Kim loại Niken là gì? Đặc điểm lý hóa và ứng dụng trong đời sống

Kim loại Niken là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp hiện đại. Với đặc điểm nổi bật là độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và tính dẫn điện tốt, Niken được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hợp kim, mạ điện, pin sạc, cũng như trong ngành hàng không vũ trụ và điện tử.

Không chỉ là một nguyên tố quen thuộc trong bảng tuần hoàn, Niken còn là chất liệu chiến lược trong công nghệ xanh và năng lượng tái tạo. Vậy kim loại Niken là gì? Nó có những tính chất gì nổi bật và ứng dụng ra sao trong thực tiễn? Hãy cùng khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây.

Kim loại Niken là gì?

Nickel, với ký hiệu hóa học Ni và số thứ tự 28 trong bảng tuần hoàn, là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm kim loại sắt từ. Trong tự nhiên, nickel tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất.

Mặc dù không phổ biến như sắt hay nhôm, nhưng nhờ tính trơ và khả năng gia công dễ dàng, nickel đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều loại vật liệu hợp kim hiện đại.

Lịch sử hình thành kim loại Niken

Nickel có lịch sử lâu đời, có thể bắt nguồn từ năm 3500 trước Công nguyên. Các tài liệu cổ của Trung Quốc ghi nhận việc sử dụng "đồng trắng" (có thể chứa nickel) ở phương Đông từ năm 1700 đến 1400 trước Công nguyên.

Vào thời Trung cổ ở Đức, người ta phát hiện ra một loại khoáng vật màu đỏ ở Erzgebirge, trông giống quặng đồng. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, việc tách đồng từ khoáng vật này là vô cùng khó khăn. Quặng nickel này ban đầu được gọi là "Kupfernickel", và ngày nay được biết đến với tên gọi niccolit (một loại arsenide nickel).

Năm 1751, Baron Axel Frederik Cronstedt đã thực hiện nỗ lực tách đồng từ "Kupfernickel". Nhưng thay vào đó ông chỉ thu được một kim loại màu trắng, và đó chính là nickel. Phải đến năm 1881, đồng tiền xu đầu tiên được làm từ nickel nguyên chất mới được tạo ra ở Thụy Sĩ.

Tính chất lý hóa của kim loại Niken

Niken là một kim loại chuyển tiếp quen thuộc với vẻ ngoài sáng bóng, màu trắng bạc. Nhưng ẩn sau đó là những đặc tính lý hóa vô cùng độc đáo. Chính nhờ những đặc điểm này, Niken trở thành vật liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại như luyện kim, sản xuất pin, hợp kim chịu nhiệt và mạ điện.

Tính chất vật lý

• Nickel là một kim loại cứng, có màu trắng bạc, với khối lượng nguyên tử là 58.71 và khối lượng riêng cao, D = 8,9 g/cm3. Điểm nóng chảy của nickel là 1455°C.
• Nickel có tính chất từ tính, tức là có thể bị nam châm hút. Ngoài ra, nó cũng có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
• So với các kim loại màu khác, nickel có độ bền cơ học cao hơn. Tuy nhiên, nó cũng rất dẻo và dễ uốn, cho phép gia công thành nhiều hình dạng khác nhau như tấm, ống, thanh, dây,...
• Trong tự nhiên, nickel hiếm khi tồn tại ở dạng nguyên chất mà thường xuất hiện ở dạng hợp chất trong các khoáng chất như đá ong, quặng sunfua, niccolite, millerit.

Tính chất hóa học

• Nickel có khả năng chống ăn mòn tốt.
• Nó không bị oxy hóa ở nhiệt độ 500 độ C.
• Ở nhiệt độ phòng, nickel bền trong nước và không khí.
• Nickel có thể phản ứng với nhiều hợp chất và đơn chất khác nhau, nhưng không phản ứng với hydro.
• Nó không bị ăn mòn khi tiếp xúc với muối và axit khác nhau.
• Khi kết hợp với sắt, nickel tạo thành hợp kim cực kỳ ổn định, đó chính là thép không gỉ.

Kim loại Niken dùng để làm gì?

Từ khái niệm về nickel đã được trình bày, bạn có thể thấy rõ tầm quan trọng của kim loại này trong cuộc sống hàng ngày. Nickel hiện diện ở khắp mọi nơi, với những ứng dụng cụ thể như:

• Tiền xu: Giúp tiền xu không bị oxy hóa trong thời gian dài, nhờ đó có thể sử dụng được lâu năm.
• Trang sức: Với vẻ ngoài sáng bóng, độ bền cao và giá thành rẻ hơn bạc hoặc vàng, nickel được sử dụng để làm trang sức và phụ kiện thời trang.
• Sản phẩm công nghệ: Có mặt trong máy tính xách tay, điện thoại,...
• Văn phòng phẩm: Dùng để sản xuất đinh ghim, kẹp giấy,...
• Lĩnh vực y tế: Được sử dụng trong các công cụ y tế, niềng răng,...
• Đồ gia dụng: Có trong bản lề, chìa khóa, ổ khóa, pin, nam châm,...
• Mạ Niken: Mạ niken là một quy trình phủ một lớp niken lên bề mặt của vật liệu khác, thường là kim loại. Mục đích của quy trình này là để cải thiện độ sáng bóng và thẩm mỹ của bề mặt, đồng thời chống lại quá trình oxy hóa, từ đó gia tăng giá trị của sản phẩm.

Có nhiều phương pháp mạ kim loại niken khác nhau, bao gồm mạ niken bóng, mạ niken crom, mạ niken mờ và mạ niken hóa học. Thông thường, trước khi tiến hành mạ niken, bề mặt cần mạ sẽ được làm nhẵn và tẩy rửa bằng dầu, sau đó được xử lý điện hóa. Cuối cùng, lớp phủ niken sẽ được áp dụng để bảo vệ và làm đẹp bề mặt.

Các hợp chất thường gặp của kim loại Niken

Không chỉ tồn tại dưới dạng nguyên tố, kim loại Niken còn tạo thành nhiều hợp chất với tính chất đa dạng và ứng dụng phong phú trong đời sống và công nghiệp. Từ các muối niken màu sắc bắt mắt đến các hợp chất đóng vai trò xúc tác trong phản ứng hóa học, mỗi loại đều mang một vai trò riêng biệt trong các lĩnh vực như mạ điện, tổng hợp hóa học, và sản xuất pin.

Niken Sunfat

• Tên gọi: Niken Nitrat Sunfua NiS
• Công thức hóa học: NiS
• Công thức cấu tạo: Ni=S
• Ứng dụng: Được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học.

Niken Crom

• Tên gọi: Niken (II) Crom
• Công thức hóa học: NiCrO4
• Ứng dụng: Được dùng làm vật liệu để chế tạo các chi tiết trong tàu, máy bay, ô tô,...

Niken Oxit

• Tên gọi: Niken Oxit NiO
• Công thức hóa học: NiO
• Công thức cấu tạo: Ni=O
• Ứng dụng: Được sử dụng trong sản xuất hợp kim, trong công nghiệp chế tạo gốm sứ để pha chế sứ, ferit, frit. NiO cũng là một thành phần trong pin nhiên liệu.

Niken Clorua

• Tên gọi: Niken Clorua
• Công thức hóa học: NiCl2
• Công thức phân tử: NiCl2
• Công thức cấu tạo: Cl – Ni- Cl
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các tổng hợp hóa học. Tiếp xúc lâu dài có thể gây ung thư phổi và hệ hô hấp.

Niken Hidroxit

• Tên gọi: Niken Hidro Oxit
• Công thức hóa học: Ni(OH)2
• Công thức phân tử: Ni(OH)2
• Công thức cấu tạo: HO – Ni – OH
• Ứng dụng: Chất điện hóa được chuyển đổi thành Niken(III) oxy hydroxit, và được sử dụng trong pin sạc.

Niken có độc không?

Ảnh hưởng của kim loại niken đến sức khỏe con người có thể vừa tích cực vừa tiêu cực. Trong thực phẩm hàng ngày, kim loại niken thường có mặt với hàm lượng rất nhỏ và đóng vai trò quan trọng trong cơ thể, tham gia vào quá trình trao đổi chất và sản xuất hormone, lipid. Các loại thực phẩm như hạt, chocolate, đậu có chứa niken, nhưng thường ở mức thấp.

Tuy nhiên, tiếp xúc hoặc tiêu thụ niken quá mức có thể dẫn đến ngộ độc, với các triệu chứng như viêm da, phát ban hoặc ngứa, đặc biệt khi tiếp xúc với trang sức giả, phụ kiện quần áo hoặc nút. Trong trường hợp ngộ độc nặng, kim loại niken có thể gây hại cho gan, thận và phổi.

Nguyên nhân gây dị ứng niken

Dị ứng kim loại Niken là một phản ứng da xảy ra sau khi tiếp xúc với kim loại này hoặc các hợp chất của nó. Đây là một dạng phổ biến của viêm da tiếp xúc dị ứng và có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi, nhưng thường gặp ở phụ nữ hơn nam giới.

Hệ miễn dịch, có nhiệm vụ bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây hại như virus và vi khuẩn, trong trường hợp dị ứng kim loại Niken lại nhầm lẫn kim loại này là một tác nhân có hại. Điều này dẫn đến việc hệ miễn dịch kích thích cơ thể sản xuất các chất để chống lại phản ứng này, gây ra phản ứng dị ứng.

Nguyên nhân dị ứng niken phổ biến ở phụ nữ có thể là do thói quen mặc quần áo chật, bó sát. Tạo điều kiện cho niken từ khuy, cúc hay khóa quần tiếp xúc với da và gây kích ứng. Đặc biệt vào mùa hè, khi nhiệt độ cao và mồ hôi nhiều, kim loại này dễ bị hòa tan và thấm vào da, làm tăng nguy cơ dị ứng.

Dấu hiệu và triệu chứng của dị ứng kim loại Niken

Dị ứng với niken là một trong những loại dị ứng kim loại phổ biến nhất.

Các dấu hiệu của dị ứng thường xuất hiện ở những vùng da tiếp xúc trực tiếp với các vật dụng kim loại hoặc hợp kim chứa niken. Các vị trí thường gặp bao gồm cổ tay, nơi thường đeo đồng hồ và trang sức, cũng như vùng bụng và xung quanh rốn, nơi tiếp xúc với khuy, cúc của quần áo.

Các triệu chứng phổ biến của dị ứng niken bao gồm:

• Ngứa dữ dội.
• Xuất hiện các nốt mẩn đỏ hoặc vùng da ngứa.
• Vùng da bị dị ứng có thể trở nên đỏ hoặc thay đổi màu sắc. Ở giai đoạn cấp tính, có thể thấy các nốt nước hoặc bọng nước trên da đỏ. Các nốt nước này có thể vỡ và chảy dịch, để lại lớp vỏ và vảy sau khi khô.
• Ở giai đoạn muộn hơn, vùng da tiếp xúc với niken có thể trở nên dày, khô, bong tróc và tăng sắc tố. Có thể xuất hiện vết xước hoặc vết trầy do cào gãi.
• Trong trường hợp nặng, có thể thấy phát ban lan rộng trên da. Nếu bị nhiễm trùng, da sẽ trở nên đỏ hơn và đau rát, thậm chí có thể xuất hiện mủ. Các triệu chứng này sẽ giảm dần và biến mất khi không còn tiếp xúc với các vật dụng chứa niken. Thời gian từ lần tiếp xúc đầu tiên đến khi phát ban xuất hiện thường là từ 12 đến 48 giờ, và các triệu chứng có thể kéo dài trong khoảng 3 đến 4 tuần.

Giá của kim loại Niken

Giá kim loại Niken bắt đầu tăng vào năm 1889 do được sử dụng trong sản xuất thép. Trong thời bình, nó chủ yếu được dùng để đúc tiền xu. Trong thời chiến, nó được ưu tiên sử dụng để làm áo giáp. Giá kim loại Niken biến động mạnh trong cuộc cách mạng công nghiệp những năm 1960-1970. Năm 1980, kim loại Niken được niêm yết trên sàn giao dịch kim loại quốc tế với giá 6500 đô la Mỹ/tấn.

Hiện nay, vào tháng 4 năm 2021, giá nickel đã tăng mạnh và được niêm yết công khai với giá 18.584 đô la Mỹ/tấn. Vai trò của kim loại Niken đối với sự phát triển của xã hội là không thể phủ nhận. Bất cứ khi nào thị trường phát triển, các máy móc ra đời, hoặc có một thị trường mới nổi như Trung Quốc, giá trị của kim loại Niken luôn tăng cao.