28 Ni Nikkel
Atommasse:
58,6934
Fase (ved 25 °C):
Fast
Smeltepunkt:
1455 °C / 1728 K
Kokepunkt:
2913 °C / 3186 K
Vis flere fakta
Gruppe:
10
Periode:
4
Blokk:
d
Elektronkonfigurasjon:
[Ar]4s<sup>2</sup>3d<sup>8</sup>
Elektronegativitet:
1,91
Tetthet (ved 25 °C):
8,902 g/cm³
Vis færre fakta

Nikkel

Nikkel er et sølvhvitt, skinnende metal som er hardt og smibart. Det er et nokså alminnelig forekommende metall som er temperaturbestandig og ganske ureaktivt overfor luftas oksygen. Metallet har derfor blitt brukt til mynter og til overflatebeskyttelse av mange andre metaller. Mange nyttige legeringer som brukes i hverdagen har nikkel som en viktig bestanddel.

Pumpernikkel – har dette brødet noe med nikkel å gjøre, da?

Tja, “nikkel”-delen av ordet har i hvert fall samme opphav som metallet. Og for den første delen av ordet – se etter hva du finner i en ordbok eller på Wikipedia.

Anvendelser

Mynter av helt rent nikkel ble brukt i Sveits fra 1881. Men nikkel brukes i all hovedsak i legeringer, istedenfor som det rene metallet.

 

Rustfritt stål. Den dominerende anvendelsen av nikkel er i mange slags rustfritt stål (som står for ca. 60 % av nikkelforbruket) og andre korrosjons-bestandige legeringer. Mange av disse har registrerte varemerkebetegnelser som f.eks. Invar, Monel, Inconel, Hastelloy og flere andre. Nikkel-kobber-legeringen Monel er såpass korrosjonsbestandig at den benyttes i rør i avsaltingsanlegg der saltvann omgjøres til ferskvann. Monel brukes også i utstyr som utsettes for salt i lang tid som propeller og båtmotorer.

Panserstål. Panserstål inneholder 1-4 % nikkel og benyttes i produksjon av pengeskap, stridsvogner og krigsskip.

Mynt- og smykkemetall. Mange myntlegeringer inneholder nikkel. Anvendelser i smykkelegeringer er vanlig, men bruken er blitt begrenset på grunn av risikoen for nikkelallergi.

Overflatebelegg. Et tynt nikkelbelegg gir en beskyttende overflate på mange andre, mindre inerte metaller.

Grønnfarget glass. Nikkelsalter gir en grønn farge til glass.

Fettherdings-katalysator. Finfordelt nikkel, ofte kalt Raney nikkel, er en aktiv katalysator for hydrogenering av umettede organiske forbindelser (inneholder C=C dobbeltbindinger). Fettherding er hydrogenering av C=C dobbeltbindinger i umettede fettsyrekjeder og resulterer i fett med høyere smeltepunkt. Nikkel har tradisjonelt vært den katalysatoren som har vært brukt i margarinproduksjon, også i Norge. Jahres Fabrikker i Sandefjord og De-No-Fa i Fredrikstad er velkjente i denne sammenhengen.

Teknologiske anvendelser. Nikkel anvendes i visse keramiske materialer, i magneter, og i flere typer batterier. Oppladbare nikkel-kadmium batterier kan brukes igjen og igjen før de må kasseres. Nichrome (nikkel/krom, Permalloy (nikkel/jern) og Constantan (nikkel/kobber) er eksempler på legeringer som er teknologisk viktige på grunn av deres elektriske og magnetiske egenskaper.

I Norge

Nikkel har en lang og viktig historie i norsk metallurgisk industri. Norske nikkelforekomster er av typen nikkel- og kobberførende sulfidmalmer knyttet til bergartene gabbro og peridotitt. Det finnes også i pentlanditt (et blandet jern/nikkel-sulfid, (Fe,Ni)9S8; vanligvis ca. 1:1 jern og nikkel) som forekommer sammenvokst med magnetkis (jernsulfid Fe1-xS; x = 0,0-0,2).

Man har drevet utvinning av nikkel fra nikkelførende magnetkis flere steder i Norge. Den største var Flåt gruver i Evje. Inntil den ble nedlagt i 1946 var det blitt produsert 20 000 tonn nikkel fra 2,7 millioner tonn malm her. Utvinningen av nikkel i Norge startet i 1848 med Espedalen nikkelverk i Gausdal. I 1876 var hele 40 gruver og 7 smelteverk for nikkel i drift, og inntil 1880 sto norske gruver for om lag halvparten av verdens nikkelproduksjon! Oppdagelsen av store nikkelforekomster i Ny Kaledonia (en liten øygruppe nordøst for Australia) omkring 1870 gjorde etter hvert de fleste norske nikkelgruvene ulønnsomme.

Nikkel og Olivin A/S har drevet en nikkelgruve i Rånafeltet i Ballangen. Her forekommer peridotitt som fører mineralet nikkelin (NiAs). Produksjonen ble nedlagt i 2002 på grunn av lave nikkelpriser. Årsproduksjonen var ca. 740 000 tonn råmalm med nikkelinnhold på 0,5 %. Det kan også nevnes at Titania tar ut et nikkelkonsentrat som biprodukt ved titanmalmproduksjonen i Sokndal.

Kristiansands Nikkelraffineringsverk ble etablert i 1910 på grunnlag av ressursene i Flåt gruver. Det kanadiske selskapet Falconbridge overtok verket i 1929 fordi de trengte raffineringskapasitet for de stor nikkelforekomstene i Sudbury, Ontario. Fremdeles raffineres det nikkel og kobber i Kristiansand, basert på malmkonsentrater fra Canada, Botswana og Russland. Årsproduksjonen var i 2005 på 85 000 tonn nikkel og 40 000 tonn kobber.

Enkelte av de mindre norske nikkelforekomstene er anriket på platina-metaller. Dette gjelder for eksempel Lillefjellklumpen i Grong og Feøy ved Haugesund.

I kroppen

Nikkel er et essensielt grunnstoff som mange dyre- og plantearter arter må ha i spormengder (behovet er anslagsvis 5 mikrogram om dagen for et menneske). Te inneholder inntil 8 milligram nikkel pr. kg tørkede teblader.

Nikkels biokjemiske betydning var imidlertid ikke allment anerkjent før omkring 1970. Mange viktige enzymer inneholder nikkel. Bakterielle enzymer av slaget hydrogenaser (som oksiderer H2) inneholder nikkel. Planteenzymer av slaget ureaser – som hydrolyserer urea – inneholder også nikkel. Nikkel finnes også i karbonmonoksid dehydrogenase, superoksid dismutase og glyoxalase.

Dersom opptaket av nikkel blir for stort – via maten eller fra andre kilder – er dette skadelig for kroppen. Effekter som kan oppstå er økt risiko for flere krefttyper, lungeembolisme og andre luftveisplager, fødselsdefekter, allergiske reaksjoner (nikkel-allergi fra smykker som inneholder nikkelholdige legeringer) og hjerteproblemer. Det er henimot umulig å bli kvitt nikkelallergi når en først har utviklet en overfølsomhet for nikkel. Allergikerne kan til og med reagere på de spormengdene av nikkel som finnes i enkelte matvarer, som f.eks. kakao, sjokolade og nøtter.

Navn

Navnet nikkel er en forkortet utgave av det tyske “Kupfernickel”, som har betydningen “djevelens kobber”. “Nickel” er en variant av navnet Nicholas, som ofte var assosiert med underjordiske skapninger eller djevelen selv – kanskje du drar kjensel på det engelske uttrykket “Old Nick”? Tyske gruvearbeidere fant i sin tid en rødlig bergart som lignet Cu2O, men som egentlig var nikkolitt, NiAs. Da de ikke greide å utvinne det ønskede kobberet fra den bergarten de fant, mente de at det var djevelens verk, herav navnet. Betegnelsen “kupfernickel” ble også brukt av gruvearbeidere i tyske Erzgebirge, som fant det mindreverdige “kupfernickel” da de lette etter sølv ifølge nedtegninger fra 1654.

Historie

Menneskets bruk av nikkel kan spores så langt tilbake som omkring 3500 f.Kr. Bronse-legeringer fra det som nå er Syria inneholdt opptil 2 % nikkel. Metallet var i bruk i Kina fra omkring 1700-1400 f.Kr. og finnes i mynter derfra fra år 235 f.Kr. I tillegg til at nikkel var brukt som metall, ble nikkelholdige mineraler tidlig brukt til å gi glass en grønn farge.

I 1751 forsøkte den svenske mineralologen Baron Axel Frederik Cronstedt å utvinne kobber fra “kupfernickel” eller nikkolitt, funnet i en koboltgruve i Hälsingland. I stedet isolerte han det sølvhvite metallet som han gav navnet nikkel i 1754. Datidens kjemikere var skeptiske til hvorvidt nikkel var et nytt metall og ikke bare en blanding av andre, allerede kjente metaller. Det var først i 1775, 10 år etter Cronstedts død, at Torbern Bergman fremstilte nikkel som var rent nok til at det ikke lengre hersket noen tvil om at det var et eget metall.

Fremstilling

Kommersiell utvinning av nikkel skjer først og fremst fra bergartene pentlanditt og pyrrhotitt. Nikkel utvinnes fra malmen med konvensjonell røsting og reduksjonsprosesser til en renhet bedre enn 75 %. Ofte kan denne nikkelkvaliteten benyttes direkte i viktige legeringer, f.eks. i noen typer av rustfritt stål. Den endelige rensingen til en renhet bedre enn 99,99 % kan skje ved den såkalte Mond-prosessen. Her reageres nikkel med karbonmonoksid ved 50 ºC og det dannes et flyktig, ekstremt giftig nikkelkarbonyl-kompleks, Ni(CO)4. Denne forbindelsen har et kokepunkt på 43 ºC og er en væske med et anselig damptrykk ved romtemperatur. Under disse betingelsene er alle forurensninger fortsatt faste og kan lett separeres fra nikkelkarbonyl-gassen. Nikkelkarbonyl-gassen føres så inn i store reaktorer ved høye temperaturer, og her dekomponerer Ni(CO)4 til metallisk nikkel og karbonmonoksid (som gjenbrukes). Det høyrensete nikkel som fås på denne måten går gjerne under navnet karbonylnikkel.

Forekomst

Milleritt, NiS, fra Pribram.
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Nikkel finnes i mange forskjellige bergarter, f.eks. sammen med svovel og jern i mineralet pentlanditt og pyrrhotitt, med svovel i milleritt, og med arsen i nikkolitt. Nikkel finnes i de fleste meteoritter. De store mengder nikkel (5-20 %) som finnes i jernmeteoritter, eller sideritter, benyttes ofte for å skille mellom meteoritter og andre mineraler. Store nikkelforekomster finnes bl.a. i Ontario, Australia, Russland, Ny Kaledonia, Cuba, Sør-Afrika og Indonesia. Sudbury-området i Ontario, Canada, produserer omkring 30 % av verdens nikkel; disse forekomstene stammer antagelig fra en gigantisk meteoritt-kollisjon i jordas tidlige geologiske tidsalder. Russland står for omkring 40 % av verdensproduksjonen ved gruveselskapet MMC Norilsk Nickel i Sibir; palladium utvinnes her som et verdifullt biprodukt. Her i Norge er vel nikkelproduksjonen i den russiske byen Nikel, bare 8 kilometer fra norskegrensen i Finnmark og 40 km fra Kirkenes, bedre kjent. Norilsk-konsernets nikkelproduksjon der skjer fortsatt med store forurensende utslipp av svoveldioksid (SO2) – med avskoging og andre miljøproblemer som resultat.

Interessant nok er mesteparten av jordklodens nikkel utilgjengelig for oss – den varme, smeltede jern/nikkel-kjernen i jordas indre antas å bestå av ca. 10 % nikkel. Det utvinnes over 500 000 tonn nikkel på årsbasis i verden, og kjente, lett tilgjengelige forekomster vil vare i minst 150 år til.

Kjemien

Nikkel reagerer verken med luft eller vann under normale betingelsen og dette er grunnen til at nikkellegeringer er viktige. Metallisk nikkel løses langsomt i fortynnet svovelsyre og gir oppløst NiSO4. Salpetersyre danner imidlertid et beskyttende oksidlag på metalloverflaten. Nikkel reagerer med alle halogenene (men kun meget langsomt med F2):

Ni(s) + Cl2 → NiCl2 (gult)

Ni(s) + Br2 → NiBr2 (gult)

Ni(s) + I2 → NiI2 (sort)