El níquel es un elemento químico ; tiene símbolo Ni y número atómico 28. Es un metal brillante de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel es un metal de transición duro y dúctil . El níquel puro es químicamente reactivo, pero las piezas grandes tardan en reaccionar con el aire en condiciones estándar porque se forma una capa de pasivación de óxido de níquel en la superficie que evita una mayor corrosión. Aun así, el níquel nativo puro se encuentra en la corteza terrestre sólo en pequeñas cantidades, generalmente en rocas ultramáficas , [6] [7] y en el interior de meteoritos de níquel-hierro más grandes que no estuvieron expuestos al oxígeno cuando estaban fuera de la atmósfera terrestre.
El níquel meteórico se encuentra en combinación con hierro , un reflejo del origen de esos elementos como principales productos finales de la nucleosíntesis de supernovas . Se cree que una mezcla de hierro y níquel compone los núcleos exterior e interior de la Tierra . [8]
El uso de níquel (como aleación meteórica natural de níquel-hierro) se remonta al año 3500 a. C. El níquel fue aislado y clasificado por primera vez como elemento en 1751 por Axel Fredrik Cronstedt , quien inicialmente confundió el mineral con un mineral de cobre , en las minas de cobalto de Los, Hälsingland, Suecia . El nombre del elemento proviene de un duende travieso de la mitología minera alemana, Nickel (similar a Old Nick ). Los minerales de níquel eran verdes, como los minerales de cobre, y se los conocía como kupfernickel (cobre de níquel) porque no producían cobre. Una fuente económicamente importante de níquel es la limonita de mineral de hierro , que suele contener entre 1 y 2% de níquel. Otros minerales importantes de níquel incluyen la pentlandita y una mezcla de silicatos naturales ricos en Ni conocida como garnierita . Los principales sitios de producción incluyen la región de Sudbury , Canadá (que se cree que es de origen meteórico ), Nueva Caledonia en el Pacífico y Norilsk , Rusia.
El níquel es uno de los cuatro elementos (los otros son hierro , cobalto y gadolinio ) [9] que son ferromagnéticos aproximadamente a temperatura ambiente. Los imanes permanentes de Alnico basados parcialmente en níquel tienen una resistencia intermedia entre los imanes permanentes de hierro y los imanes de tierras raras . El metal se utiliza principalmente en aleaciones y revestimientos resistentes a la corrosión. Alrededor del 68% de la producción mundial se utiliza en acero inoxidable . Otro 10% se utiliza para aleaciones a base de níquel y cobre, un 9% para enchapado, un 7% para aceros aleados, un 3% en fundiciones y un 4% en otras aplicaciones como baterías recargables, [ 10] incluidas las de vehículos eléctricos (EV). [11] El níquel se utiliza ampliamente en las monedas , aunque los objetos niquelados a veces provocan alergia al níquel . Como compuesto, el níquel tiene varios usos específicos en la fabricación de productos químicos, como catalizador para la hidrogenación , cátodos para baterías recargables, pigmentos y tratamientos de superficies metálicas. [12] El níquel es un nutriente esencial para algunos microorganismos y plantas que tienen enzimas con níquel como sitio activo . [13]
El níquel es un metal de color blanco plateado con un ligero tinte dorado que requiere un alto pulido. Es uno de los cuatro elementos que son ferromagnéticos a temperatura ambiente o cerca de ella; los demás son hierro, cobalto y gadolinio . Su temperatura Curie es de 355 °C (671 °F), lo que significa que el níquel a granel no es magnético por encima de esta temperatura. [15] [9] La celda unitaria del níquel es un cubo centrado en las caras ; tiene un parámetro de red de 0,352 nm, lo que da un radio atómico de 0,124 nm. Esta estructura cristalina es estable a presiones de al menos 70 GPa. El níquel es duro, maleable y dúctil , y tiene una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta para los metales de transición. [16] La alta resistencia a la compresión de 34 GPa, predicha para cristales ideales, nunca se obtiene en el material a granel real debido a la formación y el movimiento de dislocaciones . Sin embargo, se ha conseguido en nanopartículas de Ni . [17]
El níquel tiene dos configuraciones electrónicas atómicas , [Ar]3d 8 4s 2 y [Ar]3d 9 4s 1 , que tienen energías muy cercanas; [Ar] indica la estructura completa del núcleo de argón . Existe cierto desacuerdo sobre qué configuración tiene menor energía. [18] Los libros de texto de química citan la configuración electrónica del níquel como [Ar] 4s 2 3d 8 , [19] también escrito [Ar] 3d 8 4s 2 . [20] Esta configuración concuerda con la regla de ordenación de energía de Madelung , que predice que 4s se llena antes que 3d. Está respaldado por el hecho experimental de que el estado de energía más bajo del átomo de níquel es un nivel de energía 3d 8 4s 2 , específicamente el nivel 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F, J = 4. [21] [22]
Sin embargo, cada una de estas dos configuraciones se divide en varios niveles de energía debido a la estructura fina , [21] [22] y los dos conjuntos de niveles de energía se superponen. La energía promedio de los estados con [Ar] 3d 9 4s 1 es en realidad menor que la energía promedio de los estados con [Ar] 3d 8 4s 2 . Por lo tanto, la literatura de investigación sobre cálculos atómicos cita la configuración del estado fundamental como [Ar] 3d 9 4s 1 . [18]
Los isótopos del níquel varían en peso atómico desde 48 u (48
Ni ) a 82 u (82
Ni ). [5]
El níquel natural se compone de cinco isótopos estables ,58
ni ,60
ni ,61
ni ,62
Ni y64
Ni , de los cuales58
El Ni es el más abundante (68,077% de abundancia natural ). [5]
El níquel-62 tiene la energía de enlace por nucleón más alta de cualquier nucleido : 8,7946 MeV/nucleón. [23] [24] Su energía de enlace es mayor que ambas.56fe y58Fe , nucleidos más abundantes a menudo citados incorrectamente como los que tienen la mayor energía de enlace. [25] Aunque esto parecería predecir que el níquel es el elemento pesado más abundante en el universo, la alta tasa de fotodesintegración del níquel en el interior estelar hace que el hierro sea, con diferencia, el más abundante. [25]
El níquel-60 es el producto hijo del radionucleido extinto 60Fe (vida media 2,6 millones de años). Debido a la larga vida media de60
Fe , su persistencia en materiales del Sistema Solar puede generar variaciones observables en la composición isotópica del60
Ni . Por tanto, la abundancia de60
El Ni en material extraterrestre puede dar una idea del origen del Sistema Solar y su historia temprana. [26]
Se han caracterizado al menos 26 radioisótopos de níquel; los más estables son59
Ni con vida media de 76.000 años,63
Ni (100 años), y56
Ni (6 días). Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 60 horas y la mayoría tienen vidas medias inferiores a 30 segundos. Este elemento también tiene un metaestado . [5]
El níquel-56 radiactivo se produce mediante el proceso de combustión del silicio y luego se libera en grandes cantidades en las supernovas de tipo Ia . La forma de la curva de luz de estas supernovas en tiempos intermedios y tardíos corresponde a la desintegración mediante captura de electrones de56
Ni al cobalto -56 y finalmente al hierro-56. [27] El níquel-59 es un radionucleido cosmogénico de larga vida ; vida media 76.000 años.59
El Ni ha encontrado muchas aplicaciones en geología isotópica .59
El Ni se ha utilizado para fechar la edad terrestre de los meteoritos y para determinar la abundancia de polvo extraterrestre en el hielo y los sedimentos . La vida media del níquel-78 se midió recientemente en 110 milisegundos y se cree que es un isótopo importante en la nucleosíntesis de supernovas de elementos más pesados que el hierro. [28] 48 Ni, descubierto en 1999, es el isótopo de elemento pesado más rico en protones que se conoce. Con 28 protones y 20 neutrones , el 48 Ni es " doblemente mágico ", al igual que el 78 Ni con 28 protones y 50 neutrones. Por lo tanto, ambos son inusualmente estables para núcleos con un desequilibrio protón-neutrón tan grande . [5] [29]
El níquel-63 es un contaminante que se encuentra en la estructura de soporte de los reactores nucleares. Se produce mediante la captura de neutrones por el níquel-62. También se han encontrado pequeñas cantidades cerca de sitios de pruebas de armas nucleares en el Pacífico Sur. [30]
En la Tierra, el níquel se presenta con mayor frecuencia en combinación con azufre y hierro en la pentlandita , con azufre en la millerita , con arsénico en el mineral níquelina y con arsénico y azufre en la galena de níquel . [31] El níquel se encuentra comúnmente en meteoritos de hierro como las aleaciones kamacita y taenita . El níquel en meteoritos fue detectado por primera vez en 1799 por Joseph-Louis Proust , un químico francés que entonces trabajaba en España. Proust analizó muestras del meteorito procedente de Campo del Cielo (Argentina), que había sido obtenido en 1783 por Miguel Rubín de Celis, descubriendo en ellas la presencia de níquel (alrededor de un 10%) junto con hierro. [32]
La mayor parte del níquel se extrae de dos tipos de depósitos minerales . La primera es la laterita , donde las principales mezclas de minerales son limonita niquelífera , (Fe,Ni)O(OH) y garnierita (una mezcla de varios níquel hidratado y silicatos ricos en níquel). El segundo son los depósitos de sulfuros magmáticos , donde el principal mineral es la pentlandita : (Ni,Fe) 9 S 8 . [33]
Indonesia y Australia tienen las mayores reservas estimadas, con un 43,6% del total mundial. [34]
Los recursos terrestres identificados en todo el mundo con un promedio de 1% de níquel o más comprenden al menos 130 millones de toneladas de níquel (aproximadamente el doble de las reservas conocidas). Alrededor del 60% se encuentra en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuros. [35]
Según la evidencia geofísica , se cree que la mayor parte del níquel de la Tierra se encuentra en los núcleos exterior e interior de la Tierra . La kamacita y la taenita son aleaciones naturales de hierro y níquel. Para la kamacita, la aleación suele tener una proporción de 90:10 a 95:5, aunque pueden estar presentes impurezas (como cobalto o carbono ). La taenita contiene entre un 20% y un 65% de níquel. La kamacita y la taenita también se encuentran en los meteoritos de níquel y hierro . [36]
El estado de oxidación más común del níquel es +2, pero los compuestos de Ni 0 , Ni + y Ni 3+ son bien conocidos, y se han producido y estudiado los estados de oxidación exóticos Ni 2− y Ni − . [37]
El níquel tetracarbonilo (Ni(CO) 4 ), descubierto por Ludwig Mond , [38] es un líquido volátil y altamente tóxico a temperatura ambiente. Al calentarlo, el complejo se descompone nuevamente en níquel y monóxido de carbono:
Este comportamiento se aprovecha en el proceso Mond para purificar níquel, como se describe anteriormente. El complejo de níquel (0) relacionado bis (ciclooctadieno) níquel (0) es un catalizador útil en la química del organoníquel porque los ligandos del ciclooctadieno (o bacalao ) se desplazan fácilmente.
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Los complejos de níquel (I) son poco comunes, pero un ejemplo es el complejo tetraédrico NiBr(PPh 3 ) 3 . Muchos complejos de níquel (I) tienen enlaces Ni-Ni, como el K 4 [Ni 2 (CN) 6 ] diamagnético de color rojo oscuro preparado mediante reducción de K 2 [Ni 2 (CN) 6 ] con amalgama de sodio . Este compuesto se oxida en agua, liberando H 2 . [39]
Se cree que el estado de oxidación del níquel (I) es importante para las enzimas que contienen níquel, como la [ NiFe]-hidrogenasa , que cataliza la reducción reversible de protones a H2 . [40]
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El níquel (II) forma compuestos con todos los aniones comunes, incluidos sulfuro , sulfato , carbonato, hidróxido, carboxilatos y haluros. El sulfato de níquel (II) se produce en grandes cantidades disolviendo níquel metálico u óxidos en ácido sulfúrico , formando un hexahidrato y un heptahidrato [41] útiles para galvanizar níquel. Las sales comunes de níquel, como cloruro, nitrato y sulfato, se disuelven en agua para dar soluciones verdes del complejo acuoso metálico [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . [42]
Los cuatro haluros forman compuestos de níquel, que son sólidos con moléculas con centros octaédricos de Ni. El cloruro de níquel (II) es el más común y su comportamiento es ilustrativo del de los otros haluros. El cloruro de níquel (II) se obtiene disolviendo níquel o su óxido en ácido clorhídrico . Generalmente se encuentra como hexahidrato verde, cuya fórmula suele escribirse NiCl 2 ·6H 2 O . Cuando se disuelve en agua, esta sal forma el complejo acuoso metálico [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ . La deshidratación de NiCl 2 ·6H 2 O da NiCl 2 anhidro de color amarillo . [43]
Algunos complejos tetracoordinados de níquel (II), por ejemplo, cloruro de bis(trifenilfosfina)níquel , existen tanto en geometrías planas tetraédricas como cuadradas. Los complejos tetraédricos son paramagnéticos ; los complejos planos cuadrados son diamagnéticos . Al tener propiedades de equilibrio magnético y formación de complejos octaédricos, contrastan con los complejos divalentes de los metales más pesados del grupo 10, paladio (II) y platino (II), que forman sólo una geometría cuadrada-plana. [37]
El níquelceno es conocido y tiene un recuento de electrones de 20. Es mucho menos estable que el ferroceno. Muchas reacciones químicas del níqueloceno tienden a producir productos de 18 electrones. [44]
Se conocen muchos compuestos de Ni(III). El Ni(III) forma sales simples con iones fluoruro [45] u óxido . El Ni (III) puede estabilizarse mediante ligandos donantes σ como tioles y organofosfinas . [39]
El Ni (III) se encuentra en el hidróxido de óxido de níquel , que se utiliza como cátodo en muchas baterías recargables , incluidas las de níquel-cadmio , níquel-hierro , níquel-hidrógeno y níquel-hidruro metálico , y lo utilizan ciertos fabricantes en baterías de iones de litio. . [46]
El Ni(IV) se encuentra en el óxido mixto BaNiO 3 . El Ni(IV) sigue siendo un estado de oxidación poco común y se conocen muy pocos compuestos. [47] [48] [49] [50]
Debido a que los minerales de níquel se confunden fácilmente con minerales de plata y cobre, el conocimiento de este metal y de su uso es relativamente reciente. Pero el uso involuntario de níquel es antiguo y se remonta al año 3500 a.C. Se ha descubierto que los bronces de lo que hoy es Siria contienen hasta un 2% de níquel. [51] Algunos manuscritos chinos antiguos sugieren que allí se utilizó "cobre blanco" ( cuproníquel , conocido como baitong ) entre 1700 y 1400 a. Este cobre blanco de Paktong se exportó a Gran Bretaña ya en el siglo XVII, pero el contenido de níquel de esta aleación no se descubrió hasta 1822. [52] Los reyes bactrianos Agatocles , Eutidemo II y Pantaleón acuñaron monedas de aleación de níquel-cobre en del siglo II a. C., posiblemente del cuproníquel chino. [53]
En la Alemania medieval, se encontró en las Montañas Metálicas un mineral amarillo metálico que se parecía al mineral de cobre. Pero cuando los mineros no pudieron obtener cobre de él, culparon a un duende travieso de la mitología alemana, Nickel (similar al Viejo Nick ), por acosar el cobre. A este mineral lo llamaron Kupfernickel, del alemán Kupfer, "cobre". [54] [55] [56] [57] Este mineral ahora se conoce como mineral níquelina (anteriormente niccolita [58] ), un arseniuro de níquel . En 1751, el barón Axel Fredrik Cronstedt intentó extraer cobre del kupfernickel en una mina de cobalto en el pueblo de Los, Suecia , y en su lugar produjo un metal blanco al que llamó níquel , en honor al alcohol que había dado nombre al mineral. [59] En alemán moderno, Kupfernickel o Kupfer-Nickel designa la aleación cuproníquel . [dieciséis]
Originalmente, la única fuente de níquel era el raro Kupfernickel. A partir de 1824, el níquel se obtuvo como subproducto de la producción de azul cobalto . La primera fundición de níquel a gran escala comenzó en Noruega en 1848 a partir de pirrotita rica en níquel . La introducción del níquel en la producción de acero en 1889 aumentó la demanda de níquel; Los depósitos de níquel de Nueva Caledonia , descubiertos en 1865, proporcionaron la mayor parte del suministro mundial entre 1875 y 1915. El descubrimiento de los grandes depósitos en la cuenca de Sudbury en Canadá en 1883, en Norilsk -Talnakh en Rusia en 1920, y en Merensky Reef en Sudáfrica en 1924 hizo posible la producción de níquel a gran escala. [52]
Aparte de las monedas bactrianas antes mencionadas, el níquel no fue un componente de las monedas hasta mediados del siglo XIX. [60]
Se acuñaron monedas de cinco centavos con un 99,9% de níquel en Canadá (el mayor productor de níquel del mundo en ese momento) durante los años sin guerra, de 1922 a 1981; el contenido de metal hacía que estas monedas fueran magnéticas. [61] Durante los años de guerra de 1942 a 1945, la mayor parte o la totalidad del níquel se eliminó de las monedas canadienses y estadounidenses para guardarlo para fabricar armaduras. [55] Canadá utilizó 99,9% de níquel desde 1968 en sus monedas de mayor valor hasta 2000. [62]
Las monedas de níquel casi puro se utilizaron por primera vez en 1881 en Suiza. [63]
Birmingham forjó monedas de níquel en c. 1833 para comerciar en Malasia. [64]
En los Estados Unidos, el término "níquel" o "nick" se aplicó originalmente al centavo Flying Eagle de cobre y níquel , que reemplazó al cobre con un 12% de níquel entre 1857 y 1858, y luego al centavo Indian Head de la misma aleación de 1859 a 1864. Aún más tarde, en 1865, el término designaba el níquel de tres céntimos , aumentando el níquel al 25%. En 1866, el níquel escudo de cinco céntimos (25% níquel, 75% cobre) se apropió de la designación, que se ha utilizado desde entonces para las siguientes monedas de 5 céntimos. Esta proporción de aleación no es ferromagnética .
La moneda de níquel estadounidense contiene 0,04 onzas (1,1 g) de níquel, que al precio de abril de 2007 valía 6,5 centavos, junto con 3,75 gramos de cobre por un valor de aproximadamente 3 centavos, con un valor total del metal de más de 9 centavos. Dado que el valor nominal de una moneda de cinco centavos es de 5 centavos, esto la convertía en un objetivo atractivo para la fundición por parte de personas que deseaban vender los metales con una ganancia. La Casa de la Moneda de Estados Unidos , anticipándose a esta práctica, implementó nuevas reglas provisionales el 14 de diciembre de 2006, sujetas a comentarios públicos durante 30 días, que penalizaban la fusión y exportación de centavos y cinco centavos. [65] Los infractores pueden ser castigados con una multa de hasta 10.000 dólares y/o un máximo de cinco años de prisión. [66] A partir del 19 de septiembre de 2013, el valor de fusión de un níquel estadounidense (cobre y níquel incluidos) es de 0,045 dólares (90% del valor nominal). [67]
En el siglo XXI, el alto precio del níquel ha provocado cierta sustitución del metal en las monedas de todo el mundo. Las monedas que todavía se fabrican con aleaciones de níquel incluyen monedas de uno y dos euros , monedas estadounidenses de 5 ¢, 10 ¢, 25 ¢, 50 ¢ y 1 dólar , [68] y monedas británicas de 20 peniques, 50 peniques, 1 libra y 2 libras . A partir de 2012, la aleación de níquel utilizada en las monedas británicas de 5 y 10 peniques fue sustituida por acero niquelado. Esto desató una controversia pública sobre los problemas de las personas con alergia al níquel . [63]
Se estima que en todo el mundo se extraen 3,3 millones de toneladas (t) de níquel al año; Indonesia (1.600.000 t), Filipinas (330.000 t), Rusia (220.000 t), Nueva Caledonia ( Francia ) (190.000 t), Australia (160.000 t) y Canadá (130.000 t) son los mayores productores en 2022. [70 ] Los mayores depósitos de níquel en la Europa no rusa se encuentran en Finlandia y Grecia . Las fuentes terrestres identificadas que contienen en promedio al menos un 1% de níquel contienen al menos 130 millones de toneladas de níquel. Alrededor del 60% se encuentra en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuro. Además, se encuentran extensas fuentes de níquel en las profundidades del Océano Pacífico , especialmente en un área llamada Zona Clarion Clipperton en forma de nódulos polimetálicos que salpican el fondo marino a 3,5-6 km bajo el nivel del mar . [71] [72] Estos nódulos están compuestos de numerosos metales de tierras raras y se estima que tienen un 1,7% de níquel. [73] Con los avances en ciencia e ingeniería , la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos está estableciendo regulaciones para garantizar que estos nódulos se recojan de manera ambientalmente consciente y respetando al mismo tiempo los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas . [74]
El único lugar en los Estados Unidos donde se ha extraído níquel de forma rentable es Riddle, Oregón , con varios kilómetros cuadrados de depósitos superficiales de garnierita que contienen níquel . La mina cerró en 1987. [75] [76] El proyecto de la mina Eagle es una nueva mina de níquel en la península superior de Michigan . La construcción se completó en 2013 y las operaciones comenzaron en el tercer trimestre de 2014. [77] En el primer año completo de operación, la mina Eagle produjo 18.000 t. [77]
El níquel se obtiene mediante metalurgia extractiva : se extrae del mineral mediante procesos convencionales de tostación y reducción que producen metal con una pureza superior al 75%. En muchas aplicaciones de acero inoxidable , se puede utilizar níquel puro al 75% sin purificación adicional, dependiendo de las impurezas. [41]
Tradicionalmente, la mayoría de los minerales de sulfuro se procesan mediante técnicas pirometalúrgicas para producir una mata para su posterior refinación. Los avances recientes en técnicas hidrometalúrgicas dan como resultado un producto de níquel metálico significativamente más puro. La mayoría de los depósitos de sulfuro se han procesado tradicionalmente mediante concentración mediante un proceso de flotación por espuma seguido de extracción pirometalúrgica. En los procesos hidrometalúrgicos, los minerales de sulfuro de níquel se concentran mediante flotación (flotación diferencial si la relación Ni/Fe es demasiado baja) y luego se funden. La mata de níquel se procesa posteriormente con el proceso Sherritt-Gordon . En primer lugar, se elimina el cobre añadiendo sulfuro de hidrógeno , quedando un concentrado de cobalto y níquel. Luego, se utiliza extracción con solventes para separar el cobalto y el níquel, con un contenido final de níquel superior al 86%. [78]
Un segundo proceso de refinación común es la lixiviación de la mata metálica en una solución de sal de níquel, seguido de la electroobtención del níquel de la solución recubriéndolo sobre un cátodo como níquel electrolítico. [79]
El metal más puro se obtiene a partir del óxido de níquel mediante el proceso Mond , que da una pureza superior al 99,99%. [80] El proceso fue patentado por Ludwig Mond y ha estado en uso industrial desde antes de principios del siglo XX. En este proceso, el níquel reacciona con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de azufre a una temperatura de entre 40 y 80 °C para formar carbonilo de níquel . En una reacción similar con el hierro, se puede formar pentacarbonilo de hierro , aunque esta reacción es lenta. Si es necesario, el níquel puede separarse por destilación. El dicobalto octacarbonilo también se forma en la destilación de níquel como subproducto, pero se descompone en tetracobalto dodecacarbonilo a la temperatura de reacción para dar un sólido no volátil. [81]
El níquel se obtiene del carbonilo de níquel mediante uno de dos procesos. Puede pasar a través de una gran cámara a altas temperaturas en la que se agitan constantemente decenas de miles de esferas de níquel (gránulos). El carbonilo se descompone y deposita níquel puro en las esferas. En el proceso alternativo, el níquel carbonilo se descompone en una cámara más pequeña a 230 °C para crear un fino polvo de níquel. El monóxido de carbono subproducto se recircula y se reutiliza. El producto de níquel de alta pureza se conoce como "níquel carbonílico". [82]
El precio de mercado del níquel aumentó a lo largo de 2006 y los primeros meses de 2007; Al 5 de abril de 2007 [actualizar], el metal se cotizaba a 52.300 dólares por tonelada o 1,47 dólares por onza. [83] El precio luego cayó dramáticamente; En septiembre de 2017 [actualizar], el metal se cotizaba a 11.000 dólares la tonelada, o 0,31 dólares la onza. [84] Durante la invasión rusa de Ucrania en 2022 , las preocupaciones sobre las sanciones a las exportaciones rusas de níquel provocaron una breve contracción , lo que provocó que el precio del níquel se cuadriplicara en solo dos días, alcanzando los 100.000 dólares estadounidenses por tonelada. [85] [86] La Bolsa de Metales de Londres canceló contratos por valor de 3.900 millones de dólares y suspendió el comercio de níquel durante más de una semana. [87] El analista Andy Home argumentó que tales shocks de precios se ven exacerbados por los requisitos de pureza impuestos por los mercados de metales: sólo el metal de Grado I (99,8% de pureza) puede usarse como mercancía en las bolsas, pero la mayor parte de la oferta mundial está en aleaciones de ferroníquel o purezas inferiores. [88]
El uso mundial de níquel es actualmente del 68% en acero inoxidable, el 10% en aleaciones no ferrosas , el 9% en galvanoplastia , el 7% en aceros aleados, el 3% en fundiciones y el 4% en otros (incluidas las baterías). [10]
El níquel se utiliza en muchos productos industriales y de consumo reconocibles, incluido el acero inoxidable , imanes de alnico , monedas, baterías recargables (por ejemplo, níquel-hierro ), cuerdas de guitarras eléctricas, cápsulas de micrófonos, revestimientos de accesorios de plomería [89] y aleaciones especiales como la aleación permanente. , elinvar e invar . Se utiliza para enchapar y como tinte verde en vidrio. El níquel es predominantemente una aleación metálica y su uso principal es en aceros al níquel y fundiciones de níquel, en los que normalmente aumenta la resistencia a la tracción, la tenacidad y el límite elástico. Se utiliza ampliamente en muchas otras aleaciones, incluidos latones y bronces con níquel y aleaciones con cobre, cromo, aluminio, plomo, cobalto, plata y oro ( Inconel , Incoloy , Monel , Nimonic ). [79]
Debido a que el níquel es resistente a la corrosión, ocasionalmente se usó como sustituto de la plata decorativa. El níquel también se utilizó ocasionalmente en algunos países después de 1859 como metal barato para acuñar monedas (ver arriba), pero en los últimos años del siglo XX fue reemplazado por aleaciones más baratas de acero inoxidable (es decir, hierro), excepto en los Estados Unidos y Estados Unidos. Canadá. [60]
El níquel es un excelente agente de aleación para ciertos metales preciosos y se utiliza en el ensayo de fuego como recolector de elementos del grupo del platino (PGE). Como tal, el níquel puede recolectar completamente los seis PGE de los minerales y puede recolectar parcialmente oro. Las minas de níquel de alto rendimiento también pueden recuperar PGE (principalmente platino y paladio ); ejemplos son Norilsk, Rusia y la cuenca de Sudbury, Canadá. [90]
La espuma de níquel o la malla de níquel se utilizan en electrodos de difusión de gases para pilas de combustible alcalinas . [91] [92]
El níquel y sus aleaciones se utilizan frecuentemente como catalizadores para reacciones de hidrogenación . El níquel Raney , una aleación de níquel y aluminio finamente dividida, es una forma común, aunque también se utilizan catalizadores relacionados, incluidos los catalizadores de tipo Raney. [93]
El níquel es naturalmente magnetoestrictivo: en presencia de un campo magnético , el material sufre un pequeño cambio de longitud. [94] [95] La magnetoestricción del níquel es del orden de 50 ppm y es negativa, lo que indica que se contrae. [96]
El níquel se utiliza como aglutinante en la industria del carburo de tungsteno cementado o de metales duros y se utiliza en proporciones del 6% al 12% en peso. El níquel hace que el carburo de tungsteno sea magnético y añade resistencia a la corrosión a las piezas cementadas, aunque la dureza es menor que aquellas con aglutinante de cobalto. [97]
63
El Ni , con una vida media de 100,1 años, es útil en dispositivos krytron como emisor de partículas beta ( electrones de alta velocidad ) para hacer más confiable la ionización mediante el electrodo de mantenimiento de actividad. [98] Se está investigando como fuente de energía para baterías betavoltaicas . [99] [100]
Alrededor del 27% de toda la producción de níquel se utiliza para ingeniería, el 10% para edificación y construcción, el 14% para productos tubulares, el 20% para artículos metálicos, el 14% para transporte, el 11% para productos electrónicos y el 5% para otros usos. [10]
El níquel Raney se utiliza ampliamente para la hidrogenación de aceites insaturados para producir margarina , y la margarina de mala calidad y los restos de aceite pueden contener níquel como contaminante . Forté et al. encontró que los pacientes con diabetes tipo 2 tienen 0,89 ng/ml de Ni en la sangre en comparación con 0,77 ng/ml en los sujetos de control. [101]
El níquel titanio es una aleación de porcentajes atómicos aproximadamente iguales de sus metales constituyentes que exhibe dos propiedades únicas y estrechamente relacionadas: el efecto de memoria de forma y la superelasticidad .
No fue reconocido hasta la década de 1970, pero se sabe que el níquel desempeña un papel importante en la biología de algunas plantas, bacterias , arqueas y hongos . [102] [103] [104] Las enzimas de níquel, como la ureasa , se consideran factores de virulencia en algunos organismos. [105] [106] La ureasa cataliza la hidrólisis de la urea para formar amoníaco y carbamato . [103] [102] Las hidrogenasas de NiFe pueden catalizar la oxidación de H 2 para formar protones y electrones; y también la reacción inversa, la reducción de protones para formar gas hidrógeno. [103] [102] Una coenzima de níquel-tetrapirrol, cofactor F430 , está presente en la metil coenzima M reductasa, que puede catalizar la formación de metano, o la reacción inversa, en arqueas metanogénicas (en estado de oxidación +1). [107] Una de las enzimas monóxido de carbono deshidrogenasa consta de un grupo Fe -Ni- S . [108] Otras enzimas que contienen níquel incluyen una clase bacteriana rara de superóxido dismutasa [109] y enzimas glioxalasa I en bacterias y varios parásitos tripanosómicos eucariotas [110] (en otros organismos, incluidos levaduras y mamíferos, esta enzima contiene Zn 2+ divalente ). [111] [112] [113] [114] [115]
El níquel dietético puede afectar la salud humana a través de infecciones causadas por bacterias dependientes del níquel, pero el níquel también puede ser un nutriente esencial para las bacterias que viven en el intestino grueso y, de hecho, funciona como un prebiótico . [116] El Instituto de Medicina de EE. UU. no ha confirmado que el níquel sea un nutriente esencial para los seres humanos, por lo que no se ha establecido ni una cantidad diaria recomendada (CDR) ni una ingesta adecuada. El nivel máximo tolerable de ingesta de níquel en la dieta es de 1 mg/día en forma de sales solubles de níquel. La ingesta dietética estimada es de 70 a 100 µg/día; se absorbe menos del 10%. Lo que se absorbe se excreta por la orina. [117] Cantidades relativamente grandes de níquel, comparables a la ingestión promedio estimada anteriormente, se filtran en los alimentos cocinados en acero inoxidable. Por ejemplo, la cantidad de níquel lixiviado después de 10 ciclos de cocción en una porción de salsa de tomate promedia 88 µg. [118] [119]
Se sospecha que el níquel liberado por las erupciones volcánicas de las Trampas Siberianas ayuda al crecimiento de Methanosarcina , un género de euryarchaeote archaea que produjo metano en el evento de extinción del Pérmico-Triásico , la mayor extinción masiva conocida . [120]
La principal fuente de exposición al níquel es el consumo oral, ya que el níquel es esencial para las plantas. [122] Las concentraciones de fondo típicas de níquel no superan los 20 ng/m 3 en el aire, 100 mg/kg en el suelo, 10 mg/kg en la vegetación, 10 μg/L en agua dulce y 1 μg/L en agua de mar. [123] Las concentraciones ambientales pueden verse incrementadas por la contaminación humana . Por ejemplo, los grifos niquelados pueden contaminar el agua y el suelo; la minería y la fundición pueden arrojar níquel a las aguas residuales ; Los utensilios de cocina de aleación de níquel y acero y los platos pigmentados con níquel pueden liberar níquel en los alimentos. El aire puede estar contaminado por el refinado del mineral de níquel y la quema de combustibles fósiles . Los seres humanos pueden absorber níquel directamente del humo del tabaco y del contacto de la piel con joyas, champús , detergentes y monedas . Una forma menos común de exposición crónica es a través de la hemodiálisis , ya que el plasma puede absorber trazas de iones de níquel debido a la acción quelante de la albúmina . [ cita necesaria ]
La exposición diaria promedio no es una amenaza para la salud humana. La mayor parte del níquel absorbido por los humanos se elimina por los riñones y sale del cuerpo a través de la orina o se elimina a través del tracto gastrointestinal sin ser absorbido. El níquel no es un veneno acumulativo, pero dosis mayores o exposición crónica por inhalación pueden ser tóxicas, incluso cancerígenas , y constituir un riesgo laboral . [124]
Los compuestos de níquel se clasifican como carcinógenos humanos [125] [126] [127] [128] basándose en el aumento del riesgo de cáncer respiratorio observado en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de minerales sulfídicos. [129] Esto está respaldado por los resultados positivos de los bioensayos de NTP con subsulfuro de Ni y óxido de Ni en ratas y ratones. [130] [131] Los datos en humanos y animales indican consistentemente una falta de carcinogenicidad a través de la vía de exposición oral y limitan la carcinogenicidad de los compuestos de níquel a los tumores respiratorios después de la inhalación. [132] [133] El níquel metálico está clasificado como carcinógeno sospechoso; [125] [126] [127] existe coherencia entre la ausencia de mayores riesgos de cáncer respiratorio en trabajadores predominantemente expuestos al níquel metálico [129] y la falta de tumores respiratorios en un estudio de carcinogenicidad por inhalación de polvo de níquel metálico durante toda la vida de ratas. [134] En los estudios de inhalación de roedores con varios compuestos de níquel y níquel metálico, se observó un aumento de la inflamación pulmonar con y sin hiperplasia o fibrosis de los ganglios linfáticos bronquiales. [128] [130] [134] [135] En estudios con ratas, la ingestión oral de sales de níquel solubles en agua puede desencadenar la mortalidad perinatal en animales preñados. [136] No está claro si estos efectos son relevantes para los humanos, ya que los estudios epidemiológicos de trabajadoras altamente expuestas no han mostrado efectos adversos de toxicidad en el desarrollo. [137]
Las personas pueden estar expuestas al níquel en el lugar de trabajo por inhalación, ingestión y contacto con la piel o los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para el lugar de trabajo en 1 mg/m 3 por jornada laboral de 8 horas, excluyendo el níquel carbonilo. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) establece el límite de exposición recomendado (REL) en 0,015 mg/m 3 por jornada laboral de 8 horas. Con 10 mg/m 3 , el níquel es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [138] El níquel carbonilo [Ni(CO) 4 ] es un gas extremadamente tóxico. La toxicidad de los carbonilos metálicos es función tanto de la toxicidad del metal como de la liberación de gases de monóxido de carbono de los grupos funcionales carbonilo; El carbonilo de níquel también es explosivo en el aire. [139] [140]
Las personas sensibilizadas pueden presentar una alergia al contacto de la piel con el níquel, conocida como dermatitis de contacto . Las personas muy sensibilizadas también pueden reaccionar a alimentos con alto contenido de níquel. [141] Los pacientes con pompholyx también pueden ser sensibles al níquel. El níquel es el principal alérgeno de contacto confirmado en todo el mundo, en parte debido a su uso en joyería para orejas perforadas . [142] Las alergias al níquel que afectan a las orejas perforadas a menudo se caracterizan por picazón y enrojecimiento de la piel. Muchos aretes ahora se fabrican sin níquel o con níquel de baja liberación [143] para abordar este problema. La cantidad permitida en productos que entran en contacto con la piel humana ahora está regulada por la Unión Europea . En 2002, los investigadores descubrieron que el níquel liberado por las monedas de 1 y 2 euros excedía con creces esos estándares. Se cree que esto se debe a una reacción galvánica . [144] El níquel fue elegido alérgeno del año en 2008 por la Sociedad Estadounidense de Dermatitis de Contacto. [145] En agosto de 2015, la Academia Estadounidense de Dermatología adoptó una declaración de posición sobre la seguridad del níquel: "Las estimaciones sugieren que la dermatitis de contacto, que incluye la sensibilización al níquel, representa aproximadamente $ 1,918 mil millones y afecta a casi 72,29 millones de personas". [141]
Los informes muestran que tanto la activación inducida por el níquel del factor inducible por hipoxia (HIF-1) como la regulación positiva de los genes inducibles por hipoxia son causadas por el agotamiento del ascorbato intracelular . La adición de ascorbato al medio de cultivo aumentó el nivel de ascorbato intracelular y revirtió la estabilización inducida por metales de la expresión génica dependiente de HIF-1 y HIF-1α. [146] [147]
En el segundo libro de Oz, La maravillosa tierra de Oz (de L. Frank Baum, publicado por Reilly & Britton , 1904), Tin Woodman afirma que le han niquelado su cuerpo de hojalata. A partir de entonces, tiene mucho cuidado de no permitir que su niquelado se raye, se melle o se estropee. [148]
En esta tabla Ni I = átomo de Ni neutro, Ni II = Ni+, etc.
De 1968 a 1999, las monedas de veinticinco y diez centavos canadienses se acuñaron con un 99,9% de níquel y monedas de cinco centavos con un contenido de níquel del 25 al 99,9%.
.... Ese aumento en el níquel permitió que los metanógenos despegaran.
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