NIKEL: SEJARAH, PROPERTI, STRUKTUR, PENGGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2024

The nikel adalah logam transisi putih simbol kimia adalah Ni. Kekerasannya lebih besar dari pada besi, selain menjadi konduktor panas dan listrik yang baik, dan secara umum, dianggap sebagai logam yang tidak terlalu reaktif dan sangat tahan terhadap korosi. Dalam keadaan murni, warnanya perak dengan warna emas.

Pada 1751, Axel Fredrik Cronsted, seorang ahli kimia Swedia, berhasil mengisolasi dari mineral yang dikenal sebagai Kupfernickel (tembaga setan), yang diekstrak dari tambang kobalt di sebuah desa Swedia. Pada awalnya, Cronsted mengira bahwa mineralnya adalah tembaga, tetapi unsur yang diisolasi ternyata berwarna putih, berbeda dari tembaga.

Bola nikel di mana nada keemasannya bersinar. Sumber: René Rausch

Cronsted menamai unsur nikel dan kemudian ditetapkan bahwa mineral yang disebut kupfernickel adalah nikolit (nikel arsenida).

Nikel diekstraksi terutama dari dua endapan: batuan beku dan segregasi lain dari magma bumi. Mineral tersebut bersifat belerang, seperti pentladite. Sumber nikel kedua adalah laterit, dengan mineral kaya nikel seperti garnierit.

Aplikasi utama nikel adalah dalam pembentukan paduan dengan banyak logam; misalnya, terlibat dalam produksi baja tahan karat, suatu kegiatan industri yang mengkonsumsi sekitar 70% produksi nikel dunia.

Selain itu, nikel digunakan dalam paduan seperti alnico, paduan sifat magnetis yang ditujukan untuk pembuatan motor listrik, speaker, dan mikrofon.

Nikel mulai digunakan dalam pembuatan koin pada pertengahan abad ke-19. Namun, penggunaannya sekarang telah digantikan oleh logam yang lebih murah; meskipun terus digunakan di beberapa negara.

Nikel merupakan elemen penting bagi tanaman karena mengaktifkan enzim urease yang mengintervensi degradasi urea menjadi amonia, yang dapat digunakan oleh tanaman sebagai sumber nitrogen. Selain itu, urea merupakan senyawa beracun yang menyebabkan kerusakan parah pada tanaman.

Nikel merupakan unsur toksisitas yang besar bagi manusia, terbukti sebagai agen karsinogenik. Selain itu, nikel menyebabkan dermatitis kontak dan perkembangan alergi.

Sejarah

Jaman dahulu

Pria itu tahu sejak zaman kuno keberadaan nikel. Misalnya, persentase nikel 2% ditemukan di benda perunggu (3500 SM), yang ada di tanah yang saat ini dimiliki Suriah.

Juga, manuskrip Cina menunjukkan bahwa "tembaga putih", yang dikenal sebagai baitong, digunakan antara 1700 dan 1400 SM. Mineral tersebut diekspor ke Inggris Raya pada abad ke-17; tetapi kandungan nikel dari paduan ini (Cu-Ni) tidak ditemukan sampai tahun 1822.

Di Jerman abad pertengahan, ditemukan mineral kemerahan, mirip dengan tembaga, dan memiliki bintik-bintik hijau. Para penambang mencoba mengisolasi tembaga dari bijih, tetapi gagal dalam upaya mereka. Selain itu, kontak dengan mineral menghasilkan masalah kesehatan.

Karena alasan ini, para penambang mengaitkan mineral tersebut dengan kondisi ganas dan menamainya dengan nama berbeda yang menggambarkan kondisi ini; seperti "Old Nick", juga kupfernickel (tembaga iblis). Sekarang diketahui bahwa mineral yang dimaksud adalah nikolit: nikel arsenida, NiAs.

Penemuan dan produksi

Pada 1751, Axel Fredrik Cronsted mencoba mengisolasi tembaga dari kupfernickel, diperoleh dari tambang kobalt yang terletak di dekat Los Halsinglandt, sebuah desa di Swedia. Tetapi dia hanya berhasil mendapatkan logam putih, yang sampai sekarang tidak dikenal dan menyebutnya nikel.

Mulai tahun 1824, nikel diperoleh sebagai produk sampingan dari produksi biru kobalt. Pada tahun 1848, sebuah pabrik peleburan didirikan di Norwegia untuk memproses nikel yang ada dalam mineral pyrrhotite.

Pada tahun 1889, nikel dimasukkan ke dalam produksi baja, dan endapan yang ditemukan di Kaledonia Baru menghasilkan nikel untuk konsumsi dunia.

Properti

Penampilan

Putih keperakan, berkilau dan dengan sedikit warna keemasan.

Berat atom

58,9344 u

Nomor atom (Z)

28

Titik lebur

1.455 ºC

Titik didih

2.730 ºC

Massa jenis

-Pada suhu kamar: 8,908 g / mL

-Pada titik leleh (cair): 7,81 g / mL

Panas fusi

17,48 kJ / mol

Panas penguapan

379 kJ / mol

Kapasitas kalori molar

26,07 J / mol

Elektronegativitas

1,91 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Tingkat ionisasi pertama: 737,1 kJ / mol

Tingkat ionisasi kedua: 1.753 kJ / mol

Tingkat ionisasi ketiga: 3.395 kJ / mol

Radio atom

Empiris 124 pm

Jari-jari kovalen

124,4 ± 4 sore

Konduktivitas termal

90,9 W / (m K)

Resistivitas listrik

69,3 nΩ m pada 20 ºC

Kekerasan

4.0 pada skala Mohs.

karakteristik

Nikel adalah logam yang ulet dan mudah dibentuk serta memiliki kekerasan lebih besar dari besi, menjadi konduktor listrik dan termal yang baik. Ini adalah logam feromagnetik pada suhu normal, suhu Curie-nya adalah 358ºC. Pada suhu yang lebih tinggi dari ini, nikel tidak lagi bersifat feromagnetik.

Nikel adalah salah satu dari empat elemen feromagnetik, tiga lainnya adalah: besi, kobalt, dan gadolinium.

Isotop

Ada 31 isotop nikel, dibatasi oleh ⁴⁸ Ni dan ⁷⁸ Ni.

Ada lima isotop alami: ⁵⁸ Ni, dengan kelimpahan 68,27%; ⁶⁰ Ni, dengan kelimpahan 26,10%; ⁶¹ Ni, dengan kelimpahan 1,13%; ⁶² Ni, dengan kelimpahan 3,59%; dan ⁶⁴ Ni, dengan kelimpahan 0,9%.

Berat atom sekitar 59 u untuk nikel menunjukkan bahwa tidak ada dominasi yang nyata di salah satu isotop (meskipun ⁵⁸ Ni adalah yang paling melimpah).

Struktur dan konfigurasi elektronik

Logam nikel mengkristal menjadi struktur kubik berpusat muka (fcc). Fase fcc ini sangat stabil, dan tetap tidak berubah hingga tekanan mendekati 70 GPa; Ada sedikit informasi bibliografi mengenai fase atau polimorf nikel di bawah tekanan tinggi.

Morfologi kristal nikel bervariasi, karena dapat diatur sedemikian rupa sehingga membentuk nanotube. Sebagai nanopartikel atau padatan makroskopik, ikatan logam tetap sama (dalam teori); artinya, elektron valensi yang sama yang mengikat atom Ni.

Menurut dua kemungkinan konfigurasi elektronik untuk nikel:

3d ⁸ 4s ²

3d ⁹ 4s ¹

Sepuluh elektron terlibat dalam ikatan logam; delapan atau sembilan di orbital 3d, bersama dengan dua atau satu di orbital 4s. Perhatikan bahwa pita valensi praktis penuh, dekat dengan pengangkutan elektronnya ke pita konduksi; fakta yang menjelaskan konduktivitas listriknya yang relatif tinggi.

Struktur fcc nikel sangat stabil sehingga bahkan diadopsi oleh baja saat ditambahkan padanya. Jadi, besi tahan karat dengan kandungan nikel yang tinggi juga fcc.

Bilangan oksidasi

Nikel, meskipun kelihatannya tidak seperti itu, juga memiliki bilangan oksidasi atau bilangan yang melimpah. Negatifnya jelas karena ia hanya kekurangan dua elektron untuk menyelesaikan sepuluh orbital 3d-nya; dengan demikian, ia dapat memperoleh satu atau dua elektron, masing-masing memiliki bilangan oksidasi -1 (Ni ^- ) atau -2 (Ni ^2- ).

Bilangan oksidasi paling stabil untuk nikel adalah +2, dengan asumsi adanya kation Ni ²⁺ , yang telah kehilangan elektron di orbital 4s dan memiliki delapan elektron di orbital 3d (3d ⁸ ).

Juga, ada dua bilangan oksidasi positif lainnya: +3 (Ni ³⁺ ) dan +4 (Ni ⁴⁺ ). Di tingkat sekolah atau sekolah menengah, nikel hanya diajarkan sebagai Ni (II) atau Ni (III), karena nikel adalah bilangan oksidasi paling umum yang ditemukan dalam senyawa yang sangat stabil.

Dan bila nikel logam yang merupakan bagian dari suatu senyawa, yaitu dengan atom Ni netralnya, maka dikatakan ikut atau berikatan dengan bilangan oksidasi 0 (Ni ⁰ ).

Dimana nikel ditemukan?

Mineral dan laut

Nikel merupakan 0,007% dari kerak bumi, sehingga kelimpahannya rendah. Tapi, itu masih logam paling melimpah kedua setelah besi di inti cair bumi, yang dikenal sebagai Nife. Air laut memiliki konsentrasi nikel rata-rata 5,6 · 10 ^-4 mg / L.

Biasanya ditemukan di batuan beku, pentlandit, mineral yang terbentuk dari besi dan nikel sulfida, menjadi salah satu sumber utama nikel:

Batuan tersusun dari mineral pentlandit dan pirhotit. Sumber: John Sobolewski (JSS)

Mineral pentlandite hadir di Sudbury, Ontario, Kanada; salah satu deposit utama logam ini di dunia.

Pentlandit memiliki konsentrasi nikel antara 3 dan 5%, dikaitkan dengan pirhotit, besi sulfida yang kaya nikel. Mineral ini ditemukan di batuan, produk segregasi magma bumi.

Laterit

Sumber nikel penting lainnya adalah laterit, yang terdiri dari tanah kering di daerah panas. Mereka miskin silika dan memiliki beberapa mineral, termasuk: garnierite, magnesium nikel silikat; dan limonit, bijih besi

Ini digunakan dalam paduan dengan besi terutama untuk produksi baja tahan karat, karena 68% dari produksi nikel digunakan untuk tujuan ini.

Ini juga membentuk paduan dengan tembaga, tahan terhadap korosi. Paduan ini terdiri dari 60% nikel, 30% tembaga dan sejumlah kecil logam lainnya, terutama besi.

Nikel digunakan dalam paduan resistif, magnetis dan untuk tujuan lain, seperti perak nikel; dan paduan yang terdiri dari nikel dan tembaga, tetapi tidak mengandung perak. Tabung Ni-Cu digunakan di pabrik desalinasi, perisai, dan pembuatan koin.

Nikel memberikan ketangguhan dan kekuatan tarik pada paduan yang membangun ketahanan terhadap korosi. Selain paduan dengan tembaga, besi dan kromium, juga digunakan dalam paduan dengan perunggu, aluminium, timbal, kobalt, perak dan emas.

Paduan Monel terdiri dari 17% nikel, 30% tembaga dan dengan jejak besi, mangan dan silikon. Ini tahan terhadap air laut, yang membuatnya ideal untuk digunakan pada baling-baling kapal.

Tindakan protektif

Nikel yang bereaksi dengan fluor membentuk lapisan pelindung untuk elemen fluor, memungkinkan logam nikel atau paduan Monel digunakan dalam saluran gas fluor.

Nikel tahan terhadap aksi alkali. Untuk alasan ini digunakan dalam wadah yang mengandung natrium hidroksida pekat. Ini juga digunakan dalam pelapisan listrik untuk membuat permukaan pelindung untuk logam lain.

Penggunaan lainnya

Nikel digunakan sebagai agen pereduksi untuk enam logam dari kelompok mineral platinum tempat ia digabungkan; terutama platina dan paladium. Busa nikel atau jaring digunakan dalam pembuatan elektroda untuk baterai bahan bakar alkali.

Nikel digunakan sebagai katalisator untuk hidrogenasi asam lemak nabati tak jenuh, yang digunakan dalam proses pembuatan margarin. Tembaga dan paduan Cu-Ni memiliki aksi antibakteri terhadap E. coli.

Nanopartikel

Nanopartikel nikel (NPs-Ni) menemukan berbagai macam kegunaan karena luas permukaannya lebih besar dibandingkan dengan sampel makroskopik. Ketika NPs-Ni ini disintesis dari ekstrak tumbuhan, mereka mengembangkan aktivitas antimikroba dan antibakteri.

Alasan yang disebutkan di atas adalah karena kecenderungannya yang lebih besar untuk mengoksidasi jika bersentuhan dengan air, membentuk kation Ni ²⁺ dan spesies oksigen yang sangat reaktif, yang mengubah sifat sel mikroba.

Di sisi lain, NPs-Ni digunakan sebagai bahan elektroda dalam sel bahan bakar padat, serat, magnet, cairan magnet, komponen elektronik, sensor gas, dll. Demikian juga, mereka adalah pendukung katalitik, adsorben, zat pemutih dan pemurni air limbah.

-Komposit

Nikel klorida, nitrat dan sulfat digunakan dalam rendaman nikel dalam pelapisan listrik. Selanjutnya garam sulfatnya digunakan dalam pembuatan katalis dan mordan untuk pewarnaan tekstil.

Nikel peroksida digunakan dalam baterai penyimpanan. Ferit nikel digunakan sebagai inti magnet pada antena di berbagai peralatan listrik.

Nikel tertracarbonyl menyediakan karbon monoksida untuk sintesis akrilat, dari asetilen dan alkohol. Oksida gabungan barium dan nikel (BaNiO ₃ ) berfungsi sebagai bahan baku pembuatan katoda dari banyak baterai isi ulang, seperti Ni-Cd, Ni-Fe dan Ni-H.

Peran biologis

Tanaman membutuhkan keberadaan nikel untuk pertumbuhannya. Ia diketahui digunakan sebagai kofaktor oleh berbagai enzim tumbuhan, termasuk urease; enzim yang mengubah urea menjadi amonia, mampu menggunakan senyawa ini dalam fungsi tumbuhan.

Selain itu, akumulasi urea menyebabkan perubahan pada daun tanaman. Nikel bertindak sebagai katalis untuk meningkatkan fiksasi nitrogen oleh kacang-kacangan.

Tanaman yang paling sensitif terhadap defisiensi nikel adalah kacang-kacangan (buncis dan alfalfa), barley, gandum, plum dan persik. Kekurangannya dimanifestasikan pada tanaman dengan klorosis, daun rontok dan kekurangan pertumbuhan.

Pada beberapa bakteri, enzim urease bergantung pada nikel, tetapi dianggap dapat memiliki aksi mematikan pada organisme yang mereka tinggali.

Enzim bakteri lain, seperti superoksida dismutase, serta glyxidase yang ada pada bakteri dan beberapa parasit, misalnya pada tripanosom, bergantung pada nikel. Namun, enzim yang sama pada spesies yang lebih tinggi tidak bergantung pada nikel tetapi pada seng.

Resiko

Konsumsi nikel dalam jumlah besar dikaitkan dengan pembentukan dan perkembangan kanker paru-paru, hidung, laring dan prostat. Selain itu, dapat menyebabkan gangguan pernapasan, gagal napas, asma, dan bronkitis. Asap nikel dapat menyebabkan iritasi paru-paru.

Kontak nikel dengan kulit dapat menyebabkan sensitisasi, yang kemudian menimbulkan alergi, yang bermanifestasi sebagai ruam kulit.

Paparan kulit terhadap nikel dapat menyebabkan dermatitis yang dikenal sebagai "gatal nikel" pada orang yang sebelumnya peka. Setelah sensitisasi terhadap nikel, ia bertahan tanpa batas.

Badan Internasional untuk Penelitian Kanker (IARC) telah menempatkan senyawa nikel di Grup 1 (ada cukup bukti karsinogenisitas pada manusia). Namun, OSHA tidak mengatur nikel sebagai karsinogen.

Direkomendasikan bahwa paparan logam nikel dan senyawanya tidak boleh melebihi 1 mg / m ³ selama delapan jam kerja dalam empat puluh jam seminggu. Nikel karbonil dan nikel sulfida adalah senyawa yang sangat toksik atau karsinogenik.

Referensi

1. Muhammad Imran Din dan Aneela Rani. (2016). Kemajuan Terbaru dalam Sintesis dan Stabilisasi Nanopartikel Nikel dan Nikel Oksida: Adeptness Hijau. Jurnal Internasional Kimia Analitik, vol. 2016, ID Artikel 3512145, 14 halaman, 2016. doi.org/10.1155/2016/3512145.
2. Ravindhranath K, Ramamoorty M. (2017). Partikel Nano Berbasis Nikel sebagai Adsorben dalam Metode Pemurnian Air - Tinjauan. Orient J Chem 2017-33 (4).
3. Wikipedia. (2019). Nikel. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Institut Nikel. (2018). Stainless steel: Peran nikel. Diperoleh dari: nickelinstitute.org
5. Editor Encyclopaedia Britannica. (20 Maret 2019). Nikel. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
6. Troy Buechel. (05 Oktober 2018). Peran nikel dalam budidaya tanaman. Promix. Diperoleh dari: pthorticulture.com
7. Lenntech. (2019). Tabel periodik: Nikel. Diperoleh dari: lenntech.com
8. Bell Terence. (28 Juli 2019). Profil logam nikel. Diperoleh dari: thebalance.com
9. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Juni 2018). 10 Fakta Elemen Nikel. Diperoleh dari: thinkco.com
10. Dinni Nurhayani & Akhmad A. Korda. (2015). Pengaruh penambahan nikel terhadap sifat antimikroba, fisik, dan mekanik paduan tembaga-nikel terhadap suspensi Escherichia coli. Prosiding Konferensi AIP 1677, 070023. doi.org/10.1063/1.4930727