Из соединений никеля важнейшее практическое значение имеет оксид никеля (III), который применяют при изготовлении щелочных кадмиево-никелевых и железо-никелевых аккумуляторов.

· Физические свойства.

Никель — серебристо-белый металл с бежевым отливом, твердый (твердость по Бринеллю 600—800 Мн/м²), но в тоже время пластичный и ковкий (модуль нормальной упругости 205 Гн/м²). Однако долгое время металлурги не могли получить никель, обладающий свойствами, которые описал Рихтер. Металл, получаемый при выплавке, был хрупким и совершенно непригодным для обработки. Как оказалось, примеси серы лишь в 0, 03 % — достаточно, чтобы вконец испортить механические свойства никеля. Дело в том, что тончайшая пленка хрупкого сернистого никеля разъединяет зерна металла, нарушает его структуру[2]. Примерно так же действует на свойства этого металла и кислород. Первые металлурги не знали, каким образом добиться необходимой чистоты никеля, но вскоре одно открытие решило проблему чистоты металла. Оказалось, что присадка магния в расплавленный никель перед разливкой освобождает элемент от примесей: магний активно связывает, «принимает на себя» серу и кислород. В очищенном от примесей состоянии никель весьма ковкий и вязкий материал, из которого возможно изготовление очень тонких листов и трубок малого диаметра (относительное удлинение 40 %). Предел упругости чистого металлического никеля 80 Мн/м², предел текучести 120 Мн/м². Предел прочности при растяжении 400—500 Мн/м² или 40—50 кгс/мм².

В обычных условиях никель имеет гранецентрированную кубическую решетку — а = 3, 5236, атомный радиус 1, 24A, ионные радиусы: Ni₂+ 0, 79A, Ni₃+ 0, 72A — β -модификации, однако, подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, образует α -модификацию с гексагональной решеткой очень плотной упаковки (а = 2, 65 A, с = 4, 32 A), которая при нагревании выше 200 °C переходит в кубическую. В обычном (β -модификация) состоянии плотность никеля составляет 8, 9 г/см³ (при температуре 20 C). Температура плавления никеля (tпл) составляет порядка полутора тысяч градусов Цельсия (1453° C), температура кипения (tкип) около 3000° C.

По этой причине никель употребляется, как легирующий элемент для жаропрочных сталей. Ведь показатели плавления и кипения у никеля немногим ниже тех же показателей у титана (tпл = 1668° C; tкип = 3227° C) и хрома (tпл = 1890° C; tкип = 2500° C) — металлов, активно используемых в легировании сталей, работающих в условиях повышенных температур.

Другие температурные показатели никеля — удельная теплоемкость (при 20 °C) 0, 440 кдж/(кг∙ К) или 0, 105 кал/(г∙ °C); температурный коэффициент линейного расширения 13, 3∙ 10-6 (в пределах 0—100 °C). Теплопроводность этого металла варьируется в зависимости от температуры, так при 25 °C она составляет 90, 1 вт/(м∙ К) или 0, 215 кал/(см∙ сек∙ °С), а уже при 500° C — 60, 01 вт/(м∙ К) или 0, 148 кал/(см∙ сек∙ C°)[3].

Удельное электросопротивление никеля (при 20 C) 68, 4 ном∙ м или 6, 84 мком∙ см; температурный коэффициент электросопротивления 6, 8∙ 10-3 (в пределах 0—100 °C).

Интересны и магнитные свойства двадцать восьмого элемента. Никель — ферромагнетик, это следствие особенностей строения внешних электронных оболочек его атомов. В конце девятнадцатого века было открыто интересное свойство никеля, названное магнитострикцией. Оно заключается в том, что под действием магнитного поля стержень из никеля укорачивался в отличие от стержней близких данному металлу железа и кобальта. Механизм данного явления заключается в следующем — при возникновении внешнего магнитного поля хаотично расположенные микромагнитики металла (домены) выстраиваются в одном направлении, деформируя этим кристаллическую решетку. Эффект обратим: приложение механического напряжения к металлу меняет его магнитные характеристики.

· Химические свойства.

Для никеля характерны соединения со степенью окисления +2 и +3. В химическом отношении данный элемент можно охарактеризовать, как малоактивный — он устойчив к воздействию воздуха и воды, не растворяется в щелочах и ряде кислот.

Столь высокая стойкость по отношению к агрессивным средам объясняется склонностью никеля к пассивированию, то есть образованию на его поверхности плотной оксидной пленки NiO, которая прочно предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Как уже говорилось, компактный никель стабилен на воздухе, однако высокодисперсный (в виде порошка) металл пирофорен (самовоспламеняется на воздухе). Лишь при нагревании до температуры выше 800 °C металлический никель начинает активно реагировать с кислородом воздуха с образованием оксида NiO (зеленоватые кристаллы, практически нерастворимые в воде — минерал бунзенит), обладающего основными свойствами[4].

Оксид (закись) никеля существует в двух полиморфных модификациях: низкотемпературной с гексагональной решеткой и высокотемпературной с кубической решеткой, устойчивой при температуре выше 252 °C. Второй оксид никеля Ni₂O₃ является сильным окислителем. Этим оксидам соответствуют два гидроксида никеля: Ni(OH)₂ и Ni(OH)₃. Гидроксид никеля (II) выпадает в виде светло-зеленого осадка при действии щелочей на растворы солей этого металла. При нагревании гидроксид утрачивает воду и переходит в серо-зеленый оксид никеля (II) NiO. В отличие от гидроксидов железа (II) и кобальта (II), гидроксид никеля (II) кислородом воздуха не окисляется. В этом заключается более высокая устойчивость к окислению соединений никеля (II) по сравнению с аналогичными соединениями железа и кобальта. Гидроксид никеля (III) имеет черно-бурый цвет и образуется при действии щелочей на соли никеля в присутствии сильных окислителей.

Никель практически не взаимодействует с фосфорной, плавиковой и некоторыми другими кислотами, хотя серная и соляная кислоты медленно растворяют никель. Лишь в азотной кислоте происходит активное растворение этого элемента, причем в результате образуется нитрат никеля (II) Ni(NO3)2 и выделяется соответствующий оксид азота:

3Ni + 8HNO₃ → 3Ni(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Сильные щелочи на никель не действуют, но он растворяется в аммиачных растворах в присутствии (NH₄)₂CO₃ с образованием растворимых аммиакатов, окрашенных в интенсивно-синий цвет[5].

С графитом никель образует карбид Ni₃C при медленном (сотни часов) науглероживании (цементации) порошка никеля в атмосфере СО при 300 °C, c фосфором — фосфиды составов Ni₅P₂, Ni₂P, Ni₃P. С азотом никель не реагирует даже при высоких температурах (до 1 400 °C). Нитрид Ni₃N может быть получен пропусканием NH₃ над NiF₂, NiBr₂ или порошком металла при температуре 445 °C. Нагревание порошков никеля и серы приводит к образованию сульфида никеля NiS. Кроме того, никель реагирует и с другими неметаллами.

При нагревании никель реагирует со всеми галогенами с образованием дигалогенидов NiHal₂.

Соли никеля большей частью имеют зеленый цвет. Почти все соли Ni (II) и сильных кислот хорошо растворимы в воде. Труднорастворимы соли таких сравнительно слабых кислот, как угольная и фосфорная. Большинство солей никеля разлагается при прокаливании (600—800 °C). Наиболее известны такие растворимые в воде соли никеля, как сульфат NiSO₄, нитрат Ni(NO₃)₂, ацетат, хлорид и многие другие. Растворы окрашены обычно в зеленый цвет, а безводные соли — желтые или коричнево-желтые. К числу нерастворимых соединений никеля относятся оксалат и фосфат Ni₃(PO₄)₂ (зеленого цвета), силикат Ni₂SiO₄, три сульфида NiS (черный), Ni₂S₃ (желтовато-бронзовый) и Ni₃S₄ (черный).

При повышенных температурах никель взаимодействует с оксидами азота, SO₂ и NH₃. С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO)₄.