Никель

Никелирование

Никелирование — создание никелевого покрытия на поверхности другого металла с целью предохранения его от коррозии. Проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля(II), хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов. Толщина получаемого никелевого слоя составляет 12 — 36 мкм. Устойчивость блеска поверхности может быть обеспечена последующим хромированием (толщина слоя хрома 0,3 мкм).

Бестоковое никелирование проводится в растворе смеси хлорида никеля(II) и гипофосфита натрия в присутствии цитрата натрия:

NiCl₂ + NaH₂PO₂ + H₂O = Ni + NaH₂PO₃ + 2HCl

Процесс проводят при рН 4 — 6 и 95 °C.

Производство  аккумуляторов

Производство  железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Радиационные  технологии

Нуклид ⁶³Ni, излучающий β⁺-частицы, имеет период полураспада 100,1 года и применяется в крайтронах.

Медицина

• Применяется при изготовлении брекет-систем (никелид титана).
• Протезирование

Монетное  дело

Никель  широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».

Музыкальная промышленность

Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.

Биологическая роль

Биологическая роль: никель относится к числу  микроэлементов, необходимых для  нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается  в ороговевших тканях, особенно в  перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)₄. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).

Физиологическое действие

Никель — основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки). В Евросоюзе ограничено содержание никеля в продукции, контактирующей с кожей человека.

Карбонил никеля [Ni(CO)₄] — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0,0005 мг/м³.

В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах.

Токсические свойства никеля и  его соединений

Немаловажную  роль в загрязнении окружающей среды  играют тяжелые металлы, к которым  относится и никель.

Содержание  никеля в земной коре составляет 8–10–3 % (по массе). В основном он встречается  в виде сульфидных медно-никелевых, окисленных силикатных и мышьяковистых  руд. Никель используют для получения  высокопластичных и стойких к коррозии сплавов (с железом, хромом, медью и др.); для никелирования медицинских инструментов, деталей автомобилей, велосипедов, химической аппаратуры, изготовления аккумуляторов; в жировой и парфюмерной промышленности; для приготовления катализаторов; в производстве органических соединений.

Основные  источники загрязнения окружающей среды никелем – предприятия  горнорудной промышленности, цветной  металлургии, машиностроительные, металлообрабатывающие, химические, приборостроительные и  другие, использующие в технологических  процессах различные соединения никеля; тепловые электростанции, работающие на мазуте и каменном угле; автотранспорт.

Загрязнение никелем чаще всего локальное: образуются биогеохимические «провинции» с  повышенным его содержанием в  почве, воде, воздухе и местных  продуктах питания растительного  и животного происхождения.

В воду никель может попадать в результате выветривания из коренных пород и  вымывания из почвы. Значительные количества никеля поступают в водоемы со сточными водами промышленных предприятий.

Загрязнения атмосферного воздуха соединениями никеля происходит в результате выбросов предприятиями по его производству и переработке; при сжигании твердого и жидкого топлива. Никель поступает  в воздух с выхлопными газами автотранспорта в количествах, зависящих от вида используемого топлива, а также  в виде продуктов износа автомобильных  шин и деталей автомобилей. 

Таблица. Содержание никеля (мг/кг сырой массы) в продуктах растительного и  животного происхождения

Содержание  никеля в почве составляет в среднем 4х10^–3 % и колеблется в зависимости от вида почвы: в черноземных – 4,6х10^–3 %; в каштановых – 5,9х10^–3 %, в красноземе субтропиков – 6,5х10^–3 %.

В морской  воде содержится около 10^–5 % никеля, в пресных водах – 10^–6–10^–7%, в подземных –  
до 10^–5 %.

Содержание  никеля в продуктах зависит от геохимических особенностей района их производства и использованных технологий. В продуктах растительного происхождения  никеля обычно больше, чем в продуктах  животного происхождения (таблица).

В сутки  в организм человека поступает с  пищей в среднем 0,3–0,6 мг никеля, что, по мнению многих исследователей, покрывает суточную потребность  в нем взрослого человека.

Загрязняя почву, никель и его соединения вызывают изменения микробных ценозов: снижается количество бактерий в поверхностном слое почвы и возрастает на глубине 10–15 см; уменьшается количество актиномицетов и возрастает численность грибов.

В водоемах в результате сорбции ионов, образования нерастворимых соединений, а также поглощения различными организмами происходит осаждение никеля. В речных илах его количество достигает 0,01%.

Токсичность никеля и его соединений зависит  от пути поступления в организм и  растворимости. Токсичность растворимых  в воде соединений никеля (сульфата и хлорида) примерно в 30 раз выше, чем плохо растворимых (оксида и  сульфита).

Хлорид  никеля в концентрациях 0,1–1,5 мг/л вызывает гибель ряда водорослей; в концентрации 0,7 мг/л и выше – гибель дафний. В концентрации 4,0–4,5 мг/л он вызывает гибель гольяна и карпа через 200 ч, а в концентрации 8,1 мг/л – через несколько часов.

В концентрации 1 мг/л никель вызывает хлороз овса, при более высоких концентрациях наблюдается задержка роста овощных и зерновых культур, существенное увеличение содержания никеля в растениях.

В организм никель поступает в основном через  дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и кожу.

У рабочих, занятых в производстве никеля и  его соединений, распространены заболевания  верхних дыхательных путей и  бронхолегочной системы: бронхиты, эмфизема (расширение) легких, снижение жизненной емкости легких, астма. Как хронические, так и острые отравления никелем и его соединениями могут приводить к летальному исходу. Известен случай гибели рабочего, выполнявшего сварочные работы в течение 90 мин без респиратора.

Разные  виды животных имеют разную чувствительность к загрязнению воздуха соединениями никеля. При высоких концентрациях  никеля (для данного вида) в воздухе  интоксикация развивалась в первые же часы, что сопровождалось появлением одышки, апатией, потерей аппетита, рвотой, диареей и симптомами поражения нервной системы; признаки легочной недостаточности нарастали вплоть до гибели животных через несколько часов. При хроническом воздействии, как и при остром, в первую очередь нарушения происходили в легочной ткани.

Интоксикация  никелем и его соединениями наблюдается  и при попадании его в организм с продуктами питания или водой.

Хроническое воздействие хлорида никеля (до 8,6 мг/кг) на людей в течение 3 месяцев приводило к проявлению клинических симптомов интоксикации: летаргии, атаксии (расстройству координации движений), нарушению дыхания, снижению температуры тела, слюнотечению, косоглазию, запору. Снижался баланс и всасывание кальция, магния и фосфора, меди, уменьшалась фиксация йода (воздействие на функциональное состояние щитовидной железы), были отмечены признаки развития белковой дистрофии.

Абсолютно смертельная доза металлического никеля (взвесь металлической пыли) для крыс и мышей составляет 1200 мг/кг, минимальная смертельная доза – 500 мг/кг. У животных наблюдались снижение массы тела, лейкоцитоз, повышение температуры тела, изменение проницаемости сосудов кожи, нарушение функции печени и почек и изменения в ЭКГ. В большинстве случаев животные погибали через 3–5 дней после введения никеля.

Описан  случай смерти двухлетнего ребенка, проглотившего 570 мг/кг сульфата никеля, через 8 ч в результате остановки сердца.

В малых  концентрациях никель может вызвать  у чувствительных к нему людей  дерматиты, экзему рук. В то же время  эти же заболевания возникают  и при недостаточном содержании никеля в пищевых продуктах.

Данные  о токсичности никеля и его  соединений при воздействии на кожу немногочисленны. Кожные аппликации хлористого никеля морским свинкам вызывали аллергические реакции на фоне токсического эффекта. Втирание 5%-ного раствора сульфата никеля в кожу спины кроликов приводило  к появлению симптомов выраженной интоксикации.

В крови  людей, больных контактными дерматозами, выявлено повышенное содержание никеля.

Первые  эпидемиологические исследования онкологической опасности различных соединений никеля были начаты более 60 лет назад. Смертность от рака всех локализаций  среди рабочих 6 предприятий по производству никеля (за 13 лет) превышала смертность в контрольной группе – населении  городов, расположенных вблизи этих предприятий.

Согласно  классификации Международного агентства  исследований рака (IARC) металлический  никель (пыль) и гипосульфит никеля являются канцерогенами и опасны в концентрациях 0,0004–0,4 и 0,0001–0,1 мг/м³, соответственно.

Медико-гигиеническое  обследование рабочих электролизного цеха на никелевом комбинате «Апатит» в г. Мончегорске (воздействие никеля в концентрациях 0,087–0,183 мг/м³) показало, что частота спонтанных абортов у женщин, работающих на комбинате, намного превышала частоту спонтанных абортов в семьях, в которых никто из супругов не подвергался профессиональному воздействию никеля. Риск спонтанных абортов у женщин при действии никеля на мужчин в 2 раза ниже по сравнению с риском при действии никеля непосредственно на женщин.

Установлено, что максимальное накопление никеля в тканях плода происходит на 12–19-й  неделе беременности. Выявлено наличие  никеля и в организме новорожденных. Это свидетельствует о переходе никеля через плаценту. Медицинское  исследование выявило значительное увеличение количества новорожденных  с пороками развития у работниц никелевого комбината (16,9%) по сравнению с контрольной  группой женщин-строителей (5,8%).