Nickel

Eigenschaften
[Ar] 3d8 4s2 [Ar] 3d9 4s1 28Ni Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Nickel, Ni, 28
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	10, 4, d
Aussehen	glänzend, metallisch, silbrig
CAS-Nummer	7440-02-0
EG-Nummer	231-111-4
ECHA-InfoCard	100.028.283
Massenanteil an der Erdhülle	0,015 % (22. Rang)
Atomar
Atommasse	58,6934(4) u
Atomradius (berechnet)	135 (149) pm
Kovalenter Radius	124 pm
Van-der-Waals-Radius	163 pm
Elektronenkonfiguration	[Ar] 3d8 4s2 [Ar] 3d9 4s1
1. Ionisierungsenergie	7.639878(17) eV ≈ 737.14 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	18.168838(25) eV ≈ 1753.03 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	35.187(19) eV ≈ 3395 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	54.92(25) eV ≈ 5299 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	76.06(6) eV ≈ 7339 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	8,908 g/cm³ (20 °C)
Mohshärte	4,0
Magnetismus	ferromagnetisch
Schmelzpunkt	1728 K (1455 °C)
Siedepunkt	3003 K (2730 °C)
Molares Volumen	6,59 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	379 kJ·mol−1
Schmelzenthalpie	17,7 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	4970 m·s−1
Spezifische Wärmekapazität	444 J·kg−1·K−1
Austrittsarbeit	5,15 eV
Elektrische Leitfähigkeit	13,9 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit	91 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände	−1, ±0, +1, +2, +3, +4
Normalpotential	−0,257 V (Ni2+ + 2 e− → Ni)
Elektronegativität	1,91 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 58Ni 68,077 % Stabil 59Ni {syn.} 76.000 a ε 1,072 59Co 60Ni 26,233 % Stabil 61Ni 1,14 % Stabil 62Ni 3,634 % Stabil 63Ni {syn.} 100,1 a β− 0.0669 63Cu 64Ni 0,926 % Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ in rad·T−1·s−1 Er (1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 61Ni 3/2 0−2,395 · 107 3,59 · 10−3 017,914
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Nickel, Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 228​‐​351​‐​372​‐​317​‐​412 P: 210​‐​302+352​‐​201​‐​280​‐​308+313
MAK	Schweiz: 0,5 mg·m−3 (gemessen als einatembarer Staub)
Toxikologische Daten	0,0000475–350 mg·l−1 (LC50, Fisch, 96 Stunden) 1,28–9,28 mg·l−1 (LC50, Krebstiere, 48 Stunden) 1 mg·l−1 (EC50, Krebstiere, 48 Stunden)
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Nickel ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ni und der Ordnungszahl 28. Es zählt zu den Übergangsmetallen, im Periodensystem steht es nach der älteren Zählweise in der 8. Nebengruppe oder Eisen-Platin-Gruppe, nach der neueren in der Gruppe 10 oder Nickelgruppe.

Es ist ein silbriges, duktiles, ferromagnetisches Metall mit einem messingartigen Schimmer. Es ist bereits seit 1751 bekannt. Das Metall hat viele Anwendungen, hauptsächlich wird es für Legierungen genutzt. Es ist unter anderem ein wichtiger Bestandteil von Edelstahl. Nickel ist auch für seine Verwendung als Münzmetall bekannt, in den Vereinigten Staaten und Kanada werden die 5-Cent-Münzen schlicht „Nickel“ genannt. Auch wird Nickel in einigen Akkumulatoren verwendet.

Der weltweit größte Produzent von Nickel ist Indonesien. Das meiste Nickel wird aus Mineralen wie Pentlandit, Millerit und Nickelin gewonnen, das Metall kommt nur selten gediegen vor.

Geschichte

Kupfernickel-Münze aus Baktrien

Nickelhaltige Legierungen wurden schon seit dem Altertum verwendet. In Gerzeh (Ägypten) wurden Objekte aus nickelhaltigem Meteoreisen gefunden, die etwa 3200 v. Chr. hergestellt wurden. Es wird geschätzt, dass das Ausgangsmaterial 6–9 % Nickel enthielt. Einige Bronzen aus Syrien, Sumer und der Indus-Kultur enthalten Nickelgehalte von über einem Prozent. Nickelhaltige Bronzen wurden vor allem in Objekten gefunden, bei denen Härte und Festigkeit wichtig war, dies deutet auf eine bewusste Verwendung des Elementes hin. Kupfer-Nickel-Legierungen mit Nickelgehalten von >10 % sind in der Späten Bronzezeit aus Ḫattuša bekannt. Sie wurden wahrscheinlich durch Schmelzen von Chalkopyrit, der mit Pentlandit vergesellschaftet ist, hergestellt und für Schmuckstücke wie Nadeln, Anhänger oder Siegel verwendet. Aus dem Griechisch-Baktrischen und Indo-Griechischen Königreich im 2. Jahrhundert vor Christus sind Münzen der Könige Euthydemos II., Agathokles und Pantaleon bekannt, die aus Kupfernickel mit einem Nickelgehalt von bis zu 20 % bestehen.

Nachweisbar absichtlich mit Nickel legiertes Kupfer wurde erstmals in China hergestellt. Es handelte sich um eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung, die Baitong oder Paktong („weißes Kupfer“, im Westen auch „weiße Bronze“ und „Nickel-Silber“) genannt wurde und heutzutage als Neusilber bekannt ist. Die Herstellung erfolgte wahrscheinlich dadurch, dass ein Gemisch von Pentlandit und Kupfererzen mehrfach geröstet wurde und das entstandene Kupfernickel dann mit Zink legiert wurde. Wann Paktong erstmals hergestellt wurde, ist nicht bekannt, erste Hinweise darauf gibt es aus dem vierten Jahrhundert. Während der Ming-Dynastie (1368 bis 1644) wurde Paktong in größeren Mengen für Haushaltsgegenstände wie Schüsseln oder Teller verwendet. Ab dem späten 17. Jahrhundert wurde Paktong aus China auch nach Europa exportiert und dort für dekorative Gegenstände wie Kerzenständer oder Kaminroste verwendet. Die genaue Zusammensetzung der Legierung blieb in Europe jedoch lange unbekannt. Im Dschābir ibn Hayyān, einem auch als Johannes Geber bekannten Alchemisten des 8. Jahrhunderts, zugeschriebenen Werk, ist Harsini, eine dem Paktong ähnliche Legierung aus Kupfer und Nickel erwähnt, als Bestandteil eines Rezepts zur Herstellung des Steins der Weisen genannt.

Im Jahr 1751 untersuchte Axel Frederic Cronstedt ein Erz, wahrscheinlich Nickelin (Kupfernickel), und entdeckte darin ein unbekanntes Metall. Er stellte zunächst das Oxid her und reduzierte es mit Kohle zum Metall. Drei Jahre später benannte er das neue Metall nach dem Erz Kupfernickel als Nickel. 1775 bestätigte Torbern Bergman die Entdeckung Cronstedts und stellte deutlich reineres Nickel her. Zudem konnte 1776 Gustaf von Engeström die Zusammensetzung des chinesischen Paktong als Nickellegierung bestimmen. Viele physikalische Eigenschaften von Nickel wurden 1804 von Jeremias Benjamin Richter ermittelt.

Der Name Kupfernickel entwickelte sich im 17. Jahrhundert im Erzgebirge und wurde 1694 erstmals von Urban Hjärne schriftlich verwendet. Er leitet sich möglicherweise von einer Bezeichnung für böse Geister oder einem anderen Namen des Teufels ab, die im Englischen noch als „Old Nick“ existiert. Dies beruht wahrscheinlich darauf, dass die Bergleute ähnlich wie beim Cobalt glaubten, dass böse Geister das wertvolle Silber durch ein wertloses Metall ersetzt haben und die arsenhaltigen Erze beim Abbau auch noch Gesundheitsschäden verursachten.

Metallisches Nickel hatte lange Zeit keine große wirtschaftliche Bedeutung, bis in den 1870er Jahren die Verwendung von Nickel in Stählen entdeckt wurde und Theodor Fleitmann schmiedbares Nickel entwickelte. 1885 wurde der erste nickelhaltige Panzerstahl hergestellt und bald darauf für die Panzerung von Kriegsschiffen eingesetzt. Die anfangs wichtigsten Lagerstätten, in denen Nickelerze abgebaut wurden, lagen auf Neukaledonien und im Sudbury-Becken in Kanada.

Vorkommen

Pentlandit

Nickel ist auf der Erde mit einem Anteil von 1,7 bis 1,9 % das fünfthäufigste Element. Allerdings ist sein Anteil an der kontinentalen Erdkruste nur gering und beträgt nur etwa 84 ppm. Dies liegt daran, dass Nickel ein stark siderophiles (eisenliebendes) Element ist und daher bei der Entstehung der Erde große Mengen Nickel in den Erdkern gelangt ist, sein Gehalt wird auf etwa 5 % geschätzt. Auch der Erdmantel ist reich an Nickel, dementsprechend enthält besonders Olivin häufig viel Nickel, es kann hier auf Grund des ähnlichen Ionenradius Magnesium ersetzen. Da Nickel zudem chalkophil (schwefelliebend) ist, können sich in ultramafische Lavaschmelzen Nickelsulfide bilden, von denen Pentlandit das Wichtigste ist. zudem ist eine hydrothermale Bildung von Pentlandit möglich.

In Lateriten können durch Verwitterung höhere Konzentrationen an Nickel entstehen als in den Ausgangsgesteinen. Je nach Ausgangsgestein entstehen oxidische Erze wie nickelhaltiger Goethit, wasserhaltige Silikaterze wie Garnierit oder Népouit oder Ton-Silikatvorkommen wie nickelhaltiger Smektit. Nickel-Laterit-Erze enthalten über 1 % Nickel. Nickellateriterze entstehen in humidem Klima mit Regenmengen von über 1000 mm jährlich und warmen Temperaturen. Zudem begünstigen ein flaches Relief und hoher Grundwasserspiegel die Bildung von lateritischen Nickelerzen. Dadurch bleibt das Nickel häufig am Ort zurück und es akkumuliert sich nur wenig. Die Lateritvorkommen bilden sich sowohl dadurch, dass aus den Ausgangsgesteinen leichter lösliche Elemente wie Magnesium gelöst werden als auch dadurch, dass Nickel ausgelaugt wird und in tieferen Schichten etwa von Goethit adsorbiert wird und sich anreichert.

Es ist eine Vielzahl von Nickelmineralen bekannt, wovon die häufigsten Sulfide oder Arsenide sind. Neben dem häufigsten, dem Pentlandit (Ni,Fe)₉S₈, zählen hierzu Millerit NiS, Gersdorffit NiAsS und Nickelin NiAs. Auch vom Nickelarsenat Annabergit Ni₃[AsO₄]₂·8H₂O sind diverse Fundorte bekannt. Außer in verschiedenen Verbindungen kommt Nickel gediegen sowie in einigen Legierungen wie Garutiit (Ni,Fe,Ir) und Awaruit FeNi₃ vor. Insgesamt sind 2025 182 verschiedene Nickelminerale anerkannt.

In der Natur reichert sich Nickel im Saft sogenannter Nickelbäume an. Dieser Baumsaft kann bis zu einem Viertel aus Nickel bestehen.

Die beiden größten sulfidischen Nickellagerstätten sind zum einen Norilsk in Russland mit einer geschätzten Gesamtmenge an Nickel von 23 Millionen Tonnen und einem durchschnittlichen Nickelgehalt von 1,77 % und zum anderen Sudbury in Kanada mit 20 Millionen Tonnen Nickel und einem durchschnittlichen Nickelgehalt von 1,2 %. Große lateritische Vorkommen finden sich vor allem in Asien und Ozeanien (Indonesien, Philippinen, Neukaledonien), Südamerika und der Karibik (Brasilien, Kolumbien, Kuba, Dominikanische Republik), Australien, Griechenland, dem Balkan und dem Ural. Die größten bekannten Nickelvorkommen liegen in Indonesien und hier vor allem im Südosten Sulawesis, auf Halmahera, in Maluku und Papua Barat Daya. 2025 schätzte die United States Geological Survey die indonesischen Nickelreserven auf 55 Millionen Tonnen. Da die indonesischen Nickellagerstätten überwiegend in Regenwaldgebieten liegen, hat die verstärkte Ausbeutung erhebliche Auswirkungen durch Abholzung und Zerstörung von Lebensräumen.

Nickel als Mineral

Natürlich vorkommendes Nickel in seiner elementaren Form wurde erstmals 1967 durch Paul Ramdohr beschrieben und von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Mineralart anerkannt (Interne Eingangs-Nr. der IMA: 1966-039).

Gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) wird Nickel unter der System-Nr. 1.AA.05 (Elemente – Metalle und intermetallische Verbindungen – Kupfer-Cupalit-Familie – Kupfergruppe) beziehungsweise in der veralteten 8. Auflage unter I/A.04b (Nickel-Reihe) eingeordnet. Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. 01.01.11.05 (Eisen-Nickelgruppe).

Als Typlokalität gilt die Halbinsel Bogota nahe Canala in der Nordprovinz von Neukaledonien, wo sich gediegen Nickel in Form idiomorpher kubischer Körner oder eingewachsener Würfel bis etwa 0,1 mm als Einschlüsse in Heazlewoodit sowie als „spinnenartige“ unregelmäßige Masse zwischen den Heazlewooditkörnern fand. Als Begleitminerale können neben Heazlewoodit unter anderem noch Chalkopyrit, Chalkosin, Galenit, Godlevskit, gediegen Kupfer, Millerit, Orcelit, Pentlandit, Pyrit und Pyrrhotin auftreten. Bisher sind rund 50 Fundorte für gediegenes Nickel dokumentiert (Stand 2018), so unter anderem in Australien, China, Kanada, Russland und den Vereinigten Staaten von Amerika.

Gewinnung und Darstellung

Anteil der Nickelproduktion aus sulfidischen und lateritischen Erzen

Für die Produktion von Nickel werden sowohl sulfidische Lagerstätten als auch Lateritvorkommen ausgebeutet. Während früher die Produktion aus Nickelsulfiden überwog, werden mittlerweile zu etwa 70 % lateritische Vorkommen für die Nickelproduktion abgebaut. Sulfidische Erze werden überwiegend im Untertagebau, teilweise auch im Tagebau abgebaut, wobei das Gestein gesprengt wird, um das Erz zu lösen. Laterit wird fast ausschließlich im Tagebau gewonnen, wobei es direkt mit Baggern abgetragen werden kann.

Gewinnung aus sulfidischen Erzen

Sulfidische Erze müssen zunächst vom Umgebungsgestein getrennt und die Konzentration von Nickel erhöht werden. Der Großteil des Gesteins wird mechanisch entfernt und die Erze durch Magnettrennung und Flotation angereichert. Vor allem in Kanada werden auch Pentlandit (Nickelerz), Chalkopyrit (Kupfererz) und Pyrrhotin (Eisenerz) voneinander getrennt. Dabei entsteht ein Konzentrat, dass typischerweise zu 5 bis 15 % aus Nickel und Kupfer besteht. Über 90 % aller Nickelsulfid-Konzentrate werden pyrometallurgisch weiterverarbeitet. Im ersten Schritt werden sie bei 600 bis 700 °C geröstet. Dabei reagieren Eisensulfide bevorzugt mit Sauerstoff unter Bildung von Schwefeldioxid und Eisenoxiden, wodurch bis zu 60 % des Schwefels aus dem Konzentrat entfernt werden kann.

${\ce {3 Fe7S8 + 38 O2 -> Fe3O4 + SO2}}$

Anschließend erfolgt das zweistufige Schmelzen des Erzes, um Eisen, weiteren Schwefel und Gangart zu entfernen und sogenannten Kupfer-Nickel-Feinstein (Matte) zu erhalten. Dazu werden Silikate zugesetzt und die Mischung auf 1200 °C erhitzt, so dass sie schmilzt. Im Gegensatz zum oxidierend wirkenden Rösten, findet das Schmelzen unter reduzierenden Bedingungen statt, so dass sich bevorzugt Eisen(II)-oxid bildet. Dieses reagiert mit dem Silikat zu Fayalit (FeSiO₄).

${\ce {3 Fe3O4 + FeS -> 10 FeO + SO2}}$

${\ce {2 FeO + SiO2 -> FeSiO4}}$

In der Schmelze bilden sich zwei unmischbare Schichten aus Schlacke (Fayalit und Gangart) und dem der Nickel-Kupfer-Sulfid-Schmelze, die durch Abstechen voneinander getrennt werden können. Für dieses primäre Schmelzen werden verschiedene Verfahren eingesetzt, wie Flammenöfen, elektrische Öfen oder das Schwebeschmelzverfahren. Der zweite Schritt erfolgt in einem Konverter, mit dem Ziel, das restliche Eisensulfid zu entfernen. Hierzu wird Silikat zur Schmelze gegeben und Luft eingeblasen. Das Eisensulfid wird zum -oxid umgewandelt und als Fayalit verschlackt. Da die Schlacke größere Mengen Nickel und Kupfer hat, wird sie wieder beim primären Schmelzen eingesetzt. Es entsteht der Kupfer-Nickel-Feinstein, der zu 80 % aus Kupfer und Nickel, zu 20 % aus Schwefel und unter einem Prozent aus Eisen besteht.

Um Nickel und Kupfer zu trennen, sind verschiedene Verfahren möglich. Veraltet ist der Orford-Prozess, bei dem unterschiedliche Löslichkeit von Kupfer- und Nickelsulfid in geschmolzenem Natriumsulfid ausgenutzt wurde. Stattdessen wird der geschmolzene Feinstein langsam abgekühlt. Dabei kristallisieren Kupfer- und Nickelsulfid getrennt voneinander aus. Ist durch die Kristallisation zu wenig Sulfid in der Schmelze, bildet sich eine magnetische Kupfer-Nickel-Legierung. Diese drei Phasen können durch Magnettrennung und Flotation voneinander getrennt werden. Das Nickelsulfid wird bei 1100 °C zu Nickeloxid geröstet, wobei Kupferreste durch Chlor entfernt werden können.

Weiterhin werde verschiedene hydrometallurgische Verfahren für die Trennung genutzt. Hierzu zählen die Laugung mit Ammoniak unter Druck, die Laugung mit Schwefelsäure, die sowohl unter Druck als auch ohne möglich ist sowie die Laugung mit Chlor. Bei erstem wird der Feinstein mit einer ammoniakalischen Ammoniumsulfatlösung bei 80 bis 95 °C und 850 kPa ausgelaugt, wobei sowohl Kupfer als auch Nickel als Amminkomplexe in Lösung gehen. Das Kupfer kann als Kupfersulfid gefällt und abgetrennt werden. Anschließend wird der Nickel-Ammin-Komplex als Sulfat gefällt und mit Wasserstoff reduziert.

${\ce {[Ni(H2O)4(NH3)2]SO4 + H2 -> Ni + (NH4)2SO4 + 4 H2O}}$

Beim Auslaugen mit Schwefelsäure entstehen Nickelsulfat und Kupfersulfat, dieses wird durch metallisches Nickel, das im Ausgangsprodukt vorhanden ist, zu Kupfer reduziert. Wird Chlor genutzt, wird selektiv nur Nickel als Nickelchlorid gelöst, während das Kupfer als Kupfersulfid zurückbleibt.

Gewinnung aus lateritischen Erzen

Lateritisches Nickelerz

Lateritische Nickellagerstätten können in drei Typen aufgeteilt werden, Limonit, Saprolith und Nontronit. Limonit weist geringe Nickel-, Magnesium- und Silikat-, dafür hohe Eisengehalte auf, im Saprolith ist es umgekehrt wenig Eisen, dafür viel Nickel, Magnesium und Silikat, Nontronit liegt dazwischen. Daher müssen unterschiedliche Verfahren je nach Ausgangserz eingesetzt werden. Limonit wird vor allem mit der Hochdruck-Säurelaugung (HPAL-Verfahren für high pressure acid leaching) aufgeschlossen. Bei diesem hydrometallurgischen Verfahren wird das zerkleinerte Erz bei 250 bis 270 °C und 4–5 MPa mit Schwefelsäure ausgelaugt. Dabei gehen Nickel, Cobalt, Eisen, Aluminium und Magnesium in Lösung.

${\ce {NiO + H2SO4 -> NiSO4 + H2O}}$

Eisen und Aluminium lassen sich durch Einstellen des pH-Wertes auf 2–2,5 als Oxide fällen und abtrennen. Nickel und Cobalt werden als Sulfide zu einem Zwischenprodukt gefällt, das weiter zu Nickel und Cobalt verarbeitet werden kann. Das Verfahren ist durch die notwendingen Bedingungen technisch anspruchsvoll und benötigt spezielle Materialien für die Ausrüstung. Zudem entstehen große Mengen Säureabfälle, die umweltgerecht entsorgt werden müssen.

Das HPAL-Verfahren kann nur bei geringen Magnesiumgehalten wirtschaftlich durchgeführt werden, da sonst die Kosten für den Verbrauch an Säure zu stark steigen. Bei hohen Magnesiumgehalten wie im Saprolith kann eine Haldenlaugung durchgeführt werden. Diese ist zwar einfacher in der Umsetzung, hat aber auch einen sehr hohen Säureverbrauch, dauert lange Zeit und laugt Nickel in geringerem Maß und weniger selektiv aus als das HPAL-Verfahren. Stattdesswn wird bei Saprolith häufig das pyrometallurgische RKEF-Verfahren (Rotary kiln-Electric Furnace, auf Deutsch Drehrohrofen-Elektroofen-Verfahren) genutzt, mit dem Ferronickel, eine Eisen-Nickel-Legierung mit >25 % Nickel für die Stahlherstellung, produziert wird. Bei diesem wird das zerkleinerte Nickelerz zunächst im Drehrohrofen bei 850–1000 °C erhitzt, zum einen um das Kristallwasser entfernt, zum anderen um einen Teil des Erzes, vor allem Nickel, mit Kohlenstoff zum Metall zu reduzieren.

${\ce {NiO + C -> Ni + CO}}$

Direkt im Anschluss wird die Mischung in einen auf 1500–1600 °C heißen elektrischen Ofen gefüllt, wobei die Erze schmelzen und auch das Eisen reduziert wird. Es entsteht zunächst eine Eisen-Nickel-Rohlegierung mit >8 % Nickel, die in einem Konverter zu Ferronickel mit >25 % Nickel raffiniert wird.

Weitere Gewinnungsmöglichkeiten

Talvivaara-Mine in Sotkamo, Finnland (2013)

Eine umweltfreundliche Alternative zu den metallurgischen Gewinnungsverfahren ist das Bioleaching. Hierbei wird ausgenutzt, dass verschiedene Bakterien wie Acidithiobacillus ferrooxidans und andere Eisen und Schwefel oxidieren können. Dadurch entstehen bei der Oxidation von Pentlandit (Ni,Fe)₉S₈ lösliche Nickelionen. Kommerziell wird das Verfahren in zwei Anlagen in Sotkamo in Finnland angewendet. In der ersten wird seit 2008 polymetallischer Schwarzschiefer mit einem durchschnittlichen Nickelgehalt von 0,27 % verarbeitet. Das Bioleaching wird als zweistufige Haldenlaugung mit einer primären Stufe von 12–14 Monaten und einer sekundären von 3,5 Jahren durchgeführt, wobei am Ende 99 % des Nickels aus dem Erz extrahiert werden kann. 2019 wurden so 27.468 Tonnen Nickel produziert. In der zweiten Anlage wurde ein nickelreichen Konzentrat, das als Beiprodukt bei der Talkproduktion anfällt, verarbeitet. Das Bioleaching wurde in einem geschlossenen Tank als Reaktor durchgeführt, wobei die Reaktionszeit nur sieben Tage betrug. Das Konzentrat wurde in Form einer Suspension in konzentrierter Schwefelsäure in den Reaktor gefüllt und zusätzlich Kohlenstoffdioxid und Luft zum besseren Wachstum der Mikroorganismen eingeblasen. Es wurden 80 % des Nickels aus dem Konzentrat gewonnen. Die 2016 errichtete Fabrik wurde aber schon 2018 auf Grund zu niedriger Nickelpreise stillgelegt.

Nickel kann gut recycelt werden. Es wird geschätzt, dass 2018 1,1 Millionen Tonnen Nickel aus sekundären Quellen wie Edelstahlschrotten, Magneten, Batterien, Katalysatoren sowie Schlämmen aus der Metallverarbeitung und Müllverbrennung gewonnen wurden. Mengenmäßig wurde vor allem Edelstahlschrott recycelt, hier ist die Trennung durch Magnetabscheidung auch sehr einfach. Die End-of-Life-Recyclingrate von Nickel lag 2010 bei 68 %.

Untersucht, aber bislang nicht kommerziell genutzt, wird die Verwendung von Manganknollen, unter anderem auch Nickel enthalten. Es wird geschätzt, dass alleine aus den Manganknollen der Clarion-Clipperton-Zone 274 Millionen Tonnen Nickel gewonnen werden könnten.

Gewinnung von Nickelmetall

Elektrolytisch raffiniertes 99,9%iges Nickel als Knolle

Ein Großteil des Nickels wird in Form von Ferronickel oder Nickeloxid, den sogenannten Class-II-Produkten verwendet. Um reines metallisches Nickel (Class I) zu erhalten, werden neben der Reduktion mit Wasserstoff vor allem elektrolytische Verfahren eingesetzt. Eine Möglichkeit ist es, Nickeloxid zunächst mit Kohle zu Rohnickel zu reduzieren und dieses als Anode in einer Elektrolyse einzusetzen. Als Kathode dient ein Nickelblech und Elektrolyt ist eine Nickelsulfat-Nickelchlorid-Lösung. Dabei geht das Nickel an der Anode in Lösung und schlägt sich an der Kathode als Reinmetall nieder. Edlere Bestandteile des Rohnickels wie Platinmetalle fallen als Anodenschlamm aus. Auch der Nickelfeinstein kann als Anode dienen, hier darf jedoch nicht zu viel Kupfer im Material sein und der Schwefelgehalt muss genau 15 % betragen.

Im Elektrowinning-Verfahren wird keine nickelhaltige Anode eingesetzt, sondern Nickelsulfat- oder Nickelchloridlösungen aus Laugenverfahren werden elektrolysiert. Dabei werden an der Kathode Nickelionen zum Metall reduziert, an der Anode entsteht je nach Elektrolyt Sauerstoff oder Chlor.

${\ce {2 NiSO4 + 2 H2O -> 2 Ni + 2 H2SO4 + O2}}$

Eine Reaktion, mit der besonders reines (>99,97 %) Nickel dargestellt werden kann, ist das Mond-Verfahren. Diese Transportreaktion nutzt die Bildung und Zersetzung von Nickeltetracarbonyl aus Nickel und Kohlenstoffmonoxid bei unterschiedlichen Temperaturen aus, das sich bei niedrigen Temperaturen bildet und bei hohen zersetzt. Auch Eisen reagiert zum Eisenpentacarbonyl, was aber mit fraktionierter Destillation abgetrennt werden kann.

${\ce {Ni_{(s)}{+}4CO_{(g)}<=> Ni(CO)4_{(g)}}}$

Produktionsländer

→ Hauptartikel: Liste der größten Nickelproduzenten

2019 wurde weltweit Nickel in etwa 150 Bergbaubetrieben in 18 Ländern als Lateriterz und weiteren 100 Lagerstätten in 11 Ländern als sulfidisches Erz abgebaut. Das Land, in dem die weitaus größte Menge an Nickelerzen abgebaut wird, ist Indonesien. 2025 wurden hier 2,6 Millionen Tonnen Nickelerz produziert. Weitere wichtige Produktionsländer sind die Philippinen, Russland, Neukaledonien, Kanada, die Volksrepublik China, Brasilien und Australien. Insgesamt wurden 2025 3,9 Millionen Tonnen Nickelerze abgebaut. Indonesien produziert neben China auch die größte Menge Ferronickel, 2020 560.000 Tonnen. Nickelmetall wird vor allem in China, Russland, Australien und Norwegen produziert. Insgesamt wurden 2020 1,45 Millionen Tonnen Ferronickel und 743.000 Tonnen Nickelmetall hergestellt.

Minenproduktion

Land	2025	2020	2015	2010	2005	2000	1995	1990	1985	1980
Indonesien Indonesien	2.600.000	771.000	129.600	300.800	135.000	98.200	88.183	68.300	40.327	53.276
China Volksrepublik Volksrepublik China	120.000	109.000	101.400	79.600	72.700	50.300	41.800	33.000	25.033	10.884
Philippinen Philippinen	270.000	328.372	415.021	169.312	26.636	17.388	15.075	15.800	28.152	47.104
Neukaledonien Neukaledonien	140.000	199.375	193.199	131.309	111.939	126.041	119.905	85.100	72.378	86.574
Australien Australien	45.000	169.344	225.227	170.100	188.900	166.500	98.467	67.000	85.739	74.307
Kanada Kanada	140.000	167.243	225.351	160.063	199.932	190.793	181.820	196.000	169.936	184.764
Russland Russland/Sowjetunion Sowjetunion	200.000	232.945	276.710	269.277	277.177	315.000	251.000	280.000	185.000	154.190
Brasilien Brasilien	70.000	77.133	94.800	108.983	74.198	45.317	29.124	24.100	16.469	2271
gesamt	3.900.000	2.460.000	2.110.000	1.690.000	1.460.000	1.290.000	1.040.000	974.000	812.000	779.000
Menge in Tonnen, Russland bis 1990 Teil der Sowjetunion, Werte von 2025 geschätzt

Produktion an Nickelmetall

Land	2020	2015	2010	2005	2000	1995	1990	1985
Australien Australien	115.800	132.074	92.208	112.600	98.700	58.321	n.s.	22.948
China Volksrepublik Volksrepublik China	176.000	236.700	159.000	95.100	50.900	38.900	27.500	22.493
Japan Japan	55.368	64.068	40.228	29.399	36.230	26.824	22.300	23.251
Russland Russland/Sowjetunion Sowjetunion	172.357	231.200	262.400	249.479	225.000	181.000	240.000	159.632
Norwegen Norwegen	91.100	91.220	92.185	84.886	58.679	53.237	57.800	37.505
Finnland Finnland	52.600	36.350	41.317	34.709	50.087	16.927	16,900	15.653
Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich	35.177	38.804	31.650	37.127	37.976	35.156	26.800	17.796
Sudafrika Südafrika	29.007	41.910	34.700	42.400	30.900	29.803	28.200	23.037
gesamt	743.000	943.000	788.000	730.000	635.000	473.000	468.000	483.000
Menge in Tonnen, Russland bis 1990 Teil der Sowjetunion, Kanada nicht aufgeführt, da nicht spezifiziert

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Magnetisierungskurven von 9 ferromagnetischen Materialien.
1. Stahlblech, 2. Elektroblech,3. Gussstahl, 4. Wolframstahl,
5. Magnetstahl, 6. Gusseisen, 7. Nickel, 8. Cobalt, 9. Magnetit

kubisch-flächenzentrierte Struktur des Nickels

Molvolumen als Funktion des Drucks für Nickel bei Zimmertemperatur

Nickel ist ein silbrig-weißes Metall, das mit einer Dichte von 8,91 g/cm³ zu den Schwermetallen zählt. Es ist mittelhart (Mohs-Härte 3,8), schmiedbar, duktil und lässt sich ausgezeichnet polieren. Nickel ist wie Eisen und Cobalt ferromagnetisch, wobei die Curie-Temperatur 354 °C beträgt. Das Metall kristallisiert in einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur (Kupfer-Typ) in der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 mit dem Gitterparameter a = 352,4 pm sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Diese Struktur behält es auch bei hohen Drücken bis mindestens 70 GPa bei. Eine weitere metastabile Modifikation mit kubisch-raumzentrierter Kugelpackung konnte in dünnen Schichten auf Eisen oder Galliumarsenid gewonnen werden. Sie besitzt mit 183 °C eine deutlich geringere Curie-Temperatur.

Die Zugfestigkeit von weichgeglühtem Nickel liegt bei 400–450 MPa bei einer Bruchdehnung zwischen 30 und 45 %. Die Härtewerte liegen um die 80 HB. Kalt verfestigtes Nickel, dessen Bruchdehnung unter 2 % beträgt, erreicht Festigkeiten bis 750 MPa bei Härtewerten um 180 HB. Reinnickelhalbzeuge mit 99 % Ni-Gehalt können kalt hochverfestigt werden.

Das Isotop ⁶²Ni hat die höchste Bindungsenergie je Nukleon aller Isotope aller Elemente.

Chemische Eigenschaften

Nickel ist in kompakter Form bei Raumtemperatur gegen Luft, Wasser, Salzsäure und Laugen sehr beständig und nicht brennbar. Verdünnte Säuren greifen Nickel nur sehr langsam an. Gegenüber konzentrierten oxidierenden Säuren (Salpetersäure) tritt analog zum rostfreien Stahl Passivierung ein. Löslich ist Nickel in verdünnter Salpetersäure (ca. 10- bis 15-prozentig). Auch eine halbkonzentrierte Salpetersäure (ca. 30-prozentig) bewirkt noch merkliche Passivierung. Der häufigste Oxidationszustand ist +II, seltener werden −I, 0, +I, +III und +IV beobachtet. Im Nickeltetracarbonyl hat Nickel die Oxidationszahl 0. Nickel(II)-Salze lösen sich in Wasser unter Bildung von Aquakomplexen mit grünlicher Farbe.

Fein verteiltes Nickelpulver kann durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden und brennt nach deren Entfernung weiter. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist. Fein verteiltes Nickel reagiert mit Kohlenmonoxid bei 50 bis 80 °C zu Nickeltetracarbonyl, Ni(CO)₄, einer farblosen, sehr giftigen Flüssigkeit. Diese dient als Zwischenprodukt zur Herstellung von reinstem Nickel nach dem Mond-Verfahren. Bei 180 bis 200 °C zerfällt Nickeltetracarbonyl wieder in Nickel und Kohlenmonoxid.

Isotope

Nickel hat fünf stabile Isotope: ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni und ⁶⁴Ni. Diese gehören zu den stabilsten Atomkernen überhaupt. Von allen Nukliden hat ⁶²Ni die größte Bindungsenergie pro Nukleon (gefolgt von ⁵⁸Fe und ⁶⁴Ni) und die zweitkleinste Masse pro Nukleon (hinter ⁵⁶Fe und vor ⁶⁰Ni). Die Nukleosynthese von Nickel und Eisen durch Siliciumbrennen ist daher die letzte Phase der Kernfusionsreaktionen in Sternen, bei denen noch Energie freigesetzt wird.

Physiologie

Der umstrittenen Essenzialität von Nickel steht die Existenz mehrerer Enzyme gegenüber, die im Normalfall Nickel enthalten, darauf aber nicht angewiesen sind, da dessen Rolle als Kation von anderen zweiwertigen Kationen übernommen werden kann. Im Menschen handelt es sich dabei um drei Proteine, von denen bekannt ist, dass sie Nickel binden:

• alpha-Fetoprotein bindet Nickel, ist aber nicht darauf angewiesen, da kein Enzym
• Aciredukton-Dioxygenase, ein Enzym des Methionin-Salvage-Stoffwechselwegs, das üblicherweise Nickel oder ein anderes zweiwertiges Kation bindet
• Polyribonukleotid-5′-hydroxylkinase Clp1, die als Cofaktor Magnesium, Mangan oder Nickel benötigt

Für Pflanzen und verschiedene Mikroorganismen ist die Essenzialität von Nickel durch Isolierung mehrerer Enzyme (z. B. Urease, Co-F430), die Nickel im aktiven Zentrum enthalten, sowie durch Nachweis von Mangelerscheinungen in nickelarmer Umgebung, die sich durch Zusatz von Ni(II)-Salzen beheben lassen, gesichert.

In der Elektrophysiologie werden Nickel-Ionen dazu verwendet, spannungsaktivierte Calciumkanäle zu blockieren.

Gesundheitliche Probleme

Nickel ist mit der Nickeldermatitis der häufigste Auslöser für Kontaktallergien: In Deutschland sind schätzungsweise 1,9 bis 4,5 Millionen Menschen gegen Nickel sensibilisiert. Wegen daher geänderter Gesetzgebung sind Metalle und Legierungen, die mit der Haut in Kontakt kommen, seltener vernickelt. Etwa 10 % aller Kinder sind gegenüber Nickel sensibilisiert. Bei erneutem Kontakt mit dem Allergen können diese mit einer Kontaktallergie reagieren. Außerdem ist ein erhöhter Nickelgehalt in der Atemluft und im Trinkwasser ein Risikofaktor für eine Sensibilisierung gegen Nickel bei Kindern.

Die tolerierbare tägliche Aufnahmemenge (TDI) von Nickel beträgt laut Europäischer Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) 2,8 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht. 2019 hat die Arbeiterkammer Oberösterreich zwölf verschiedene Sojadrinks bei der Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit untersuchen lassen. Die Werte lagen zwischen 0,25 (Dennree Soja Drink Natur) und 0,69 Milligramm pro Liter (Ja! Natürlich Bio Soja Drink). Bei der Sojamilch mit den höchsten Werten hat ein 30 Kilo schweres Kind bereits bei einem Viertelliter mehr als doppelt so viel Nickel aufgenommen wie von der EFSA empfohlen.

Nickelmetall und viele Nickelverbindungen sind als krebserzeugend, keimzellmutagen (erbgutverändernd) und reproduktionstoxisch (fortpflanzungsgefährdend) – KMR – sowie als haut- und atemwegssensibilisierend eingestuft.

Das Einatmen anorganischer Nickelverbindungen ist mit einem erhöhten Krebsrisiko für Plattenepithelkarzinome der Lunge und der oberen Luftwege verbunden. Derartige bösartige Neubildungen werden in Deutschland bei berufsbedingter Exposition als Berufskrankheiten anerkannt (BK 4109).

Die aktuellen Einstufungen der verschiedenen Nickelverbindungen nach Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 und nach der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 905 sowie TRGS 907 können der GESTIS-Stoffdatenbank oder der Gefahrstoffliste des Instituts für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) entnommen werden. Für Nickelmetall wurde 2015 ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 6 µg/m³ erstmals in der alveolengängigen Fraktion (A-Fraktion) und 2018 zusätzlich ein AGW von 30 µg/m³ in der einatembaren Fraktion (E-Fraktion) in der TRGS 900 veröffentlicht.

Nickel und seine Verbindungen können über den Atemtrakt, mit der Nahrung oder dermal aufgenommen werden. Die Allgemeinbevölkerung nimmt Nickel hauptsächlich über die Nahrung auf, die inhalative Belastung ist gering. Für arbeitsbedingt exponierte Personen ist die Aufnahme über den Atemtrakt meist der Hauptpfad. Zwar sind keine akut toxischen Effekte zu erwarten, jedoch können nach längerer Exposition insbesondere lungentoxische und nierentoxische Effekte auftreten; auch fruchtschädigende und atemwegssensibilisierende Effekte wurden beobachtet.

Verbote

Zur Eindämmung der Risiken einer Nickelempfindlichkeit und einer Wirkung als Allergen verlangte die Europäische Union 1994 von ihren Mitgliedstaaten Regelungen zur Begrenzung der Verwendung und des Inverkehrbringens von Produkten aus Nickel oder Nickelverbindungen, die unmittelbar und länger mit der menschlichen Haut in Verbindung kommen wie Ohrstecker, Armbanduhrgehäuse, Halsketten, Brillengestelle oder Reißverschlüsse als Teil der Bekleidung; als Grenzwert war eine Nickelabgabe (Nickellässigkeit) von mehr als 0,5 Mikrogramm je Quadratzentimeter und Woche bestimmt, die auch bei einem beschichteten Erzeugnis aus Nickel nach zwei Nutzungsjahren nicht überschritten werden durfte. In Deutschland wurden diese Verbote durch die Bedarfsgegenständeverordnung für Bedarfsgegenstände, also Gegenstände mit Hautkontakt oder mit Lebensmitteln, umgesetzt und später durch Kennzeichnungsgebote ergänzt. Die Verwendung von Nickel und das Inverkehrbringen solcher Erzeugnisse ist in der Europäischen Union seit 2009 unmittelbar wirksam geregelt. Demnach gilt weiterhin der Grenzwert (Migrationslimit) von 0,5 μg/(cm² Woche), bei Stäben, die in die Haut gestochen werden (Ohrstecker, Piercings), jedoch nun von 0,2 μg/(cm² Woche). In der Praxis kann allerdings unklar sein, was „längerer“ Hautkontakt konkret bedeutet, etwa zur Beurteilung von Spielzeug, Nähnadeln oder Schreibstiften.

Verwendung

Hufeisenmagnet aus Alnico

Nickel wird als Metall in geringen Mengen benötigt, der größte Teil der Produktion geht in die Produktion von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen. Nickel wird in vielen spezifischen und erkennbaren Industrie- und Konsumgütern verwendet, einschließlich Edelstahl, Alnico-Magneten, Münzen, wiederaufladbaren Batterien, E-Gitarrensaiten, Mikrofonkapseln, Plattierungen auf Sanitärarmaturen und speziellen Legierungen wie Permalloy, Elinvar und Invar. Es wird zum Beschichten und als Grüntönung in Glas verwendet. Die Reserven an nach heutigen Gesichtspunkten abbauwürdigen Nickelvorkommen liegen zwischen 70 und 170 Millionen Tonnen. Gegenwärtig werden weltweit jährlich mehr als zwei Millionen Tonnen (2020: 2,5 Mio. Tonnen) gefördert. Der Preis für Nickel unterliegt wegen Finanzmarktspekulationen zeitweise sehr hohen Preisschwankungen.

Verwendung als Metall

Gaschromatograph

Reines Nickelmetall wird in feinverteilter Form als Katalysator bei der Hydrierung ungesättigter Fettsäuren verwendet. Auf Grund seiner chemischen Beständigkeit wird Nickel für Apparate im chemischen Labor und der chemischen Industrie verwendet (z. B. Nickeltiegel für Aufschlüsse). Aus Nickelmetall werden Nickellegierungen, z. B. für Münzen, hergestellt.

Nickel dient als Überzugsmetall zum Korrosionsschutz („Vernickeln“) von Metallgegenständen: Wegen seiner vor Oxidation schützenden Eigenschaften werden Metalle (insbesondere Eisen) mittels galvanischer Technik für bestimmte technische Zwecke mit einer Nickelschicht überzogen.

Ebenfalls genutzt wurde das Metall früher zur Herstellung der Fassungen von Nickelbrillen.

Als Betastrahler wird das Nickelisotop ⁶³Ni in Elektroneneinfangdetektoren in Gaschromatografen eingesetzt.

Verwendung als Legierung

Turboprop-Triebwerk Lycoming T53

Nickel ist ein bedeutendes Legierungsmetall, das hauptsächlich zur Stahlveredelung verwendet wird. Der größte Teil des Nickels geht dorthin. Es macht Stahl korrosionsbeständig und erhöht seine Härte, Zähigkeit und Duktilität. Mit Nickel hochlegierte Stähle werden in besonders korrosiven Umgebungen eingesetzt. Der Edelstahl V2A (der Name entstammt der „Versuchscharge 2 austenitisch“ im Krupp-Stahlwerk, entspricht X12CrNi18-8) enthält 8 % Nickel neben 18 % Chrom, der Edelstahl V4A (Markennamen Cromargan oder Nirosta) 11 % neben 18 % Chrom und 2 % Molybdän.

Nickel ist ein ausgezeichnetes Legierungsmittel für bestimmte Edelmetalle und wird im Brandtest als Sammler von Elementen der Platinmetalle verwendet. Als solches ist Nickel in der Lage, alle sechs Platinmetalle, vor allem Platin und Palladium, vollständig, und Gold teilweise, aus Erzen zu sammeln.

Nickelschaum oder Nickelnetz wird in Gasdiffusionselektroden für alkalische Brennstoffzellen verwendet.

Nickel und seine Legierungen werden häufig als Katalysatoren für Hydrierungsreaktionen verwendet. Raney-Nickel, eine feinteilige Nickel-Aluminium-Legierung, ist eine gebräuchliche Form, obwohl auch verwandte Katalysatoren verwendet werden, einschließlich Katalysatoren vom Raney-Typ.

Etwa 20 % des Nickels werden (in Deutschland) zur Herstellung von weiteren Nickellegierungen verwendet:

• Konstantan, eine Legierung aus 55 % Kupfer und 45 % Nickel, die über einen großen Temperaturbereich einen annähernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand besitzt. Sie wird vor allem für genaue Widerstände verwendet.
• Nickelbasis-Superlegierungen sind Legierungen speziell für den Einsatz bei hohen Temperaturen und unter korrosiven Medien. Sie finden zum Beispiel in Flugzeugturbinen und Gasturbinen von Kraftwerken Anwendung.
• Raney-Nickel, eine Nickel-Aluminium-Legierung, die ein wichtiger Katalysator für die Hydrierung organischer Verbindungen ist.
• Neusilber, eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung mit 10–26 % Nickelanteil, die besonders korrosionsbeständig ist und hauptsächlich für Bestecke und elektrotechnische Geräte verwendet wird.
• Monel, ebenfalls eine Kupfer-Nickel-Legierung mit etwa 65 % Nickel, 33 % Kupfer und 2 % Eisen, die sich durch besondere chemische Beständigkeit, unter anderem gegen Fluor, auszeichnet. Sie wird deshalb für Fluor-Druckgasflaschen verwendet.
• Austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit, ein sphärolithisches Sondergusseisen mit bis zu 20 % Nickel, für den Einsatz in korrosiver Umgebung und bei hohen Temperaturen.

Nachweis

Nachweisreaktion Bis(dimethylglyoximato)nickel(II)

Fällung des Nickel-Dimethylglyoxim-Komplexes aus einer Nickel(II)-sulfatlösung

Die Nachweis­reaktion für die in Wasser meist mit grüner Farbe löslichen Nickel(II)-salze wird in der quantitativen Analytik gravimetrisch sowie qualitativ im Kationentrenngang mit Dimethylglyoxim-Lösung (Tschugajews Reagens) durchgeführt. Nickelsalze werden zuvor gegebenenfalls durch Ammoniumsulfid als grauschwarzes Nickel(II)-sulfid ausgefällt und in Salpetersäure gelöst. Der spezifische Nachweis ist dann durch Reaktion mit Dimethylglyoxim in ammoniakalischer Lösung möglich. Dabei fällt das himbeerrote Bis(dimethylglyoximato)nickel(II) als Komplex aus:

${\ce {Ni^2+ + 2C4H8N2O2 + 2H2O -> Ni(C4H7N2O2)2 v + 2H3O+}}$.

Da Nickel aus ammoniakalischer Lösung mit Dimethylglyoxim quantitativ ausfällt, ist dieser Nachweis auch für die quantitative gravimetrische Nickelanalyse verwendbar. Aus ammoniakalischer Lösung kann auch mittels Elektrogravimetrie an einer Platinnetzelektrode eine quantitative Bestimmung erfolgen. Ähnlich anderen Schwermetallen wird Nickel heute meist durch Atomspektroskopie oder Massenspektrometrie auch im Ultraspurenbereich quantitativ bestimmt. Äußerst empfindlich ist die inverse Voltammetrie mit adsorptiver Anreicherung des Ni-Dimethyglyoxim-Komplexes an hängenden Quecksilbertropfen oder Quecksilberfilmelektroden.

Verbindungen

Nickel kommt in Verbindungen hauptsächlich in der Oxidationsstufe +II vor. Die Stufen 0, +I, +III und +IV sind selten und meist instabil. Nickel bildet eine Vielzahl meist farbiger Komplexe.

Oxide

Nickel(II)-oxid und Nickel(III)-oxid sind grüne beziehungsweise schwarze Feststoffe und werden zur Herstellung von Keramik, Gläsern und Elektroden verwendet. Außerdem werden sie als Katalysatoren für die Hydrierung organischer Verbindungen genutzt. Wie viele andere binäre Metalloxide ist Nickel(II)-oxid häufig nicht stöchiometrisch, was bedeutet, dass das Nickel-Sauerstoffverhältnis von 1:1 abweicht. Diese Eigenschaft geht mit einer Farbänderung einher, wobei das stöchiometrisch korrekte Nickel(II)-oxid grün und das nichtstöchiometrische Nickel(II)-oxid schwarz ist. Nickel(III)-oxid wirkt stark oxidierend und ist als Reinstoff unbekannt.

Halogenide

Nickel(II)-chlorid ist ein gelber, stark hygroskopischer Feststoff, der als Farbstoff für Keramik und zur Herstellung von Nickelkatalysatoren dient. Neben der wasserfreien Form gibt es noch wasserhaltige Nickel(II)-chloride, z. B. das grüne Nickel(II)-chlorid-Hexahydrat, das aus wässrigen Nickelchloridlösungen auskristallisiert. Das wasserfreie Nickel(II)-chlorid hat eine trigonale Kristallstruktur vom Cadmium(II)-chlorid-Typ mit der Raumgruppe R3m (Raumgruppen-Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166. Das Hexahydrat kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe C2/m (Raumgruppen-Nr. 12)Vorlage:Raumgruppe/12.

Nickel(II)-fluorid ist ebenfalls stark hygroskopisch und bildet gelbliche bis grüne tetragonale Kristalle. Im Gegensatz zu vielen Fluoriden ist es an der Luft stabil. Es kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe P4₂/mnm (Raumgruppen-Nr. 136)Vorlage:Raumgruppe/136. Das Tetrahydrat kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem mit der Raumgruppe P2₁ab (Raumgruppen-Nr. 29, Stellung 3)Vorlage:Raumgruppe/29.3.

Weitere anorganische Nickelverbindungen

Nickelantimonid

Nickel(II)-sulfat-Hexahydrat

Nickel(II)-hydroxid und Nickel(III)-oxidhydroxid dienen zur Speicherung elektrischer Energie in Nickel-Cadmium- und anderen Nickelakkumulatoren.

Nickel(II)-nitrat verwendet man in der Keramikindustrie als braunes Pigment, in der Färberei als Beizmittel, zum elektrolytischen Vernickeln, zum Gewinnen von Nickel(II)-oxid und zum Herstellen von reinem Katalysatornickel. Nickel(II)-nitrat ist ein starkes Oxidationsmittel und kommt gewöhnlich in Form seines Hexahydrates Ni(NO₃)₂ · 6 H₂O vor.

Nickel(II)-sulfat und Ammoniumnickel(II)-sulfat werden bei der Galvanisierung (Vernickelung) verwendet. Nickel(II)-sulfat ist die technisch wichtigste Nickelverbindung. Es dient zur Herstellung von anderen Nickelverbindungen und Katalysatoren. Die wässrigen Lösungen von Nickel(II)-sulfat und Nickel(II)-chlorid werden zur galvanischen Abscheidung von metallischen Nickelschichten verwendet. Weiterhin wird es in der Färberei als Beizmittel und bei der Herstellung von Gasmasken verwendet.

Nickel(II)-carbonat kommt in mehreren Hydratformen vor. Es wird als Katalysator bei der Fetthärtung und zur Herstellung von Nickel(II)-oxid, keramischen Farben (Pigment) und Glasuren sowie beim Galvanisieren verwendet. Es bildete ein trigonales Kristallsystem mit der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 161)Vorlage:Raumgruppe/161.

Nickel(II)-sulfid fällt aus ammoniakalischen, nicht jedoch aus sauren, nickelhaltigen Lösungen mit Ammoniumsulfid aus. Dadurch kann Nickel mit der Ammoniumsulfid-Gruppe im Kationentrennungsgang abgetrennt werden.

Das als Breithauptit bekannte Nickelantimonid ist ein metallisch glänzendes Mineral und hat eine helle kupferrote Farbe. Anwendung findet Nickelantimonid als Werkstoff in magnetischen Feldplatten, wo es zwischen magnetisch empfindlichen Schichten aus Indiumantimonid eingebracht wird. Magnetische Feldplatten ändern in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte ihren elektrischen Widerstand und dienen als Sensor für Magnetfelder. Es bildet eine hexagonale Kristallstruktur in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194.

Organische Nickelverbindungen

Nickeltetracarbonyl Ni(CO)₄ ist eine farblose, sehr giftige Flüssigkeit. Sie ist ein wichtiges Zwischenprodukt im Mond-Verfahren. Nickeltetracarbonyl war die erste entdeckte Metallcarbonyl-Verbindung.

Nickelkomplexe

Lösungen von Tetraamminnickel(II)-sulfat (links) und Kaliumtetracyanoniccolat(II) (rechts)

Nickel und dabei v. a. Nickel(II)-Ionen bildet viele, meist farbige Komplexe. Die Koordinationszahlen 6, 5 oder 4 sind am häufigsten. Bei schwachen, einzähnigen Liganden, beispielsweise Wasser, liegen sie meist als oktaedrische und paramagnetische High-spin-Komplexe mit Koordinationszahl 6 vor. Starke Liganden wie Cyanid bilden quadratisch-planare, diamagnetische Low-spin-Komplexe. Ebenfalls einen quadratisch-planaren Komplex bildet Dimethylglyoxim, da der Komplex zusätzlich durch Wasserstoffbrücken stabilisiert ist. Letzterer Bis(dimethylglyoximato)nickel(II)-Komplex ist für den nasschemischen Nickelnachweis von Bedeutung. Anionische Nickelkomplexe enden auf „-niccolat“.

Beispiele für Amminkomplexe sind der blaue Tetraamminnickel(II)- und violette Hexaamminnickel(II)-komplex. Beide Verbindungen erhält man durch Zugabe von Ammoniak zu Nickel(II)-salzlösungen:

${\ce {NiSO4 + 4NH4+ + 4OH- -> [Ni(NH3)4]SO4 + 4H2O}}$

Durch Zugabe von Kaliumcyanid zu Nickel(II)-salzlösungen entsteht zunächst Nickel(II)-cyanid, das sich im Überschuss von Kaliumcyanid zu gelbem Kaliumtetracyanoniccolat(II) auflöst:

${\ce {Ni(CN)2 + 2KCN -> K2[Ni(CN)4]}}$

Eine entsprechende Verbindung entsteht mit Kaliumthiocyanat. Eine sehr empfindliche Verbindung ist das Kaliumhexafluoroniccolat(IV) (K₂[NiF₆]). Mit einem starken Reduktionsmittel lässt sich aus Kaliumtetracyanoniccolat(II) der zweikernige Komplex K₄[Ni₂(CN)₆] mit einwertigem Nickel herstellen. Daneben existiert eine Vielzahl von Komplexen mit organischen Liganden wie beispielsweise Ethylendiamin oder Anionen von Carbonsäuren.

Literatur

• Eberhard Auer, Siegfried Müller, Rainer Slotta: 250 Jahre Nickel. Vom „nickel“ zum „EURO“. Verlag Deutsches Bergbau-Museum, Reihe Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum Bd. 95, Bochum 2001, ISBN 3-921533-81-3.
• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1709–1721.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
• VDM-Magazin Nr. 708, Themenheft Nickel, November 2022

Weblinks

Commons: Nickel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Nickel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Nickel – Lern- und Lehrmaterialien

Wikisource: Ueber die chemische Zusammensetzung der Producte der freiwilligen Zersetzung der Kobalt- und Nickelerze – Quellen und Volltexte

• Mineralienatlas:Nickel (Wiki)
• Reinstnickel >=99,9 % als Bild in der Sammlung von Heinrich Pniok
• Nickelpreisentwicklung als Diagramm (englisch)
• Medizinischer Text über Nickelmangel oder -überschuss im Körper der eesom AG, Bern (CH).

Einzelnachweise

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