Nikel kimyasal elementi 28 atom numarasına ve Ni sembolüne sahiptir. Parlak, gümüşi beyaz bir metaldir ve az miktarda altın içerir. Süneklik ve sertliğe sahip bir geçiş metali nikeldir. Saf nikelin kimyasal olarak reaktif olmasına rağmen, büyük parçaların hava ile reaksiyona girmesi normalden daha uzun sürer, çünkü normal şartlar altında, daha fazla korozyonu durdurmak için yüzeyde bir nikel oksit pasivasyon tabakası büyür. Bununla birlikte, Dünya’nın kabuğunda, tipik olarak ultramafik kayalarda ve Dünya atmosferinin dışında geçirdikleri süre boyunca oksijenle temas etmemiş olan daha büyük nikel-demir meteoritlerinin iç kısımlarında yalnızca eser miktarda saf doğal nikel bulunur.
Demir ve meteorik nikel sıklıkla birlikte keşfedilir, bu da süpernova nükleosentezinin temel yan ürünleri olarak kökenlerinin göstergesidir. Dünya’nın dış ve iç çekirdeklerinin demir-nikel kombinasyonundan oluştuğu varsayılmaktadır.
M.Ö. 3500 yıllarına kadar insanlar nikeli (doğal bir meteorik nikel-demir alaşımı şeklinde) kullanıyorlardı. Axel Fredrik Cronstedt, Los, Hälsingland, İsveç’teki kobalt madenlerinde başlangıçta cevheri bakır minerali sanmış ve 1751’de nikeli ilk kez bir element olarak ayırıp kategorize etmiştir. Elementin adı, Alman madencilik folklorunda bakır-nikel cevherlerinin bakır rafinasyonuna karşı direncini temsil eden yaramaz bir figür olan Nikel’den türetilmiştir. Tipik olarak %1-2 nikel içeren demir cevheri limonit, ekonomik açıdan önemli bir nikel kaynağıdır. Pentlandit ve garnierit olarak bilinen doğal olarak oluşan silikat mineralleri topluluğu iki önemli nikel cevheri mineralidir. Önde gelen üretim yerleri arasında Norilsk, Rusya; Pasifik’teki Yeni Kaledonya; ve Kanada’nın Sudbury bölgesi bulunmaktadır.
Diğer üç ferromanyetik element demir, kobalt ve gadolinyumdur. Nikel de bu dört maddeden biridir. Güç açısından demirden yapılmış kalıcı mıknatıslar ile nadir toprak mıknatısları arasında, kısmen nikel bazlı olan Alnico mıknatısları bulunur. Metal çoğunlukla alaşımlarda ve korozyon direnci için kaplamada kullanılır. Paslanmaz çelik küresel üretimin %68’inden fazlasını oluşturmaktadır. 10’u nikel ve bakır bazlı alaşımlarda, %9’u kaplamada, %7’si alaşımlı çeliklerde, %3’ü dökümhanelerde ve %4’ü elektrikli araçlarda (EV) kullanılan şarj edilebilir piller[8] gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Nikel sıklıkla madeni paralarda kullanılmasına rağmen, nikel alerjileri zaman zaman nikel kaplamalı eşyalar tarafından tetiklenebilir.
Nikel, yakıtın hidrojenlenmesi, şarj edilebilir piller için katot üretimi, pigmentler ve metal yüzey işlemleri de dahil olmak üzere çeşitli özel kimyasal endüstriyel işlemlerde kullanılan bir maddedir. Aktif bölgesi nikel olan enzimlere sahip birçok bakteri ve bitki nikeli temel bir besin maddesi olarak kabul eder.
Nikelin Fiziksel ve Atomik Özellikleri
Nikel, soluk bir altın rengi ile oldukça cilalanabilir gümüşi beyaz bir metaldir. Sadece dört element -demir, kobalt, gadolinyum ve bu element- ortam sıcaklığında veya ortam sıcaklığına yakın ferromanyetiktir. Nikelin manyetik olmaktan çıktığı sıcaklık Curie sıcaklığı olarak bilinir ve bu sıcaklık 355 °C’dir. Nikelin atomik yarıçapı 0,124 nm’dir ve birim hücresi 0,352 nm kafes parametresine sahip yüz merkezli bir küp şeklindedir.
En az 70 GPa’lık basınçlar bu kristal yapıyı kırmak için yeterli değildir. Geçiş metalleri için nikel nispeten yüksek elektrik ve ısı iletkenliğine sahiptir ve sert, dövülebilir ve sünektir. Dislokasyonların gelişimi ve göçü nedeniyle, gerçek dökme malzeme hiçbir zaman mükemmel kristaller için beklenen 34 GPa’lık yüksek basınç dayanımına ulaşmaz.
Bununla birlikte, Ni nanopartikülleri bunu başarmıştır.
Elektron konfigürasyonu üzerinde anlaşmazlık
Nikel için nispeten benzer enerjili iki atomik elektron konfigürasyonu [Ar] 3d8 4s2 ve [Ar] 3d9 4s1’dir. [Ar] tam argon çekirdek yapısını temsil eder. Hangi konfigürasyonun daha düşük enerjiye sahip olduğu konusunda bazı tartışmalar vardır. [16] Nikelin elektron konfigürasyonu [Ar] 4s2 3d8 olarak verilir, genellikle [Ar] 3d8 4s2 olarak yazılır. 4s’nin 3d’den önce dolduğunu belirten Madelung enerji sıralama kuralı bu konfigürasyonla uyumludur. Nikel atomunun en düşük enerji durumunun 3d8 4s2 enerji seviyesi – daha spesifik olarak 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4 seviyesi – olduğuna dair deneysel bulgu bu teoriyi desteklemektedir.
Ancak, ince yapı nedeniyle, bu iki konfigürasyonun her biri birkaç enerji seviyesine ayrılır ve iki enerji seviyesi kümesi üst üste biner. Ar] 3d8 4s2 ile karşılaştırıldığında, [Ar] 3d9 4s1 ile durumların ortalama enerjisi aslında daha düşüktür. Sonuç olarak, atomik hesaplamalarla ilgili akademik literatürde temel hal konfigürasyonu [Ar] 3d9 4s1 olarak listelenmiştir.
Nikelin İzotopları
Nikel izotoplarının atom ağırlıkları 48 u (48Ni) ile 82 u (82Ni) arasında değişir. Doğada bulunan beş kararlı nikel izotopu 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni ve 64Ni olup, 58Ni en yüksek doğal bolluğa (%68,077) sahiptir.
Nikel-62, 8,7946 MeV’lik nükleon bağlanma enerjisi ile herhangi bir nüklidin en yüksek bağlanma enerjisine sahiptir. Sıklıkla yanlışlıkla en yüksek bağlanma enerjilerine sahip olarak listelenen iki yaygın nüklit olan 56Fe ve 58Fe’den daha yüksek bir bağlanma enerjisine sahiptir. Bu durum nikelin evrende en yaygın ağır element olduğunu gösteriyor gibi görünse de, nikelin yıldız içlerindeki yüksek fotodintegrasyon oranı nedeniyle demir aslında önemli ölçüde daha yaygındır.
Uzun süredir nesli tükenmiş olan radyoaktif 60Fe’nin yavrusu nikel-60’tır (yarı ömrü 2,6 milyon yıl). 60Fe’nin uzun yarı ömrü ve güneş sistemi bileşenlerindeki kalıcılığı göz önüne alındığında, 60Ni’nin izotopik bileşiminde değişiklikler görmek mümkündür. Sonuç olarak, yabancı maddelerde 60Ni’nin yaygınlığı Güneş Sistemi’nin oluşumuna ve erken gelişimine ışık tutabilir.
Bilinen en az 26 nikel radyoizotopu vardır; en kararlı olanları 76.000 yıllık yarı ömre sahip 59Ni, 63Ni ve 56Ni’dir (6 gün). Diğer tüm radyoizotopların yarı ömürleri 60 saatten azdır ve çoğunlukla 30 saniyenin altındadır. Dahası, bu elementin bir meta durumu vardır.
Silisyum yakma işlemi, daha sonra tip Ia süpernovalarında önemli miktarlarda salınan radyoaktif nikel-56 üretimiyle sonuçlanır. Bu süpernovaların orta ve geç zamanlardaki ışık eğrileri, 56Ni’nin elektron yakalamasından sonra kobalt-56’ya ve ardından demir-56’ya bozunmasıyla tutarlı bir şekilde şekillenir. Nikel-59, 76.000 yıl gibi uzun bir yarı ömre sahip kozmojenik bir radyonükliddir.
İzotop jeolojisi 59Ni’yi çeşitli şekillerde kullanmıştır. 59Ni, buz ve tortulardaki dünya dışı toz miktarını ölçmenin yanı sıra Dünya’daki meteoritlerin yaşını tarihlendirmek için de kullanılmıştır. Yarı ömrü henüz 110 milisaniye olarak tahmin edilen Nikel-78’in, demirden daha ağır elementlerin süpernova nükleosentezinde önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir. Bilinen en yüksek proton içeriğine sahip ağır element izotopu 1999 yılında bulunan 48Ni’dir. 48Ni, 28 proton ve 20 nötron ile “çift sihirlidir”, tıpkı 28 proton ve 50 nötron ile 78Ni gibi. Sonuç olarak, her ikisi de böylesine önemli bir proton-nötron dengesizliğine sahip çekirdekler için oldukça kararlıdır.
Nükleer reaktör destek yapıları bir kirletici olan nikel-63 içerir. Nikel-62’nin nötron yakalama işlemi yoluyla oluşturulur. Güney Pasifik’te nükleer silah test alanlarının yakınlarında da az miktarda bulunmuştur.
Kaynak: Wikipedia