નિકલ (Ni) - પરીક્ષા અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા

પરિચય

નિકલ (Ni) એ ચાંદી જેવી સફેદ, ચળકતી ધાતુ છે જેમાં સહેજ સોનેરી ઝાંય હોય છે, જે d-બ્લોક સંક્રાંતિ તત્વો સાથે સંબંધિત છે. તે તેના કાટ પ્રતિકાર, મજબૂતાઈ અને આ ગુણધર્મોને મિશ્ર ધાતુઓમાં સ્થાનાંતરિત કરવાની ક્ષમતા માટે ખૂબ મૂલ્યવાન છે. તેના વિવિધ ઉપયોગો ઔદ્યોગિક ઉત્પ્રેરક અને બેટરીના ઘટકોથી લઈને સિક્કા અને જટિલ માળખાકીય સામગ્રી સુધીના છે, જે તેને આધુનિક ટેકનોલોજી અને દૈનિક જીવનમાં એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ બનાવે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

• પ્રતીક: Ni
• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 28
• પરમાણુ દળ (A): 58.69 u
• સમૂહ: 10
• આવર્ત: 4
• બ્લોક: d-બ્લોક (સંક્રાંતિ ધાતુ)
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: +2 (સૌથી સામાન્ય), +3 (ઓછી સ્થિર, ઘણીવાર સંકીર્ણ સંયોજનોમાં)
• પ્રકૃતિ: ફેરોમેગ્નેટિક ધાતુ
• ઘનતા: 8.90 g/cm³
• ગલનબિંદુ: 1455 °C
• ઉત્કલનબિંદુ: 2913 °C
• પ્રમાણભૂત વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ (E° Ni²⁺/Ni): -0.25 V
• કાટ પ્રતિકાર: ઉચ્ચ, હવામાં નિષ્ક્રિયકરણને કારણે.

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને બંધન વર્તન

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી

• મૂળ અવસ્થા: [Ar] 3d⁸ 4s²
• Ni²⁺ આયન: [Ar] 3d⁸ (બે 4s ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે)
• Ni³⁺ આયન: [Ar] 3d⁷ (બે 4s ઇલેક્ટ્રોન અને એક 3d ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે)

બંધન વર્તન

• નિકલ સામાન્ય રીતે તેની +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં આયનીય સંયોજનો બનાવે છે (દા.ત., NiCl₂).
• તે સરળતાથી અસંખ્ય સવર્ગ સંયોજનો (સંકીર્ણ) બનાવે છે જ્યાં તે કેન્દ્રીય ધાતુ આયન તરીકે કાર્ય કરે છે.
• Ni(II) સંકીર્ણ માટે સામાન્ય ભૂમિતિઓનો સમાવેશ થાય છે:
  • ચોરસ સમતલીય: ઘણીવાર પ્રબળ ક્ષેત્ર લિગન્ડ સાથે, જેમાં dsp² સંકરણ શામેલ હોય છે (દા.ત., [Ni(CN)₄]²⁻). ડાયામેગ્નેટિક.
  • ચતુષ્ફલકીય: ઘણીવાર નિર્બળ ક્ષેત્ર લિગન્ડ સાથે, જેમાં sp³ સંકરણ શામેલ હોય છે (દા.ત., [NiCl₄]²⁻). પેરામેગ્નેટિક.
  • અષ્ટફલકીય: છ લિગન્ડ સાથે સામાન્ય, જેમાં sp³d² અથવા d²sp³ સંકરણ શામેલ હોય છે (દા.ત., [Ni(NH₃)₆]²⁺). પેરામેગ્નેટિક.
• નિકલ કાર્બ-ધાતુ સંયોજનો પણ બનાવે છે, ખાસ કરીને નિકલ ટેટ્રાકાર્બોનિલ, Ni(CO)₄, જ્યાં નિકલ શૂન્યની ઔપચારિક ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

1. મંદ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

નિકલ મંદ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (જેમ કે HCl, H₂SO₄) સાથે ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. Ni(s) + 2HCl(aq) → NiCl₂(aq) + H₂(g)

2. ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

સાંદ્ર નાઇટ્રિક એસિડ નિકલને નિષ્ક્રિય કરે છે કારણ કે તેની સપાટી પર રક્ષણાત્મક, અભેદ્ય ઓક્સાઇડ સ્તર બને છે, જે વધુ પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે. મંદ નાઇટ્રિક એસિડ પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, પરંતુ ઉત્પાદનો સાંદ્રતા અને તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

3. ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ઉચ્ચ તાપમાને, નિકલ ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને નિકલ(II) ઓક્સાઇડ બનાવે છે. 2Ni(s) + O₂(g) --(heat)--> 2NiO(s)

4. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

નિકલ ગરમ કરવા પર હેલોજન સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરીને નિકલ હેલાઇડ્સ બનાવે છે. Ni(s) + Cl₂(g) --(heat)--> NiCl₂(s)

5. મોન્ડ પ્રક્રિયા (નિકલનું શુદ્ધિકરણ)

આ પ્રક્રિયા અસ્થિર નિકલ ટેટ્રાકાર્બોનિલના નિર્માણ અને વિઘટનનો ઉપયોગ કરે છે.

• નિર્માણ: નિકલ 50-60 °C તાપમાને કાર્બન મોનોક્સાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને અસ્થિર નિકલ ટેટ્રાકાર્બોનિલ બનાવે છે. Ni(s) + 4CO(g) --(50-60°C)--> Ni(CO)₄(g)
• વિઘટન: નિકલ ટેટ્રાકાર્બોનિલ 180-200 °C તાપમાને વિઘટિત થઈને શુદ્ધ નિકલ ઉત્પન્ન કરે છે. Ni(CO)₄(g) --(180-200°C)--> Ni(s) + 4CO(g)

6. સંકીર્ણ નિર્માણ

નિકલ(II) વિવિધ સ્થિર સવર્ગ સંકીર્ણ બનાવે છે.

• હેક્સાએમ્માઇનનિકલ(II) આયન: Ni²⁺(aq) + 6NH₃(aq) → [Ni(NH₃)₆]²⁺(aq) (અષ્ટફલકીય, પેરામેગ્નેટિક)
• ટેટ્રાસાયનોનિકલેટ(II) આયન: Ni²⁺(aq) + 4CN⁻(aq) → [Ni(CN)₄]²⁻(aq) (ચોરસ સમતલીય, ડાયામેગ્નેટિક)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

• મિશ્ર ધાતુઓ: નિકલ અસંખ્ય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન મિશ્ર ધાતુઓમાં મુખ્ય ઘટક છે.
  • સ્ટેનલેસ સ્ટીલ: કાટ પ્રતિકાર, મજબૂતાઈ અને તન્યતા સુધારે છે (દા.ત., ઓસ્ટેનિટિક સ્ટીલ્સમાં 8-12% Ni હોય છે).
  • નાઇક્રોમ: નિકલ અને ક્રોમિયમનું મિશ્ર ધાતુ, જે તેની ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ તાપમાને સ્થિરતાને કારણે હીટિંગ તત્વોમાં વપરાય છે.
  • મોનેલ: નિકલ અને કોપરનું મિશ્ર ધાતુ, જે દરિયાઈ પાણી અને વિવિધ એસિડ્સ દ્વારા થતા કાટ સામે અત્યંત પ્રતિરોધક છે.
  • ઇન્વર: નિકલ અને આયર્નનું મિશ્ર ધાતુ, જે તેના અત્યંત નીચા ઉષ્મીય વિસ્તરણ ગુણાંક માટે જાણીતું છે, જે ચોકસાઈવાળા સાધનોમાં વપરાય છે.
• ઉત્પ્રેરક: ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
  • હાઇડ્રોજનીકરણ: અસંતૃપ્ત વનસ્પતિ તેલના હાઇડ્રોજનીકરણને ઉત્પ્રેરિત કરીને માર્જરિન અને અન્ય ઘન ચરબી ઉત્પન્ન કરે છે.
  • મિથેન ઉત્પાદન: કુદરતી ગેસના સ્ટીમ રિફોર્મિંગમાં હાઇડ્રોજન અને સંશ્લેષણ ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાય છે.
• બેટરી: રિચાર્જેબલ બેટરીમાં આવશ્યક ઘટક.
  • નિકલ-કેડમિયમ (NiCd) બેટરી.
  • નિકલ-મેટલ હાઈડ્રાઈડ (NiMH) બેટરી.
  • લિથિયમ-આયન બેટરી (નવી પેઢી).
• ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ: નિકલ પ્લેટિંગ અન્ય ધાતુઓને સુશોભિત પૂર્ણાહુતિ અને કાટ પ્રતિકાર પૂરો પાડે છે.
• સિક્કા: ઐતિહાસિક રીતે તેની ટકાઉપણું અને ઘસારા પ્રતિકારને કારણે સિક્કાઓમાં વપરાય છે.

જૈવિક મહત્વ

• લઘુતત્વ: નિકલ કેટલાક જીવોમાં, મુખ્યત્વે બેક્ટેરિયા, ફૂગ અને કેટલાક છોડમાં, કેટલાક ઉત્સેચકો માટે આવશ્યક લઘુતત્વ છે.
• ઉત્સેચક સહકારક: તે યુરેઝ (યુરિયા ચયાપચયમાં સામેલ) અને હાઇડ્રોજેનેઝ (હાઇડ્રોજન ચયાપચયમાં સામેલ) જેવા ઉત્સેચકો માટે સહકારક તરીકે કાર્ય કરે છે.
• ઝેરીપણું: જ્યારે સૂક્ષ્મ માત્રામાં આવશ્યક હોય છે, ત્યારે નિકલની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ઝેરી અને કાર્સિનોજેનિક હોઈ શકે છે, ખાસ કરીને નિકલ સંયોજનો ધરાવતી ધૂળના શ્વાસ દ્વારા.