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Níquel

El níquel es un elemento químico ; tiene el símbolo Ni y el número atómico 28. Es un metal brillante de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel es un metal d...

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El níquel es un elemento químico ; tiene el símbolo Ni y el número atómico 28. Es un metal brillante de color blanco plateado con un ligero tinte dorado. El níquel es un metal de transición duro y dúctil . El níquel puro es químicamente reactivo, pero las piezas grandes reaccionan lentamente con el aire en condiciones estándar porque se forma una capa de pasivación de óxido de níquel en la superficie que impide una mayor corrosión. Aun así, el níquel nativo puro se encuentra en la corteza terrestre solo en cantidades ínfimas, generalmente en rocas ultramáficas , [ 10 ] [ 11 ] y en el interior de meteoritos de níquel-hierro más grandes que no estuvieron expuestos al oxígeno cuando estaban fuera de la atmósfera terrestre.

El níquel meteórico se encuentra combinado con hierro , lo que refleja el origen de estos elementos como productos finales principales de la nucleosíntesis de supernovas . Se cree que una mezcla de hierro y níquel compone los núcleos externo e interno de la Tierra . [ 12 ]

El uso del níquel (como aleación natural de níquel-hierro meteórico ) se remonta al año 3500  a. C. El níquel fue aislado y clasificado como elemento por primera vez en 1751 por Axel Fredrik Cronstedt , quien inicialmente confundió el mineral con cobre , en las minas de cobalto de Los , Hälsingland, Suecia . El nombre del elemento proviene de un duende travieso de la mitología minera alemana, Nickel (similar a Old Nick ). Los minerales de níquel pueden ser verdes, como los de cobre, y se conocían como kupfernickel (el cobre de Nickel) porque no producían cobre.

Aunque la mayor parte del níquel en la corteza terrestre existe como óxidos, los minerales de níquel económicamente más importantes son los sulfuros, especialmente la pentlandita . Los principales yacimientos incluyen Sulawesi , Indonesia, la región de Sudbury , Canadá (que se cree que es de origen meteórico ), Nueva Caledonia en el Pacífico , Australia Occidental y Norilsk , Rusia. [ 13 ]

El níquel es uno de los cuatro elementos (los otros son el hierro , el cobalto y el gadolinio ) [ 14 ] que son ferromagnéticos a temperatura ambiente. Los imanes permanentes de Alnico , basados ​​parcialmente en níquel, tienen una fuerza intermedia entre los imanes permanentes de hierro y los de tierras raras . Este metal se utiliza principalmente en aleaciones y recubrimientos resistentes a la corrosión.

Aproximadamente el 68% de la producción mundial se utiliza en acero inoxidable . Otro 10% se utiliza para aleaciones a base de níquel y cobre, el 9% para recubrimientos, el 7% para aceros aleados , el 3% en fundiciones y el 4% en otras aplicaciones como en baterías recargables , [ 15 ] incluyendo las de vehículos eléctricos (VE). [ 16 ] El níquel se utiliza ampliamente en monedas , aunque los objetos niquelados a veces provocan alergia al níquel . Como compuesto, el níquel tiene varios usos químicos especializados, como catalizador para hidrogenación , cátodos para baterías recargables, pigmentos y tratamientos de superficies metálicas. [ 17 ] El níquel es un nutriente esencial para algunos microorganismos y plantas que tienen enzimas con níquel como sitio activo . [ 18 ]

Propiedades

Propiedades atómicas y físicas

Micrografía electrónica de un nanocristal de Ni dentro de un nanotubo de carbono de pared simple ; barra de escala 5  nm [ 19 ]

El níquel es un metal blanco plateado con un ligero tinte dorado que admite un alto pulido. Es uno de los cuatro únicos elementos que son ferromagnéticos a temperatura ambiente o cerca de ella; los otros son hierro, cobalto y gadolinio . Su temperatura de Curie es de 355 °C (671 °F) , lo que significa que el níquel masivo no es magnético por encima de esta temperatura. [ 20 ] [ 14 ] La celda unitaria del níquel es un cubo centrado en las caras ; tiene un parámetro de red de 0,352 nm, lo que da un radio atómico de 0,124 nm. Esta estructura cristalina es estable a presiones de al menos 70 GPa. El níquel es duro, maleable y dúctil , y tiene una conductividad eléctrica y térmica relativamente alta para los metales de transición. [ 21 ] La alta resistencia a la compresión de 34 GPa, predicha para cristales ideales, nunca se obtiene en el material masivo real debido a la formación y movimiento de dislocaciones . Sin embargo, se ha logrado en nanopartículas de Ni . [ 22 ]     

Disputa sobre la configuración electrónica

El níquel tiene dos configuraciones electrónicas atómicas , [Ar] 3d 8 4s 2 y [Ar] 3d 9 4s 1 , que son muy cercanas en energía; [Ar] denota la estructura completa del núcleo de argón . Existe cierta discrepancia sobre qué configuración tiene la energía más baja. [ 23 ] Los libros de texto de química citan la configuración electrónica del níquel como [Ar] 4s 2 3d 8 , [ 24 ] también escrita [Ar] 3d 8 4s 2 . [ 25 ] Esta configuración concuerda con la regla de ordenamiento de energía de Madelung , que predice que el 4s se llena antes que el 3d. Está respaldada por el hecho experimental de que el estado de energía más bajo del átomo de níquel es un nivel de energía 3d 8 4s 2 , específicamente el nivel 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F, J  =  4. [ 26 ] [ 27 ]

Sin embargo, cada una de estas dos configuraciones se divide en varios niveles de energía debido a la estructura fina , [ 26 ] [ 27 ] y los dos conjuntos de niveles de energía se superponen. La energía promedio de los estados con [Ar] 3d 9 4s 1 es en realidad menor que la energía promedio de los estados con [Ar] 3d 8 4s 2. Por lo tanto, la literatura de investigación sobre cálculos atómicos cita la configuración del estado fundamental como [Ar] 3d 9 4s 1. [ 23 ]

isótopos

Los isótopos del níquel varían en masa atómica desde48 Da  ( 48Ni ) a82  Da ( 82Ni ). [ 9 ]

El níquel natural está compuesto por cinco isótopos estables , 58Ni , 60Ni , 61Ni , 62Ni y 64Ni , de los cuales 58El Ni es el más abundante (68,077% de abundancia natural ). [ 9 ]

El níquel-62 tiene la energía de enlace por nucleón más alta de cualquier nucleido : 8,7946  MeV/nucleón. [ 28 ] [ 29 ] Su energía de enlace es mayor que la de ambos 56Fe y 58Fe , los nucleidos más abundantes, a menudo citados erróneamente como poseedores de la mayor energía de enlace. [ 30 ] Si bien esto parecería predecir que el níquel es el elemento pesado más abundante en el universo, la alta tasa de fotodesintegración del níquel en los interiores estelares hace que el hierro sea, con mucho, el más abundante. [ 30 ]

El níquel-60 es el producto de desintegración del radionúclido extinto 60.Fe (vida media 2,6 millones de años). Debido a la larga vida media de 60El Fe , su persistencia en los materiales del Sistema Solar , puede generar variaciones observables en la composición isotópica del 60Ni . Por lo tanto, la abundancia de 60El Ni en material extraterrestre puede dar información sobre el origen del Sistema Solar y su historia temprana. [ 31 ]

Se han caracterizado al menos 26 radioisótopos de níquel; los más estables son el 59.Ni con una vida media de 76.000 años, 63Ni (100 años) y 56Ni (6 días). Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 60 horas y la mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a 30 segundos. Este elemento también tiene un estado meta . [ 9 ]

El níquel-56 radiactivo se produce mediante el proceso de combustión del silicio y posteriormente se libera en grandes cantidades en las supernovas de tipo Ia . La forma de la curva de luz de estas supernovas en tiempos intermedios a tardíos corresponde a la desintegración por captura electrónica del 56.Ni a cobalto -56 y finalmente a hierro-56. [ 32 ] El níquel-59 es un radionúclido cosmogénico de larga vida ; vida media de 76.000 años. 59El níquel ha encontrado numerosas aplicaciones en la geología isotópica . 59El Ni se ha utilizado para datar la edad terrestre de los meteoritos y para determinar la abundancia de polvo extraterrestre en el hielo y los sedimentos . Se cree que el níquel-78, con una vida media de 110 milisegundos, es un isótopo importante en la nucleosíntesis de supernovas de elementos más pesados ​​que el hierro. [ 33 ] El 48 Ni, descubierto en 1999, es el isótopo de elemento pesado más rico en protones conocido. Con 28 protones y 20 neutrones , el 48 Ni es " doblemente mágico ", al igual que el 78 Ni con 28 protones y 50 neutrones. Por lo tanto, ambos son inusualmente estables para núcleos con un desequilibrio protón-neutrón tan grande . [ 9 ] [ 34 ]

El níquel-63 es un contaminante presente en la estructura de soporte de los reactores nucleares. Se produce por captura de neutrones por el níquel-62. También se han encontrado pequeñas cantidades cerca de sitios de pruebas de armas nucleares en el Pacífico Sur. [ 35 ]

Aparición

Patrón de Widmanstätten que muestra las dos formas de níquel-hierro, kamacita y taenita, en un meteorito octaedrita.

Los minerales de níquel se clasifican como óxidos o sulfuros . Los óxidos incluyen laterita , donde las principales mezclas minerales son limonita niquelífera , (Fe,Ni)O(OH) y garnierita (una mezcla de varios silicatos de níquel hidratado y ricos en níquel). [ 36 ] Los sulfuros de níquel suelen existir como soluciones sólidas con hierro en minerales como la pentlandita y la pirrotita con las fórmulas Fe 9−x Ni x S 8 y Fe 7−x Ni x S 6 , respectivamente. Otros minerales comunes que contienen níquel son la millerita y el arseniuro niccolita . [ 37 ] [ 38 ]

Los recursos terrestres identificados en todo el mundo con un promedio de 1 % de níquel o más comprenden al menos 130  millones de toneladas de níquel (aproximadamente el doble de las reservas conocidas). Alrededor del 60 % se encuentra en lateritas y el 40 % en depósitos de sulfuros. [ 39 ]

Según la evidencia geofísica , se cree que la mayor parte del níquel en la Tierra se encuentra en los núcleos interno y externo del planeta . La kamacita y la taenita son aleaciones naturales de hierro y níquel. En el caso de la kamacita, la aleación suele tener una proporción de 90:10 a 95:5, aunque pueden estar presentes impurezas (como cobalto o carbono ). La taenita contiene entre un 20 % y un 65 % de níquel. La kamacita y la taenita también se encuentran en meteoritos de níquel-hierro . [ 40 ]

El níquel se encuentra comúnmente en meteoritos de hierro como aleaciones de kamacita y taenita . El níquel en meteoritos fue detectado por primera vez en 1799 por Joseph-Louis Proust , un químico francés que entonces trabajaba en España. Proust analizó muestras del meteorito de Campo del Cielo (Argentina), que había sido obtenido en 1783 por Miguel Rubín de Celis, descubriendo en ellas la presencia de níquel (alrededor del 10%) junto con hierro. [ 41 ]

compuestos

El estado de oxidación más común del níquel es +2, pero se conocen bien los compuestos de Ni 0 , Ni + , y Ni 3+ , y se han caracterizado los estados de oxidación exóticos Ni 2− y Ni − . [ 42 ]

Níquel(0)

Un átomo de níquel con cuatro enlaces simples a grupos carbonilo (carbono unido mediante triple enlace al oxígeno; enlaces a través del carbono) que se disponen tetraédricamente a su alrededor.
Níquel tetracarbonílico

El tetracarbonilo de níquel (Ni(CO) ₄ ), descubierto por Ludwig Mond , [ 43 ] es un líquido volátil y altamente tóxico a temperatura ambiente. Al calentarse, el complejo se descompone en níquel y monóxido de carbono:

Ni(CO) 4 ⇌ Ni + 4 CO

Este comportamiento se aprovecha en el proceso Mond para la purificación de níquel. El complejo de níquel(0) relacionado , bis(ciclooctadieno)níquel(0), es un catalizador útil en la química de los organoníqueles porque los ligandos ciclooctadieno (o cod ) se desplazan fácilmente.

Níquel(I)

Estructura del ion [ Ni 2 (CN) 6 ] 4− [ 44 ]

Los complejos de níquel(I) son poco comunes, pero un ejemplo es el complejo tetraédrico NiBr(PPh₃ ) ₃ . Muchos complejos de níquel(I) tienen enlaces Ni–Ni, como el K₄ [ Ni₂ (CN) ₆ ] diamagnético de color rojo oscuro , preparado por reducción de K₂ [ Ni₂ ( CN) ₆ ] con amalgama de sodio . Este compuesto se oxida en agua, liberando H₂ . [ 44 ]

Se cree que el estado de oxidación níquel(I) es importante para las enzimas que contienen níquel, como la [NiFe]-hidrogenasa , que cataliza la reducción reversible de protones a H 2 . [ 45 ]

Níquel(II)

Color de varios complejos de Ni(II) en solución acuosa. De izquierda a derecha: [ Ni ( NH₃ ) ₆ ] ²⁺ , [ Ni ( NH₂CH₂CH₂NH₂ ) ₃ ] ²⁺ , [ Ni ( H₂O ) ₅Cl ] ⁺ , [ Ni ( H₂O ) ₆ ] ²⁺
Un pequeño montón de partículas de cristal cian
Cristales de sulfato de níquel(II) hidratado

El níquel(II) forma compuestos con todos los aniones comunes, incluidos sulfuro , sulfato , carbonato, hidróxido, carboxilatos y haluros. El sulfato de níquel(II) se produce en grandes cantidades disolviendo níquel metálico u óxidos en ácido sulfúrico , formando tanto un hexahidrato como un heptahidrato [ 46 ] útiles para el niquelado electrolítico . Las sales comunes de níquel, como el cloruro, el nitrato y el sulfato, se disuelven en agua para dar soluciones verdes del complejo acuoso del metal [ Ni( H₂O ) ₆ ] ²⁺ . [ 47 ]

Los cuatro haluros forman compuestos de níquel, que son sólidos con moléculas que poseen centros de Ni octaédricos. El cloruro de níquel(II) es el más común, y su comportamiento es representativo del de los demás haluros. El cloruro de níquel ( II ) se obtiene disolviendo níquel o su óxido en ácido clorhídrico . Generalmente se encuentra como el hexahidrato verde, cuya fórmula suele escribirse NiCl₂ · 6H₂O . Al disolverse en agua, esta sal forma el complejo acuoso metálico [ Ni (H₂O ) ₆ ] ²⁺ . La deshidratación de NiCl₂ · 6H₂O produce NiCl₂ anhidro amarillo . [ 48 ]

Algunos complejos tetracoordinados de níquel(II), como el cloruro de bis(trifenilfosfina)níquel , existen tanto en geometrías tetraédricas como plano-cuadradas. Los complejos tetraédricos son paramagnéticos ; los complejos plano-cuadrados son diamagnéticos . Al presentar propiedades de equilibrio magnético y la formación de complejos octaédricos, contrastan con los complejos divalentes de los metales más pesados ​​del grupo 10, paladio(II) y platino(II), que solo forman geometría plano-cuadrada. [ 42 ]

El niqueloceno tiene un recuento de electrones de 20. Muchas reacciones químicas del niqueloceno tienden a producir productos de 18 electrones. [ 49 ]

Níquel(III) y (IV)

antimoniuro de níquel(III)

Se conocen muchos compuestos de Ni(III). El Ni(III) forma sales simples con iones fluoruro [ 50 ] u óxido . El Ni(III) puede estabilizarse mediante ligandos σ-donadores como tioles y organofosfinas . [ 44 ]

El Ni(III) se encuentra en el hidróxido de óxido de níquel , que se utiliza como cátodo en muchas baterías recargables , incluidas las de níquel-cadmio , níquel-hierro , níquel-hidrógeno y níquel-hidruro metálico , y que algunos fabricantes utilizan en baterías de iones de litio . [ 51 ]

El Ni(IV) sigue siendo un estado de oxidación poco común y se conocen muy pocos compuestos. El Ni(IV) se encuentra en el óxido mixto BaNiO₃ . [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]

níquel hexavalente

A partir de 2024, se conoce el níquel hexavalente en forma de Ni(Be Cp ) 6 cristalino . Cabe destacar que no es octaédrico, sino que adopta una simetría molecular C 3v . [ 56 ]

Historia

El uso involuntario del níquel se remonta al 3500  a. C. [ 57 ] Se han encontrado bronces de lo que hoy es Siria que contienen hasta un 2 % de níquel. [ 58 ] Algunos manuscritos chinos antiguos sugieren que el "cobre blanco" ( cuproníquel , conocido como baitong ) se usaba allí entre el 1700 y el 1400  a. C. Este cobre blanco de Paktong se exportó a Gran Bretaña ya en el siglo XVII, pero el contenido de níquel de esta aleación no se descubrió hasta 1822. [ 59 ] Los reyes bactrianos Agatocles , Eutidemo II y Pantaleón acuñaron monedas de aleación de níquel-cobre en el siglo II a. C., posiblemente a partir del cuproníquel chino. [ 60 ]

Níquelina/niccolita

En la Alemania medieval, se encontró en los Montes Metálicos un mineral amarillo metálico que se parecía al mineral de cobre. Pero cuando los mineros no pudieron obtener cobre de él, culparon a un duende travieso de la mitología alemana, Nickel (similar a Old Nick ), de acosar al cobre. Llamaron a este mineral Kupfernickel del alemán Kupfer 'cobre'. [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] Este mineral ahora se conoce como el mineral nickeline (anteriormente niccolite [ 65 ] ), un arseniuro de níquel . En 1751, el barón Axel Fredrik Cronstedt intentó extraer cobre del kupfernickel en una mina de cobalto en el pueblo de Los, Suecia , y en su lugar produjo un metal blanco al que llamó níquel en honor al espíritu que había dado nombre al mineral. [ 66 ] En alemán moderno, Kupfernickel o Kupfer-Nickel designa la aleación cuproníquel . [ 21 ]

Originalmente, la única fuente de níquel era el raro Kupfernickel. A partir de 1824, el níquel se obtuvo como subproducto de la producción de azul de cobalto . La primera fundición de níquel a gran escala comenzó en Noruega en 1848 a partir de pirrotita rica en níquel . [ 67 ] La introducción del níquel en la producción de acero en 1889 aumentó la demanda de níquel; los depósitos de níquel de Nueva Caledonia , descubiertos en 1865, proporcionaron la mayor parte del suministro mundial entre 1875 y 1915. El descubrimiento de los grandes depósitos en la cuenca de Sudbury en Canadá en 1883, en Norilsk -Talnakh en Rusia en 1920 y en el arrecife Merensky en Sudáfrica en 1924 hizo posible la producción de níquel a gran escala. [ 59 ]

Moneda

Monedas holandesas hechas de níquel puro

Aparte de las monedas bactrianas mencionadas anteriormente, el níquel no fue un componente de las monedas hasta mediados del siglo XIX. [ 68 ]

Canadá

En Canadá (el mayor productor mundial de níquel en ese momento) se acuñaron monedas de cinco centavos con un 99,9 % de níquel durante los años de paz, desde 1922 hasta 1981; el contenido de metal hacía que estas monedas fueran magnéticas. [ 69 ] Durante los años de guerra, entre 1942 y 1945, se eliminó la mayor parte o la totalidad del níquel de las monedas canadienses y estadounidenses para reservarlo para la fabricación de blindaje. [ 62 ] Canadá utilizó níquel al 99,9 % desde 1968 hasta el año 2000 en sus monedas de mayor valor. [ 70 ]

Suiza

Las monedas de níquel casi puro se utilizaron por primera vez en 1881 en Suiza. [ 71 ]

Reino Unido

Birmingham forjó monedas de níquel alrededor de 1833 para comerciar en Malasia. [ 72 ]

Estados Unidos

Precios del níquel 2018–2022

En Estados Unidos, el término "nickel" o "nick" se aplicó originalmente al centavo Flying Eagle de cobre-níquel , que reemplazó el cobre con un 12 % de níquel entre 1857 y 1858, y luego al centavo Indian Head de la misma aleación de 1859 a 1864. Más tarde, en 1865, el término designó al níquel de tres centavos , con un aumento de níquel al 25 %. En 1866, el níquel escudo de cinco centavos (25 % de níquel, 75 % de cobre) adoptó la designación, que se ha utilizado desde entonces para las posteriores monedas de 5 centavos. Esta proporción de aleación no es ferromagnética .

La moneda de níquel estadounidense contiene 0,04 onzas (1,1 g) de níquel, que al precio de abril de 2007 valía 6,5 ​​centavos, junto con 3,75 gramos de cobre que valen aproximadamente 3 centavos, con un valor total de metal de más de 9 centavos. Dado que el valor nominal de un níquel es de 5 centavos, esto lo convirtió en un objetivo atractivo para fundir por parte de personas que querían vender los metales con ganancias. La Casa de la Moneda de los Estados Unidos , anticipándose a esta práctica, implementó nuevas reglas provisionales el 14 de diciembre de 2006, sujetas a comentarios públicos durante 30 días, que penalizaban la fundición y exportación de centavos y monedas de níquel. [ 73 ] Los infractores pueden ser castigados con una multa de hasta $10 000 y/o un máximo de cinco años de prisión. [ 74 ] Al 19 de febrero de 2025, el valor de fundición de una moneda de níquel estadounidense (incluidos el cobre y el níquel) es de $0,054 (108% del valor nominal). [ 75 ]  

Uso actual

En el siglo XXI, el alto precio del níquel ha llevado a la sustitución de este metal en algunas monedas alrededor del mundo. Las monedas que aún se fabrican con aleaciones de níquel incluyen las de uno y dos euros , las de 5¢, 10¢, 25¢, 50¢ y 1 dólar estadounidense , [ 76 ] y las de 20p, 50p, 1£ y 2£ británicas . A partir de 2012, la aleación de níquel utilizada para las monedas británicas de 5p y 10p fue reemplazada por acero niquelado. Esto desató una controversia pública sobre los problemas que enfrentan las personas con alergia al níquel . [ 71 ]

Producción mundial

Tendencia temporal de la producción de níquel [ 77 ]
Evolución de la ley de los minerales de níquel en algunos de los principales países o regiones productores de níquel.

Se estima que  se extraen 3,7 millones de toneladas (t) de níquel por año en todo el mundo; Indonesia (2.200.000  t), Filipinas (330.000  t), Rusia (210.000  t), Canadá (190.000  t), China (120.000  t) y Australia (110.000  t) son los mayores productores a partir de 2024. [ 78 ] Los mayores depósitos de níquel en Europa no rusa se encuentran en Finlandia y Grecia . Las fuentes terrestres identificadas con un promedio de al menos 1% de níquel contienen al menos 130  millones de toneladas de níquel. Alrededor del 60% está en lateritas y el 40% en depósitos de sulfuro. Además, se encuentran extensas fuentes de níquel en las profundidades del Océano Pacífico , especialmente en un área llamada Zona Clarion Clipperton en forma de nódulos polimetálicos que salpican el fondo marino a 3,5–6  km por debajo del nivel del mar . [ 79 ] [ 80 ] Estos nódulos están compuestos de numerosos metales de tierras raras y se estima que contienen un 1,7 % de níquel. [ 81 ] Con los avances en ciencia e ingeniería , la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos está estableciendo actualmente una normativa para garantizar que estos nódulos se recolecten de manera ambientalmente responsable, cumpliendo con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas . [ 82 ]

El único lugar en los Estados Unidos donde el níquel se ha extraído de manera rentable es Riddle, Oregón , con varias millas cuadradas de depósitos superficiales de garnierita que contienen níquel . La mina cerró en 1987. [ 83 ] [ 84 ] El proyecto de la mina Eagle es una nueva mina de níquel en la Península Superior de Michigan . La construcción se completó en 2013 y las operaciones comenzaron en el tercer trimestre de 2014. [ 85 ] En el primer año completo de operación, la mina Eagle produjo 18 000 t. [ 85 ] La mina Eagle produjo 17 000 toneladas de concentrado de níquel en 2023. [ 86 ] Otros proyectos en la región incluyen el proyecto de níquel del condado de Marquette , que recibió 145 millones de dólares en fondos del gobierno federal en 2024, [ 87 ] inversiones en trabajos en las minas Boulderdash y Roland, [ 88 ] y el desarrollo de una tercera zona, la zona Keel, en la mina Eagle. [ 89 ]

Producción

Evolución de la extracción anual de níquel , según los minerales.

El níquel se obtiene mediante metalurgia extractiva : se extrae del mineral mediante procesos convencionales de tostación y reducción que producen un metal con una pureza superior al 75 %. En muchas aplicaciones de acero inoxidable , se puede utilizar níquel con una pureza del 75 % sin purificación adicional, dependiendo de las impurezas. [ 46 ]

Tradicionalmente, la mayoría de los minerales de sulfuro se procesan mediante técnicas pirometalúrgicas para producir una mata que posteriormente se refina. También se utilizan técnicas hidrometalúrgicas . La mayoría de los depósitos de sulfuro se han procesado tradicionalmente mediante concentración a través de un proceso de flotación por espuma , seguido de una extracción pirometalúrgica. La mata de níquel se procesa posteriormente con el proceso Sherritt-Gordon . Primero, se elimina el cobre mediante la adición de sulfuro de hidrógeno , obteniéndose un concentrado de cobalto y níquel. Luego, se utiliza la extracción con solventes para separar el cobalto y el níquel, con un contenido final de níquel superior al 86 %. [ 90 ]

Un segundo proceso de refinación común consiste en lixiviar la mata metálica en una solución de sal de níquel, seguida de la electroobtención del níquel de la solución mediante su recubrimiento sobre un cátodo como níquel electrolítico. [ 91 ]

Proceso Mond

Esferas de níquel de alta pureza fabricadas mediante el proceso Mond.

El metal más puro se obtiene a partir de óxido de níquel mediante el proceso Mond , que proporciona una pureza superior al 99,99 %. El proceso fue patentado por Ludwig Mond y se utiliza industrialmente desde antes de principios del siglo XX. [ 92 ] En este proceso, el níquel se trata con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de azufre a unos 40–80  °C para formar carbonilo de níquel . En una reacción similar con hierro, se puede formar pentacarbonilo de hierro , aunque esta reacción es lenta. Si es necesario, el níquel puede separarse por destilación. El octacarbonilo de dicobalto también se forma en la destilación del níquel como subproducto, pero se descompone en dodecacarbonilo de tetracobalto a la temperatura de reacción para dar un sólido no volátil. [ 13 ]

El níquel se obtiene a partir de carbonilo de níquel mediante uno de dos procesos. En uno de ellos, se hace pasar por una cámara grande a altas temperaturas donde se agitan constantemente decenas de miles de esferas (gránulos) de níquel. El carbonilo se descompone y deposita níquel puro sobre las esferas. En el otro proceso, el carbonilo de níquel se descompone en una cámara más pequeña a 230  °C para crear un polvo fino de níquel. El monóxido de carbono, subproducto de la reacción, se recircula y reutiliza. El níquel de alta pureza resultante se conoce como "níquel carbonílico". [ 93 ]

Valor comercial

American Metal Market predijo en 2001 que el uso de oro nórdico sin níquelen la acuñación de euros impactaría el mercado del níquel, estimando que entre 50.000 y 70.000 toneladas de níquel serían desechadas de monedas obsoletas en 2002. [ 94 ] El precio de mercado del níquel se disparó a lo largo de 2006 y los primeros meses de 2007; al 5 de abril de 2007 El metal se cotizaba a US $52.300/ tonelada o US$1,47/oz. [ 95 ] Posteriormente, el precio cayó drásticamente; a septiembre de 2017, el metal se cotizaba a $11,000/tonelada, o $0.31/oz. [ 96 ] Durante la invasión rusa de Ucrania en 2022 , las preocupaciones sobre las sanciones a las exportaciones rusas de níquel provocaron una subida repentina de precios, lo que hizo que el precio del níquel se cuadruplicara en solo dos días, alcanzando los US$100,000 por tonelada. [ 97 ] [ 98 ] La Bolsa de Metales de Londres canceló contratos por valor de $3.9  mil millones y suspendió el comercio de níquel durante más de una semana. [ 99 ] El analista Andy Home argumentó que tales choques de precios se ven exacerbados por los requisitos de pureza impuestos por los mercados de metales: solo el metal de Grado I (99.8% puro) puede usarse como materia prima en las bolsas, pero la mayor parte del suministro mundial está en aleaciones de ferroníquel o purezas de grado inferior. [ 100 ] En 2024, la Bolsa de Metales de Londres (LME) estima que el precio promedio del níquel será de $15,328 por tonelada métrica, un 7.7% menos que en 2023. A finales de 2024, el precio alcanzó sus niveles más bajos desde 2020. [ 101 ]

Aplicaciones

Espuma de níquel (arriba) y su estructura interna (abajo).

El uso global de níquel se distribuye actualmente en un 68% en acero inoxidable, un 10% en aleaciones no ferrosas , un 9% en galvanoplastia , un 7% en acero aleado, un 3% en fundiciones y un 4% en otros usos (incluidas las baterías). [ 15 ]

El níquel se utiliza en muchos productos industriales y de consumo reconocibles, como el acero inoxidable , los imanes de alnico , las monedas, las baterías recargables (por ejemplo, de níquel-hierro ), las cuerdas de guitarra eléctrica, las cápsulas de micrófono, el revestimiento de accesorios de fontanería [ 102 ] y aleaciones especiales como el permalloy , el elinvar y el invar . Se utiliza para el revestimiento y como tinte verde en el vidrio. El níquel es principalmente un metal de aleación, y su uso principal se encuentra en los aceros y fundiciones de níquel, en los que suele aumentar la resistencia a la tracción, la tenacidad y el límite elástico. Se utiliza ampliamente en muchas otras aleaciones, como los latones y bronces de níquel y las aleaciones con cobre, cromo, aluminio, plomo, cobalto, plata y oro ( Inconel , Incoloy , Monel , Nimonic ). [ 91 ]

El níquel se utiliza tradicionalmente para la producción de kris en el sudeste asiático .

Un "imán de herradura" hecho de aleación de níquel alnico.

Debido a su resistencia a la corrosión, el níquel se utilizaba ocasionalmente como sustituto de la plata decorativa. En algunos países, después de 1859, también se empleó ocasionalmente como metal barato para acuñar monedas (véase más arriba), pero en los últimos años del siglo XX fue sustituido por aleaciones de acero inoxidable (es decir, hierro) más baratas, excepto en Estados Unidos y Canadá. [ 68 ]

El níquel es un excelente agente de aleación para ciertos metales preciosos y se utiliza en el ensayo al fuego como colector de elementos del grupo del platino (EGP). Por lo tanto, el níquel puede recolectar completamente los seis EGP de los minerales y parcialmente el oro. Las minas de níquel de alto rendimiento también pueden recuperar EGP (principalmente platino y paladio ); ejemplos de ello son Norilsk, Rusia, y la cuenca de Sudbury, Canadá. [ 103 ]

La espuma de níquel o la malla de níquel se utilizan en electrodos de difusión de gas para pilas de combustible alcalinas . [ 104 ] [ 105 ]

El níquel y sus aleaciones se utilizan a menudo como catalizadores para reacciones de hidrogenación . El níquel Raney , una aleación de níquel-aluminio finamente dividida, es una forma común, aunque también se utilizan catalizadores relacionados, incluidos los catalizadores de tipo Raney. [ 106 ]

El níquel es magnetostrictivo por naturaleza: en presencia de un campo magnético , el material experimenta un pequeño cambio de longitud. [ 107 ] [ 108 ] La magnetostricción del níquel es del orden de 50  ppm y es negativa, lo que indica que se contrae. [ 109 ]

El níquel se utiliza como aglutinante en la industria del carburo de tungsteno cementado o de metales duros, en proporciones del 6 % al 12 % en peso. El níquel magnetiza el carburo de tungsteno y aumenta la resistencia a la corrosión de las piezas cementadas, aunque la dureza es menor que la de aquellas con aglutinante de cobalto. [ 110 ]

63El Ni , con una vida media de 100,1 años, es útil en dispositivos de krytrón como emisor de partículas beta ( electrones de alta velocidad ) para hacer más fiable la ionización por el electrodo de mantenimiento de vida. [ 111 ] Se está investigando como fuente de energía para baterías betavoltaicas . [ 112 ] [ 113 ]

Alrededor del 27% de toda la producción de níquel se utiliza para ingeniería, el 10% para construcción, el 14% para productos tubulares, el 20% para artículos metálicos, el 14% para transporte, el 11% para productos electrónicos y el 5% para otros usos. [ 15 ]

En 2025, QuesTek Innovations y Stoke Space desarrollaron una superaleación a base de níquel para la fabricación aditiva y entornos de oxígeno de alta presión y alta temperatura. Sus características permiten que el material se utilice en sistemas de lanzamiento de naves espaciales totalmente reutilizables , y puede soportar el motor de cohete de combustión escalonada de flujo completo Zenith. [ 114 ] [ 115 ]

El níquel Raney se utiliza ampliamente para la hidrogenación de aceites insaturados para la elaboración de margarina , y la margarina de baja calidad y el aceite sobrante pueden contener níquel como contaminante . Forte et al. encontraron que los pacientes con diabetes tipo 2 tienen 0,89  ng/mL de Ni en sangre en comparación con 0,77  ng/mL en sujetos de control. [ 116 ]

El níquel-titanio es una aleación con porcentajes atómicos aproximadamente iguales de sus metales constituyentes, que presenta dos propiedades únicas y estrechamente relacionadas: el efecto de memoria de forma y la superelasticidad .

Función biológica

No se reconoció hasta la década de 1970, pero se sabe que el níquel juega un papel importante en la biología de algunas plantas, bacterias , arqueas y hongos . [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] Las enzimas de níquel, como la ureasa, se consideran factores de virulencia en algunos organismos. [ 120 ] [ 121 ] La ureasa cataliza la hidrólisis de la urea para formar amoníaco y carbamato . [ 118 ] [ 117 ] Las hidrogenasas de NiFe pueden catalizar la oxidación de H 2 para formar protones y electrones; y también la reacción inversa, la reducción de protones para formar gas hidrógeno. [ 118 ] [ 117 ] Una coenzima de níquel-tetrapirrol, el cofactor F430 , está presente en la metil coenzima M reductasa, que puede catalizar la formación de metano, o la reacción inversa, en arqueas metanogénicas (en estado de oxidación +1). [ 122 ] Una de las enzimas deshidrogenasa de monóxido de carbono consiste en un clúster Fe -Ni- S . [ 123 ] Otras enzimas que contienen níquel incluyen una rara clase bacteriana de superóxido dismutasa [ 124 ] y enzimas glioxalasa I en bacterias y varios parásitos tripanosómicos eucariotas [ 125 ] (en otros organismos, incluyendo levaduras y mamíferos, esta enzima contiene Zn 2+ divalente ). [ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]

El níquel dietético puede afectar la salud humana a través de infecciones por bacterias dependientes de níquel, pero el níquel también puede ser un nutriente esencial para las bacterias que viven en el intestino grueso, funcionando efectivamente como un prebiótico . [ 131 ] El Instituto de Medicina de los Estados Unidos no ha confirmado que el níquel sea un nutriente esencial para los humanos, por lo que no se ha establecido ni una ingesta diaria recomendada (IDR) ni una ingesta adecuada. El nivel máximo tolerable de ingesta de níquel dietético es de 1  mg/día como sales de níquel solubles. La ingesta dietética estimada es de 70 a 100  μg/día; se absorbe menos del 10 %. Lo que se absorbe se excreta en la orina. [ 132 ] Cantidades relativamente grandes de níquel, comparables a la ingesta promedio estimada anteriormente, se filtran en los alimentos cocinados en acero inoxidable. Por ejemplo, la cantidad de níquel que se filtra después de 10 ciclos de cocción en una porción de salsa de tomate es de 88  μg en promedio. [ 133 ] [ 134 ]

Se sospecha que el níquel liberado por las erupciones volcánicas de las Trampas Siberianas ayudó al crecimiento de Methanosarcina , un género de arqueas euriarqueotas que produjo metano en el evento de extinción del Pérmico-Triásico , la mayor extinción masiva conocida . [ 135 ]

Toxicidad

La principal fuente de exposición al níquel es el consumo oral, ya que el níquel es esencial para las plantas. [ 137 ] Las concentraciones típicas de fondo de níquel no superan los 20  ng/m 3 en el aire, 100  mg/kg en el suelo, 10  mg/kg en la vegetación, 10  μg/L en agua dulce y 1  μg/L en agua de mar. [ 138 ] Las concentraciones ambientales pueden aumentar debido a la contaminación humana. Por ejemplo, los grifos niquelados pueden contaminar el agua y el suelo; la minería y la fundición pueden verter níquel en las aguas residuales ; los utensilios de cocina de aleación de níquel-acero y los platos pigmentados con níquel pueden liberar níquel en los alimentos. El aire puede contaminarse por el refinado de mineral de níquel y la combustión de combustibles fósiles . Los humanos pueden absorber níquel directamente del humo del tabaco y del contacto de la piel con joyas, champús , detergentes y monedas . Una forma menos común de exposición crónica es a través de la hemodiálisis , ya que trazas de iones de níquel pueden ser absorbidas en el plasma por la acción quelante de la albúmina .

La exposición diaria promedio no representa una amenaza para la salud humana. La mayor parte del níquel absorbido por los seres humanos es eliminado por los riñones y expulsado del cuerpo a través de la orina o se elimina a través del tracto gastrointestinal sin ser absorbido. El níquel no es un veneno acumulativo, pero dosis mayores o la exposición crónica por inhalación pueden ser tóxicas, incluso cancerígenas , y constituyen un riesgo laboral . [ 139 ]

Los compuestos de níquel se clasifican como carcinógenos humanos [ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ] basándose en el aumento de los riesgos de cáncer respiratorio observados en estudios epidemiológicos de trabajadores de refinerías de mineral sulfurado. [ 144 ] Esto está respaldado por los resultados positivos de los bioensayos del NTP con subsulfuro de Ni y óxido de Ni en ratas y ratones. [ 145 ] [ 146 ] Los datos humanos y animales indican consistentemente una falta de carcinogenicidad a través de la vía oral de exposición y limitan la carcinogenicidad de los compuestos de níquel a tumores respiratorios después de la inhalación. [ 147 ] [ 148 ] El níquel metálico se clasifica como un carcinógeno sospechoso; [ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] Hay coherencia entre la ausencia de mayores riesgos de cáncer respiratorio en trabajadores expuestos predominantemente a níquel metálico [ 144 ] y la falta de tumores respiratorios en un estudio de carcinogenicidad por inhalación de por vida en ratas con polvo de níquel metálico. [ 149 ] En los estudios de inhalación en roedores con varios compuestos de níquel y níquel metálico, se observó un aumento de la inflamación pulmonar con y sin hiperplasia o fibrosis de los ganglios linfáticos bronquiales. [ 143 ] [ 145 ] [ 149 ] [ 150 ] En estudios con ratas, la ingestión oral de sales de níquel solubles en agua puede desencadenar mortalidad perinatal en animales preñados. [ 151 ] No está claro si estos efectos son relevantes para los humanos, ya que los estudios epidemiológicos de trabajadoras altamente expuestas no han mostrado efectos adversos de toxicidad para el desarrollo. [ 152 ]

Las personas pueden estar expuestas al níquel en el lugar de trabajo por inhalación, ingestión y contacto con la piel o los ojos. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para el lugar de trabajo en 1  mg/m³ por jornada laboral de 8 horas, excluyendo el carbonilo de níquel. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) establece el límite de exposición recomendado (REL) en 0,015  mg/m³ por jornada laboral de 8 horas. A 10  mg/m³ , el níquel es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [ 153 ] El carbonilo de níquel [ Ni(CO) ₄ ] es un gas extremadamente tóxico. La toxicidad de los carbonilos metálicos es función tanto de la toxicidad del metal como de la liberación de monóxido de carbono de los grupos funcionales carbonilo; el carbonilo de níquel también es explosivo en el aire. [ 154 ] [ 155 ]

Las personas sensibilizadas pueden presentar una alergia cutánea de contacto al níquel conocida como dermatitis de contacto . Las personas altamente sensibilizadas también pueden reaccionar a alimentos con alto contenido de níquel. [ 156 ] Los pacientes con pomfolix también pueden ser sensibles al níquel. El níquel es el principal alérgeno de contacto confirmado a nivel mundial, en parte debido a su uso en joyería para orejas perforadas . [ 157 ] Las alergias al níquel que afectan las orejas perforadas a menudo se caracterizan por picazón y enrojecimiento de la piel. Muchos pendientes ahora se fabrican sin níquel o con níquel de baja liberación [ 158 ] para abordar este problema. La cantidad permitida en productos que entran en contacto con la piel humana ahora está regulada por la Unión Europea . En 2002, los investigadores descubrieron que el níquel liberado por las monedas de 1 y 2 euros superaba con creces esos estándares. Se cree que esto se debe a una reacción galvánica . [ 159 ] El níquel fue votado como Alérgeno del Año en 2008 por la Sociedad Americana de Dermatitis de Contacto. [ 160 ] En agosto de 2015, la Academia Estadounidense de Dermatología adoptó una declaración de posición sobre la seguridad del níquel: "Las estimaciones sugieren que la dermatitis de contacto, que incluye la sensibilización al níquel, representa aproximadamente 1918  millones de dólares y afecta a casi 72,29  millones de personas". [ 156 ]

Los informes muestran que tanto la activación del factor inducible por hipoxia (HIF-1) inducida por níquel como la regulación positiva de los genes inducibles por hipoxia son causadas por el agotamiento del ascorbato intracelular . La adición de ascorbato al medio de cultivo aumentó el nivel de ascorbato intracelular y revirtió la estabilización inducida por el metal de la expresión génica dependiente de HIF-1 y HIF-1α. [ 161 ] [ 162 ]

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