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Nickel

Chemie und Physik des chemischen Elements Nickel.



Nickel

Nickel - chemisches Zeichen Ni, Ordnungszahl 28 - ist ein silberweißes, glänzendes, polierbares, zähes, hoch korrosionsbeständiges, schweißbares, schmiedbares und walzbares, chemisches Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle (10. Gruppe).

Nickel wurde erstmals 1751 von Axel Fredrik Cronstedt als ein chemisches Element isoliert und als solches klassifiziert. Er verwechselte ein bestimmtes Mineral in den Kobaltminen von Los, Hälsingland (Schweden) mit Kupfer-Erz. Der Name des Elements stammt von den schelmischen Geistern aus der deutschen Bergmannmythologie, die Nickeln genannt wurden; man machte derzeit ihr Wirken dafür verantwortlich, dass sich das als Kufernickel bezeichnete Mineral nicht zu Kupfer veredeln ließ. Der Name Nickel wurde zum international anerkannten Namen des Elements auch in anderen Sprachen.

Nickel ist eines von nur vier Elementen - die anderen sind Eisen, Cobalt und Gadolinium), die bei Raumtemperatur ferromagnetisch sind; es verliert diese Eigenschaften jedoch oberhalb von 354 °C.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Nickel

Bezeichnung:Nickel Symbol:Ni Ordnungszahl:28 Atommasse:58,6934(4) u Periodensystem-Stellung:4. Periode, 10. Gruppe, 8. Nebengruppe, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetalle, Eisen-Platin-Metalle, Schwermetalle. Entdeckung:1751 - Axel Fredrik Cronstedt. Bedeutung des Namens:Mineral Kupfernickel, auch Kopparnickel (schwedisch), einem nach Kupfer aussehendem Erz, aus dem kein Kupfer zu gewinnen war - und von Nickeln genannten Geistern entsprechend verhext sein sollte ... Englischer Name:Nickel CAS-Nummer:7440-02-0 InChI-Key:PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N

 

Das Nickel-Atom

Das Ni-Atom - und damit das chemische Element Nickel - ist eindeutig durch die 28 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Selen-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Nickel-Isotope bzw. Ni-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Nickel-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch; die relative Atommasse wird mit 58,6934(4) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

Nach dem Aufbauprinzip ist für Nickel folgende Elektronenkonfiguration zu erwarten:

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Ni28[Ar] 3d8 4s2 2262682

 

Insbesondere in der Forschungsliteratur zu Atomberechnungen über die Grundzustandskonfiguration von Nickel findet man auch folgende Konfiguration:

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Ni28[Ar] 3d9 4s1 2262691

Es gibt in der Literatur Unstimmigkeiten darüber, welche Konfiguration die niedrigste Energie aufweist. Die erste Variante stimmt mit der Madelung-Regel überein, die voraussagt, dass 4s vor 3d gefüllt wird. Experimentelle Ergebnisse untermauern, dass dies der niedrigste Energiezustand des Nickelatoms ist.

Die gezeigten Konfigurationen teilen sich jedoch in mehrere Energieniveaus auf und überlappen zudem. Die durchschnittliche Energie der Zustände der [Ar] 3d9 4s1-Konfiguration zeigt sich hierbei tatsächlich niedriger als die durchschnittliche Energie der Zustände der [Ar] 3d8 4s2-Variante.

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE von Nickel auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Ni-Atom zu trennen.

1. IE: 7,6398 eV2. IE: 18,16884 eV3. IE: 35,19 eV4. IE: 54,9 eV5. IE: 76,06 eV6. IE: 108 eV
7. IE: 133 eV8. IE: 162 eV9. IE: 193 eV10. IE: 224,6 eV11. IE: 321,0 eV12. IE: 352 eV
13. IE: 384 eV14. IE: 430 eV15. IE: 464 eV16. IE: 499 eV17. IE: 571,08 eV18. IE: 607,06 eV
19. IE: 1541 eV20. IE: 1648 eV21. IE: 1756 eV22. IE: 1894 eV23. IE: 2011 eV24. IE: 2131 eV
25. IE: 2295 eV26. IE: 2399,2 eV27. IE: 10288,8 eV28. IE: 10775,48 eV29. IE: eV30. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Nickel-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
83331008,6870852,7

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
110,86866,2

 

Weitere Daten

Atomradius:149 pm (berechnet)
135 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:124(4) pm (nach Cordero et al.)
110 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
101 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
101 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:163 pm Molvolumen:6,59 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,421; ωL1: 0,0014; ωL2: 0,0086; ωL3: 0,0093  Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,30; F13: 0,55; F23: 0,028

 

Spektrallinien des Nickels

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Nickels mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Nickel-Spektrallinien

 

 

Chemie des Nickels

Reines, pulverisiertes Nickel besitzt eine vergrößerte und damit reaktive Oberfläche und zeigt eine deutliche chemische Aktivität; größere Stücke bzw. übliche Blöcke oder Metallteile hingegen reagieren unter Normalbedingungen nur langsam mit der Luft , da sich auf der Oberfläche eine Oxidschicht bildet, die eine Korrosion verhindert (so genannte Passivierung).

Der häufigste Oxidationszustand von Nickel ist +2, aber es sind auch Verbindungen mit Ni0, Ni+ und Ni3+ allgemein bekannt. Darüber hinaus wurden Substanzen mit den für Ni exotischen Oxidationszuständen Ni2–, Ni und Ni4+ hergestellt und charakterisiert.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,91 nach Pauling
1,88 nach Allen
3,8584 eV nach Gosh-Gupta
4,40 eV nach Pearson
Elektronaffinität:1,157 16(12) eV bzw. 111,65(2) kJ mol-1Oxidationsstufen:+2 (-2. -1, +1, +3, +4)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,25+ IINickel(II)-KationNi2++ 2 e-Ni (s)Nickel0
1,593+ IVNickeldioxidNiO2 (s) + 4 H++ 2 e-Ni2+ + 2 H2ONickel(II)-Kation+ II

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Nickels

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Nickel-Metalls auf.

Schmelzpunkt:1455 °C Schmelzenthalpie (molar):17,48 kJ mol-1 Siedepunkt:2730 °C Verdampfungsenthalpie:371,8 kJ mol-1 Wärmekapazität:26,07 J mol-1 K-1 (molar)
0,444 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:477 K Thermische Leitfähigkeit:90,9 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:13,4 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:13,9 × 106 A V-1 m-1 bei 20 °C Elektrischer Widerstand:69,3 nΩ × m bei 20 °C Dichte:8,908 g cm-3 bei 20°C Elastizitätsmodul:199,5 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):186 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00538 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,31 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-flächenzentriert - fcc; Cu-Typ Gitterkonstanten:a = 352,4 pm: Z = 4 Raumgruppe:Fm3m - Nr. 225 Härte:nach Mohs: 4,0
nach Vickers: 0,638 GPa
nach Brinell: 0,7 GPa
nach Brinell (neu): 0,9 - 1,20 GPa (geglüht)
Magnetismus:ferromagnetisch Curie-Temperatur:354 °C Schallgeschwindigkeit:4900 m s-1 bei Raumtemperatur

 

 

Externe Informationsangebote

Die nachfolgende Liste enthält einige Berichte sowie interessante Informationsangebote zum Nickel und zu den Nickelverbindungen anderer Anbieter, für dessen Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Physikalische Infos und Daten

Ferromagnetismus
Vorlesungsskript Physik. TU Braunschweig - Format: PDF

Ferromagnetismus
Vorlesungsmaterialien: Magnetische Ordnung: Ferromagnetismus, ... Universität Tübingen - Format: PDF

Ferromagnetismus
Das Ising-Modell des Ferromagneten. Universität Düsseldorf - Format: PDF



Spezielle Teilinformationen

Komplexchemie
Komplexchemie des Nickels. ETH Zürich - Format: PDF



Gruppenelemente - Informationen

Platingruppe
Ausgewählte chemische Eigenschaften. Universität Bayreuth

Übergangsmetalle
Übergangsmetalle Gruppen 3-12; Innere Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF



Einzelne Verbindungen

Nickel und Nickelverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbare Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Synthese, Herstellung, Produktion

Übergangsmetalle
Skript: Gewinnung und Reinigung der Übergangsmetalle - Format: PDF

Übergangsmetalle
Gewinnung und Reinigung. FH Münster - Format: PDF



Analyse und Bestimmung

Nickel
Qualitative anorganische Analyse, Gravimetrie

Nickel Analyse
... im Trennungsgang. Universität Wien - Format: PDF

Nickel Analyse
... im qualitativen anorganischen Praktikum. Universität München - Format: PDF



Mineralogie

Nickelhaltige Minerale
Informationen zum Nickel und den Nickelmineralien. Mineralien Atlas

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 03.02.2019.



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