Verwendung von Nickel - Eigenschaften und Einsatzgebiete

Das Element "Nickel"

Um es vorweg zu sagen: Nickel ist nicht giftig. Allerdings reagieren viele Menschen auf Nickel in Schmuckstücken, Reißverschlüssen oder Jeansknöpfen allergisch. Und das sollten Sie auf jeden Fall Ernst nehmen und direkten Kontakt mit der Haut vermeiden. So wird beispielsweise auch Weißgold, eine Gold-Nickel-Legierung, kaum noch benutzt.

• Nickel hat das chemische Symbol "Ni" und ist ein metallisches Element aus der 8. Nebengruppe im Periodensystem zwischen Kobalt und Kupfer. Die Ordnungszahl ist 28, die Ladungszahl beträgt also 28 Protonen im Kern und 28 Elektronen in der Hülle. In der 4s-Schale sind zwei Elektronen vorhanden, die für die Bindeeigenschaften und den metallischen Charakter verantwortlich sind.
• Das Element Nickel kommt in zahlreichen Isotopen, also Varianten mit unterschiedlicher Neutronenzahl im Kern, vor. Am häufigsten treffen Sie auf das stabile Nickel-58, das 30 Neutronen hat. Das mittlere Atomgewicht beträgt 58,71.

Historie, Gewinnung und Eigenschaften

• Nickel ist ein silberweißes, recht gut formbares Schwermetall, das natürlich mit einem prozentualen Massenanteil von etwa 0,01% in der Erdhülle vorkommt. Auch der (allerdings unerreichbare) Erdkern enthält mit großer Wahrscheinlichkeit erhebliche Mengen an Nickel.
• Obwohl man Nickel lange nicht als eigenes Element erkannte, hat es eine über Jahrtausende alte Geschichte. Nickel kommt nämlich nicht in reiner Form vor, sondern in unterschiedlichen Erzformen, die Nebenmetalle wie Eisen, Kupfer oder Kobalt enthalten. Von diesen Metallen lässt es sich nur schwierig und aufwendig trennen.
• Schon vor über 2000 Jahren gewannen die Chinesen eine Legierung aus einem Nickel-Kupfer-Zink-Erz. Die Griechen der Antike prägten Münzen aus nickelhaltigem Kupfer. Und im Mittelalter verwendete man nickelhaltige Mineralien zum Grünfärben von Glas.
• Bei den Bergleuten in Europa, vor allem in Sachsen, hatte Nickel jedoch einen sehr schlechten Ruf. Das dort angetroffene Rotnickelkies (Arsennickel) ähnelte nämlich dem Kupfererz. Sie glaubten daher, es sei von Berggeistern (den Nickeln, daher wahrscheinlich die Namensgebung) verhext. Es ließ sich aus ihm nämlich trotz der kupfernen Farbe kein Kupfer gewinnen.
• Erst der schwedische Mineraloge Alexander Cronstedt stellt im Jahr 1751 fest, dass sich aus dem Rotnickelkies ein bis dato unbekanntes Metall gewinnen ließ. Wenig später gelang es dem Chemiker Torbern Bergmann, das Element in einigermaßen reiner Form darzustellen.
• Ein wichtiges Verfahren zur Gewinnung von reinem Nickel ist das Carbonylverfahren. Bei ihm entsteht durch Reaktion der Erze mit Kohlenmonoxid chemisch flüchtiges Nickeltetracarbonyl. Das Nickelcarbonyl wird destilliert und anschließend zu Reinnickel zersetzt. Dabei kann das eingesetzte Kohlenmonoxid zurückgewonnen werden.
• Allerdings vergingen noch mehr als 100 Jahre, bevor man die hervorragenden Eigenschaften des Nickels in der Metallverarbeitung zu nutzen lernte. Bei den ersten wissenschaftlichen Untersuchungen war seine Ähnlichkeit zu Eisen aufgefallen, obwohl seine Dichte deutlich höher ist. Bemerkenswert ist jedoch seine hohe Korrosions- und Oxidationsfestigkeit: Nickel ist sehr widerstandsfähig gegenüber Sauerstoff, Wasser, nichtoxidierenden Säuren wie zum Beispiel Salzsäure sowie vielen Alkalien.

Nickel hat eine vielfache Verwendung

Am häufigsten finden Sie das Metall Nickel in Legierungen unterschiedlichster Zusammensetzung und Verwendung. Münzen (zusammen mit Kupfer), Modeschmuck, Besteck, Flugzeugtriebwerke und sogar Erdgastanker bestehen aus Legierungen, die einen unterschiedlichen Nickelgehalt haben.

• Nickel verleiht beispielsweise Stahl eine hohe Zähigkeit. Ein zusätzlicher Chromanteil macht ihn korrosionsfest. Er ist ein häufig verwendeter Edelstahl und wird (fälschlicherweise) oft als "rostfreier Stahl" bezeichnet. 
• Eine Stahllegierung mit 36% Nickel und 0,5% Mangan wird als "Invar" bezeichnet und besitzt eine äußerst niedrige Wärmeausdehnung. "Konstantan", eine Legierung aus Nickel und Kupfer, hat einen elektrischen Widerstand, der sich in großen Temperaturbereichen kaum ändert. Man benutzt ihn für Präzisionswiderstände.
• Als "Mümetall" wird eine Legierung aus Nickel, Eisen und Kupfer bezeichnet, die wegen ihrer stabilen magnetischen Eigenschaften für Transformatorkerne und magnetische Abschirmungen genutzt wird.
• Unentbehrlich ist Nickel auch in den (heute jedoch kaum noch verwendeten) Nickel-Cadmium- sowie den bekannten Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren zur Energieversorgung. Verwendung finden diese Energiespeicher beispielsweise in tragbaren Telefonen, Mobilfunkgeräten, Computern oder auch zum Antrieb von Hybridfahrzeugen.
• Reines Nickel ist jedoch eher als Nischenprodukt anzusehen. Wegen seiner resistenten Eigenschaften finden Sie beim galvanischen Vernickeln von Stahl, Messung oder auch Kunststoffen. Fein verteiltes Nickel spielt in der chemischen Industrie als Katalysator eine wichtige Rolle.
• Kaum bekannt ist, dass Nickel zu den unentbehrlichen Spurenelementen gehört. Der Körper des Menschen enthält etwa zehn Milligramm Nickel, das eine wichtige Rolle beim Kohlehydratstoffwechsel spielt. Zudem aktiviert Nickel mehrere Enzyme und Hormone im Körper. Eine vielseitige Ernährung deckt jedoch den täglichen Bedarf von 0,1 bis 0,2 Milligramm.

Kurz und bündig: Nickel ist ein "verkanntes" Metall, das früher wie heute kaum bekannt ist und trotzdem unzählige wichtige Anwendungen hat.