Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....


Nickel

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 28
Symbol Ni
CAS-Nr. 7440-02-0
Atomgewicht 58.6934 amu
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d8 4s2
Schmelzpunkt 1455 °C
Siedepunkt 2913 °C
Dichte 8.902 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Nickel wurde erstmals 1751 von A.F. Cronstedt in schwedischen Erzen entdeckt. Allerdings wurde diese Entdeckung von einigen Zeitgenossen stark angezweifelt, und erst als 1775 T. Bergman die Entdeckung durch umfangreiche Analysen bestätigte, wurde die Entdeckung von Nickel allgemein anerkannt.
Vorkommen
Nickel kommt in den meisten Lagerstätten nur im unteren Prozentbereich vor. Das wichtigste Nickelerz ist Pentlandit, (Ni,Fe)9S8, das etwa 60% zur Weltproduktion von Nickel beisteuert. Die wichtigsten Nickelvorkommen befinden sich in Kanada, Russland, Neukaledonien, Australien, Cuba, und Indonesien.

Nickel kommt mit einem erstaunlich hohen Anteil (5-20%) in Eisenmeteoriten vor, von denen man annimmt, dass sie aus ähnlichem Material bestehen wie der Erdkern.

Herstellung und Gewinnung
Die großtechnische Herstellung von Nickel ähnelt der von Kupfer. Dabei wird zuerst das vorgeröstete Material (eine Mischung aus NiS, Cu2S, Fe2O3 und FeS) mit Koks und SiO2 aufgeschmolzen, wobei das Eisenoxid als Eisensilikatschlacke abfließt. Der zurückbleibende flüssige Kupfer-Nickel-Rohstein (Schmelze aus NiS, Cu2S und FeS) wird regelmäßig abgestochen und in einem Konverter vom Eisen befreit (Oxidation des Eisensulfids, FeS, durch eingeblasene Luft mit anschließender Verschlackung mit SiO2. Zurück bleibt der eisenfreie Kupfer-Nickel-Feinstein, eine Mischung aus Cu2S und 20% NiS.
Elementares Nickel. Foto: Wikimedia Commons, User Materialscientist

Zur Gewinnung von metallischem Nickel wird der Feinstein mit Natriumsulfat und Koks verschmolzen, wobei das Natriumsulfat zu Natriumsulfid reduziert wird und dieses mit dem Kupfersulfid zu Kupfernatriumsulfid CuNaS weiter reagiert. Das Nickelsulfid ist spezifisch schwerer und bildet die Bodenschicht, während das Doppelsulfid CuNaS obenauf schwimmt und sich nicht mit dem NiS mischt. Dadurch kann das NiS leicht abgetrennt werden. Zur Weiterverarbeitung wird es geröstet und das entstehende Nickeloxid mit Koks zu metallischem Nickel (Rohnickel) reduziert.

Das Rohnickel kann dann entweder elektrolytisch oder mit dem Mond-Verfahren (Transportprozess, der auf der Bildung und Zersetzung von Nickeltetracarbonyl beruht) gereinigt werden. Für den Mondprozess kann auch totgerösteter Feinstein eingesetzt werden.

Eigenschaften
Nickel ist ein silbrig glänzendes, ferromagnetisches Metall, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist und gut schmiedbar ist. Nickel löst sich in nicht-oxidierenden Säuren nur langsam, in Schwefelsäure aufgrund der auftretenden Passivierung gar nicht. Von verdünnter Salpetersäure wird es leicht gelöst. Alkalihydroxide greifen Nickel selbst als Schmelze nicht an. Sehr fein verteiltes Nickel kann an der Luft aber pyrophor sein.
Verwendung
Nickel wird hauptsächlich in Legierungen eingesetzt, wobei den Löwenanteil die Stahlindustrie verbraucht (Nickel- oder Chromnickelstahl). Nickellegierungen mit Kupfer weisen eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit auf (z.B. Monelmetall für Arbeiten mit Fluor), Weiters ist Konstantan eine Legierung, die einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands aufweist. Interessant ist auch die Nickel-Titan-Legierung Nitinol, die einen Memoryeffekt zeigt und supereleastisch ist (ca. 30x höhere Elastizität als normale Metalle). Man kann einen Nitinoldraht z.B. beliebig biegen und zu Knäueln zusammenrollen, beim Eintauchen in heißes Wasser kehrt der Draht wieder in seine ursprüngliche Form zurück.

Nickel wird weiters in Nickel-Cadmium-Akkus, in Nickel-Metallhydrid-Akkus und in Alnico-Dauermagneten eingesetzt.



Last Update: 2013-08-08