Nikel telah ditemukan di artefak logam berusia hampir 2.000 tahun.
Axel Cronstedt, seorang ilmuwan Swedia, adalah orang pertama yang mengidentifikasi dan mengisolasinya sebagai unsur pada tahun 1751. Ia menjadi terkenal pada abad ke-19 dalam pelapisan dan paduan seperti "perak nikel" (perak Jerman), di mana ia paduan dengan tembaga dan seng. Paduan ini disebut karena warnanya, bukan karena kandungan peraknya.
Para penambang di Jerman pada abad ke-15 menemukan bijih coklat-merah yang menurut mereka mengandung tembaga. Karena mereka tidak dapat mengumpulkan tembaga darinya, mereka menamakannya Kupfernickel atau Tembaga Setan.
Nikel yang dicampur dengan tembaga pertama kali digunakan dalam koin di Amerika Serikat pada tahun 1857. Meskipun "nikel" tidak terbuat dari nikel murni, nikel murni digunakan untuk koin di Swiss pada tahun 1881.
Pada awal abad ke-20, baja tahan karat dikembangkan, dan nikel ditemukan memainkan peran yang sangat menguntungkan di banyak tingkatan tipikal, yang berlanjut hingga hari ini. Paduan berbasis nikel ditemukan memiliki ketahanan korosi yang besar dan kemampuan untuk mentolerir suhu tinggi, menjadikannya ideal untuk pabrik kimia dan memungkinkan penerapan praktis mesin jet. Permintaan nikel telah meningkat secara dramatis selama abad terakhir sebagai akibat dari kemajuan ini. Hal ini masih terjadi hingga saat ini, karena peran penting nikel dalam berbagai aplikasi.
Nikel (Ni) adalah unsur kimia yang merupakan logam feromagnetik yang termasuk dalam Grup 10 (VIIIb) tabel periodik dan sangat tahan terhadap oksidasi dan korosi.
Nikel adalah unsur logam berkilau putih keperakan yang terjadi secara alami. Ini adalah unsur paling umum kelima di planet ini, dan melimpah di kerak dan inti. Nikel, seperti besi, adalah unsur umum dalam meteorit dan juga ditemukan dalam jumlah kecil pada tanaman, hewan, dan lautan.
Meskipun kerak bumi mengandung 80 bagian per juta nikel, inti bumi terutama terdiri dari paduan nikel-besi.
Properti dan Kemunculan
Nikel memiliki kualitas fisik dan kimia yang luar biasa, menjadikannya komponen penting dalam puluhan ribu produk. Aplikasi utamanya adalah paduan, terutama dengan kromium dan logam lainnya untuk membuat baja tahan karat dan tahan panas.
Nikel adalah logam perak keras berwarna putih yang membentuk kristal kubik. Ini mudah dibentuk dan ulet, dan kuat dan tahan korosi. Logam ini merupakan konduktor panas dan listrik yang baik, serta memiliki karakteristik magnetik di bawah 345°C.
Nikel bersifat inert secara kimiawi dalam bentuk logamnya. Itu tidak terpengaruh oleh asam nitrat pekat dan alkali dan tidak larut dalam air dingin dan panas serta amonia. Namun, larut dalam asam nitrat lemah dan hanya sedikit dalam asam klorida dan sulfat encer.
Konfigurasi elektron dan sifat unsur nikel
Nikel adalah logam putih keperakan yang kuat dan lebih keras dari besi. Ini terkenal karena penggunaannya dalam koin, tetapi lebih penting untuk berbagai aplikasi domestik dan industrinya sebagai logam murni atau paduan. Dalam endapan terestrial dan meteorik, unsur nikel ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di samping besi.
Nikel dua kali lebih melimpah dari tembaga, terhitung sekitar 0,007% dari kerak bumi; itu adalah konstituen umum dari batuan beku, namun hanya sedikit endapan yang memenuhi kriteria untuk kepentingan komersial dalam hal konsentrasi, ukuran, dan aksesibilitas. Jumlah yang signifikan diperkirakan ada di wilayah tengah Bumi. Pentlandit, ditemukan dengan pirhotit yang mengandung nikel, yang varian tertentu mengandung 3 sampai 5% nikel, dan kalkopirit, serta laterit yang mengandung nikel, seperti garnierit, silikat magnesium-nikel dengan komposisi variabel, adalah sumber yang paling penting.
Metalurgi nikel memiliki detail yang rumit, banyak di antaranya sangat berubah bergantung pada jenis bijih yang diproses. Secara umum, bijih diubah menjadi dinickel trisulfide, Ni2S3 (dengan nikel dalam keadaan oksidasi +3), yang kemudian dipanggang di udara untuk menghasilkan oksida nikel, NiO (keadaan +2), yang kemudian direduksi dengan karbon untuk menghasilkan logam. Metode karbonil digunakan untuk menghasilkan nikel dengan kemurnian tinggi.
Nikel (nomor atom 28) memiliki kekuatan dan ketangguhan besi (nomor atom 26), tetapi memiliki ketahanan oksidasi dan korosi tembaga (nomor atom 29), yang menjelaskan banyak aplikasinya. Nikel adalah logam dengan konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik. Lebih dari separuh nikel yang dihasilkan digunakan dalam paduan besi (terutama baja tahan karat), sedangkan sisanya digunakan dalam paduan tembaga tahan korosi dan paduan kromium tahan panas. Nikel juga dapat ditemukan dalam resistif elektrik, magnet, dan berbagai paduan lainnya, termasuk perak nikel (dengan tembaga dan seng tetapi tanpa perak). Logam murni digunakan untuk menutupi logam lain dengan lapisan pelindung, terutama dengan pelapisan listrik.
Nikel dapat dengan mudah diproduksi menggunakan teknik kerja panas dan dingin normal. Nikel bereaksi lambat dengan fluor, secara bertahap menciptakan lapisan fluorida pelindung, dan dengan demikian digunakan dalam peralatan untuk menangani gas fluor dan fluorida korosif sebagai logam murni atau paduan seperti Monel. Nikel bersifat feromagnetik pada suhu kamar, tetapi tidak sebanyak besi. Ini juga kurang elektropositif dibandingkan besi tetapi mudah larut dalam asam mineral encer.
Nikel-58 (68,27 %), nikel-60 (26,10 %), nikel-61 (1,13 %), nikel-62 (3,59 %), dan nikel-64 (0,91 %) adalah lima isotop stabil yang ditemukan di nikel alami. Struktur kristal kubiknya berpusat pada wajah. Hingga 358 °C (676 °F), nikel bersifat feromagnetik. Karena ketahanannya yang luar biasa terhadap aksi alkali, logam ini biasanya digunakan untuk membuat wadah larutan natrium hidroksida pekat. Dalam kondisi normal, nikel bereaksi lambat dengan asam kuat untuk membebaskan hidrogen dan menghasilkan ion Ni2+.
Senyawa
Nikel memiliki tingkat oksidasi 1, 0, +1, +2, +3, dan +4 dalam senyawanya, meskipun tingkat oksidasi +2 adalah yang paling umum. Ni2+ membentuk berbagai kompleks, termasuk struktur oktahedral, trigonal bipiramidal, tetrahedral, dan persegi, serta bilangan koordinasi 4, 5, dan 6.
Senyawa nikel dalam keadaan +2 menawarkan berbagai aplikasi industri. Nikel klorida (NiCl2), nikel nitrat (Ni (NO3)2·6H2O), dan nikel sulfamat (Ni (SO3NH2)2∙4H2O) umumnya digunakan dalam bak elektroplating nikel. Nikel sulfat, NiSO4, juga digunakan untuk membuat katalis, enamel lapisan dasar, dan mordan (fiksatif) untuk pewarnaan dan pencetakan tekstil. Untuk penggunaan dalam sel bahan bakar dan baterai penyimpanan, nikel oksida (NiO) dan nikel peroksida (Ni2O3) dibuat. Inti magnetik yang terbuat dari ferit nikel digunakan di berbagai peralatan listrik, termasuk antena dan trafo.
Nikel sulfida, NiS; nikel arsenida, NiA; nikel antimonida, NiSb; nikel diarsenida, NiAs2; nikel tioarsenida, NiAsS; dan nikel tioantimonida, NiSbS adalah beberapa senyawa nikel yang paling umum ditemukan di alam, terutama sebagai mineral dalam kombinasi dengan arsenik, antimon, dan belerang. Nikel berada dalam keadaan +2-oksidasi dalam sulfida, sedangkan dalam keadaan +3 di semua senyawa lain yang disebutkan.
Nikel karbonil, atau tetrakarbonilnikel, Ni (CO)4, adalah bahan kimia komersial utama lainnya. Senyawa nikel dengan keadaan nol oksidasi ini terutama digunakan sebagai pembawa karbon monoksida dalam sintesis akrilat (senyawa yang digunakan dalam pembuatan polimer) dari asetilena dan alkohol. Itu adalah yang pertama dari kelas bahan kimia baru yang dikenal sebagai logam karbonil (1890). Karbon monoksida bereaksi dengan nikel yang terbagi halus untuk menghasilkan cairan tidak berwarna dan mudah menguap dengan struktur listrik di mana atom nikel dikelilingi oleh 36 elektron. Susunan ini sangat mirip dengan atom gas mulia.
Nikel adalah unsur ke-22 yang paling banyak jumlahnya di planet ini dan logam transisi ke-7 yang paling umum. Ini adalah logam kristal berwarna putih keperakan yang dapat ditemukan di meteorit atau bijih jika dicampur dengan elemen lain.
Bijih dapat dibagi menjadi dua kategori:
- Laterit: bijih oksida atau silikat, seperti garnierit;
- Sulfida: bijih yang mengandung sekitar 1,5% nikel, nikel berasosiasi dengan tembaga, kobalt, dan logam lain, seperti pentlandit.
Ludwig Mond menemukan metode untuk mengekstraksi dan memurnikan nikel pada tahun 1899. Konversi oksida nikel menjadi logam nikel murni dikenal sebagai "Proses Mond". Bijih nikel diproses menjadi oksida melalui sejumlah langkah yang meliputi pemekatan, pemanggangan, dan peleburan.
Nikel oksida direaksikan dengan gas air, campuran H2 dan CO, pada tekanan atmosfer dan 50 °C pada langkah pertama proses. Akibatnya, oksida diubah menjadi nikel tidak murni.
Prosesnya dapat diringkas sebagai berikut:
Ni (CO)4 bahan kimia yang berbahaya dan mudah menguap, nikel tetrakarbonil, terbentuk saat zat tidak murni ini bereaksi dengan sisa karbon monoksida. Saat dipanaskan hingga sekitar 230°C, kombinasi ini terurai menjadi logam nikel murni dan CO2, yang kemudian dapat didaur ulang. Suhu dan tekanan yang digunakan dalam proses ini mungkin sangat bervariasi dari satu pabrik pengolahan ke pabrik berikutnya. Metode esensial, seperti yang dinyatakan, bagaimanapun, bersifat universal.
Endapan laterit, yang terbentuk sebagai hasil dari pelapukan yang intens pada batuan kaya nikel di permukaan, dan endapan sulfida magmatik adalah dua bentuk endapan nikel yang paling umum. Nikel juga ditemukan dalam nodul dan kerak mangan di dasar laut dalam, meskipun saat ini tidak ditambang. Limonit, garnierit, dan pentlandit adalah mineral pembawa nikel yang paling umum.
Norwegia adalah lokasi peleburan nikel skala besar pertama pada tahun 1848. Pyrrhotite adalah sejenis bijih nikel yang digunakan di sana. Sumber daya nikel yang besar ditemukan di Cekungan Sudbury Kanada pada tahun 1883. Deposit nikel yang sangat besar ini diperkirakan terbentuk akibat tumbukan meteor kuno. Pada awal abad ke-20, lebih banyak nikel ditemukan di Rusia dan Afrika Selatan, memungkinkan nikel untuk mendapatkan lebih banyak daya tarik di industri ini.
Logam Eksklusif
Hanya beberapa produk yang dibuat seluruhnya dari nikel. Sebaliknya, nikel digunakan dalam bahan industri untuk memberikan dukungan dan stabilitas; itu sering dicampur dengan logam lain untuk membuat produk yang lebih kuat, lebih berkilau, dan lebih tahan lama. Nikel banyak digunakan untuk melindungi logam yang lebih lemah dari korosi.
Nikel adalah logam pilihan untuk paduan super, kombinasi logam yang terkenal karena kekuatannya serta ketahanannya terhadap panas, korosi, dan oksidasi, karena kemampuannya mempertahankan suhu yang sangat tinggi. Faktanya, baja tahan karat menyumbang sekitar 65% dari produksi nikel, sedangkan 20% sisanya digunakan untuk memproduksi berbagai paduan baja dan non-besi untuk aplikasi militer, kedirgantaraan, dan industri yang sangat terspesialisasi. Jenis aplikasi lain, seperti baterai dan elektronik, serta koin, menyumbang sekitar 9% dari total.
Magnetisme
Nikel adalah salah satu dari hanya empat logam feromagnetik, yang berarti ia menarik magnet dan bersifat magnetis dengan sendirinya. Besi, kobalt, dan gadolinium adalah yang lainnya. Magnet Alnico, yang terbuat dari aluminium (Al), nikel (Ni), dan kobalt (Co), adalah magnet permanen yang sangat kuat yang mempertahankan polaritasnya bahkan setelah dipanaskan hingga berpendar merah.
Mu-metal adalah paduan magnet lunak yang terdiri dari sekitar 80% nikel dan 20% besi (dan sedikit molibdenum). Karena Mu-metal memiliki permeabilitas tinggi, ia dapat melindungi peralatan elektronik yang sensitif dari medan magnet statis atau frekuensi rendah. Saat Mu-metal ditempatkan di antara magnet dan logam, daya tarik biasa menghilang.