镍是一种有光泽的银白色金属,其银白色带一点淡金色。镍属于过渡金属,质硬,具延展性。纯镍的化学活性相当高,这种活性可以在反应表面积最大化的粉末状态下看到,但大块的镍金属与周围的空气反应缓慢,因为其表面已形成了一层带保护性质的氧化物。即使如此,由于镍与氧之间的活性够高,所以在地球表面还是很难找到自然的金属镍。地球表面的自然镍都被封在较大的镍铁陨石里面,这是因为陨石在太空的时候接触不到氧气的缘故。在地球上,这种自然镍总会和铁结合在一起,这点反映出它们都是超新星核合成主要的最终产物。一般认为地球的地核就是由镍铁混合物所组成的。

来源

镍的使用(天然的陨镍铁合金)最早可追溯至公元前3500年。阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特于1751年最早分离出镍,并将它界定为化学元素,尽管他最初把镍矿石误认为铜的矿物。镍的外语名字来自德国矿工传说中同名的淘气妖精(Nickel,与英语中魔鬼别称"Old Nick"相近),这是由于镍铜矿不能用炼铜的方法炼出铜来,所以被比拟成妖魔。镍最经济的主要来源为铁矿石褐铁矿,含镍量一般为1-2%。镍的其他重要矿物包括硅镁镍矿及镍黄铁矿。镍的主要生产地包括加拿大的索德柏立区(一般认为该处是陨石撞击坑)、太平洋的新喀里多尼亚及俄罗斯的诺里尔斯克。

镍的特性与用途

由于镍在室温时的氧化缓慢,所以一般视为具有耐腐蚀性。历史上,因为这一点镍被用作电镀各种表面,例如金属(如铁及黄铜)、化学装置内部及某些需要保持闪亮银光的合金(例如镍银)。世界镍生产量中的约6%仍被用于抗腐蚀纯镍电镀。镍曾经是硬币的常见成份,但现时这方面已大致上被较便宜的铁所取代,尤其是因为有些人的皮肤对镍过敏。尽管如此,英国还是在皮肤科医生的反对下,于2012年开始再使用镍铸造钱币。

只有四种元素在室温时具有铁磁性,镍就是其中一种。含镍的铝镍钴合金永久磁铁,其磁力强度介乎于含铁的永久磁铁与稀土磁铁之间。镍在现代世界的的地位主要来自于它的各种合金。全世界镍产量中的约60%被用于生产各种镍钢(特别是不锈钢)。其他常见的合金,还有一些的新的高温合金,就几乎就占尽了馀下的世界镍用量。用于制作化合物的化学用途只占了镍产量的不到3%[5]。作为化合物,镍在化学制造有好几种特定的用途,例如作为氢化反应的催化剂。某些微生物和植物的酶用镍作为活性位点,因此镍是它们重要的养分。

 

特性
原子及物理性质
镍是一种有光泽的银白色金属,其银白色带一点淡金色,可被高度磨光。只有四种元素在室温或其附近具有铁磁性,镍就是其中一种,其馀三种为铁、钴及钆。其居里温度为355 °C,即大块的镍在这个温度以上就会失去磁性。

电子排列的争议
镍原子共有两种电子排列:[Ar] 4s2 3d8及[Ar] 4s1 3d9,而两者的能量非常接近(符号[Ar]指的是其核心结构与氩相似)。对于哪一种排列的能量较低仍存在分歧。化学教科书引用的镍电子排列为[Ar] 3d8 4s2或与前者相同的[Ar] 4s2 3d8。这种排列遵从马德隆能量排序规则,预测4s的位置被填满后才开始填3d的位置。这一点是有实验支持的,镍原子最低的能量态为4s2 3d8能阶。

然而,这两种排列实际上都会各自衍生出一系列不同能量的态。这两组能量互相交叠,而排布[Ar] 4s1 3d9的各态平均能量比[Ar] 4s2 3d8的要低。因此,原子计算的研究文献引用镍的基态排布时用的是[Ar] 4s1 3d9。

用途
现时美国镍用途占产量的比例如下:46%用于生产镍钢,34%用于生产非铁合金及高温合金,14%用于电镀,剩下的6%则属其他用途。

镍被用于各种特定及容易认出的工业品及消费品,其中包括不锈钢、铝镍钴磁铁、硬币、蓄电池、电吉他弦线、麦克风收音盒及多种特殊合金。特别需要强调的是,镍是一种合金金属,它的主要用途是镍钢及镍铸铁,而它们的种类繁多。镍还被广泛用于其他合金,例如镍黄铜及镍青铜,及含有各种金属元素的其他合金(如英高镍、英高合金、莫内尔合金及镍蒙克合金),而各种合金元素则包括铜、铬、铝、铅、钴、银及金。

由于镍具有良好的抗腐蚀性,所以以前的人偶尔会用镍来代替装饰用的银。1859年开始,有些国家偶尔会把镍用作便宜的铸币原料(见上文),但到了20世纪后期硬币中的镍基本已被较便宜不锈钢(即铁)所取代,而美国硬币则是这趋势中重要的例外。

对某些贵金属而言,镍是一种极佳的合金用剂,因此镍被用于所谓的火试金法,专门探收各种铂系元素。就这一点而言,镍能够从铂系元素的矿石中探收到全部六种的元素,甚至还能稍微地探收到一点金。高通量的镍矿也可能从事其他铂系元素的开采(主要是铂和钯),这类矿场的例子有俄罗斯的诺里尔斯克和加拿大的索德柏立盆地。

发泡镍及网格镍可被用于碱性燃料电池的气体扩散电极。

镍及其合金常被用作氢化反应的催化剂。雷尼镍是一种常用的镍催化剂形式,它是一种有多孔结构的镍铝合金,但很多时候也会用其他催化剂,例如相关的“雷尼型”催化剂。

镍是一种天然的磁致伸缩材料,亦即是说,在磁场下这种材料的长度会有少许改变。而就镍的个案而言,长度的变化是减少的(即材料收缩),又称负磁致伸缩,辐度约为一百万分之五十。

镍也被用于烧结碳化钨或其他硬金属工业品,用量约为重量的6-12%。镍可使碳化钨带磁性,并为烧结碳化钨部件提供抗腐蚀性,不过它的硬度就比烧结用的钴要低。

镍氢电池,可充电重复使用的环保电池。

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