Nickel

Nickel ⓘ
Gefahren
	GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Gefahr
Gefahrenhinweise	H317, H351, H372, H412
Sicherheitshinweise	P201, P202, P260, P264, P270, P272, P273, P280, P302+P352, P308+P313, P333+P313, P363, P405, P501
NFPA 704 (Feuerdiamant)	2 0 0

Nickel, ₂₈Ni ⓘ
Nickel
Erscheinungsbild	glänzend, metallisch und silbern mit goldenem Schimmer
Standard-Atomgewicht Ar°(Ni)	58.6934±0.0004; 58,693±0,001 (verkürzt);
Nickel im Periodensystem
	Kobalt ← Nickel → Kupfer
Ordnungszahl (Z)	28
Gruppe	Gruppe 10
Periode	Periode 4
Block	d-Block
Elektronen-Konfiguration	[[[Argon\|Ar]]] 3d8 4s2 oder [Ar] 3d9 4s1
Elektronen pro Schale	2, 8, 16, 2 oder 2, 8, 17, 1
Physikalische Eigenschaften
Phase bei STP	fest
Schmelzpunkt	1728 K (1455 °C, 2651 °F)
Siedepunkt	3003 K (2730 °C, 4946 °F)
Dichte (nahe r.t.)	8,908 g/cm3
in flüssigem Zustand (bei mittlerem Druck)	7,81 g/cm3
Schmelzwärme	17,48 kJ/mol
Verdampfungswärme	379 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	26,07 J/(mol-K)
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	-2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 (ein schwach basisches Oxid)
Elektronegativität	Pauling-Skala: 1.91
Ionisierungsenergien	1: 737,1 kJ/mol ; 2.: 1753,0 kJ/mol ; 3.: 3395 kJ/mol ; (mehr) ;
Atomarer Radius	empirisch: 124 pm
Kovalenter Radius	124±4 pm
Van-der-Waals-Radius	163 pm
	Spektrallinien des Nickels
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	primordial
Kristallstruktur	kubisch-flächenzentriert (fcc)
Schallgeschwindigkeit dünner Stab	4900 m/s (bei r.t.)
Thermische Ausdehnung	13,4 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit	90,9 W/(m⋅K)
Elektrischer Widerstand	69,3 nΩ⋅m (bei 20 °C)
Magnetische Ordnung	ferromagnetisch
Elastizitätsmodul	200 GPa
Schermodul	76 GPa
Elastizitätsmodul	180 GPa
Poissonzahl	0.31
Mohs-Härte	4.0
Vickers-Härte	638 MPa
Brinell-Härte	667-1600 MPa
CAS-Nummer	7440-02-0
Geschichte
Entdeckung und erste Isolierung	Axel Fredrik Cronstedt (1751)
Hauptisotope des Nickels
	Kategorie: Nickel; siehe; sprechen; bearbeiten; \| Referenzen

Nickel ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ni und der Ordnungszahl 28. Es ist ein silbrig-weiß glänzendes Metall mit leichtem Goldschimmer. Nickel gehört zu den Übergangsmetallen und ist hart und dehnbar. Reines Nickel, das zur Vergrößerung der reaktiven Oberfläche pulverisiert wurde, weist eine beträchtliche chemische Aktivität auf, aber größere Stücke reagieren unter Standardbedingungen nur langsam mit Luft, da sich auf der Oberfläche eine Oxidschicht bildet, die eine weitere Korrosion verhindert (Passivierung). Dennoch kommt reines natives Nickel in der Erdkruste nur in winzigen Mengen vor, in der Regel in ultramafischem Gestein und im Inneren größerer Nickel-Eisen-Meteoriten, die außerhalb der Erdatmosphäre keinem Sauerstoff ausgesetzt waren. ⓘ

Meteoritisches Nickel kommt in Verbindung mit Eisen vor, was auf die Entstehung dieser Elemente als wichtige Endprodukte der Supernova-Nukleosynthese zurückzuführen ist. Es wird angenommen, dass der äußere und der innere Erdkern aus einem Eisen-Nickel-Gemisch bestehen. ⓘ

Die Verwendung von Nickel (als natürliche meteoritische Nickel-Eisen-Legierung) lässt sich bis ins Jahr 3500 v. Chr. zurückverfolgen. Erstmals isoliert und als chemisches Element klassifiziert wurde Nickel 1751 von Axel Fredrik Cronstedt, der das Erz zunächst für ein Kupfer mineral hielt, in den Kobaltminen von Los, Hälsingland, Schweden. Der Name des Elements stammt von einem schelmischen Kobold aus der deutschen Bergmannsmythologie, Nickel (ähnlich wie Old Nick), der die Tatsache verkörperte, dass sich Kupfer-Nickel-Erze nicht zu Kupfer veredeln ließen. Eine wirtschaftlich wichtige Nickelquelle ist das Eisenerz Limonit, das oft 1-2 % Nickel enthält. Zu den anderen wichtigen Nickelerzmineralen gehören Pentlandit und ein Gemisch aus nickelreichen natürlichen Silikaten, das als Garnierit bekannt ist. Zu den wichtigsten Produktionsstätten gehören die Sudbury-Region in Kanada (vermutlich meteoritischen Ursprungs), Neukaledonien im Pazifik und Norilsk in Russland. ⓘ

Nickel wird bei Raumtemperatur langsam von der Luft oxidiert und gilt als korrosionsbeständig. In der Vergangenheit wurde es zur Beschichtung von Eisen und Messing, zur Beschichtung von chemischen Geräten und zur Herstellung bestimmter Legierungen verwendet, die einen hohen silbrigen Glanz aufweisen, wie z. B. Neusilber. Etwa 9 % der weltweiten Nickelproduktion werden immer noch für die korrosionsbeständige Vernickelung verwendet. Vernickelte Gegenstände lösen manchmal eine Nickelallergie aus. Nickel wurde häufig für Münzen verwendet, obwohl sein steigender Preis in den letzten Jahren zu einem gewissen Ersatz durch billigere Metalle geführt hat. ⓘ

Nickel ist eines der vier Elemente (die anderen sind Eisen, Kobalt und Gadolinium), die bei Raumtemperatur ferromagnetisch sind. Alnico-Dauermagnete, die teilweise auf Nickel basieren, haben eine mittlere Stärke zwischen Dauermagneten auf Eisenbasis und Seltenerdmagneten. Das Metall ist heute vor allem in Legierungen wertvoll; etwa 68 % der Weltproduktion werden für rostfreien Stahl verwendet. Weitere 10 % werden für Legierungen auf Nickel- und Kupferbasis verwendet, 7 % für legierte Stähle, 3 % in Gießereien, 9 % in der Galvanotechnik und 4 % in anderen Anwendungen, einschließlich des schnell wachsenden Batteriesektors, u. a. in Elektrofahrzeugen (EVs). Als Verbindung hat Nickel eine Reihe von Nischenverwendungen in der chemischen Industrie, z. B. als Katalysator für die Hydrierung, Kathoden für wiederaufladbare Batterien, Pigmente und Metalloberflächenbehandlungen. Nickel ist ein essenzieller Nährstoff für einige Mikroorganismen und Pflanzen, die Enzyme mit Nickel als aktivem Zentrum besitzen. ⓘ

Nickel ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ni und der Ordnungszahl 28. Es zählt zu den Übergangsmetallen, im Periodensystem steht es nach der älteren Zählweise in der 8. Nebengruppe oder Eisen-Platin-Gruppe, nach der neueren in der Gruppe 10 oder Nickelgruppe. ⓘ

Geschichte

Axel Frederic Cronstedt, erster Hersteller reinen Nickels ⓘ

Nickel wurde erstmals 1751 von Axel Frederic Cronstedt rein dargestellt und nach dem Mineral Kupfernickel (schwedisch kopparnickel, heute Nickelin) benannt, in dem er das bis dahin unbekannte Metall fand. ⓘ

Mit der Bezeichnung Kupfernickel belegten die mittelalterlichen Bergleute das Erz, das zwar aussah wie Kupfererz, aus dem sich aber kein Kupfer gewinnen ließ, als sei es von Berggeistern („Nickeln“) verhext. Eine ähnlich koboldhafte Etymologie findet sich bei Cobalt. ⓘ

Die erste Münze aus reinem Nickel wurde 1881 geprägt. ⓘ

Vorkommen

Nickel kommt in der Erdkruste mit einem Gehalt von etwa 0,008 % vor. Aufgrund geophysikalischer und geochemischer Indizien geht man davon aus, dass sich der größte Teil des Nickels auf der Erde und anderen terrestrischen Planeten im Kern befindet, wo es eine Legierung mit Eisen und einigen leichten Elementen bildet. Im Erdkern beträgt sein Massenanteil nach neuesten Modellen etwa 5,2 %. ⓘ

Gediegen, das heißt in elementarer Form, kommt Nickel nur selten vor. Bisher sind rund 50 Fundorte für gediegenes Nickel dokumentiert (Stand 2018), so unter anderem in Australien, China, Kanada, Russland und den Vereinigten Staaten von Amerika. ⓘ

Traditionell wird der größte Teil der Nickelproduktion aus sulfidischen Erzen wie Pentlandit (ca. 34 % Nickel), Nickelmagnetkies (Verwachsungsaggregat aus Pyrrhotin und Pentlandit) sowie einigen weiteren Nickelmineralen wie Millerit (ca. 64–65 % Nickel) und Nickelin (ca. 44 % Nickel) gewonnen. Darüber hinaus werden auch lateritische Nickelerze, vor allem aus Garnierit, einem Gemenge aus Népouit (ca. 46 % Nickel) und Willemseit (ca. 29 % Nickel), als Rohstoffe zur Nickelproduktion abgebaut. Insgesamt sind bisher rund 200 Nickelminerale bekannt, und einige haben noch weit höhere Nickelgehalte als die bereits genannten, kommen jedoch im Gegensatz zu diesen viel seltener vor. So ist beispielsweise der sehr seltene Bunsenit das Mineral mit dem höchsten Nickelgehalt von bis zu 78,58 %. Die ebenfalls seltenen Minerale Heazlewoodit und Awaruit enthalten zwischen 72 und 73 % Nickel. ⓘ

Die Gewinnung verschiebt sich aufgrund der Ausbeutung der klassischen sulfidischen Lagerstätten zunehmend zu lateritischen Nickelerzen. Diese müssen jedoch aufwändig per Hochdruck-Säurelaugung (englisch high pressure acid leaching) gewonnen werden. ⓘ

Anteil der Nickelproduktion aus sulfidischen und lateritischen Erzen ⓘ

Weltweite Produktion

Zeitliche Entwicklung der Nickelproduktion ⓘ

Entwicklung des Nickelerzgehalts in einigen führenden nickelproduzierenden Ländern. ⓘ

Weltweit werden schätzungsweise 2,7 Millionen Tonnen (t) Nickel pro Jahr abgebaut, wobei Indonesien (1.000.000 t), die Philippinen (370.000 t), Russland (250.000 t), Neukaledonien (190.000 t), Australien (160.000 t) und Kanada (130.000 t) ab 2021 die größten Produzenten sind. Die größten Nickelvorkommen im nicht-russischen Europa befinden sich in Finnland und Griechenland. Die identifizierten landbasierten Ressourcen mit einem durchschnittlichen Nickelgehalt von 1 % oder mehr enthalten mindestens 130 Millionen Tonnen Nickel. Etwa 60 % davon befinden sich in Lateriten und 40 % in Sulfidlagerstätten. Darüber hinaus gibt es umfangreiche Nickelvorkommen in den Tiefen des Pazifischen Ozeans, insbesondere in einem Gebiet, das als Clarion-Clipperton-Zone bezeichnet wird, in Form von polymetallischen Knollen, die den Meeresboden in einer Tiefe von 3,5 bis 6 km unter dem Meeresspiegel durchziehen. Diese Knollen bestehen aus zahlreichen Seltenerdmetallen, und der Nickelgehalt dieser Knollen wird auf 1,7 % geschätzt. Dank der Fortschritte in der modernen Wissenschaft und Technik werden derzeit von der Internationalen Meeresbodenbehörde Vorschriften erlassen, die sicherstellen sollen, dass diese Knollen auf umweltverträgliche Weise und unter Einhaltung der Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen gewonnen werden. ⓘ

Der einzige Ort in den Vereinigten Staaten, an dem Nickel gewinnbringend abgebaut wurde, ist Riddle, Oregon, wo sich mehrere Quadratmeilen nickelhaltiger Garnieritvorkommen an der Oberfläche befinden. Die Mine wurde 1987 geschlossen. Das Eagle-Minenprojekt ist eine neue Nickelmine in der oberen Halbinsel von Michigan. Die Bauarbeiten wurden 2013 abgeschlossen, und der Betrieb wurde im dritten Quartal 2014 aufgenommen. Im ersten vollen Betriebsjahr produzierte die Eagle-Mine 18.000 Tonnen. ⓘ

Um das Nickel wirtschaftlich abbauen zu können, muss der Nickelgehalt des Erzes mindestens 0,5 % betragen. Die wichtigsten Vorkommen finden sich in Kanada (Sudbury-Becken), Neukaledonien, Russland (Norilsk und Halbinsel Kola), Australien (Queensland) und Kuba (Moa Bay und Nicaro). Ein häufiger Begleiter des Nickels ist Cobalt. Eine immer größere Rolle spielt auch bei Nickel Recycling aus diversen nickelhaltigen Abfällen. 2021 betrug der Anteil von Nickel aus Recycling in den USA bereits 52 %. ⓘ

Die größten Nickelproduzenten weltweit (2020) ⓘ
Land	Förderung (in t)
Indonesien	771.000
Philippinen	334.000
Russland	283.000
Neukaledonien (Frankreich)	200.000
Australien	169.000
Kanada	167.000
Volksrepublik China	120.000
Brasilien	77.100
Vereinigte Staaten	16.700
Andere Länder	373.000
Gesamt	2.510.000

Nickel als Mineral

Natürlich vorkommendes Nickel in seiner elementaren Form wurde erstmals 1967 durch Paul Ramdohr beschrieben und von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Mineralart anerkannt (Interne Eingangs-Nr. der IMA: 1966-039). ⓘ

Gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) wird Nickel unter der System-Nr. 1.AA.05 (Elemente – Metalle und intermetallische Verbindungen – Kupfer-Cupalit-Familie – Kupfergruppe) beziehungsweise in der veralteten 8. Auflage unter I/A.04b (Nickel-Reihe) eingeordnet. Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. 01.01.11.05 (Eisen-Nickelgruppe). ⓘ

Als Typlokalität gilt die Halbinsel Bogota nahe Canala in der Nordprovinz von Neukaledonien, wo sich gediegen Nickel in Form idiomorpher kubischer Körner oder eingewachsener Würfel bis etwa 0,1 mm als Einschlüsse in Heazlewoodit sowie als „spinnenartige“ unregelmäßige Masse zwischen den Heazlewooditkörnern fand. Als Begleitminerale können neben Heazlewoodit unter anderem noch Chalkopyrit, Chalkosin, Galenit, Godlevskit, gediegen Kupfer, Millerit, Orcelit, Pentlandit, Pyrit und Pyrrhotin auftreten. ⓘ

Gewinnung und Darstellung

Darstellung des Kupfer-Nickel-Feinsteins

Der überwiegende Teil des Nickels wird aus nickel- und kupferhaltigen Eisenerzen wie Nickelmagnetkies gewonnen. Um die Gewinnung wirtschaftlich zu machen, muss das Nickel zunächst durch Flotation auf etwa fünf Prozent Nickelgehalt angereichert werden. Danach wird das Erz ähnlich wie bei der Kupferherstellung geröstet. Dabei wird das Erz zunächst vorgeröstet, um einen Teil des Eisensulfids in Eisenoxid umzuwandeln. Anschließend werden Silikate und Koks dazugegeben, um das Eisenoxid als Eisensilicat zu verschlacken. Gleichzeitig bildet sich der Kupfer-Nickel-Rohstein aus Nickel-, Kupfer- und Eisensulfid. Da dieser spezifisch schwerer als die Eisensilicat-Schlacke ist, können die beiden Phasen getrennt abgestochen werden. ⓘ

Anschließend wird der Rohstein in einen Konverter gefüllt und Siliciumdioxid dazugegeben. Es wird Sauerstoff eingeblasen. Dadurch wird das restliche Eisensulfid zu Eisenoxid geröstet und danach verschlackt. Es entsteht der Kupfer-Nickel-Feinstein, der zu etwa 80 % aus Kupfer und Nickel und zu etwa 20 % aus Schwefel besteht. ⓘ

Gewinnung von Rohnickel

Zur Gewinnung des Rohnickels muss das Nickel vom Kupfer abgetrennt werden. Dazu verschmilzt man den Feinstein mit Natriumsulfid Na₂S. Dabei bildet sich nur zwischen Kupfer- und Natriumsulfid ein leicht schmelzendes Doppelsulfid. Es bilden sich zwei einfach zu trennende Phasen aus Kupfer-Natrium-Doppelsulfid (flüssig) und Nickelsulfid. Nach der Abtrennung wird das Nickelsulfid zu Nickeloxid geröstet und danach mit Koks zu Nickel reduziert. ⓘ

Elektrolytisch raffiniertes 99,9%iges Nickel als Knolle ⓘ

Gewinnung von Rein- und Reinstnickel

Hochgereinigte Nickelkugeln, die nach dem Mond-Verfahren hergestellt werden. ⓘ

Das reinste Metall wird durch das Mond-Verfahren aus Nickeloxid gewonnen, das eine Reinheit von mehr als 99,99 % erreicht. Das Verfahren wurde von Ludwig Mond patentiert und wird bereits seit Anfang des 20. Jahrhunderts industriell genutzt. Bei diesem Verfahren wird Nickel mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Schwefelkatalysators bei etwa 40-80 °C zu Nickelcarbonyl umgesetzt. Aus Eisen entsteht ebenfalls Eisenpentacarbonyl, aber diese Reaktion ist langsam. Falls erforderlich, kann das Nickel durch Destillation abgetrennt werden. Bei der Nickeldestillation entsteht als Nebenprodukt auch Dicobaltoctacarbonyl, das sich jedoch bei der Reaktionstemperatur zu Tetracobaltdodecacarbonyl zersetzt und einen nicht flüchtigen Feststoff ergibt. ⓘ

Nickel wird durch eines von zwei Verfahren aus Nickelcarbonyl gewonnen. Es kann bei hohen Temperaturen durch eine große Kammer geleitet werden, in der Zehntausende von Nickelkugeln, sogenannte Pellets, ständig gerührt werden. Das Carbonyl zersetzt sich und setzt reines Nickel auf den Nickelkugeln ab. Bei dem alternativen Verfahren wird das Nickelcarbonyl in einer kleineren Kammer bei 230 °C zersetzt, um ein feines Nickelpulver zu erzeugen. Das als Nebenprodukt anfallende Kohlenmonoxid wird in den Kreislauf zurückgeführt und wiederverwendet. Das hochreine Nickelprodukt wird als "Carbonylnickel" bezeichnet. ⓘ

Um Reinnickel zu gewinnen, wird das Rohnickel elektrolytisch raffiniert. Dazu wird in einer Elektrolysezelle das Rohnickel als Anode, ein Nickelfeinblech als Kathode geschaltet. Als Elektrolyt dient eine Nickelsalzlösung. Während der Elektrolyse gehen an der Anode Nickel und alle unedleren Bestandteile in Lösung. Alle edleren Bestandteile bleiben fest und fallen als Anodenschlamm unter die Elektrode. Dieser dient als wichtige Quelle für die Herstellung von Edelmetallen wie Gold oder Platin. An der Kathode werden Nickelionen aus der Lösung zu Nickel reduziert, alle unedleren Bestandteile bleiben in Lösung. Die Reinheit von Elektrolytnickel beträgt rund 99,9 %. ⓘ

Labordarstellung

Zur Darstellung kleinerer Mengen sehr reinen Nickels im Labor existieren unterschiedliche Verfahren:

Reduktion des Oxids mit Wasserstoff bei 150 °C bis 250 °C:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{NiO + H2 -> Ni + H2O [https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel#Labordarstellung ⓘ]}}

Reduktion einer Nickel(II)-chlorid-Suspension in Diethylether über eine Grignard-Reaktion ⓘ

Thermische Zersetzung von Nickel(II)-oxalat in Abwesenheit von Sauerstoff:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{NiC2O4 ->[T][] Ni + 2 CO2 [https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel#Labordarstellung ⓘ]}}

Reduktion von Nickel(II)-chlorid mit einer Natriumdispersion:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{NiCl2 + 2 Na -> Ni + 2 NaCl [https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel#Labordarstellung ⓘ]}}

Insbesondere die Thermolyse des Oxalats liefert fein verteiltes pyrophores Nickelpulver. ⓘ

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Magnetisierungskurven von 9 ferromagnetischen Materialien.
1. Stahlblech, 2. Elektroblech,3. Gussstahl, 4. Wolframstahl,
5. Magnetstahl, 6. Gusseisen, 7. Nickel, 8. Cobalt, 9. Magnetit ⓘ

kubisch-flächenzentrierte Struktur des Nickels ⓘ

Molvolumen als Funktion des Drucks für Nickel bei Zimmertemperatur ⓘ

Nickel ist ein silbrig-weißes Metall, das mit einer Dichte von 8,91 g/cm³ zu den Schwermetallen zählt. Es ist mittelhart (Mohs-Härte 3,8), schmiedbar, duktil und lässt sich ausgezeichnet polieren. Nickel ist wie Eisen und Cobalt ferromagnetisch, wobei die Curie-Temperatur 354 °C beträgt. Das Metall kristallisiert in einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur (Kupfer-Typ) in der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225) mit dem Gitterparameter a = 352,4 pm sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Diese Struktur behält es auch bei hohen Drücken bis mindestens 70 GPa bei. Eine weitere metastabile Modifikation mit kubisch-raumzentrierter Kugelpackung konnte in dünnen Schichten auf Eisen oder Galliumarsenid gewonnen werden. Sie besitzt mit 183 °C eine deutlich geringere Curie-Temperatur. ⓘ

Die Zugfestigkeit von weichgeglühtem Nickel liegt bei 400–450 MPa bei einer Bruchdehnung zwischen 30 und 45 %. Die Härtewerte liegen um die 80 HB. Kalt verfestigtes Nickel, dessen Bruchdehnung unter 2 % beträgt, erreicht Festigkeiten bis 750 MPa bei Härtewerten um 180 HB. Reinnickelhalbzeuge mit 99 % Ni-Gehalt können kalt hochverfestigt werden. ⓘ

Das Isotop ⁶²Ni hat die höchste Bindungsenergie je Nukleon aller Isotope aller Elemente. ⓘ

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Nickel-Nanokristalls in einem einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen; Maßstabsleiste 5 nm. ⓘ

Chemische Eigenschaften

Nickel ist bei Raumtemperatur gegen Luft, Wasser, Salzsäure und Laugen sehr beständig. Verdünnte Säuren greifen Nickel nur sehr langsam an. Gegenüber konzentrierten oxidierenden Säuren (Salpetersäure) tritt analog zum rostfreien Stahl Passivierung ein. Löslich ist Nickel in verdünnter Salpetersäure (ca. 10- bis 15-prozentig). Auch eine halbkonzentrierte Salpetersäure (ca. 30-prozentig) bewirkt noch merkliche Passivierung. Der häufigste Oxidationszustand ist +II, seltener werden −I, 0, +I, +III und +IV beobachtet. Im Nickeltetracarbonyl hat Nickel die Oxidationszahl 0. Nickel(II)-Salze lösen sich in Wasser unter Bildung von Aquakomplexen mit grünlicher Farbe. ⓘ

Fein verteiltes Nickel reagiert mit Kohlenmonoxid bei 50 bis 80 °C zu Nickeltetracarbonyl, Ni(CO)₄, einer farblosen, sehr giftigen Flüssigkeit. Diese dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von reinstem Nickel nach dem Mond-Verfahren. Bei 180 bis 200 °C zerfällt Nickeltetracarbonyl wieder in Nickel und Kohlenmonoxid. ⓘ

Streit um die Elektronenkonfiguration

Das Nickelatom hat zwei Elektronenkonfigurationen, [Ar] 3d⁸ 4s² und [Ar] 3d⁹ 4s¹, die in ihrer Energie sehr nahe beieinander liegen - das Symbol [Ar] bezieht sich auf die argonähnliche Kernstruktur. Es herrscht Uneinigkeit darüber, welche Konfiguration die niedrigste Energie hat. In Chemie-Lehrbüchern wird die Elektronenkonfiguration von Nickel als [Ar] 4s² 3d⁸ angegeben, was auch als [Ar] 3d⁸ 4s² geschrieben werden kann. Diese Konfiguration stimmt mit der Madelungschen Energieordnungsregel überein, die vorhersagt, dass 4s vor 3d besetzt wird. Sie wird durch die experimentelle Tatsache gestützt, dass der niedrigste Energiezustand des Nickelatoms ein 3d⁸ 4s² Energieniveau ist, nämlich das 3d⁸(³F) 4s² ³F, J = 4 Niveau. ⓘ

Allerdings teilt sich jede dieser beiden Konfigurationen aufgrund der Feinstruktur in mehrere Energieniveaus auf, und die beiden Gruppen von Energieniveaus überlappen sich. Die durchschnittliche Energie der Zustände mit der Konfiguration [Ar] 3d⁹ 4s¹ ist tatsächlich niedriger als die durchschnittliche Energie der Zustände mit der Konfiguration [Ar] 3d⁸ 4s². Aus diesem Grund wird in der Forschungsliteratur zu Atomberechnungen die Grundzustandskonfiguration von Nickel mit [Ar] 3d⁹ 4s¹ angegeben. ⓘ

Isotope

Die Isotope des Nickels haben ein Atomgewicht von 48 u (⁴⁸
Ni) bis 78 u (⁷⁸
Ni). ⓘ

Das natürlich vorkommende Nickel besteht aus fünf stabilen Isotopen: ⁵⁸
Ni, ⁶⁰
Ni, ⁶¹
Ni, ⁶²
Ni und ⁶⁴
Ni, wobei ⁵⁸
Ni am häufigsten vorkommt (68,077 % natürliche Abundanz). ⓘ

Nickel-62 hat mit 8,7946 MeV/Nukleon die höchste mittlere Kernbindungsenergie pro Nukleon von allen Nukliden. Seine Bindungsenergie ist größer als die von ⁵⁶
Fe und ⁵⁸
Fe, die häufiger vorkommen und oft fälschlicherweise als die Nuklide mit der höchsten Bindungsenergie bezeichnet werden. Obwohl dies den Anschein erweckt, dass Nickel-62 das häufigste schwere Element im Universum ist, ist Eisen aufgrund der relativ hohen Photodisintegrationsrate von Nickel im Sterninneren bei weitem das häufigste Element. ⓘ

Das stabile Isotop Nickel-60 ist das Tochterprodukt des ausgestorbenen Radionuklids ⁶⁰
Fe, das mit einer Halbwertszeit von 2,6 Millionen Jahren zerfällt. Weil ⁶⁰
Fe eine so lange Halbwertszeit hat, kann sein Verbleib in Materialien im Sonnensystem zu beobachtbaren Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung von ⁶⁰
Ni führen. Daher ist die Häufigkeit von ⁶⁰
Ni in extraterrestrischem Material Aufschluss über die Entstehung des Sonnensystems und seine frühe Geschichte geben. ⓘ

Mindestens 26 Nickel-Radioisotope wurden charakterisiert, das stabilste ist ⁵⁹
Ni mit einer Halbwertszeit von 76.000 Jahren, ⁶³
Ni mit 100 Jahren und ⁵⁶
Ni mit 6 Tagen. Alle übrigen radioaktiven Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als 60 Stunden und die meisten von ihnen eine Halbwertszeit von weniger als 30 Sekunden. Dieses Element hat auch einen Metazustand. ⓘ

Radioaktives Nickel-56 entsteht bei der Siliziumverbrennung und wird später in großen Mengen bei Supernovae vom Typ Ia freigesetzt. Die Form der Lichtkurve dieser Supernovae zu mittleren bis späten Zeiten entspricht dem Zerfall von Nickel-56 durch Elektroneneinfang zu Kobalt-56 und schließlich zu Eisen-56. Nickel-59 ist ein langlebiges kosmogenes Radionuklid mit einer Halbwertszeit von 76.000 Jahren. ⁵⁹
Ni hat in der Isotopengeologie zahlreiche Anwendungen gefunden. ⁵⁹
Ni wurde zur Datierung des Erdalters von Meteoriten und zur Bestimmung der Häufigkeit von extraterrestrischem Staub in Eis und Sedimenten verwendet. Die Halbwertszeit von Nickel-78 wurde kürzlich mit 110 Millisekunden gemessen, und man geht davon aus, dass es ein wichtiges Isotop bei der Supernova-Nukleosynthese von Elementen ist, die schwerer als Eisen sind. Das 1999 entdeckte Nuklid ⁴⁸Ni ist das protonenreichste bekannte Isotop schwerer Elemente. Mit 28 Protonen und 20 Neutronen ist ⁴⁸Ni "doppelt magisch", ebenso wie ⁷⁸
Ni mit 28 Protonen und 50 Neutronen. Beide sind also ungewöhnlich stabil für Nuklide mit einem so großen Protonen-Neutronen-Ungleichgewicht. ⓘ

Nickel-63 ist eine Verunreinigung, die in der Trägerstruktur von Kernreaktoren vorkommt. Es entsteht durch Neutroneneinfang von Nickel-62. Geringe Mengen wurden auch in der Nähe von Kernwaffentestgeländen im Südpazifik gefunden. ⓘ

Physiologie

Der umstrittenen Essenzialität von Nickel steht die Existenz mehrerer Enzyme gegenüber, die im Normalfall Nickel enthalten, darauf aber nicht angewiesen sind, da dessen Rolle als Kation von anderen zweiwertigen Kationen übernommen werden kann. Im Menschen handelt es sich dabei um drei Proteine, von denen bekannt ist, dass sie Nickel binden:

alpha-Fetoprotein bindet Nickel, ist aber nicht darauf angewiesen, da kein Enzym
Aciredukton-Dioxygenase, ein Enzym des Methionin-Salvage-Stoffwechselwegs, das üblicherweise Nickel oder ein anderes zweiwertiges Kation bindet
Polyribonukleotid-5′-hydroxylkinase Clp1, die als Cofaktor Magnesium, Mangan oder Nickel benötigt ⓘ

Für Pflanzen und verschiedene Mikroorganismen ist die Essenzialität von Nickel durch Isolierung mehrerer Enzyme (z. B. Urease, Co-F430), die Nickel im aktiven Zentrum enthalten, sowie durch Nachweis von Mangelerscheinungen in nickelarmer Umgebung, die sich durch Zusatz von Ni(II)-Salzen beheben lassen, gesichert. ⓘ

In der Elektrophysiologie werden Nickel-Ionen dazu verwendet, spannungsaktivierte Calciumkanäle zu blockieren. ⓘ

Toxizität

Die Hauptquelle der Nickelbelastung ist die orale Aufnahme, da Nickel für Pflanzen lebenswichtig ist. Nickel kommt natürlich in der Umwelt vor: Typische Hintergrundkonzentrationen übersteigen nicht 20 ng/m³ in der Atmosphäre; 100 mg/kg im Boden; 10 mg/kg in der Vegetation; 10 μg/L im Süßwasser und 1 μg/L im Meerwasser. Die Nickelkonzentration in der Umwelt kann durch menschliche Verschmutzung erhöht werden. So können beispielsweise vernickelte Wasserhähne Wasser und Boden verunreinigen; durch Bergbau und Verhüttung kann Nickel ins Abwasser gelangen; Kochgeschirr aus Nickelstahllegierungen und nickelpigmentiertes Geschirr kann Nickel in die Nahrung abgeben. Die Atmosphäre kann durch die Raffination von Nickelerz und die Verbrennung fossiler Brennstoffe verschmutzt werden. Der Mensch kann Nickel direkt durch Tabakrauch und Hautkontakt mit Schmuck, Shampoos, Reinigungsmitteln und Münzen aufnehmen. Eine weniger verbreitete Form der chronischen Exposition ist die Hämodialyse, da Spuren von Nickelionen durch die chelatbildende Wirkung von Albumin in das Plasma aufgenommen werden können. ⓘ

Die durchschnittliche tägliche Exposition stellt keine Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Der größte Teil des täglich vom Menschen aufgenommenen Nickels wird von den Nieren entfernt und über den Urin ausgeschieden oder über den Magen-Darm-Trakt ausgeschieden, ohne absorbiert zu werden. Nickel ist kein kumulatives Gift, aber größere Dosen oder eine chronische Inhalationsexposition können toxisch und sogar krebserregend sein und stellen ein Berufsrisiko dar. ⓘ

Nickelverbindungen werden als krebserregend für den Menschen eingestuft, da in epidemiologischen Studien bei Arbeitern in Sulfiderzraffinerien ein erhöhtes Krebsrisiko für die Atemwege festgestellt wurde. Dies wird durch die positiven Ergebnisse der NTP-Bioassays mit Ni-Sub-Sulfid und Ni-Oxid bei Ratten und Mäusen bestätigt. Die Daten für Mensch und Tier deuten durchweg auf eine fehlende Karzinogenität über den oralen Expositionsweg hin und beschränken die Karzinogenität von Nickelverbindungen auf Tumore der Atemwege nach Einatmung. Nickelmetall wird als verdächtiges Karzinogen eingestuft; es besteht Übereinstimmung zwischen dem Fehlen eines erhöhten Krebsrisikos für die Atemwege bei Arbeitnehmern, die überwiegend metallischem Nickel ausgesetzt sind, und dem Fehlen von Atemwegstumoren in einer lebenslangen Inhalations-Karzinogenitätsstudie mit Nickelmetallpulver bei Ratten. In den Inhalationsstudien an Nagern mit verschiedenen Nickelverbindungen und Nickelmetall wurden vermehrte Lungenentzündungen mit und ohne bronchiale Lymphknotenhyperplasie oder Fibrose beobachtet. In Rattenstudien kann die orale Aufnahme von wasserlöslichen Nickelsalzen bei trächtigen Tieren perinatale Mortalitätseffekte auslösen. Ob diese Wirkungen für den Menschen relevant sind, ist unklar, da epidemiologische Studien an hochexponierten weiblichen Arbeitnehmern keine negativen Auswirkungen auf die Entwicklung gezeigt haben. ⓘ

Menschen können Nickel am Arbeitsplatz durch Einatmen, Verschlucken und Kontakt mit der Haut oder den Augen ausgesetzt sein. Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert (zulässiger Expositionsgrenzwert) für den Arbeitsplatz auf 1 mg/m³ pro 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt, wobei Nickelcarbonyl ausgeschlossen ist. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) gibt den empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 0,015 mg/m³ pro 8-Stunden-Arbeitstag an. Bei 10 mg/m³ ist Nickel unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährlich. Nickelcarbonyl [Ni(CO)
₄] ist ein extrem giftiges Gas. Die Toxizität von Metallcarbonyl hängt sowohl von der Toxizität des Metalls als auch von der Ausgasung von Kohlenmonoxid aus den funktionellen Carbonylgruppen ab; Nickelcarbonyl ist außerdem in der Luft explosiv. ⓘ

Sensibilisierte Personen können eine Hautkontaktallergie gegen Nickel aufweisen, die als Kontaktdermatitis bekannt ist. Hochsensibilisierte Personen können auch auf Lebensmittel mit hohem Nickelgehalt reagieren. Eine Empfindlichkeit gegenüber Nickel kann auch bei Patienten mit Pompholyx auftreten. Nickel ist das weltweit am häufigsten nachgewiesene Kontaktallergen, was zum Teil auf seine Verwendung in Schmuck für Ohrlöcher zurückzuführen ist. Nickelallergien, die durchstochene Ohren betreffen, sind oft durch juckende, gerötete Haut gekennzeichnet. Um diesem Problem zu begegnen, werden viele Ohrringe heute nickelfrei oder mit einer geringen Nickelabgabe hergestellt. Die zulässige Menge in Produkten, die mit der menschlichen Haut in Berührung kommen, wird nun von der Europäischen Union geregelt. Im Jahr 2002 stellten Forscher fest, dass die von 1- und 2-Euro-Münzen freigesetzte Nickelmenge weit über diesen Normen lag. Man nimmt an, dass dies das Ergebnis einer galvanischen Reaktion ist. Nickel wurde 2008 von der Amerikanischen Gesellschaft für Kontaktdermatitis zum Allergen des Jahres gewählt. Im August 2015 verabschiedete die American Academy of Dermatology eine Stellungnahme zur Sicherheit von Nickel: "Schätzungen gehen davon aus, dass die Kontaktdermatitis, zu der auch die Nickelsensibilisierung gehört, etwa 1,918 Milliarden Dollar ausmacht und fast 72,29 Millionen Menschen betrifft." ⓘ

Berichte zeigen, dass sowohl die Nickel-induzierte Aktivierung des Hypoxie-induzierbaren Faktors (HIF-1) als auch die Hochregulierung von Hypoxie-induzierbaren Genen durch die Verarmung an intrazellulärem Ascorbat verursacht werden. Die Zugabe von Ascorbat zum Kulturmedium erhöhte den intrazellulären Ascorbatspiegel und kehrte sowohl die metallinduzierte Stabilisierung der HIF-1- als auch der HIF-1α-abhängigen Genexpression um. ⓘ

Nickel ist mit der Nickeldermatitis der häufigste Auslöser für Kontaktallergien: In Deutschland sind schätzungsweise 1,9 bis 4,5 Millionen Menschen gegen Nickel sensibilisiert. Wegen daher geänderter Gesetzgebung sind Metalle und Legierungen, die mit der Haut in Kontakt kommen, seltener vernickelt. Etwa 10 % aller Kinder sind gegenüber Nickel sensibilisiert. Bei erneutem Kontakt mit dem Allergen können diese mit einer Kontaktallergie reagieren. Außerdem ist ein erhöhter Nickelgehalt in der Atemluft und im Trinkwasser ein Risikofaktor für eine Sensibilisierung gegen Nickel bei Kindern. ⓘ

Die tolerierbare tägliche Aufnahmemenge (TDI) von Nickel beträgt laut Europäischer Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) 2,8 Mikrogramm (0.0028 Milligramm) pro Kilogramm Körpergewicht. 2019 hat die Arbeiterkammer Oberösterreich zwölf verschiedene Sojadrinks bei der Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit untersuchen lassen. Die Werte lagen zwischen 0,25 (Dennree Soja Drink Natur) und 0,69 Milligramm pro Liter (Ja! Natürlich Bio Soja Drink). Bei der Sojamilch mit den höchsten Werten hat ein 30 Kilo schweres Kind bereits bei einem Viertelliter mehr als doppelt so viel Nickel aufgenommen wie von der EFSA empfohlen. ⓘ

Das Einatmen anorganischer Nickelverbindungen ist mit einem erhöhten Krebsrisiko für Plattenepithelkarzinome der Lunge und der oberen Luftwege verbunden. Derartige bösartige Neubildungen werden in Deutschland bei berufsbedingter Exposition als Berufskrankheiten anerkannt (BK 4109). ⓘ

Verbote

Zur Eindämmung der Risiken einer Nickelempfindlichkeit und einer Wirkung als Allergen verlangte die Europäische Union 1994 von ihren Mitgliedstaaten Regelungen zur Begrenzung der Verwendung und des Inverkehrbringens von Produkten aus Nickel oder Nickelverbindungen, die unmittelbar und länger mit der menschlichen Haut in Verbindung kommen wie Ohrstecker, Armbanduhrgehäuse, Halsketten, Brillengestelle oder Reißverschlüsse als Teil der Bekleidung; als Grenzwert war eine Nickelabgabe (Nickellässigkeit) von mehr als 0,5 Mikrogramm je Quadratzentimeter und Woche bestimmt, die auch bei einem beschichteten Erzeugnis aus Nickel nach zwei Nutzungsjahren nicht überschritten werden durfte. In Deutschland wurden diese Verbote durch die Bedarfsgegenständeverordnung für Bedarfsgegenstände, also Gegenstände mit Hautkontakt oder mit Lebensmitteln, umgesetzt und später durch Kennzeichnungsgebote ergänzt. Die Verwendung von Nickel und das Inverkehrbringen solcher Erzeugnisse ist in der Europäischen Union seit 2009 unmittelbar wirksam geregelt. Demnach gilt weiterhin der Grenzwert (Migrationslimit) von 0,5 μg/(cm² Woche), bei Stäben, die in die Haut gestochen werden (Ohrstecker, Piercings), jedoch nun von 0,2 μg/(cm² Woche). In der Praxis kann allerdings unklar sein, was „längerer“ Hautkontakt konkret bedeutet, etwa zur Beurteilung von Spielzeug, Nähnadeln oder Schreibstiften. ⓘ

Verwendung

Hufeisenmagnet aus Alnico ⓘ

Nickel wird als Metall in geringen Mengen benötigt, der größte Teil der Produktion geht in die Produktion von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen. Nickel wird in vielen spezifischen und erkennbaren Industrie- und Konsumgütern verwendet, einschließlich Edelstahl, Alnico-Magneten, Münzen, wiederaufladbaren Batterien, E-Gitarrensaiten, Mikrofonkapseln, Plattierungen auf Sanitärarmaturen und speziellen Legierungen wie Permalloy, Elinvar und Invar. Es wird zum Beschichten und als Grüntönung in Glas verwendet. Die Reserven an nach heutigen Gesichtspunkten abbauwürdigen Nickelvorkommen liegen zwischen 70 und 170 Millionen Tonnen. Gegenwärtig werden weltweit jährlich mehr als zwei Millionen Tonnen (2020: 2,5 Mio. Tonnen) gefördert. Der Preis für Nickel unterliegt wegen Finanzmarktspekulationen zeitweise sehr hohen Preisschwankungen. ⓘ

Verwendung als Metall

Gaschromatograph ⓘ

Reines Nickelmetall wird in feinverteilter Form als Katalysator bei der Hydrierung ungesättigter Fettsäuren verwendet. Auf Grund seiner chemischen Beständigkeit wird Nickel für Apparate im chemischen Labor und der chemischen Industrie verwendet (z. B. Nickeltiegel für Aufschlüsse). Aus Nickelmetall werden Nickellegierungen, z. B. für Münzen, hergestellt. ⓘ

Nickel dient als Überzugsmetall zum Korrosionsschutz („Vernickeln“) von Metallgegenständen: Wegen seiner vor Oxidation schützenden Eigenschaften werden Metalle (insbesondere Eisen) mittels galvanischer Technik für bestimmte technische Zwecke mit einer Nickelschicht überzogen. ⓘ

Ebenfalls genutzt wurde das Metall früher zur Herstellung der Fassungen von Nickelbrillen. ⓘ

Als Betastrahler wird das Nickelisotop ⁶³Ni in Elektroneneinfangdetektoren in Gaschromatografen eingesetzt. ⓘ

Verwendung als Legierung

Turboprop-Triebwerk Lycoming T53 ⓘ

Nickel ist ein bedeutendes Legierungsmetall, das hauptsächlich zur Stahlveredelung verwendet wird. Der größte Teil des Nickels geht dorthin. Es macht Stahl korrosionsbeständig und erhöht seine Härte, Zähigkeit und Duktilität. Mit Nickel hochlegierte Stähle werden in besonders korrosiven Umgebungen eingesetzt. Der Edelstahl V2A (der Name entstammt der „Versuchscharge 2 austenitisch“ im Krupp-Stahlwerk, entspricht X12CrNi18-8) enthält 8 % Nickel neben 18 % Chrom, V4A (Markennamen Cromargan oder Nirosta) 11 % neben 18 % Chrom und 2 % Molybdän. ⓘ

Nickel ist ein ausgezeichnetes Legierungsmittel für bestimmte Edelmetalle und wird im Brandtest als Sammler von Elementen der Platinmetalle verwendet. Als solches ist Nickel in der Lage, alle sechs Platinmetalle, vor allem Platin und Palladium, vollständig aus Erzen zu sammeln und Gold teilweise zu sammeln. ⓘ

Nickelschaum oder Nickelnetz wird in Gasdiffusionselektroden für alkalische Brennstoffzellen verwendet. ⓘ

Nickel und seine Legierungen werden häufig als Katalysatoren für Hydrierungsreaktionen verwendet. Raney-Nickel, eine feinteilige Nickel-Aluminium-Legierung, ist eine gebräuchliche Form, obwohl auch verwandte Katalysatoren verwendet werden, einschließlich Katalysatoren vom Raney-Typ. ⓘ

Etwa 20 % des Nickels werden (in Deutschland) zur Herstellung von weiteren Nickellegierungen verwendet:

Konstantan, eine Legierung aus 55 % Kupfer und 45 % Nickel, die über einen großen Temperaturbereich einen annähernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand besitzt. Sie wird vor allem für genaue Widerstände verwendet.
Nickelbasis-Superlegierungen sind Legierungen speziell für den Einsatz bei hohen Temperaturen und unter korrosiven Medien. Sie finden zum Beispiel in Flugzeugturbinen und Gasturbinen von Kraftwerken Anwendung.
Raney-Nickel, eine Nickel-Aluminium-Legierung, die ein wichtiger Katalysator für die Hydrierung organischer Verbindungen ist.
Neusilber, eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung mit 10–26 % Nickelanteil, die besonders korrosionsbeständig ist und hauptsächlich für Bestecke und elektrotechnische Geräte verwendet wird.
Monel, ebenfalls eine Kupfer-Nickel-Legierung mit etwa 65 % Nickel, 33 % Kupfer und 2 % Eisen, die sich durch besondere chemische Beständigkeit, unter anderem gegen Fluor, auszeichnet. Sie wird deshalb für Fluor-Druckgasflaschen verwendet.
Austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit, ein sphärolithisches Sondergusseisen mit bis zu 20 % Nickel, für den Einsatz in korrosiver Umgebung und bei hohen Temperaturen. ⓘ

Nachweis

Nachweisreaktion Bis(dimethylglyoximato)nickel(II) ⓘ

Fällung des Nickel-Dimethylglyoxim-Komplexes aus einer Nickel(II)-sulfatlösung ⓘ

Die Nachweisreaktion für die in Wasser meist mit grüner Farbe löslichen Nickel(II)-salze wird in der quantitativen Analytik gravimetrisch sowie qualitativ im Kationentrenngang mit Dimethylglyoxim-Lösung (Tschugajews Reagens) durchgeführt. Nickelsalze werden zuvor gegebenenfalls durch Ammoniumsulfid als grauschwarzes Nickel(II)-sulfid ausgefällt und in Salpetersäure gelöst. Der spezifische Nachweis ist dann durch Reaktion mit Dimethylglyoxim in ammoniakalischer Lösung möglich. Dabei fällt das himbeerrote Bis(dimethylglyoximato)nickel(II) als Komplex aus: ${\ce {Ni^2+ + 2C4H8N2O2 + 2H2O -> Ni(C4H7N2O2)2 v + 2H3O+}}$ . ⓘ

Da Nickel aus ammoniakalischer Lösung mit Dimethylglyoxim quantitativ ausfällt, ist dieser Nachweis auch für die quantitative gravimetrische Nickelanalyse verwendbar. Aus ammoniakalischer Lösung kann auch mittels Elektrogravimetrie an einer Platinnetzelektrode eine quantitative Bestimmung erfolgen. Ähnlich anderen Schwermetallen wird Nickel heute meist durch Atomspektroskopie oder Massenspektrometrie auch im Ultraspurenbereich quantitativ bestimmt. Äußerst empfindlich ist die inverse Voltammetrie mit adsorptiver Anreicherung des Ni-Dimethyglyoxim-Komplexes an hängenden Quecksilbertropfen oder Quecksilberfilmelektroden. ⓘ

Verbindungen

Die häufigste Oxidationsstufe von Nickel ist +2, aber auch Verbindungen mit Ni⁰, Ni⁺ und Ni³⁺ sind bekannt, und die exotischen Oxidationsstufen Ni2-, Ni1- und Ni⁴⁺ sind hergestellt und untersucht worden. ⓘ

Nickel kommt in Verbindungen hauptsächlich in der Oxidationsstufe +II vor. Die Stufen 0, +I, +III und +IV sind selten und meist instabil. Nickel bildet eine Vielzahl meist farbiger Komplexe. ⓘ

Oxide

Nickel(III)-antimonid ⓘ

Es sind zahlreiche Ni(III)-Verbindungen bekannt, wobei die ersten Beispiele Nickel(III)-Trihalophosphine (Ni_III(PPh₃)X₃) sind. Außerdem bildet Ni(III) einfache Salze mit Fluorid- oder Oxid-Ionen. Ni(III) kann durch σ-Donor-Liganden wie Thiole und Organophosphine stabilisiert werden. ⓘ

Ni(IV) liegt in dem Mischoxid BaNiO
₃, während Ni(III) in Nickeloxidhydroxid vorkommt, das als Kathode in vielen wiederaufladbaren Batterien verwendet wird, darunter Nickel-Cadmium-, Nickel-Eisen-, Nickel-Wasserstoff- und Nickel-Metallhydrid-Batterien, und von einigen Herstellern in Li-Ionen-Batterien eingesetzt wird. Ni(IV) ist nach wie vor eine seltene Oxidationsstufe des Nickels, und es sind bisher nur sehr wenige Verbindungen bekannt. ⓘ

Halogenide

Nickel(II)-chlorid ist ein gelber, stark hygroskopischer Feststoff, der als Farbstoff für Keramik und zur Herstellung von Nickelkatalysatoren dient. Neben der wasserfreien Form gibt es noch wasserhaltige Nickel(II)-chloride, z. B. das grüne Nickel(II)-chlorid-Hexahydrat, das aus wässrigen Nickelchloridlösungen auskristallisiert. Das wasserfreie Nickel(II)-chlorid hat eine trigonale Kristallstruktur vom Cadmium(II)-chlorid-Typ mit der Raumgruppe R3m (Raumgruppen-Nr. 166). Das Hexahydrat kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe C2/m (Raumgruppen-Nr. 12). ⓘ

Nickel(II)-fluorid ist ebenfalls stark hygroskopisch und bildet gelbliche bis grüne tetragonale Kristalle. Im Gegensatz zu vielen Fluoriden ist es an der Luft stabil. Es kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe P4₂/mnm (Raumgruppen-Nr. 136). Das Tetrahydrat kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem mit der Raumgruppe P2₁ab (Raumgruppen-Nr. 29, Stellung 3). ⓘ

Weitere anorganische Nickelverbindungen

Nickelantimonid ⓘ

Nickel(II)-sulfat-Hexahydrat ⓘ

Nickel(II)-hydroxid und Nickel(III)-oxidhydroxid dienen zur Speicherung elektrischer Energie in Nickel-Cadmium- und anderen Nickelakkumulatoren. ⓘ

Nickel(II)-nitrat verwendet man in der Keramikindustrie als braunes Pigment, in der Färberei als Beizmittel, zum elektrolytischen Vernickeln, zum Gewinnen von Nickel(II)-oxid und zum Herstellen von reinem Katalysatornickel. Nickel(II)-nitrat ist ein starkes Oxidationsmittel und kommt gewöhnlich in Form seines Hexahydrates Ni(NO₃)₂ · 6 H₂O vor. ⓘ

Nickel(II)-sulfat und Ammoniumnickel(II)-sulfat werden bei der Galvanisierung (Vernickelung) verwendet. Nickel(II)-sulfat ist die technisch wichtigste Nickelverbindung. Es dient zur Herstellung von anderen Nickelverbindungen und Katalysatoren. Die wässrigen Lösungen von Nickel(II)-sulfat und Nickel(II)-chlorid werden zur galvanischen Abscheidung von metallischen Nickelschichten verwendet. Weiterhin wird es in der Färberei als Beizmittel und bei der Herstellung von Gasmasken verwendet. ⓘ

Nickel(II)-carbonat kommt in mehreren Hydratformen vor. Es wird als Katalysator bei der Fetthärtung und zur Herstellung von Nickel(II)-oxid, keramischen Farben (Pigment) und Glasuren sowie beim Galvanisieren verwendet. Es bildete ein trigonales Kristallsystem mit der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 161). ⓘ

Nickel(II)-sulfid fällt aus ammoniakalischen, nicht jedoch aus sauren, nickelhaltigen Lösungen mit Ammoniumsulfid aus. Dadurch kann Nickel mit der Ammoniumsulfid-Gruppe im Kationentrennungsgang abgetrennt werden. ⓘ

Das als Breithauptit bekannte Nickelantimonid ist ein metallisch glänzendes Mineral und hat eine helle kupferrote Farbe. Anwendung findet Nickelantimonid als Werkstoff in magnetischen Feldplatten, wo es zwischen magnetisch empfindlichen Schichten aus Indiumantimonid eingebracht wird. Magnetische Feldplatten ändern in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte ihren elektrischen Widerstand und dienen als Sensor für Magnetfelder. Es bildet eine hexagonale Kristallstruktur in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194). ⓘ

Organische Nickelverbindungen

Nickeltetracarbonyl Ni(CO)₄ ist eine farblose, sehr giftige Flüssigkeit. Sie ist ein wichtiges Zwischenprodukt im Mond-Verfahren. Nickeltetracarbonyl war die erste entdeckte Metallcarbonyl-Verbindung. ⓘ

Nickelkomplexe

Lösungen von Tetraamminnickel(II)-sulfat (links) und Kaliumtetracyanoniccolat(II) (rechts) ⓘ

Nickel und dabei v. a. Nickel(II)-Ionen bildet viele, meist farbige Komplexe. Die Koordinationszahlen 6, 5 oder 4 sind am häufigsten. Bei schwachen, einzähnigen Liganden, beispielsweise Wasser, liegen sie meist als oktaedrische und paramagnetische High-spin-Komplexe mit Koordinationszahl 6 vor. Starke Liganden wie Cyanid bilden quadratisch-planare, diamagnetische Low-spin-Komplexe. Ebenfalls einen quadratisch-planaren Komplex bildet Dimethylglyoxim, da der Komplex zusätzlich durch Wasserstoffbrücken stabilisiert ist. Letzterer Bis(dimethylglyoximato)nickel(II)-Komplex ist für den nasschemischen Nickelnachweis von Bedeutung. Anionische Nickelkomplexe enden auf „-niccolat“. ⓘ

Beispiele für Amminkomplexe sind der blaue Tetraamminnickel(II)- und violette Hexaamminnickel(II)-komplex. Beide Verbindungen erhält man durch Zugabe von Ammoniak zu Nickel(II)-salzlösungen:

{\ce {NiSO4 + 4NH4+ + 4OH- -> [Ni(NH3)4]SO4 + 4H2O}}

Durch Zugabe von Kaliumcyanid zu Nickel(II)-salzlösungen entsteht zunächst Nickel(II)-cyanid, das sich im Überschuss von Kaliumcyanid zu gelbem Kaliumtetracyanoniccolat(II) auflöst:

{\ce {Ni(CN)2 + 2KCN -> K2[Ni(CN)4]}}

Eine entsprechende Verbindung entsteht mit Kaliumthiocyanat. Eine sehr empfindliche Verbindung ist das Kaliumhexafluoroniccolat(IV) (K₂[NiF₆]). Mit einem starken Reduktionsmittel lässt sich aus Kaliumtetracyanoniccolat(II) der zweikernige Komplex K₄[Ni₂(CN)₆] mit einwertigem Nickel herstellen. Daneben existiert eine Vielzahl von Komplexen mit organischen Liganden wie beispielsweise Ethylendiamin oder Anionen von Carbonsäuren. ⓘ

Nickel(I)

Struktur von [Ni
₂(CN)
₆]⁴⁻
Ion ⓘ

Nickel(I)-Komplexe sind selten, aber ein Beispiel ist der tetraedrische Komplex NiBr(PPh₃)₃. Viele Nickel(I)-Komplexe weisen eine Ni-Ni-Bindung auf, wie der dunkelrote diamagnetische K
₄[Ni
₂(CN)
₆], hergestellt durch Reduktion von K
₂[Ni
₂(CN)
₆] mit Natriumamalgam. Diese Verbindung wird in Wasser oxidiert und setzt dabei H
₂. ⓘ

Es wird vermutet, dass die Nickel(I)-Oxidationsstufe für nickelhaltige Enzyme wie die [NiFe]-Hydrogenase wichtig ist, die die reversible Reduktion von Protonen zu H
₂. ⓘ

Münzprägung

Niederländische Münzen aus Reinnickel ⓘ

Abgesehen von den bereits erwähnten baktrischen Münzen war Nickel bis Mitte des 19. Jahrhunderts kein Bestandteil von Münzen. ⓘ

Kanada

In Kanada (dem damals größten Nickelproduzenten der Welt) wurden in kriegsfreien Jahren von 1922 bis 1981 Fünf-Cent-Münzen aus 99,9 % Nickel geprägt, die aufgrund ihres Metallgehalts magnetisch waren. In den Kriegsjahren 1942-1945 wurde das Nickel aus den kanadischen und US-amerikanischen Münzen größtenteils oder vollständig entfernt, um es für die Herstellung von Rüstungsgütern zu sparen. Kanada verwendete ab 1968 bis zum Jahr 2000 99,9 % Nickel in seinen höherwertigen Münzen. ⓘ

Vereinigtes Königreich

In Birmingham wurden um 1833 Nickelmünzen für den Handel in Malaysia geschmiedet. ⓘ

Vereinigte Staaten

In den Vereinigten Staaten bezog sich der Begriff "Nickel" oder "Nick" ursprünglich auf den Flying Eagle Cent aus Kupfer-Nickel, der 1857-58 Kupfer durch 12 % Nickel ersetzte, sowie auf den Indian Head Cent aus der gleichen Legierung von 1859 bis 1864. Noch später, im Jahr 1865, bezeichnete der Begriff den Drei-Cent-Cent, bei dem der Nickelgehalt auf 25 % erhöht wurde. Im Jahr 1866 übernahm der Fünf-Cent-Schild-Nickel (25 % Nickel, 75 % Kupfer) die Bezeichnung. Zusammen mit dem Legierungsanteil wird diese Bezeichnung in den Vereinigten Staaten bis heute verwendet. ⓘ

Die US-Nickelmünze enthält 0,04 Unzen (1,1 g) Nickel, das zum Preis vom April 2007 6,5 Cent wert war, sowie 3,75 Gramm Kupfer im Wert von etwa 3 Cent, was einem Gesamtmetallwert von mehr als 9 Cent entspricht. Da der Nennwert eines Nickels 5 Cent beträgt, war er ein attraktives Ziel für das Einschmelzen durch Personen, die die Metalle mit Gewinn verkaufen wollten. Um dieser Praxis zuvorzukommen, hat die Münzanstalt der Vereinigten Staaten am 14. Dezember 2006 neue vorläufige Vorschriften erlassen, zu denen die Öffentlichkeit 30 Tage lang Stellung nehmen kann und die das Einschmelzen und die Ausfuhr von Cents und Nickels unter Strafe stellen. Zuwiderhandlungen können mit einer Geldstrafe von bis zu 10.000 Dollar und/oder einer Freiheitsstrafe von bis zu fünf Jahren geahndet werden. Seit dem 19. September 2013 beträgt der Schmelzwert eines US-Nickels (einschließlich Kupfer und Nickel) 0,045 US-Dollar, was 90 % des Nennwerts entspricht. ⓘ

Aktuelle Verwendung

Im 21. Jahrhundert hat der hohe Nickelpreis dazu geführt, dass das Metall in Münzen auf der ganzen Welt teilweise ersetzt wurde. Zu den Münzen, die noch mit Nickellegierungen hergestellt werden, gehören Ein- und Zwei-Euro-Münzen, 5¢-, 10¢-, 25¢-, 50¢- und 1-Dollar-Münzen in den USA sowie 20p-, 50p-, £1- und £2-Münzen in Großbritannien. Ab 2012 wurde die für die britischen 5p- und 10p-Münzen verwendete Nickellegierung durch vernickelten Stahl ersetzt. Dies löste eine öffentliche Kontroverse über die Probleme von Menschen mit Nickelallergien aus. ⓘ

Produktion

Marktwert

Der Marktpreis für Nickel stieg im Jahr 2006 und in den ersten Monaten des Jahres 2007 sprunghaft an; am 5. April 2007 wurde das Metall mit 52.300 USD/Tonne oder 1,47 USD/Unze gehandelt. Danach fiel der Preis dramatisch, und im September 2017 wurde das Metall mit 11.000 US-Dollar/Tonne oder 0,31 US-Dollar/Unze gehandelt. Während der russischen Invasion in der Ukraine im Jahr 2022 löste die Sorge über Sanktionen gegen russische Nickelexporte einen Short Squeeze aus, der den Nickelpreis innerhalb von nur zwei Tagen vervierfachte und auf 100.000 US-Dollar pro Tonne ansteigen ließ. Die Londoner Metallbörse stornierte Kontrakte im Wert von 3,9 Milliarden Dollar und setzte den Nickelhandel für über eine Woche aus. Der Analyst Andy Home wies darauf hin, dass derartige Preisschocks durch die von den Metallmärkten auferlegten Reinheitsanforderungen noch verschärft werden: Nur Metall der Güteklasse I (99,8 % Reinheit) kann an den Börsen als Ware gehandelt werden, der Großteil des weltweiten Angebots besteht jedoch entweder aus Ferronickel-Legierungen oder aus Metallen geringerer Reinheit. ⓘ

Biologische Rolle

Obwohl dies erst in den 1970er Jahren erkannt wurde, ist bekannt, dass Nickel eine wichtige Rolle in der Biologie einiger Pflanzen, Eubakterien, Archaebakterien und Pilze spielt. Nickelenzyme wie die Urease gelten bei einigen Organismen als Virulenzfaktoren. Urease katalysiert die Hydrolyse von Harnstoff unter Bildung von Ammoniak und Carbamat. Die NiFe-Hydrogenasen katalysieren die Oxidation von H
₂, um Protonen und Elektronen zu bilden, und kann auch die umgekehrte Reaktion, die Reduktion von Protonen zu Wasserstoffgas, katalysieren. Ein Nickel-Tetrapyrrol-Coenzym, der Cofaktor F430, ist in der Methyl-Coenzym-M-Reduktase enthalten, die die Bildung von Methan oder die umgekehrte Reaktion in methanogenen Archaeen (im Oxidationszustand +1) katalysieren kann. Eines der Kohlenmonoxid-Dehydrogenase-Enzyme besteht aus einem Fe-Ni-S-Cluster. Andere nickelhaltige Enzyme sind eine seltene bakterielle Klasse von Superoxiddismutasen und Glyoxalase I-Enzyme in Bakterien und mehreren parasitären eukaryotischen Trypanosomen (in höheren Organismen, einschließlich Hefe und Säugetieren, enthält dieses Enzym zweiwertiges Zn²⁺). ⓘ

Nickel in der Nahrung kann die menschliche Gesundheit durch Infektionen mit nickelabhängigen Bakterien beeinträchtigen, aber es ist auch möglich, dass Nickel ein essentieller Nährstoff für die im Dickdarm lebenden Bakterien ist und somit als Präbiotikum wirkt. Das US Institute of Medicine hat nicht bestätigt, dass Nickel ein essentieller Nährstoff für den Menschen ist, so dass weder eine empfohlene Tagesdosis (Recommended Dietary Allowance - RDA) noch eine angemessene Zufuhr festgelegt wurde. Die zulässige Höchstmenge an Nickel in der Nahrung liegt bei 1000 µg/Tag in Form von löslichen Nickelsalzen. Die diätetische Aufnahme wird auf 70 bis 100 µg/Tag geschätzt, wobei weniger als 10 % absorbiert werden. Was absorbiert wird, wird mit dem Urin ausgeschieden. Relativ große Mengen Nickel - vergleichbar mit der oben geschätzten durchschnittlichen Aufnahme - sickern in Lebensmittel ein, die in rostfreiem Stahl gekocht wurden. Zum Beispiel beträgt die Nickelmenge, die nach 10 Kochvorgängen in eine Portion Tomatensoße ausgelaugt wird, durchschnittlich 88 µg. ⓘ

Nickel, das bei Vulkanausbrüchen in den Sibirischen Fallen freigesetzt wird, steht im Verdacht, das Wachstum von Methanosarcina zu fördern, einer Gattung euryarchaeoter Archaeen, die während des Perm-Trias-Aussterbens, dem größten Aussterbeereignis aller Zeiten, Methan produzierten. ⓘ

Gefahren
GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Gefahr
Gefahrenhinweise	H317, H351, H372, H412
Sicherheitshinweise	P201, P202, P260, P264, P270, P272, P273, P280, P302+P352, P308+P313, P333+P313, P363, P405, P501
NFPA 704 (Feuerdiamant)	2 0 0