నికెల్ (Ni) - పరీక్ష స్టడీ గైడ్

పరిచయం

నికెల్ (Ni) అనేది వెండి-తెలుపు, నిగనిగలాడే లోహం, దీనికి కొద్దిగా బంగారు రంగు ఉంటుంది మరియు d-బ్లాక్ ట్రాన్సిషన్ మూలకాలకు చెందినది. దీని క్షయకరణ నిరోధకత, బలం మరియు ఈ లక్షణాలను మిశ్రమాలకు అందించగల సామర్థ్యం కారణంగా ఇది అధికంగా విలువైనది. పారిశ్రామిక ఉత్ప్రేరకాలు మరియు బ్యాటరీ భాగాల నుండి నాణేలు మరియు కీలకమైన నిర్మాణ సామగ్రి వరకు దీని విభిన్న అనువర్తనాలు ఆధునిక సాంకేతికత మరియు రోజువారీ జీవితంలో కీలకమైన మూలకంగా నికెల్‌ను చేస్తాయి.

CBSE/JEE త్వరిత పునర్విమర్శ నోట్స్

• గుర్తు: Ni
• పరమాణు సంఖ్య (Z): 28
• పరమాణు ద్రవ్యరాశి (A): 58.69 u
• గ్రూప్: 10
• పీరియడ్: 4
• బ్లాక్: d-బ్లాక్ (ట్రాన్సిషన్ మెటల్)
• సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితులు: +2 (అత్యంత సాధారణం), +3 (తక్కువ స్థిరమైనది, తరచుగా కాంప్లెక్స్‌లలో)
• స్వభావం: ఫెర్రోమాగ్నెటిక్ లోహం
• సాంద్రత: 8.90 g/cm³
• ద్రవీభవన స్థానం: 1455 °C
• బాష్పీభవన స్థానం: 2913 °C
• ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ (E° Ni²⁺/Ni): -0.25 V
• క్షయకరణ నిరోధకత: అధికం, గాలిలో నిష్క్రియాత్మకత (passivation) కారణంగా.

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ & బంధ ప్రవర్తన

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్

• గ్రౌండ్ స్టేట్: [Ar] 3d⁸ 4s²
• Ni²⁺ అయాన్: [Ar] 3d⁸ (రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోతుంది)
• Ni³⁺ అయాన్: [Ar] 3d⁷ (రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు ఒక 3d ఎలక్ట్రాన్‌ను కోల్పోతుంది)

బంధ ప్రవర్తన

• నికెల్ సాధారణంగా దాని +2 ఆక్సీకరణ స్థితిలో అయానిక్ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది (ఉదాహరణకు, NiCl₂).
• ఇది కేంద్ర లోహ అయాన్‌గా పనిచేసే అనేక కోఆర్డినేషన్ సమ్మేళనాలను (కాంప్లెక్స్‌లు) సులభంగా ఏర్పరుస్తుంది.
• Ni(II) కాంప్లెక్స్‌ల కోసం సాధారణ జామెట్రీలు:
  • స్క్వేర్ ప్లానార్: తరచుగా బలమైన క్షేత్ర లైగండ్స్‌తో, dsp² హైబ్రిడైజేషన్ కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, [Ni(CN)₄]²⁻). డయామాగ్నెటిక్.
  • టెట్రాహెడ్రల్: తరచుగా బలహీనమైన క్షేత్ర లైగండ్స్‌తో, sp³ హైబ్రిడైజేషన్ కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, [NiCl₄]²⁻). పారామాగ్నెటిక్.
  • ఆక్టాహెడ్రల్: ఆరు లైగండ్స్‌తో సాధారణం, sp³d² లేదా d²sp³ హైబ్రిడైజేషన్ కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, [Ni(NH₃)₆]²⁺). పారామాగ్నెటిక్.
• నికెల్ ఆర్గానోమెటాలిక్ సమ్మేళనాలను కూడా ఏర్పరుస్తుంది, ముఖ్యంగా నికెల్ టెట్రాకార్బోనిల్, Ni(CO)₄, ఇక్కడ నికెల్ సున్నా ఆక్సీకరణ స్థితిని ప్రదర్శిస్తుంది.

కీలక రసాయన చర్యలు

1. విలీన ఆమ్లాలతో చర్య

నికెల్ విలీన నాన్-ఆక్సీకరణ ఆమ్లాలతో (HCl, H₂SO₄ వంటివి) నెమ్మదిగా చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ వాయువును విడుదల చేస్తుంది. Ni(s) + 2HCl(aq) → NiCl₂(aq) + H₂(g)

2. ఆక్సీకరణ ఆమ్లాలతో చర్య

గాఢ నైట్రిక్ ఆమ్లం నికెల్‌ను నిష్క్రియం చేస్తుంది, దీని ఉపరితలంపై రక్షిత, అభేద్యమైన ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పడటం వల్ల తదుపరి చర్యను నిరోధిస్తుంది. విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లం చర్య జరపగలదు, కానీ ఉత్పత్తులు గాఢత మరియు ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటాయి.

3. ఆక్సిజన్‌తో చర్య

అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, నికెల్ ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి నికెల్(II) ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. 2Ni(s) + O₂(g) --(heat)--> 2NiO(s)

4. హాలోజెన్‌లతో చర్య

నికెల్ వేడి చేసినప్పుడు హాలోజెన్‌లతో నేరుగా చర్య జరిపి నికెల్ హాలైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. Ni(s) + Cl₂(g) --(heat)--> NiCl₂(s)

5. మాండ్ ప్రక్రియ (నికెల్ శుద్ధి)

ఈ ప్రక్రియ అస్థిర నికెల్ టెట్రాకార్బోనిల్ ఏర్పడటం మరియు విచ్ఛిన్నం కావడాన్ని ఉపయోగిస్తుంది.

• ఏర్పడటం: నికెల్ 50-60 °C వద్ద కార్బన్ మోనాక్సైడ్‌తో చర్య జరిపి అస్థిర నికెల్ టెట్రాకార్బోనిల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. Ni(s) + 4CO(g) --(50-60°C)--> Ni(CO)₄(g)
• విచ్ఛిన్నం: నికెల్ టెట్రాకార్బోనిల్ 180-200 °C వద్ద విచ్ఛిన్నమై స్వచ్ఛమైన నికెల్‌ను ఇస్తుంది. Ni(CO)₄(g) --(180-200°C)--> Ni(s) + 4CO(g)

6. కాంప్లెక్స్ ఏర్పడటం

నికెల్(II) వివిధ స్థిరమైన కోఆర్డినేషన్ కాంప్లెక్స్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.

• హెక్సాఅమ్మినెనికెల్(II) అయాన్: Ni²⁺(aq) + 6NH₃(aq) → [Ni(NH₃)₆]²⁺(aq) (ఆక్టాహెడ్రల్, పారామాగ్నెటిక్)
• టెట్రాసైయాన్ నికెలేట్(II) అయాన్: Ni²⁺(aq) + 4CN⁻(aq) → [Ni(CN)₄]²⁻(aq) (స్క్వేర్ ప్లానార్, డయామాగ్నెటిక్)

పారిశ్రామిక మరియు జీవ ప్రాముఖ్యత

పారిశ్రామిక ప్రాముఖ్యత

• మిశ్రమాలు: నికెల్ అనేక అధిక-పనితీరు గల మిశ్రమాలలో ప్రాథమిక భాగం.
  • స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్: క్షయకరణ నిరోధకత, బలం మరియు స్థితిస్థాపకతను మెరుగుపరుస్తుంది (ఉదాహరణకు, ఆస్టెనిటిక్ స్టీల్స్‌లో 8-12% Ni ఉంటుంది).
  • నిక్రోమ్: నికెల్ మరియు క్రోమియం మిశ్రమం, అధిక విద్యుత్ నిరోధకత మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరత్వం కారణంగా తాపన మూలకాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.
  • మోనెల్: నికెల్ మరియు రాగి మిశ్రమం, సముద్రపు నీరు మరియు వివిధ ఆమ్లాల ద్వారా క్షయకరణానికి అధిక నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది.
  • ఇన్వార్: నికెల్ మరియు ఇనుము మిశ్రమం, దాని అత్యంత తక్కువ ఉష్ణ వ్యాకోచ గుణకం (coefficient of thermal expansion) కోసం ప్రసిద్ధి చెందింది, ఖచ్చితమైన పరికరాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.
• ఉత్ప్రేరకం: పారిశ్రామిక ప్రక్రియలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
  • హైడ్రోజనేషన్: అసంతృప్త కూరగాయల నూనెలను హైడ్రోజనేట్ చేయడానికి ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది, మార్గరిన్ మరియు ఇతర ఘన కొవ్వులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
  • మీథేన్ ఉత్పత్తి: హైడ్రోజన్ మరియు సింథసిస్ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి సహజ వాయువు యొక్క ఆవిరి సంస్కరణలో ఉపయోగించబడుతుంది.
• బ్యాటరీలు: పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలలో ముఖ్యమైన భాగం.
  • నికెల్-కాడ్మియం (NiCd) బ్యాటరీలు.
  • నికెల్-మెటల్ హైడ్రైడ్ (NiMH) బ్యాటరీలు.
  • లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (కొత్త తరం).
• ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్: నికెల్ ప్లేటింగ్ ఇతర లోహాలకు అలంకారిక ఫినిషింగ్ మరియు క్షయకరణ నిరోధకతను అందిస్తుంది.
• నాణేలు: దాని మన్నిక మరియు అరిగిపోవడానికి నిరోధకత కారణంగా చారిత్రాత్మకంగా నాణేలలో ఉపయోగించబడింది.

జీవ ప్రాముఖ్యత

• ట్రేస్ మూలకం: నికెల్ కొన్ని జీవులలో, ముఖ్యంగా బ్యాక్టీరియా, శిలీంధ్రాలు మరియు కొన్ని మొక్కలలో అనేక ఎంజైమ్‌లకు అవసరమైన ట్రేస్ మూలకం.
• ఎంజైమ్ కోఫాక్టర్: ఇది యూరియేజ్ (యూరియా జీవక్రియలో పాల్గొంటుంది) మరియు హైడ్రోజనేజ్ (హైడ్రోజన్ జీవక్రియలో పాల్గొంటుంది) వంటి ఎంజైమ్‌లకు కోఫాక్టర్‌గా పనిచేస్తుంది.
• విషపూరితం: ట్రేస్ మొత్తంలో అవసరమైనప్పటికీ, నికెల్ అధిక సాంద్రతలు విషపూరితమైనవి మరియు కార్సినోజెనిక్ (cancer-causing) కావచ్చు, ముఖ్యంగా నికెల్ సమ్మేళనాలను కలిగి ఉన్న ధూళిని పీల్చడం ద్వారా.