Níquel (Ni)

O níquel é um metal de transição de número atômico 28. No estado metálico, é brilhante e apresenta coloração branca-prateada. Uma de suas características mais importantes é a alta resistência à corrosão, o que o torna um componente de muitos tipos de ligas metálicas, inclusive do aço inoxidável, aplicação que ocupa a maior parte do níquel extraído. Na natureza, o níquel está associado a minérios sulfetados e lateríticos, sendo encontrado em regiões profundas, vulcânicas ou em ambientes atingidos por meteoritos.

Veja também: Cloro — um elemento químico muito utilizado na indústria

Resumo sobre níquel

• O níquel é um metal de transição de número atômico 28.

• O níquel metálico é brilhante e possui coloração branca-prateada.

• O níquel é altamente resistente à corrosão, sendo adicionado a muitas ligas metálicas.

• A fabricação do aço inoxidável usa cerca de 60% do níquel extraído da natureza.

• O níquel ocorre em rochas ígneas profundas, podendo ser encontrado em regiões vulcânicas e em áreas atingidas por meteoritos.

• O níquel é material ativo de baterias de dispositivos portáteis.

• Apesar de o níquel ser um micronutriente das plantas e animais, seus níveis devem permanecer baixos.

• A exposição ao níquel pode gerar dermatites e condições mais graves, como má-formação de fetos e câncer.

Propriedades do níquel

• Símbolo: Ni.

• Número atômico: 28.

• Massa atômica: 58,69 u.

• Configuração eletrônica: [Ar] 3d⁸ 4s ².

• Estado físico: sólido (20 °C).

• Ponto de fusão: 1455 °C.

• Ponto de ebulição: 2913 °C.

• Densidade: 8,90 g/cm ³.

• Eletronegatividade: 1,91 (escala de Pauling).

• Série química: metal de transição.

• Localização na Tabela Periódica: grupo 10, período 4, bloco d.

• Isótopos naturais: ⁵⁸Ni (68,1%), ⁶⁰Ni (26,2%), ⁶¹Ni (1,1%), ⁶²Ni (3,6%), ⁶⁴Ni (0,9%).

Características do níquel

O níquel é um elemento químico da Tabela Periódica de número atômico 28, integrante do grupo 10. No estado metálico, é lustroso com coloração branca prateada e é mais duro do que o ferro. Os sais de níquel, normalmente, apresentam coloração verde intensa.

Como os demais metais, o níquel é condutor térmico e elétrico, além de ser dúctil e maleável. É o quinto elemento mais abundante da crosta terrestre, sendo que boa parte do níquel está no núcleo do planeta.

Possui a propriedade de ferromagnetismo, sendo capaz de se imantar fortemente na presença de um campo magnético.

Uma de suas principais características é a alta resistência à corrosão, mesmo em altas temperaturas, sendo muito utilizado na composição de ligas metálicas.

Onde se encontra o níquel?

O elemento níquel é encontrado na natureza ligado a alguns minérios, normalmente associado ao ferro ou ao enxofre. A maior parte do níquel extraído vem de dois tipos depósitos do minério:

• Lateritas: os principais minérios são a limonita niquelada (Fe,Ni)O(OH) e a garnierita, um silicato hidratado de níquel, com fórmula geral (Ni,Mg,Fe)₄Si₆O₁₅.6H₂O, que se apresenta em variados tons de verde.

• Sulfetos niquelados: seu principal minério representante é a pentlandita, de fórmula geral (Fe, Ni)₉S₈. A pentlandita ocorre em algumas regiões da África do Sul e da América do Norte.

Em razão do raio iônico similar, os minérios de níquel podem conter ferro e magnésio. Os minerais sulfetados são encontrados em minas subterrâneas e em regiões vulcânicas, correspondendo a cerca de 40% das reservas mundiais. Mesmo possuindo maior custo de extração, são a fonte de 55% da produção do elemento, sendo direcionados à produção de níquel de alta pureza.

As lateritas comumente ocorrem em regiões próximas à superfície e são encontradas em regiões de impacto de meteoros. A região de Ontario, no Canadá é responsável por quase 15% da produção mundial de níquel, em razão da ocorrência de queda de meteorito há milhões de anos.

Os minerais lateríticos correspondem a 60% das reservas e dão origem ao ferro-níquel. Mesmo sendo encontrados em minas abertas, são menos explorados e direcionados à obtenção de níquel para a produção de ligas metálicas, como o aço.

Como se obtém o níquel?

As formas de obtenção do níquel por meio de seus minérios podem variar de acordo com as características de cada matéria-prima.

• Obtenção de níquel por meio dos minérios sulfetados: a primeira etapa consiste em uma flotação, visando elevar o teor de níquel na matéria-prima. Em seguida, é realizada a oxidação do enxofre em fornos, resultando em um resíduo rico em sulfetos metálicos, conhecido como matte. No refinamento, o matte é tratado com ácido sulfúrico, obtendo-se uma solução de sulfatos solúveis que é submetida à etapa de extração por solvente e eletrólise. Nessa última etapa, o níquel é isolado (sob a forma metálica) no cátodo com pureza acima de 99%.

• Obtenção do níquel por meio da extração de minerais lateríticos: se dá pela moagem e concentração por flotação, seguidas da oxidação por aquecimento e etapa de fundição, visando a separar a fração rica em ferro. A outra fração, contendo níquel e cobre (e impureza de ferro) é destinada à fabricação de ligas metálicas ou submetidas ao processo de refinamento eletrolítico. Nesse procedimento, é gerado como subproduto o gás níquel tetracarbonilo (Ni(CO)₄), altamente tóxico.

Para que serve o níquel?

O níquel é altamente resistente à corrosão, por isso é usado para revestimento de proteção de outros metais e na composição de ligas metálicas, como o aço inoxidável, possuindo entre 8 e 12% de níquel. Estima-se que cerca de 60% de todo o níquel extraído sejam empregados na manufatura do aço inox e outros 20% na composição de outras ligas.

O aço inoxidável está presente em diversos setores, desde utensílios de cozinha até equipamentos industriais e estruturas de linhas de trem e metrô.

Ligas de níquel e cromo apresentam elevada resistência à corrosão, mesmo em alta temperatura, encontrando aplicação no revestimento de fornos e torradeiras.

A liga monel é composta por níquel e cobre, sendo altamente resistente à corrosão (especialmente à água salgada) e a meios ácidos, por isso é empregada no setor naval, marítimo e alimentício.

Outras ligas de níquel e metais possuem aplicação na construção de hélices de turbinas e barcos. O níquel também é responsável por melhorar as propriedades mecânicas das ligas metálicas.

Níquel é um dos materiais metálicos utilizados em dispositivos de armazenamento de energia, como as baterias de níquel-cádmio ― as mais utilizadas em equipamentos portáteis, como os celulares ― e as baterias de níquel metal hidreto, que são empregadas em veículos híbridos.

A seguir, outros usos variados desse metal:

• fabricação de moedas, cuja proporção de níquel na composição é de cerca de 25%;

• catalisador nas reações de hidrogenação de óleos vegetais;

• aditivo de vidros, atribuindo-lhes coloração verde.

Cerca de 9% do níquel extraído é empregado em atividades de galvanoplastia (niquelação) e 6% em outros usos, como moedas, baterias e dispositivos eletrônicos.

Leia também: Chumbo — metal cuja principal aplicação é na fabricação de baterias automotivas

Precauções com o níquel

O níquel é um micronutriente essencial aos seres humanos, está envolvido no metabolismo de lipídios e na regulação hormonal. É o átomo central de enzimas bacterianas que promovem a degradação da ureia e participa também do crescimento de plantas.

Mesmo sendo um elemento importante para a manutenção da saúde, os níveis de níquel considerados seguros são bastante baixos e não devem superar 0,05 mg/cm³.

As vias de absorção de níquel são pelo trato respiratório, sistema digestivo e pela pele. O contato prolongado com altas concentrações de níquel pode causar uma série de efeitos nocivos relacionados a:

• genotoxicidade (danos ao material genético);

• hematotoxicidade;

• má-formação de feto;

• danos ao sistema imunológico;

• desenvolvimento de cânceres.

O níquel é um metal alergênico, responsável por grande parte das dermatites de contato alérgicas. A alergia a níquel pode ser desenvolvida por meio de contato frequente com peças metálicas, bijuterias, próteses, chaves, objetos, moedas, entre outros objetos. Mulheres apresentam maiores taxas de hipersensibilidade ao níquel, em razão do uso intenso e contínuo de itens como bijuterias.

Alguns alimentos também demandam atenção dos alérgicos ao metal, como chocolate, amendoim, salmão e alguns vegetais (legumes e feijão). A tinta das tatuagens normalmente contém níquel em sua composição.

Trabalhadores de indústrias que manipulam compostos de níquel devem ficar atentos para não ultrapassarem 40 horas semanais de exposição ao metal. Deve haver atenção especial às pessoas que laboram no processo de extração de níquel dos minérios, pois ao longo do procedimento, o composto níquel tetracarbonilo (Ni(CO)₄) é gerado, e este é de alta toxicidade.

Exercícios resolvidos sobre níquel

Questão 1

(Unirg) O níquel, elemento de símbolo Ni, é um metal de transição de amplo emprego industrial, sendo usado na fabricação do aço inoxidável, baterias e como catalisador em reações entre gases. Admita que a análise de uma amostra de um sal de fórmula NiXO₄ identificou o íon Ni³⁺. Nesse caso, o símbolo químico do elemento X pode ser

A) P.

B) C.

C) Br.

D) S.

Resolução:

Alternativa A

O sal é uma molécula e deve possuir carga total igual a zero. Sabe-se que o níquel está presente com número de oxidação +3 e que o oxigênio contribui com carga -8 (sendo o número de oxidação igual a -2 para cada átomo). Logo, o elemento X contribuirá para a molécula com número de oxidação igual a +5. Entre os elementos apresentados, apenas o fósforo (P) pode alcançar esse valor, visto que ele ocupa o grupo 15 da Tabela Periódica.

Questão 2

(PUC) Considere a célula eletroquímica representada pela equação global:

\(Ni+ Cu^{2+} ⟶Ni^{2+}+Cu\)

É CORRETO afirmar que:

A) há desgaste do eletrodo de cobre.

B) o cobre sofre oxidação.

C) o níquel funciona como anodo.

D) a solução de níquel vai diluir-se.

E) os elétrons fluem, pelo circuito externo, do cobre para o níquel.

Resolução:

Alternativa C

Na reação apresentada, o eletrodo de níquel metálico sofre oxidação, portanto é o ânodo (item C correto), transferindo seus elétrons para o cobre e deixando na solução íons Ni²⁺. Os íons cobre (Cu²⁺) que estão na solução recebem elétrons, sofrendo reação de redução, sendo depositados sobre o cátodo de cobre metálico.

Entendendo isso, o item A está incorreto, porque não há desgaste do eletrodo de cobre, e sim deposição sobre ele. O item B está incorreto, pois é o níquel que sofre oxidação. O item D está incorreto, pois a solução de níquel terá sua concentração aumentada. Por fim, o item E está incorreto, porque o fluxo de elétrons é do níquel (ânodo) para o cobre (cátodo).