯一的钴和镍的浓缩物。然后，使用溶剂萃取分离的钴和镍，镍的最终浓度大于99％。

电解

第二个常见的形式进一步精制成的镍盐溶液中，然后从溶液中的镍镀敷到电解镍阴极作为由电 - 获奖涉及浸出的金属磨砂。

蒙德过程

的镍氧化物的纯化，以获得最纯净的金属进行通过的Mond的过程，从而增加了纯度大于99.99％的镍精矿。这个过程是由L.蒙德，并已申请了专利，工业用，因为在20世纪开始前。在这个过程中，镍与一氧化碳反应，在约4​​0-80℃下，以形成硫的催化剂的存在下，在羰基镍。熨斗也给出五羰基铁，但该反应是缓慢的。如果有必要，也可以通过蒸馏分离。羰基二钴八羰基也是在这一过程中形成的，但在反应温度下分解tetracobalt十二羰基，得到一种非挥发性的固体。

镍被重新得到的羰基镍，由两个过程之一。它可以通过一个大腔室在高温度，其中几十成千上万的镍球，称为粒料，都在不断搅拌。然后，它分解沉积的纯镍的镍球上。可替代地，羰基镍可以在一个较小的腔室，在230℃分解，以创建细镍粉。所得一氧化碳重新通过过程中循环再利用。此过程中所产生的高度纯镍被称为“羰基镍”。

金属价值

市场镍价大幅上升，2006和2007年的最初几个月，2007年4月5日，金属的交易价格在52,300美元/吨或1.47美元/盎司。价格随之急剧下降，从这些峰值，并于2009年1月19日的金属交易价格为10,880美元/吨。

美国镍币含​​有0.04盎司（1.25克）的镍，在2007年4月的价格是价值65美分，3.75克以上的铜，价值约3分钱，使金属价值超过了9美分。由于面值5美分的镍，这使得它的人想卖利润的金属熔化有吸引力的目标。然而，美国铸币厂，预计这种做法，2006年12月14日实施了新的临时规则，公开征求意见30天，定为刑事犯罪美分，镍的熔点和出口。违者可被判处罚款10,000元及/或监禁最长不超过五年的。

2011年9月16日，熔体价值美国的镍0.0600409美元，高于面值的20％。

应用

目前全球镍生产用于各种应用的馏分如下：46％用于使镍钢;有色金属合金和超合金中的34％; 14％，电镀，和6％用于其他用途。

在很多具体的和公认的工业和消费产品，包括不锈​​钢，铝镍钴磁铁，造币，可充电电池，电吉他弦，麦克风胶囊，和特殊合金，镍。它也可用于电镀和玻璃中的绿色色调。镍讲话是金属的合金，其主要用途是在镍钢和镍铸铁，其中有许多品种。它也被广泛使用在许多其他合金，如镍黄铜和青铜，合金，铜，铬，铝，铅，钴，银和金（镍基合金，镍铬铁合金，蒙乃尔合金，NIMONIC）。

由于其耐腐蚀性能，镍已偶尔使用历史作为替代用于装饰的银。镍，偶尔也使用1859年后，在一些国家作为一种廉价的铸币金属（见上文），但更便宜的不锈钢（即铁）合金，除特别是在美国，开始在20世纪的最后几年，已经在很大程度上取代。

镍是一个很好的若干其他贵金属的合金剂，其使用所谓的火法，作为一个收藏家的铂族元素（PGE）。因此，镍是能够充分收集所有6个铂族元素的元素，从矿石中，除了黄金部分收集。高通量镍矿也可以从事在的PGE恢复（主要是铂和钯）的例子是俄罗斯的诺里尔斯克在加拿大萨德伯里盆地中。

用于碱性燃料电池的气体扩散电极中使用的发泡镍或镍网。

镍及其合金作为催化剂的加氢反应中经常使用。细碎的镍 - 铝合金，阮内镍，是一种常见形式，但是相关的催化剂也是经常使用的，包括有关'阮内型催化剂。

镍是一种自然的磁致伸缩材料，这意味着，在磁场的存在下，材料经历长度中的小变化。在镍的情况下，这种变化的长度是负的（材料的收缩），这是被称为负磁致伸缩，的顺序为50 ppm。

镍烧结碳化钨或硬质合金行业在作为粘合剂使用，并在6至12％（重量）的比例使用。镍可以使碳化钨磁性烧结碳化钨份，并添加抗腐蚀的特性，虽然硬度低于与钴的粘结剂制成的零件。

生物作用

虽然没有承认，直到20世纪70年代，镍起着重要的作用，在微生物和植物的生物学。事实上，协助尿素的水解酶（脲酶）含有镍。含镍的镍铁氢化酶铁硫簇。这种镍铁]氢化酶典型的氧化ħ 2。镍的四吡咯辅酶，辅酶F430，是甲基辅酶M还原酶，它的权力产甲烷古菌。其中的一氧化碳脱氢酶组成的Fe-Ni-S簇。其他含镍的酶包括一种罕见的细菌类，超氧化物歧化酶和乙二醛酶在细菌和的几个寄生真核锥虫寄生虫（这种酶在高等生物，包括酵母和哺乳动物，使用二价锌，锌2 +）。

毒性

在美国，镍及其化合物的最低风险水平被设定为0.2微克/米3，用于吸入在15-364天。硫化镍烟尘和灰尘被认为是致癌的，而且各种其他的镍化合物以及可能。羰基镍〔Ni（CO）4 ]，是一个极其有毒气体。金属羰基化合物的毒性是一个毒性的金属，以及羰基的能力给予高度有毒的一氧化碳气体的功能，而这一次也不例外，羰基镍在空气中爆炸。致敏的个体可能会表现出对镍过敏，影响自己的皮肤，也被称为皮炎。镍的敏感度也可以是存在于患者的汗？疹。镍接触性过敏的一个重要原因是，部分原因是由于它的使用在珠宝首饰用于打耳洞的。打耳洞的镍过敏的影响中经常出现皮肤发痒，红。现在许多耳环不含镍，由于此问题。受欧盟与人体皮肤接触的产品中允许使用的镍量。2002年，研究人员发现了大量的镍发出的远远超过这些标准1和2欧元硬币。这被认为是由于电镀反应。

镍是在2008年由美国接触性皮炎协会票选为年度变应原。

报告还表明，镍诱导激活缺氧诱导因子（HIF-1）和缺氧诱导基因的上调是由于耗尽细胞内抗坏血酸水平。向培养基中加入抗坏血酸增加胞内抗坏血酸水平和扭转金属诱导稳定HIF-1和HIF-1α-依赖的基因表达。