Nickel

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Einleitung

Nickel, chemisches Symbol Ni, in reiner Form silberweißes, metallisches Element mit der Ordnungszahl 28, das zusammen mit Eisen und Cobalt in der achten Nebengruppe des Periodensystems steht – diese drei Übergangsmetalle fasst man auch zur Eisengruppe zusammen.

Nickel-Kupfer-Legierungen wurden bereits im Altertum zur Herstellung von Münzen verwendet. Reines Nickel isolierte erstmals 1751 der schwedische Chemiker Baron Axel Frederik Cronstedt aus einem Nickelerz. Cronstedt nannte das Metall in einer 1754 auf Deutsch erschienenen Abhandlung Kupfernickel. So bezeichneten damals die Bergleute Erze, die zwar aussahen wie Kupfererze, die aber beim Rösten einen üblen Geruch entwickelten und kein wertvolles Kupfer freigaben. Man glaubte, dass das Erz von dem Berggeist Nickel verhext worden sei. Die ersten Beschreibungen über die chemischen und physikalischen Eigenschaften des neuen Metalls stellte der schwedische Chemiker Torben Bergman etwa zur selben Zeit wie Cronstedt zusammen.

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Vorkommen und Eigenschaften

In der Natur kommt Nickel z. B. legiert mit Eisen in Meteoriten vor. Geologen gehen davon aus, dass der Erdkern aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht. In Verbindung mit anderen Elementen tritt das Metall z. B. in Mineralien wie Garnierit, Millerit (NiS; auch Gelbnickelkies oder Nickelblende), Rotnickelkies (NiAs; Nickelit) sowie Pentlandit und Pyrrhotin (siehe Magnetkies) auf. Pentlandit und Pyrrhotin zählen zu den wichtigsten nickelhaltigen Erzen. Bedeutende Lagerstätten gibt es u. a. in Kanada, Australien, Russland, Indonesien und Neukaledonien. Unter den Elementen der Erdkruste steht Nickel an 22. Stelle. Von den fünf natürlichen Isotopen kommt Nickel 58 am häufigsten vor.

Nickel ist ein festes, korrosionsbeständiges Metall, das sich schweißen, schmieden und ausgezeichnet polieren lässt. Es schmilzt bei etwa 1 455 °C, verdampft bei etwa 2 730 °C, hat eine relative Dichte von 8,9 und die Atommasse 58,70 u. Bei Temperaturen unter 345 °C (Curie-Temperatur) zeigt es ferromagnetische Eigenschaften. Bei Raumtemperatur ist ein massiver Block aus Nickelmetall gegen Luft beständig, während fein verteiltes Nickelpulver pyrophor (unter Feuererscheinung) reagiert. Nicht oxidierende Säuren wie Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff) greifen Nickel nur langsam an. Das Metall löst sich in verdünnter Salpetersäure, wird jedoch von konzentrierter Salpetersäure passiviert, d. h., nach Bildung einer dünnen Schutzschicht reagiert es nicht weiter. Gegen Alkalihydroxide ist das Metall noch bei Temperaturen von 300 bis 400 °C beständig.

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Verbindungen

In seinen Verbindungen liegt Nickel meist in der Oxidationsstufe +2 vor. Andere Oxidationsstufen reichen von -1 bis +4. Die meisten Nickelsalze wie Nickelchlorid (NiCl₂), Nickelsulfat (NiSO₄) und Nickelnitrat (Ni(NO₃)₂) sind grün oder blau gefärbt. Nickelammoniumsulfat ((NH₄)₂Ni(SO₄)₂ · 6H₂O) wird u. a. in Lösungen zur Nickelgalvanisierung verwendet. Wie die meisten anderen Metalle bildet auch Nickel Verbindungen mit organischen Resten oder Liganden wie die scharlachrote Komplexverbindung Bis(dimethylglyoximato)nickel(II), die man u. a. zur analytischen Bestimmung von Nickel verwendet.

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Herstellung

Nickelerze enthalten meist Beimengungen wie Kupfer (Kupfersulfid) und Eisen (sowohl Sulfide als auch Oxide). Üblicherweise verarbeitet man dieses Ausgangsmaterial im Hochofen zusammen mit Koks und kieselsäurehaltigen Zusätzen. Dadurch werden zunächst die Eisenbestandteile in Silicate überführt und kontinuierlich abgetrennt. Der zurückbleibende Feinstein setzt sich weitgehend aus Kupfer- und Nickelsulfid zusammen. Dieses Zwischenprodukt lässt sich nach verschiedenen Verfahren weiterverarbeiten – je nachdem, ob reines Nickel oder Nickel-Kupfer-Legierungen hergestellt werden sollen.

Für Rohnickel gibt es unterschiedliche großtechnische Reinigungsverfahren. Bei der elektrolytischen Raffination (siehe Elektrolyse) wird in einem ersten Schritt Kupfer entfernt. Anschließend ändert man die elektrische Spannung und setzt dem Zwischenprodukt einen anderen Elektrolyt zu – bei dem folgenden Elektrolyseschritt setzt sich das Nickel in reiner metallischer Form an der Kathode (siehe Elektrode) ab. Das Endprodukt bezeichnet man in der Technik als Elektrolyt- oder Kathodennickel.

Bei einem anderen Reinigungsprozess wird das Ausgangsmaterial zunächst mit verdünnter Schwefelsäure vorbehandelt, wobei noch enthaltene Verunreinigungen in Lösung gehen. Danach wird der verbleibende Rest zu Nickelrohprodukt (Nickelschwamm) reduziert und anschließend nach dem Mond-Verfahren verfeinert. Dazu leitet man Kohlenmonoxid über das noch unreine Nickelrohprodukt und heizt dies auf 50 bis 80 °C auf. Dabei bildet sich gasförmiges, flüchtiges Nickeltetracarbonyl (Ni(CO)₄). Die so entstandene Gasmischung wird in einem weiteren Schritt in speziellen Vorrichtungen (Zersetzungskammer) auf 200 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur zerfällt Nickeltetracarbonyl und reines metallisches Nickel (Mond-Nickel) schlägt sich nieder (siehe Zersetzung). Bedeutende Nickelerzeugerländer sind u. a. Russland, Australien, Kanada und Indonesien.