Il nichel: Proprietà e usi dell'elemento

Il nichel è un metallo versatile e resistente alla corrosione, ampiamente utilizzato in settori come quello aerospaziale, energetico e manifatturiero grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e alla capacità di formare leghe durevoli.

Introduzione a un elemento

Il nichel (Ni), che ha un numero atomico di 28, è un elemento metallico di transizione, classificato per il suo colore bianco-argento e la sua forte resistenza alla corrosione e all'ossidazione. Il nichel si trova naturalmente in alcuni minerali, tra cui la pentlandite, la garnierite e la laterite. Sebbene non sia un metallo comune nella crosta terrestre, è molto apprezzato per la sua capacità di produrre una lega metallica forte e resistente alla corrosione, in particolare nella produzione di acciaio inossidabile. Il nichel è stato scoperto nel 1751 da Axel Fredrik Cronstedt, un chimico svedese.

Proprietà chimiche Descrizione

Il nichel è piuttosto stabile. Ciò è dovuto alla formazione di uno strato protettivo di ossido sulla superficie del metallo. Questo lo rende molto utile in presenza di materiali corrosivi. Le principali proprietà chimiche del metallo sono:

• Proprietà catalitica: La resistenza del nichel agli acidi e alle basi lo rende utile in condizioni ambientali difficili.
• Acidità e alcalinità: Quando reagisce con acidi e basi, forma sali solubili, il che lo rende utile in diverse applicazioni industriali.
• Leghe: Il nichel è utilizzato come componente importante in molte leghe come l'acciaio inossidabile, il nichel-cromo e il Monel, aggiungendo loro eccellenti proprietà meccaniche, stabilità al calore e resistenza alla corrosione.

Tabella delle proprietà fisiche

Ecco una tabella che riassume le proprietà fisiche del nichel:

Il nichel è un metallo duro e duttile, buon conduttore di elettricità. L'elevato punto di fusione e la resistenza alla corrosione lo rendono adatto ad applicazioni ad alta temperatura. Per ulteriori informazioni, consultare il sito Stanford Advanced Materials (SAM)..

Usi comuni

Le sue proprietà desiderabili, come l'alta resistenza, la malleabilità e la resistenza alla corrosione, lo rendono un materiale essenziale in molti settori industriali. Di seguito una spiegazione delle sue applicazioni.

Produzione di acciaio inossidabile

Il nichel è un elemento molto importante nella produzione di acciaio inossidabile, in cui costituisce generalmente l'8-12% del materiale totale. La presenza di questo elemento aumenta in modo significativo la resistenza alla corrosione, la forza e la durata dell'acciaio, offrendo così una valida applicazione in condizioni di elevata corrosione, ad esempio negli utensili da cucina, nelle fabbriche chimiche e negli edifici. Le proprietà di resistenza alla ruggine e alle macchie dell'acciaio inossidabile possono essere attribuite principalmente alla presenza di nichel negli utensili, nei lavelli e nelle apparecchiature mediche.

Batterie

Il nichel trova applicazione nella produzione di batterie ricaricabili, in particolare nella produzione di batterie ricaricabili Ni-Cd e NiMH. La batteria Ni-Cd, ad esempio, contiene nichel e cadmio come materiali principali, mentre la batteria NiMH è composta da nichel, idruro metallico e alcuni altri materiali. Le applicazioni delle batterie all'idruro metallico di nichel includono utensili elettrici, automobili HEV ed elettronica portatile. Inoltre, le applicazioni del nichel riguardano la produzione di acciaio inossidabile e di alcune leghe.

Moneta

Il nichel è stato ampiamente utilizzato in monetazione per molti secoli, in particolare nelle leghe di rame e nichel. Le monete di nichel (5 centesimi, o il nichel statunitense) sono progettate utilizzando il nichel, soprattutto per la loro resistenza alla corrosione e l'aspetto metallico. Le monete di nichel sono di lunga durata, poiché non si consumano e non si corrodono quando vengono utilizzate per diversi decenni.

Leghe

Il nichel è ampiamente utilizzato in diverse leghe ad alte prestazioni grazie alla sua capacità di migliorare la forza, la malleabilità, la resistenza al calore e la resistenza alla corrosione. Alcuni esempi di leghe contenenti nichel sono:

• Nichrome: Una lega ad alta resistenza utilizzata negli elementi riscaldanti per tostapane, forni industriali e fornaci.
• Monel: È una lega composta principalmente da nichel e rame. Il monel è abbastanza resistente all'azione corrosiva dell'acqua di mare ed è quindi utilizzato in alcuni processi chimici e nell'industria aerospaziale.
• Inconel: Gruppo di leghe per alte temperature utilizzate nei motori a reazione, nelle turbine a gas e nei reattori.

L'applicazione del nichel nelle leghe è uno dei settori chiave per le industrie che richiedono un prodotto forte, duraturo e resistente alla corrosione.

Metodi di preparazione

Il nichel si ottiene dai suoi minerali attraverso due diversi processi:

1. Processo pirometallurgico: Questo processo combina il riscaldamento dei minerali di nichel all'interno di un forno per estrarre il nichel da altri elementi. La fusione e la raffinazione vengono effettuate per ottenere il nichel opaco. Un'ulteriore lavorazione del prodotto dà il nichel puro.

2. Processo idrometallurgico: I minerali di nichel vengono lavorati con l'applicazione di soluzioni acide e/o basiche per dissolvere il nichel con l'aiuto del processo di lisciviazione. Il nichel viene poi raffinato per via elettrolitica per ottenere nichel altamente puro.

Questi processi rendono possibile l'estrazione del nichel dai suoi minerali e il nichel ottenuto può essere utilizzato per vari scopi.

Prodotti industriali correlati

La versatilità del nichel lo rende insostituibile in diversi settori. Alcune applicazioni industriali del nichel sono:

• Acciaio inossidabile: impiegato nell'industria automobilistica, nel settore delle costruzioni e nella preparazione di utensili da cucina.
• Catalizzatori: Il nichel viene utilizzato per catalizzare le reazioni di idrogenazione nell'industria chimica per trasformare i grassi insaturi in grassi saturi.
• Placcatura: Il nichel è ampiamente utilizzato nella galvanotecnica per ricoprire altri metalli. Questo processo conferisce un rivestimento resistente alla corrosione ad articoli come biciclette, orologi e dispositivi elettronici.

La presenza del nichel in questi prodotti sottolinea la sua importanza nel migliorare le prestazioni e la longevità di materiali e apparecchiature in diversi settori.

Domande frequenti

1. Quali sono i principali impieghi del nichel?
Il nichel è utilizzato principalmente nella produzione di acciaio inossidabile, batterie, monete e leghe varie. È apprezzato per la sua forza, la resistenza alla corrosione e la capacità di immagazzinare energia nelle batterie ricaricabili.

2. Come si estrae il nichel dai suoi minerali?
Il nichel viene estratto con metodi pirometallurgici (riscaldamento e fusione) o idrometallurgici (lisciviazione con acidi o soluzioni alcaline), seguiti da raffinazione elettrolitica per produrre nichel puro.

3. Quali sono le proprietà fisiche del nichel?
Il nichel è un metallo duttile e duro con un elevato punto di fusione (1455°C), un'alta densità (8,908 g/cm³) e una buona conducibilità elettrica (1,43 × 10⁶ S/m).

4. Perché si usa il nichel nell'acciaio inossidabile?
Il nichel aumenta la forza, la resistenza alla corrosione e la durata dell'acciaio inossidabile, rendendolo ideale per l'uso in settori come l'edilizia, l'automotive e gli utensili da cucina.

5. In che modo il nichel contribuisce alle prestazioni delle batterie?
Il nichel è fondamentale nelle batterie ricaricabili grazie alla sua elevata densità energetica e alla lunga durata dei cicli, contribuendo alle prestazioni dei veicoli ibridi e degli utensili elettrici.