निकेल (Ni) - परीक्षा अध्ययन मार्गदर्शिका

परिचय

निकेल (Ni) एक चाँदी जैसा सफेद, चमकदार धातु है जिसमें हल्की सुनहरी आभा होती है, और यह d-ब्लॉक संक्रमण तत्वों से संबंधित है। यह अपने संक्षारण प्रतिरोध, शक्ति और इन गुणों को मिश्र धातुओं में प्रदान करने की क्षमता के लिए अत्यधिक मूल्यवान है। इसके विविध अनुप्रयोग औद्योगिक उत्प्रेरकों और बैटरी घटकों से लेकर सिक्का निर्माण और महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री तक फैले हुए हैं, जो इसे आधुनिक तकनीक और दैनिक जीवन में एक महत्वपूर्ण तत्व बनाते हैं।

CBSE/JEE त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

• प्रतीक: Ni
• परमाणु क्रमांक (Z): 28
• परमाणु द्रव्यमान (A): 58.69 u
• वर्ग: 10
• आवर्त: 4
• ब्लॉक: d-ब्लॉक (संक्रमण धातु)
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: +2 (सबसे आम), +3 (कम स्थिर, अक्सर संकुलों में)
• प्रकृति: लौह-चुंबकीय धातु
• घनत्व: 8.90 g/cm³
• गलनांक: 1455 °C
• क्वथनांक: 2913 °C
• मानक इलेक्ट्रोड विभव (E° Ni²⁺/Ni): -0.25 V
• संक्षारण प्रतिरोध: उच्च, हवा में निष्क्रियता के कारण।

इलेक्ट्रॉन विन्यास और आबंध व्यवहार

इलेक्ट्रॉन विन्यास

• मूल अवस्था: [Ar] 3d⁸ 4s²
• Ni²⁺ आयन: [Ar] 3d⁸ (दो 4s इलेक्ट्रॉन खो देता है)
• Ni³⁺ आयन: [Ar] 3d⁷ (दो 4s इलेक्ट्रॉन और एक 3d इलेक्ट्रॉन खो देता है)

आबंध व्यवहार

• निकेल आमतौर पर अपनी +2 ऑक्सीकरण अवस्था में आयनिक यौगिक बनाता है (उदाहरण के लिए, NiCl₂)।
• यह आसानी से कई उपसहसंयोजक यौगिक (संकुल) बनाता है जहाँ यह एक केंद्रीय धातु आयन के रूप में कार्य करता है।
• Ni(II) संकुलों के लिए सामान्य ज्यामिति में शामिल हैं:
  • वर्ग समतलीय: अक्सर प्रबल क्षेत्र लिगेंड के साथ, जिसमें dsp² संकरण शामिल होता है (उदाहरण के लिए, [Ni(CN)₄]²⁻)। प्रतिचुंबकीय।
  • चतुष्फलकीय: अक्सर दुर्बल क्षेत्र लिगेंड के साथ, जिसमें sp³ संकरण शामिल होता है (उदाहरण के लिए, [NiCl₄]²⁻)। अनुचुंबकीय।
  • अष्टफलकीय: छह लिगेंड के साथ सामान्य, जिसमें sp³d² या d²sp³ संकरण शामिल होता है (उदाहरण के लिए, [Ni(NH₃)₆]²⁺)। अनुचुंबकीय।
• निकेल ऑर्गेनोमेटैलिक यौगिक भी बनाता है, विशेष रूप से निकेल टेट्राकार्बोनिल, Ni(CO)₄, जहाँ निकेल शून्य की औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएं

1. तनु अम्लों के साथ अभिक्रिया

निकेल तनु अन-ऑक्सीकारक अम्लों (जैसे HCl, H₂SO₄) के साथ धीरे-धीरे अभिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस मुक्त करता है। Ni(s) + 2HCl(aq) → NiCl₂(aq) + H₂(g)

2. ऑक्सीकारक अम्लों के साथ अभिक्रिया

सांद्र नाइट्रिक अम्ल निकेल को निष्क्रिय कर देता है क्योंकि इसकी सतह पर एक सुरक्षात्मक, अभेद्य ऑक्साइड परत बन जाती है, जो आगे की अभिक्रिया को रोकती है। तनु नाइट्रिक अम्ल अभिक्रिया कर सकता है, लेकिन उत्पाद सांद्रता और तापमान पर निर्भर करते हैं।

3. ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

उच्च तापमान पर, निकेल ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके निकेल(II) ऑक्साइड बनाता है। 2Ni(s) + O₂(g) --(heat)--> 2NiO(s)

4. हैलोजनों के साथ अभिक्रिया

गर्म करने पर निकेल सीधे हैलोजनों के साथ अभिक्रिया करके निकेल हैलाइड बनाता है। Ni(s) + Cl₂(g) --(heat)--> NiCl₂(s)

5. मॉन्ड प्रक्रिया (निकेल का शोधन)

यह प्रक्रिया वाष्पशील निकेल टेट्राकार्बोनिल के निर्माण और अपघटन का उपयोग करती है।

• निर्माण: निकेल 50-60 °C पर कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके वाष्पशील निकेल टेट्राकार्बोनिल बनाता है। Ni(s) + 4CO(g) --(50-60°C)--> Ni(CO)₄(g)
• अपघटन: निकेल टेट्राकार्बोनिल 180-200 °C पर अपघटित होकर शुद्ध निकेल देता है। Ni(CO)₄(g) --(180-200°C)--> Ni(s) + 4CO(g)

6. संकुल निर्माण

निकेल(II) विभिन्न स्थिर उपसहसंयोजक संकुल बनाता है।

• हेक्साअमीननिकेल(II) आयन: Ni²⁺(aq) + 6NH₃(aq) → [Ni(NH₃)₆]²⁺(aq) (अष्टफलकीय, अनुचुंबकीय)
• टेट्रासायनोनिकेलैट(II) आयन: Ni²⁺(aq) + 4CN⁻(aq) → [Ni(CN)₄]²⁻(aq) (वर्ग समतलीय, प्रतिचुंबकीय)

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

• मिश्र धातुएँ: निकेल कई उच्च-प्रदर्शन मिश्र धातुओं में एक प्राथमिक घटक है।
  • स्टेनलेस स्टील: संक्षारण प्रतिरोध, शक्ति और नम्यता (उदाहरण के लिए, ऑस्टेनिटिक स्टील में 8-12% Ni होता है) में सुधार करता है।
  • नाइक्रोम: निकेल और क्रोमियम का एक मिश्र धातु, जिसका उपयोग हीटिंग तत्वों में इसकी उच्च विद्युत प्रतिरोधकता और उच्च तापमान पर स्थिरता के कारण किया जाता है।
  • मोनेल: निकेल और तांबे का एक मिश्र धातु, जो समुद्री जल और विभिन्न अम्लों द्वारा संक्षारण के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है।
  • इन्वॉर: निकेल और लोहे का एक मिश्र धातु, जो अपने अत्यंत कम तापीय प्रसार गुणांक के लिए जाना जाता है, जिसका उपयोग सटीक उपकरणों में किया जाता है।
• उत्प्रेरक: औद्योगिक प्रक्रियाओं में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
  • हाइड्रोजनीकरण: असंतृप्त वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण को उत्प्रेरित करता है ताकि मार्जरीन और अन्य ठोस वसा का उत्पादन किया जा सके।
  • मीथेन उत्पादन: प्राकृतिक गैस के भाप सुधार में हाइड्रोजन और संश्लेषण गैस का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
• बैटरी: रिचार्जेबल बैटरी में आवश्यक घटक।
  • निकेल-कैडमियम (NiCd) बैटरी।
  • निकेल-मेटल हाइड्राइड (NiMH) बैटरी।
  • लिथियम-आयन बैटरी (नई पीढ़ी)।
• इलेक्ट्रोप्लेटिंग: निकेल प्लेटिंग अन्य धातुओं को एक सजावटी फिनिश और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती है।
• सिक्का निर्माण: ऐतिहासिक रूप से सिक्कों में इसकी स्थायित्व और घिसाव के प्रतिरोध के कारण उपयोग किया जाता रहा है।

जैविक महत्व

• ट्रेस तत्व: निकेल कुछ जीवों, मुख्य रूप से बैक्टीरिया, कवक और कुछ पौधों में कई एंजाइमों के लिए एक आवश्यक ट्रेस तत्व है।
• एंजाइम सहकारक: यह यूरिएस (यूरिया चयापचय में शामिल) और हाइड्रोजनस (हाइड्रोजन चयापचय में शामिल) जैसे एंजाइमों के लिए सहकारक के रूप में कार्य करता है।
• विषाक्तता: जबकि ट्रेस मात्रा में आवश्यक है, निकेल की उच्च सांद्रता विषाक्त और कैंसरकारी हो सकती है, खासकर निकेल यौगिकों वाले धूल के साँस लेने से।