Níquel (Ni)

O níquel é um elemento metálico localizado no quarto período da Tabela Periódica, sendo o primeiro elemento do grupo 10. Em sua forma pura, é um metal de coloração branco-prateada, levemente duro, maleável, com boa resistência à corrosão. O níquel também se destaca pelo seu magnetismo, que o transforma em ímã em contato com campos magnéticos.

O níquel é utilizado na cunhagem de moedas e também para melhorar as propriedades dos metais e ligas em que se associa. Sua boa resistência à corrosão classifica-o como um ingrediente imprescindível para a fabricação de aço inoxidável. O Brasil produz níquel, extraído principalmente de Goiás, Pará e Bahia. O país lucrou cerca de 628 milhões de dólares com sua exportação no ano de 2019.

Leia também: Rubídio — metal alcalino que reage violentamente com a água

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre níquel
• 2 - Propriedades do níquel
• 3 - Características do níquel
• 4 - Obtenção do níquel
• 5 - Aplicações do níquel
• 6 - Precauções com o níquel
• 7 - História do níquel
• 8 - Exercícios resolvidos sobre níquel

Resumo sobre níquel

• Níquel é um metal de coloração branco-prateada.
• Possui número atômico 28 e está no grupo 10 da Tabela Periódica, no quarto período.
• É resistente à corrosão e oxidação, além de ser maleável e levemente duro.
• É muito utilizado na composição do aço inoxidável, na cunhagem de moedas e na fabricação de baterias recarregáveis.
• Pode ser obtido através de minerais lateríticos (oxidados) ou sulfetados.

Propriedades do níquel

• Símbolo: Ni
• Número atômico: 28
• Massa atômica: 58,7 u
• Configuração eletrônica: [Ar]4s²3d⁸
• Ponto de fusão: 1453°C
• Ponto de ebulição: 2732°C
• Densidade: 8,9 g.cm^-3
• Eletronegatividade: 1,91
• Série química: metal de transição

Características do níquel

O níquel, em sua forma pura, é um metal de coloração branco-prateada. Ele é levemente duro (3,5 na escala Mohs), maleável, com boa resistência à corrosão e à oxidação. Sabe-se que o níquel mantém suas propriedades físicas mesmo quando submetido a temperaturas extremas. Na temperatura de 25°C, o níquel apresenta densidade de 8,5 g.cm^-3. Outro destaque é o seu magnetismo: o níquel se transforma em ímã em contato com campos magnéticos.

Ele tem, ainda, capacidade de melhorar as propriedades dos metais e ligas a que se associa, existindo mais de três mil ligas de níquel com aplicação industrial ou doméstica. Sendo assim, na indústria ele é visto como um material imprescindível, devido à sua performance, bons resultados e grande eficácia.

Leia também: Nióbio – metal com aplicações industriais e comerciais

Obtenção do níquel

O níquel é basicamente extraído de dois tipos de minerais: lateríticos (ou oxidados) e sulfetados. Os minerais lateríticos foram a principal fonte de níquel até o começo do século XX, quando os minerais sulfetados passaram a dominar o mercado. Hoje, apesar da maioria das reservas de níquel serem de minerais lateríticos, apenas 40% do níquel produzido provém desse tipo de mineral.

Contudo, os minerais sulfetados têm elevado custo de produção, uma vez que ocorrem em uma localização mais profunda e possuem menor rendimento de obtenção do metal em relação aos minerais lateríticos.

Atualmente, boa parte do níquel laterítico é destinado à produção de liga ferro-níquel e outros, utilizados na produção de aço inoxidável e outras ligas de aço. Já o níquel sulfetado é destinado à produção de níquel de alto teor de pureza (cerca de 99,9%). O níquel puro pode ser produzido por tecnologias pirometalúrgicas ou hidrometalúrgicas, em que, após britagem e moagem do minério, compostos de níquel são obtidos em solução para que sigam a um tratamento eletroquímico, o qual é empregado para obtenção do metal em sua forma pura.

Aplicações do níquel

Dada a sua grande resistência à oxidação e à corrosão, o níquel pode ser utilizado, tanto puro como em ligas, em aproximadamente 300 mil produtos para consumo, indústria, material militar, moedas, transporte/aeronaves e em aplicações voltadas para a construção civil.

Nos países industrializados, estima-se que cerca de 70% do níquel seja utilizado na siderurgia, para fabricação de aço inoxidável. O restante é direcionado para produção de ligas não ferrosas, galvanoplastia, ligas de aço, fundição, laminação, entre outros usos. Além da utilização do níquel de fonte primária, hoje também há utilização da forma reciclada, largamente aplicada na siderurgia, dando origem ao níquel secundário ou sucata de níquel.

Entre seus usos, a cunhagem de moedas é a utilidade mais famosa do níquel. Nos Estados Unidos, a moeda de cinco centavos, inclusive, é chamada de nickel (níquel, em inglês). O níquel metálico também é bastante utilizado como catalisador de reações de hidrogenação, além de ser empregado em baterias recarregáveis, as chamadas baterias níquel-cádmio (Ni-Cd) ou níquel-metal hidreto (Ni-MH).

Na biologia, podemos dizer que o níquel é essencial para a sobrevivência de diversos microrganismos que vivem em nosso intestino. Ademais, no ciclo do carbono, o níquel está presente em três enzimas: monóxido de carbono desidrogenase, acetil-CoA sintase e metil CoM redutase. A cada ano, essas três enzimas combinadas são responsáveis por remover cerca de 10⁸ toneladas de monóxido de carbono do meio ambiente e produzir cerca de 10¹¹ toneladas de acetato e 10⁹ toneladas de metano.

Atualmente, cientistas buscam contar com enzimas com níquel para solucionar problemas energéticos e ambientais, como a produção de células combustíveis de hidrogênio e redução de emissão de gás carbônico em usinas de carvão.

Leia também: Cobalto — elemento que apresenta propriedades magnéticas similares ao ferro e ao níquel

Precauções com o níquel

Entre os compostos de níquel, deve-se ter cuidado com aqueles pouco solúveis, como o sulfeto de níquel II (NiS) e óxido de níquel II (NiO), pois estes não são facilmente eliminados pelo corpo humano e, por isso, podem ser carcinogênicos.

O níquel, inclusive, está classificado no nível mais perigoso de substâncias cancerígenas (grupo 1), porém não existem provas suficientes, em animais e seres humanos, sobre qual exposição provoca câncer. Alguns estudos com trabalhadores que estão expostos a níquel metálico confirmaram o baixo risco de desenvolvimento de câncer respiratório associado à exposição ao níquel elementar durante o processo de refino.

Embora alguns estudos tenham tentando determinar o potencial carcinogênico do níquel elementar, hoje, a Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) classifica o níquel de acordo com a solubilidade: enquanto compostos inorgânicos insolúveis são classificados como A1 (carcinogênico humano confirmado), compostos inorgânicos solúveis são classificados como A4 (não classificável como carcinogênico para humanos – embora exista o risco, não existem dados suficientes para confirmá-lo). O níquel elementar, entretanto, é classificado como A5, que quer dizer que ele não é suspeito de carcinogênico para humanos.

O níquel, como já dito, é essencial para a sobrevivência de microrganismos que estão em nosso intestino. Contudo, esse elemento também é fundamental para algumas espécies não tão desejadas, como Escherichia coli, que podem causar infecções intestinais, gastroenterites e infecções urinárias. Já a Helicobacter pylori, responsável por úlceras estomacais, só consegue se manter no ambiente ácido do estômago graças a uma proteína que contém níquel, chamada urease, que decompõe a ureia em amônia e gás carbônico, neutralizando a acidez.

História do níquel

Os primeiros registros de utilização de níquel datam de 800 a.C., em moedas japonesas, além desse elemento aparecer em moedas gregas em 300 a.C. e em armamentos entre 300 e 400 a.C. No século IV a.C., manuscritos chineses descreviam uma espécie de “cobre branco”, que já teria sido utilizado no Oriente desde 1400–1700 a.C. Contudo, com a facilidade em confundir minas de níquel com prata, não há como ter certeza. Alguns artefatos de bronze sírio datados de 3500 a.C. possuíam traços de níquel, porém acredita-se que de forma acidental.

O níquel só foi catalogado como um novo elemento em 1751, quando isolado pela primeira vez pelo químico sueco Axel Fredrik Cronstedt, quando ele tentava extrair o cobre do pigmento niquelina (composto utilizado para colorir vidro). O nome do elemento vem do alemão kupfernickel, utilizado para designar o “falso cobre”.

Exercícios resolvidos sobre níquel

Questão 1

(UFG 2010) Baterias de níquel-hidreto metálico, MH, são empregadas em aparelhos eletrônicos como telefones, máquinas fotográficas etc. Considere que a reação global desse tipo de bateria seja

MH + NiO(OH) → M + Ni(OH)2

com uma diferença de potencial de saída de 1,35 V. Teoricamente, a tensão mínima, em volts, que se deve aplicar para recarregar essa bateria é de:

a) -0,5

b) -1,0

c) +0,5

d) +1,0

e) +1,5

Resposta

Ao descarregar, uma bateria NiMH desenvolve uma d.d.p de 1,35 V. Com isso, o carregamento, que é o processo químico contrário (transformação de energia elétrica em energia química), deve possuir uma tensão um pouco maior, para garantir a eficiência do processo.

Contudo, a tensão aplicada para carregamento não deve ser muito superior, pois pode acarretar em superaquecimento da bateria, gerando sobrecarga e mau funcionamento.

Sendo assim, a resposta certa é a letra E.

Questão 2

(ITA 2017) Deseja-se depositar uma camada de 0,85 g de níquel metálico no cátodo de uma célula eletrolítica, mediante a passagem de uma corrente elétrica 5 A através de uma solução aquosa de nitrato de níquel. Assinale a opção que apresenta o tempo necessário para esta deposição, em minutos.

a) 4,3

b) 4,7

c) 5,9

d) 9,3

e) 17,0

Resposta

O nitrato de níquel, de fórmula Ni(NO₃)_2, sofre dissociação iônica conforme a equação:

Ni(NO₃)₂ → Ni²⁺ + 2 NO₃^-

Sendo assim, o níquel metálico se depositará mediante redução do cátion níquel:

Ni²⁺ (aq) + 2 e^- → Ni (s)

Assim, estequiometricamente, temos que:

2 mols de elétrons – 1 mol de níquel

x mols de elétrons – 0,85 g Ni

A massa molar do níquel é de 59 g/mol, aproximadamente. Então:

2 mols de elétrons – 59 g Ni

x mols de elétrons – 0,85 g Ni

Com isso, temos que:

2 . 0,85 = x . 59

x ≈ 0,03 mol de elétrons

Contudo, como 1 mol de elétrons tem uma carga de 96500 C, 0,03 mols de elétrons terá, proporcionalmente, uma carga de 2895 C.

Como carga é o produto entre a corrente e o tempo, temos que:

q = i.t

2895 = 5.t

t = 579 segundos ≈ 9,6 minutos

A alternativa mais próxima é a letra D.

Créditos da imagem

[1] Photo Intrigue / Shutterstock.com

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química