Níquel

El níquel es un elemento químico de símbolo Ni y número atómico 28. Es un metal lustroso de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel es un metal de transición duro y dúctil. El níquel puro, en polvo para maximizar el área de superficie reactiva, muestra una actividad química significativa, pero las piezas más grandes reaccionan lentamente con el aire en condiciones estándar porque se forma una capa de óxido en la superficie y evita una mayor corrosión (pasivación). Aun así, el níquel nativo puro se encuentra en la corteza terrestre solo en pequeñas cantidades, generalmente en rocas ultramáficas y en el interior de meteoritos de níquel-hierro más grandes que no estuvieron expuestos al oxígeno cuando estaban fuera de la atmósfera terrestre.

El níquel meteórico se encuentra en combinación con el hierro, un reflejo del origen de esos elementos como los principales productos finales de la nucleosíntesis de las supernovas. Se cree que una mezcla de hierro y níquel compone los núcleos externo e interno de la Tierra.

El uso del níquel (como aleación meteórica natural de níquel-hierro) se remonta al 3500 a. El níquel fue aislado y clasificado por primera vez como un elemento en 1751 por Axel Fredrik Cronstedt, quien inicialmente confundió el mineral con un mineral de cobre, en las minas de cobalto de Los, Hälsingland, Suecia. El nombre del elemento proviene de un espíritu travieso de la mitología minera alemana, Nickel (similar a Old Nick), que personificaba el hecho de que los minerales de cobre y níquel resistían el refinamiento en cobre. Una fuente económicamente importante de níquel es el mineral de hierro limonita, que a menudo contiene entre un 1% y un 2% de níquel. Otros minerales importantes de níquel son la pentlandita y una mezcla de silicatos naturales ricos en Ni conocida como garnierita. Los principales sitios de producción incluyen la región de Sudbury, Canadá (que se cree que es de origen meteórico), Nueva Caledonia en el Pacífico y Norilsk, Rusia.

El níquel se oxida lentamente con el aire a temperatura ambiente y se considera resistente a la corrosión. Históricamente, se ha utilizado para enchapar hierro y latón, recubrir equipos químicos y fabricar ciertas aleaciones que retienen un alto pulido plateado, como la plata alemana. Alrededor del 9% de la producción mundial de níquel todavía se utiliza para el niquelado resistente a la corrosión. Los objetos niquelados a veces provocan alergia al níquel. El níquel ha sido ampliamente utilizado en monedas, aunque su precio en aumento ha llevado a algunos reemplazos con metales más baratos en los últimos años.

El níquel es uno de los cuatro elementos (los otros son hierro, cobalto y gadolinio) que son ferromagnéticos a temperatura ambiente. Los imanes permanentes de álnico basados ​​parcialmente en níquel tienen una fuerza intermedia entre los imanes permanentes basados ​​en hierro y los imanes de tierras raras. El metal es valioso en los tiempos modernos principalmente en aleaciones; alrededor del 68% de la producción mundial se utiliza en acero inoxidable. Otro 10 % se utiliza para aleaciones a base de níquel y cobre, 7 % para aceros aleados, 3 % en fundiciones, 9 % en chapado y 4 % en otras aplicaciones, incluido el sector de baterías de rápido crecimiento, incluidos los de la industria eléctrica. vehículos (VE). Como compuesto, el níquel tiene una serie de usos de fabricación de productos químicos de nicho, como un catalizador para la hidrogenación, cátodos para baterías recargables, pigmentos y tratamientos de superficies metálicas.El níquel es un nutriente esencial para algunos microorganismos y plantas que tienen enzimas con níquel como sitio activo.

Propiedades

Propiedades atómicas y físicas.

El níquel es un metal de color blanco plateado con un ligero matiz dorado que requiere un alto pulido. Es uno de los cuatro elementos que son magnéticos a temperatura ambiente o cerca de ella; los otros son hierro, cobalto y gadolinio. Su temperatura de Curie es de 355 °C (671 °F), lo que significa que el níquel a granel no es magnético por encima de esta temperatura. La celda unitaria del níquel es un cubo centrado en las caras con un parámetro de red de 0,352 nm, lo que da un radio atómico de 0,124 nm. Esta estructura cristalina es estable a presiones de al menos 70 GPa. El níquel es duro, maleable y dúctil, y tiene una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta para los metales de transición.La alta resistencia a la compresión de 34 GPa, predicha para cristales ideales, nunca se obtiene en el material a granel real debido a la formación y movimiento de dislocaciones. Sin embargo, se ha alcanzado en nanopartículas de Ni.

Disputa de configuración electrónica

El níquel tiene dos configuraciones electrónicas atómicas, [Ar] 3d 4s y [Ar] 3d 4s, que tienen una energía muy similar; [Ar] indica la estructura completa del núcleo de argón. Existe cierto desacuerdo sobre qué configuración tiene la energía más baja. Los libros de texto de química citan la configuración electrónica del níquel como [Ar] 4s 3d, también escrito [Ar] 3d 4s. Esta configuración está de acuerdo con la regla de ordenación de energía de Madelung, que predice que 4s se llena antes que 3d. Está respaldado por el hecho experimental de que el estado de energía más bajo del átomo de níquel es un nivel de energía 3d 4s, específicamente el nivel 3d (F) 4s F, J = 4.

Sin embargo, cada una de estas dos configuraciones se divide en varios niveles de energía debido a la estructura fina, y los dos conjuntos de niveles de energía se superponen. La energía promedio de los estados con [Ar] 3d 4s es en realidad más baja que la energía promedio de los estados con [Ar] 3d 4s. Por lo tanto, la literatura de investigación sobre cálculos atómicos cita la configuración del estado fundamental como [Ar] 3d 4s.

Isótopos

Los isótopos de níquel varían en peso atómico desde 48 u (Ni) a 78 u (en).

El níquel natural está compuesto por cinco isótopos estables,en,en,en,Ni yni, de los cualesEl Ni es el más abundante (68,077% de abundancia natural).

El níquel-62 tiene la energía de unión por nucleón más alta de todos los nucleidos: 8,7946 MeV/nucleón. Su energía de enlace es mayor que la de ambos.fe yFe, los nucleidos más abundantes a menudo se citan incorrectamente como los que tienen la energía de enlace más alta. Aunque esto parecería predecir que el níquel es el elemento pesado más abundante en el universo, la alta tasa de fotodesintegración del níquel en los interiores estelares hace que el hierro sea, con diferencia, el más abundante.

El níquel-60 es el producto hijo del radionúclido extintoFe (vida media 2,6 millones de años). Debido a la larga vida media deFe, su persistencia en materiales del Sistema Solar puede generar variaciones observables en la composición isotópica dees _ Por lo tanto, la abundancia deEl Ni en material extraterrestre puede dar una idea del origen del Sistema Solar y su historia temprana.

Se han caracterizado al menos 26 radioisótopos de níquel; los mas estables sonNi con una vida media de 76.000 años,Ni (100 años), yNi (6 días). Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias de menos de 60 horas y la mayoría tienen vidas medias de menos de 30 segundos. Este elemento también tiene un metaestado.

El níquel-56 radiactivo se produce mediante el proceso de combustión del silicio y luego se libera en grandes cantidades en las supernovas de tipo Ia. La forma de la curva de luz de estas supernovas en tiempos intermedios a tardíos corresponde a la descomposición a través de la captura de electrones deNi a cobalto-56 y finalmente a hierro-56. El níquel-59 es un radionúclido cosmogénico de larga vida; vida media 76.000 años.Ni ha encontrado muchas aplicaciones en geología de isótopos.Ni se ha utilizado para datar la edad terrestre de los meteoritos y para determinar la abundancia de polvo extraterrestre en hielo y sedimentos. La vida media del níquel-78 se midió recientemente en 110 milisegundos, y se cree que es un isótopo importante en la nucleosíntesis de supernovas de elementos más pesados ​​que el hierro. El Ni, descubierto en 1999, es el isótopo de elemento pesado más rico en protones que se conoce. Con 28 protones y 20 neutrones, el Ni es "doblemente mágico", al igual que el Ni con 28 protones y 50 neutrones. Por lo tanto, ambos son inusualmente estables para núcleos con un desequilibrio protón-neutrón tan grande.

El níquel-63 es un contaminante que se encuentra en la estructura de soporte de los reactores nucleares. Se produce a través de la captura de neutrones por el níquel-62. También se han encontrado pequeñas cantidades cerca de los sitios de prueba de armas nucleares en el Pacífico Sur.

Ocurrencia

En la Tierra, el níquel se presenta con mayor frecuencia en combinación con azufre y hierro en la pentlandita, con azufre en la millerita, con arsénico en el mineral niquelina y con arsénico y azufre en la galena de níquel. El níquel se encuentra comúnmente en meteoritos de hierro como las aleaciones kamacita y taenita. El níquel en meteoritos fue detectado por primera vez en 1799 por Joseph-Louis Proust, un químico francés que entonces trabajaba en España. Proust analizó muestras del meteorito de Campo del Cielo (Argentina), que habían sido obtenidas en 1783 por Miguel Rubín de Celis, descubriendo la presencia en ellas de níquel (alrededor del 10%) junto con hierro.

La mayor parte del níquel se extrae de dos tipos de depósitos minerales. El primero es la laterita, donde las principales mezclas de minerales son limonita niquelífera, (Fe,Ni)O(OH) y garnierita (una mezcla de varios silicatos ricos en níquel y níquel hidratado). El segundo son los depósitos de sulfuros magmáticos, donde el principal mineral es la pentlandita: (Ni,Fe) ₉ S ₈.

Indonesia y Australia tienen las mayores reservas estimadas, con un 43,6% del total mundial.

Los recursos terrestres identificados en todo el mundo con un promedio de 1% de níquel o más comprenden al menos 130 millones de toneladas de níquel (aproximadamente el doble de las reservas conocidas). Alrededor del 60% se encuentra en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuro.

Según la evidencia geofísica, se cree que la mayor parte del níquel en la Tierra se encuentra en los núcleos externo e interno de la Tierra. La kamacita y la taenita son aleaciones naturales de hierro y níquel. Para la kamacita, la aleación suele tener una proporción de 90:10 a 95:5, aunque pueden estar presentes impurezas (como cobalto o carbono). La taenita tiene entre un 20 % y un 65 % de níquel. La kamacita y la taenita también se encuentran en meteoritos de níquel-hierro.

Compuestos

El estado de oxidación más común del níquel es +2, pero los compuestos de Ni, Ni y Ni son bien conocidos, y se han producido y estudiado los exóticos estados de oxidación Ni y Ni.

Níquel(0)

El tetracarbonilo de níquel (Ni(CO) ₄), descubierto por Ludwig Mond, es un líquido volátil y altamente tóxico a temperatura ambiente. Al calentarse, el complejo se descompone nuevamente en níquel y monóxido de carbono:Ni (CO) ₄ ⇌ Ni + 4 CO

Este comportamiento se aprovecha en el proceso Mond para purificar el níquel, como se describe anteriormente. El complejo relacionado de níquel (0) bis (ciclooctadieno) níquel (0) es un catalizador útil en la química del organoníquel porque los ligandos de ciclooctadieno (o bacalao) se desplazan fácilmente.

Níquel (yo)

Los complejos de níquel (I) son poco comunes, pero un ejemplo es el complejo tetraédrico NiBr (PPh ₃) ₃. Muchos complejos de níquel(I) tienen enlaces Ni-Ni, como el K ₄ diamagnético rojo oscuro [Ni ₂ (CN) ₆ ] preparado por reducción de K ₂ [Ni ₂ (CN) ₆ ] con amalgama de sodio. Este compuesto se oxida en agua, liberando H ₂.

Se cree que el estado de oxidación del níquel(I) es importante para las enzimas que contienen níquel, como la [NiFe]-hidrogenasa, que cataliza la reducción reversible de protones a H2 _.

Níquel (II)

El níquel (II) forma compuestos con todos los aniones comunes, incluidos sulfuro, sulfato, carbonato, hidróxido, carboxilatos y haluros. El sulfato de níquel (II) se produce en grandes cantidades al disolver níquel metálico u óxidos en ácido sulfúrico, formando tanto un hexahidrato como un heptahidrato útiles para la galvanoplastia de níquel. Las sales comunes de níquel, como cloruro, nitrato y sulfato, se disuelven en agua para dar soluciones verdes del complejo acuoso metálico [Ni(H ₂ O) ₆ ].

Los cuatro haluros forman compuestos de níquel, que son sólidos con moléculas con centros octaédricos de Ni. El cloruro de níquel (II) es el más común y su comportamiento es ilustrativo de los otros haluros. El cloruro de níquel (II) se obtiene disolviendo níquel o su óxido en ácido clorhídrico. Suele encontrarse como el hexahidrato verde, cuya fórmula suele escribirse NiCl ₂ ·6H ₂ O. Cuando se disuelve en agua, esta sal forma el complejo acuoso metálico [Ni(H ₂ O) ₆ ]. La deshidratación de NiCl ₂ ·6H ₂ O da NiCl ₂ anhidro amarillo.

Algunos complejos tetracoordinados de níquel (II), por ejemplo, cloruro de bis (trifenilfosfina) níquel, existen tanto en geometrías planas tetraédricas como cuadradas. Los complejos tetraédricos son paramagnéticos; los complejos planos cuadrados son diamagnéticos. Al tener propiedades de equilibrio magnético y formación de complejos octaédricos, contrastan con los complejos divalentes de los metales más pesados ​​del grupo 10, paladio (II) y platino (II), que forman solo geometría plana cuadrada.

Se conoce el Nickeloceno; tiene un conteo de electrones de 20, lo que lo hace relativamente inestable.

Níquel (III) y (IV)

Se conocen muchos compuestos de Ni(III). Los primeros de tales compuestos son [Ni(PR ₃) ₂ X ₂ ], donde X = Cl, Br, I y R = etilo, propilo, butilo. Además, el Ni(III) forma sales simples con iones fluoruro u óxido. El Ni(III) se puede estabilizar mediante ligandos donantes σ como tioles y organofosfinas.

El Ni(III) se encuentra en el hidróxido de óxido de níquel, que se utiliza como cátodo en muchas baterías recargables, incluidas las de níquel-cadmio, níquel-hierro, níquel-hidrógeno e hidruro de níquel-metal, y es utilizado por ciertos fabricantes en baterías de iones de litio.

El Ni(IV) se encuentra en el óxido mixto BaNiO ₃. El Ni(IV) sigue siendo un estado de oxidación raro y se conocen muy pocos compuestos.

Historia

Debido a que los minerales de níquel se confunden fácilmente con minerales de plata y cobre, la comprensión de este metal y su uso es relativamente reciente. Pero el uso involuntario de níquel es antiguo y se remonta al año 3500 a. Se ha descubierto que los bronces de lo que ahora es Siria contienen hasta un 2% de níquel. Algunos manuscritos chinos antiguos sugieren que el "cobre blanco" (cuproníquel, conocido como baitong) se usó allí en 1700-1400 a. Este cobre blanco Paktong se exportó a Gran Bretaña ya en el siglo XVII, pero el contenido de níquel de esta aleación no se descubrió hasta 1822. Los reyes bactrianos Agatocles, Eutidemo II y Pantaleón acuñaron monedas de aleación de níquel y cobre en el siglo II. BCE, posiblemente fuera del cuproníquel chino.

En la Alemania medieval, se encontró un mineral amarillo metálico en Erzgebirge (Montañas Metálicas) que se parecía al mineral de cobre. Pero cuando los mineros no pudieron obtener cobre de él, culparon a un duende travieso de la mitología alemana, Nickel (similar a Old Nick), por acosar al cobre. Llamaron a este mineral Kupfernickel del alemán Kupfer 'cobre'. Este mineral ahora se conoce como el mineral niquelina (anteriormente niccolita), un arseniuro de níquel. En 1751, el barón Axel Fredrik Cronstedt intentó extraer cobre del kupfernickel en una mina de cobalto en el pueblo de Los, Suecia, y en su lugar produjo un metal blanco al que llamó níquel por el espíritu que había dado su nombre al mineral.En alemán moderno, Kupfernickel o Kupfer-Nickel designa la aleación de cuproníquel.

Originalmente, la única fuente de níquel era el raro Kupfernickel. A partir de 1824, el níquel se obtuvo como subproducto de la producción de azul cobalto. La primera fundición de níquel a gran escala comenzó en Noruega en 1848 a partir de pirrotita rica en níquel. La introducción del níquel en la producción de acero en 1889 aumentó la demanda de níquel; los depósitos de níquel de Nueva Caledonia, descubiertos en 1865, proporcionaron la mayor parte del suministro mundial entre 1875 y 1915. El descubrimiento de los grandes depósitos en la cuenca de Sudbury, Canadá en 1883, en Norilsk-Talnakh, Rusia en 1920, y en Merensky Reef, Sudáfrica en 1924, hizo posible la producción de níquel a gran escala.

Moneda

Aparte de las monedas bactrianas antes mencionadas, el níquel no fue un componente de las monedas hasta mediados del siglo XIX.

Canada

Las monedas de cinco centavos con un 99,9% de níquel se acuñaron en Canadá (el mayor productor de níquel del mundo en ese momento) durante los años sin guerra, de 1922 a 1981; el contenido de metal hizo que estas monedas fueran magnéticas. Durante los años de guerra de 1942 a 1945, la mayor parte o todo el níquel se eliminó de las monedas canadienses y estadounidenses para guardarlo para fabricar armaduras. Canadá usó 99,9% de níquel desde 1968 en sus monedas de mayor valor hasta el año 2000.

Suiza

Las monedas de níquel casi puro se utilizaron por primera vez en 1881 en Suiza.

Reino Unido

Birmingham forjó monedas de níquel en c.  1833 para comerciar en Malasia.

Estados Unidos

En los Estados Unidos, el término "níquel" o "mella" se aplicó originalmente al centavo Flying Eagle de cobre y níquel, que reemplazó el cobre con 12% de níquel entre 1857 y 1858, luego el centavo Indian Head de la misma aleación de 1859 a 1864. Aún más tarde, en 1865, el término designó el níquel de tres centavos, aumentando el níquel al 25%. En 1866, el escudo de cinco centavos de níquel (25% de níquel, 75% de cobre) se apropió de la designación. Junto con la proporción de aleación, este término se ha utilizado hasta el presente en los Estados Unidos.

La moneda de níquel estadounidense contiene 0,04 onzas (1,1 g) de níquel, que al precio de abril de 2007 valía 6,5 ​​centavos, junto con 3,75 gramos de cobre con un valor de unos 3 centavos, con un valor total del metal de más de 9 centavos. Dado que el valor nominal de un níquel es de 5 centavos, esto lo convirtió en un objetivo atractivo para la fundición por parte de personas que desean vender los metales con una ganancia. La Casa de la Moneda de los Estados Unidos, anticipándose a esta práctica, implementó nuevas reglas provisionales el 14 de diciembre de 2006, sujetas a comentarios públicos durante 30 días, que criminalizaban la fundición y exportación de centavos y monedas de cinco centavos. Los infractores pueden ser castigados con una multa de hasta $10,000 y/o un máximo de cinco años de prisión. A partir del 19 de septiembre de 2013, el valor de fusión de un níquel estadounidense (cobre y níquel incluidos) es de $0,045 (90 % del valor nominal).

Uso actual

En el siglo XXI, el alto precio del níquel ha llevado a que se reemplace el metal en las monedas de todo el mundo. Las monedas que todavía se fabrican con aleaciones de níquel incluyen monedas de uno y dos euros, monedas de 5 ¢, 10 ¢, 25 ¢, 50 ¢ y $ 1 de EE. UU., y monedas de 20 peniques, 50 peniques, £ 1 y £ 2 del Reino Unido. A partir de 2012, la aleación de níquel utilizada para las monedas británicas de 5 peniques y 10 peniques se sustituyó por acero niquelado. Esto encendió una controversia pública sobre los problemas de las personas con alergia al níquel.

Producción mundial

Se extraen alrededor de 2,7 millones de toneladas (t) de níquel al año en todo el mundo; Indonesia (1.000.000 t), Filipinas (370.000 t), Rusia (250.000 t), Nueva Caledonia (190.000 t), Australia (160.000 t) y Canadá (130.000 t) son los mayores productores a partir de 2021. Los mayores depósitos de níquel en Europa no rusa están en Finlandia y Grecia. Las fuentes terrestres identificadas con un promedio de al menos 1% de níquel contienen al menos 130 millones de toneladas de níquel. Alrededor del 60% se encuentra en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuro. Además, se encuentran extensas fuentes de níquel en las profundidades del Océano Pacífico, especialmente en un área llamada Zona Clarion Clipperton en forma de nódulos polimetálicos que salpican el lecho marino entre 3,5 y 6 km por debajo del nivel del mar. Estos nódulos están compuestos por numerosos metales de tierras raras y se estima que tienen un 1,7 % de níquel.Con los avances en la ciencia y la ingeniería, la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos está estableciendo una regulación para garantizar que estos nódulos se recolecten de una manera ambientalmente consciente mientras se adhiere a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.

El único lugar en los Estados Unidos donde se ha extraído níquel de manera rentable es Riddle, Oregón, con varias millas cuadradas de depósitos superficiales de garnierita que contienen níquel. La mina cerró en 1987. El proyecto de la mina Eagle es una nueva mina de níquel en la península superior de Michigan. La construcción se completó en 2013 y las operaciones comenzaron en el tercer trimestre de 2014. En el primer año completo de operación, Eagle Mine produjo 18,000 t.

Producción

El níquel se obtiene a través de la metalurgia extractiva: se extrae del mineral mediante procesos convencionales de tostado y reducción que producen metal con una pureza superior al 75%. En muchas aplicaciones de acero inoxidable, se puede usar níquel puro al 75 % sin más purificación, dependiendo de las impurezas.

Tradicionalmente, la mayoría de los minerales de sulfuro se procesan utilizando técnicas pirometalúrgicas para producir una mata para su posterior refinación. Los avances recientes en las técnicas hidrometalúrgicas dan como resultado un producto de níquel metálico significativamente más puro. La mayoría de los depósitos de sulfuros se han procesado tradicionalmente por concentración a través de un proceso de flotación por espuma seguido de extracción pirometalúrgica. En los procesos hidrometalúrgicos, los minerales de sulfuro de níquel se concentran con flotación (flotación diferencial si la relación Ni/Fe es demasiado baja) y luego se funden. La mata de níquel se procesa adicionalmente con el proceso Sherritt-Gordon. Primero, el cobre se elimina agregando sulfuro de hidrógeno, dejando un concentrado de cobalto y níquel. Luego, se usa la extracción por solvente para separar el cobalto y el níquel, con un contenido final de níquel superior al 99%.

Electrorefinación

Un segundo proceso de refinación común es la lixiviación de la mata de metal en una solución de sal de níquel, seguida de electroobtención del níquel de la solución al depositarlo en un cátodo como níquel electrolítico.

Proceso mundial

El metal más puro se obtiene a partir del óxido de níquel mediante el proceso Mond, que le otorga una pureza superior al 99,99%. El proceso fue patentado por Ludwig Mond y ha estado en uso industrial desde antes de principios del siglo XX. En este proceso, el níquel reacciona con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de azufre a alrededor de 40-80 °C para formar carbonilo de níquel. En una reacción similar con el hierro, se puede formar pentacarbonilo de hierro, aunque esta reacción es lenta. Si es necesario, el níquel puede separarse por destilación. El octacarbonilo de dicobalto también se forma en la destilación del níquel como subproducto, pero se descompone en dodecacarbonilo de tetracobalto a la temperatura de reacción para dar un sólido no volátil.

El níquel se obtiene del carbonilo de níquel mediante uno de dos procesos. Se puede pasar a través de una gran cámara a altas temperaturas en la que se agitan constantemente decenas de miles de esferas de níquel (pellets). El carbonilo se descompone y deposita níquel puro sobre las esferas. En el proceso alternativo, el carbonilo de níquel se descompone en una cámara más pequeña a 230 °C para crear un polvo fino de níquel. El monóxido de carbono derivado se recircula y se reutiliza. El producto de níquel de alta pureza se conoce como "carbonil níquel".

Valor de mercado

El precio de mercado del níquel se disparó a lo largo de 2006 y los primeros meses de 2007; al 5 de abril de 2007, el metal se negociaba a US$52.300/t o $1,47/oz. Posteriormente, el precio cayó drásticamente; a septiembre de 2017, el metal se negociaba a $11 000/tonelada, o $0,31/oz. Durante la invasión rusa de Ucrania en 2022, las preocupaciones sobre las sanciones a las exportaciones rusas de níquel provocaron una pequeña contracción, lo que provocó que el precio del níquel se cuadruplicara en solo dos días, alcanzando los 100.000 dólares estadounidenses por tonelada. La Bolsa de Metales de Londres canceló contratos por valor de 3.900 millones de dólares y suspendió el comercio de níquel durante más de una semana.El analista Andy Home argumentó que tales choques de precios se ven exacerbados por los requisitos de pureza impuestos por los mercados de metales: solo el metal de Grado I (99,8% puro) puede usarse como mercancía en las bolsas, pero la mayor parte del suministro mundial es ferroníquel aleaciones o purezas de grado inferior.

Aplicaciones

El uso global de níquel es actualmente del 68% en acero inoxidable, 10% en aleaciones no ferrosas, 9% galvanoplastia, 7% acero aleado, 3% fundiciones y 4% otros (incluyendo baterías).

El níquel se usa en muchos productos industriales y de consumo reconocibles, incluidos el acero inoxidable, los imanes de alnico, las monedas, las baterías recargables (p. ej., níquel-hierro), las cuerdas de las guitarras eléctricas, las cápsulas de los micrófonos, el revestimiento de los accesorios de plomería y las aleaciones especiales como permalloy, elinvar, e invar. Se utiliza para enchapar y como tinte verde en vidrio. El níquel es principalmente un metal de aleación, y su uso principal es en aceros al níquel y hierros fundidos al níquel, en los que generalmente aumenta la resistencia a la tracción, la tenacidad y el límite elástico. Se usa ampliamente en muchas otras aleaciones, incluidos los latones y bronces de níquel y las aleaciones con cobre, cromo, aluminio, plomo, cobalto, plata y oro (Inconel, Incoloy, Monel, Nimonic).

Debido a que el níquel es resistente a la corrosión, ocasionalmente se usaba como sustituto de la plata decorativa. El níquel también se usó ocasionalmente en algunos países después de 1859 como un metal de acuñación barato (ver arriba), pero en los últimos años del siglo XX, fue reemplazado por aleaciones de acero inoxidable (es decir, hierro) más baratas, excepto en los Estados Unidos y Canadá.

El níquel es un excelente agente de aleación para ciertos metales preciosos y se utiliza en el ensayo al fuego como colector de elementos del grupo del platino (PGE). Como tal, el níquel puede recolectar completamente los seis PGE de los minerales y puede recolectar oro parcialmente. Las minas de níquel de alto rendimiento también pueden recuperar PGE (principalmente platino y paladio); ejemplos son Norilsk, Rusia y Sudbury Basin, Canadá.

La espuma de níquel o la malla de níquel se utilizan en electrodos de difusión de gas para pilas de combustible alcalinas.

El níquel y sus aleaciones se utilizan a menudo como catalizadores para reacciones de hidrogenación. El níquel Raney, una aleación de níquel y aluminio finamente dividida, es una forma común, aunque también se utilizan catalizadores relacionados, incluidos los catalizadores de tipo Raney.

El níquel es magnetoestrictivo por naturaleza: en presencia de un campo magnético, el material sufre un pequeño cambio de longitud. La magnetoestricción del níquel es del orden de 50 ppm y es negativa, lo que indica que se contrae.

El níquel se usa como aglutinante en la industria del carburo de tungsteno cementado o de metales duros y se usa en proporciones del 6% al 12% en peso. El níquel hace que el carburo de tungsteno sea magnético y agrega resistencia a la corrosión a las partes cementadas, aunque la dureza es menor que aquellas con aglutinante de cobalto.

Ni, con una vida media de 100,1 años, es útil en dispositivos krytron como un emisor de partículas beta (electrones de alta velocidad) para hacer que la ionización por el electrodo de mantenimiento sea más confiable. Se está investigando como fuente de energía para baterías betavoltaicas.

Alrededor del 27 % de toda la producción de níquel se utiliza para ingeniería, 10 % para edificación y construcción, 14 % para productos tubulares, 20 % para productos metálicos, 14 % para transporte, 11 % para productos electrónicos y 5 % para otros usos.

El níquel Raney se usa ampliamente para la hidrogenación de aceites insaturados para hacer margarina, y la margarina de baja calidad y el aceite sobrante pueden contener níquel como contaminante. Forte et al. encontró que los pacientes diabéticos tipo 2 tienen 0,89 ng/mL de Ni en la sangre en relación con 0,77 ng/mL en sujetos de control.

Rol biológico

No se reconoció hasta la década de 1970, pero se sabe que el níquel desempeña un papel importante en la biología de algunas plantas, bacterias, arqueas y hongos. Las enzimas de níquel como la ureasa se consideran factores de virulencia en algunos organismos. La ureasa cataliza la hidrólisis de la urea para formar amoníaco y carbamato. Las hidrogenasas de NiFe pueden catalizar la oxidación de H ₂ para formar protones y electrones; y también la reacción inversa, la reducción de protones para formar gas hidrógeno. Una coenzima de tetrapirrol de níquel, cofactor F430, está presente en la metil coenzima M reductasa, que puede catalizar la formación de metano, o la reacción inversa, en arqueas metanogénicas (en estado de oxidación +1). Una de las enzimas de monóxido de carbono deshidrogenasa consiste en un grupo de Fe-Ni-S.Otras enzimas que contienen níquel incluyen una clase bacteriana rara de enzimas superóxido dismutasa y glioxalasa I en bacterias y varios parásitos tripanosómicos eucarióticos (en otros organismos, incluidas levaduras y mamíferos, esta enzima contiene Zn divalente).

El níquel dietético puede afectar la salud humana a través de infecciones por bacterias dependientes del níquel, pero el níquel también puede ser un nutriente esencial para las bacterias que viven en el intestino grueso y, de hecho, funciona como un prebiótico. El Instituto de Medicina de EE. UU. no ha confirmado que el níquel sea un nutriente esencial para los seres humanos, por lo que no se ha establecido ni una cantidad diaria recomendada (RDA) ni una ingesta adecuada. El nivel máximo tolerable de ingesta de níquel en la dieta es de 1 mg/día como sales de níquel solubles. La ingesta dietética estimada es de 70 a 100 µg/día; se absorbe menos del 10%. Lo que se absorbe se excreta en la orina.Cantidades relativamente grandes de níquel, comparables con la ingestión promedio estimada anterior, se filtran en los alimentos cocinados en acero inoxidable. Por ejemplo, la cantidad de níquel lixiviado después de 10 ciclos de cocción en una porción de salsa de tomate tiene un promedio de 88 µg.

Se sospecha que el níquel liberado por las erupciones volcánicas de Siberian Traps ayudó al crecimiento de Methanosarcina, un género de euryarchaeote archaea que produjo metano en el evento de extinción Pérmico-Triásico, la mayor extinción masiva conocida.

Toxicidad

La principal fuente de exposición al níquel es el consumo oral, ya que el níquel es esencial para las plantas. Las concentraciones típicas de fondo de níquel no superan los 20 ng/m3 en el aire, los 100 mg/kg en el suelo, los 10 mg/kg en la vegetación, los 10 μg/L en agua dulce y los 1 μg/L en agua de mar.Las concentraciones ambientales pueden aumentar por la contaminación humana. Por ejemplo, los grifos niquelados pueden contaminar el agua y el suelo; la minería y la fundición pueden arrojar níquel a las aguas residuales; Los utensilios de cocina de aleación de níquel-acero y los platos pigmentados con níquel pueden liberar níquel en los alimentos. El aire puede estar contaminado por la refinación del mineral de níquel y la combustión de combustibles fósiles. Los seres humanos pueden absorber níquel directamente del humo del tabaco y del contacto de la piel con joyas, champús, detergentes y monedas. Una forma menos común de exposición crónica es a través de la hemodiálisis, ya que se pueden absorber trazas de iones de níquel en el plasma debido a la acción quelante de la albúmina.

La exposición diaria promedio no es una amenaza para la salud humana. La mayor parte del níquel absorbido por los humanos es eliminado por los riñones y expulsado del cuerpo a través de la orina o es eliminado a través del tracto gastrointestinal sin ser absorbido. El níquel no es un veneno acumulativo, pero las dosis más altas o la exposición por inhalación crónica pueden ser tóxicas, incluso cancerígenas, y constituir un riesgo laboral.

Los compuestos de níquel se clasifican como carcinógenos humanos en función del aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observado en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de minerales sulfurosos. Esto está respaldado por los resultados positivos de los bioensayos de NTP con subsulfuro de Ni y óxido de Ni en ratas y ratones. Los datos en humanos y animales indican consistentemente una falta de carcinogenicidad a través de la ruta de exposición oral y limitan la carcinogenicidad de los compuestos de níquel a los tumores respiratorios después de la inhalación. El níquel metálico está clasificado como carcinógeno sospechoso; hay consistencia entre la ausencia de mayores riesgos de cáncer respiratorio en trabajadores predominantemente expuestos al níquel metálicoy la ausencia de tumores respiratorios en un estudio de carcinogenicidad por inhalación de por vida en ratas con polvo metálico de níquel. En los estudios de inhalación en roedores con varios compuestos de níquel y níquel metálico, se observó un aumento de las inflamaciones pulmonares con y sin hiperplasia o fibrosis de los ganglios linfáticos bronquiales. En estudios con ratas, la ingestión oral de sales de níquel solubles en agua puede desencadenar la mortalidad perinatal en animales preñados. No está claro si estos efectos son relevantes para los humanos, ya que los estudios epidemiológicos de trabajadoras altamente expuestas no han mostrado efectos adversos de toxicidad en el desarrollo.

Las personas pueden estar expuestas al níquel en el lugar de trabajo por inhalación, ingestión y contacto con la piel o los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible) para el lugar de trabajo en 1 mg/m3 por día laboral de 8 horas, excluyendo el carbonilo de níquel. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) establece el límite de exposición recomendado (REL) en 0,015 mg/m3 por jornada laboral de 8 horas. A 10 mg/m3, el níquel es inmediatamente peligroso para la vida y la salud. Carbonilo de níquel [Ni(CO) ₄ ]es un gas extremadamente tóxico. La toxicidad de los carbonilos metálicos es función tanto de la toxicidad del metal como de la emisión de gases de monóxido de carbono de los grupos funcionales carbonilo; El carbonilo de níquel también es explosivo en el aire.

Las personas sensibilizadas pueden mostrar una alergia al contacto con la piel al níquel conocida como dermatitis de contacto. Las personas altamente sensibilizadas también pueden reaccionar a los alimentos con alto contenido de níquel. Los pacientes con pompholyx también pueden ser sensibles al níquel. El níquel es el principal alérgeno de contacto confirmado en todo el mundo, en parte debido a su uso en joyería para orejas perforadas. Las alergias al níquel que afectan las orejas perforadas a menudo se caracterizan por picazón y enrojecimiento de la piel. Muchos aretes ahora se fabrican sin níquel o con níquel de baja liberación para abordar este problema. La cantidad permitida en productos que entran en contacto con la piel humana ahora está regulada por la Unión Europea. En 2002, los investigadores descubrieron que el níquel liberado por las monedas de 1 y 2 euros superaba con creces esos estándares. Se cree que esto se debe a una reacción galvánica.El níquel fue votado como alérgeno del año en 2008 por la Sociedad Estadounidense de Dermatitis de Contacto. En agosto de 2015, la Academia Estadounidense de Dermatología adoptó una declaración de posición sobre la seguridad del níquel: "Las estimaciones sugieren que la dermatitis de contacto, que incluye la sensibilización al níquel, representa aproximadamente $1,918 mil millones y afecta a casi 72,29 millones de personas".

Los informes muestran que tanto la activación inducida por níquel del factor inducible por hipoxia (HIF-1) como la regulación positiva de los genes inducibles por hipoxia son causadas por el agotamiento del ascorbato intracelular. La adición de ascorbato al medio de cultivo aumentó el nivel de ascorbato intracelular e invirtió la estabilización inducida por metales de la expresión génica dependiente de HIF-1 y HIF-1α.