Nikl a sloučeniny (jako Ni)

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení (ES) č. 1272/2008, ve znění pozdějších předpisů.

Nikl je bílý, feromagnetický, kujný a tažný kov. Je dobrým vodičem tepla a elektřiny. Nejběžnějším oxidačním stavem je +2. V komplexních sloučeninách se může vyskytovat i s oxidačním číslem 0, +1 a +3.

Asi 65 % niklu se spotřebovává na výrobu nerez oceli. Dalších 12 % se využívá na výrobu vysoce legovaných slitin. Zbývajících 23 % niklu se používá na výrobu slitin, nabíjecích baterií, katalyzátorů a dalších chemikálií, keramiky, mincí a odlitků, k barvení skla (na zeleno) a k pokovování.

Díky poměrně velmi dobré stálosti kovového niklu vůči atmosférickým vlivům i vodě se často nanáší velmi tenká niklová vrstva na povrchy méně odolných kovů, nejčastěji železa. Běžně se takto upravují jednoduché pracovní nástroje jako šroubováky nebo klíče, ale také některé chirurgické nástroje a pomůcky se niklují. Značné odolnosti kovového niklu se využívá při výrobě chemického nádobí, které je možno vystavit účinkům alkalických tavenin. Nikl patří společně se železem, chromem a manganem mezi základními kovy, které slouží pro legování ocelí. Jemně rozptýlený elementární nikl je velmi účinným hydrogenačním katalyzátorem. Využívá se v potravinářství k výrobě ztužených tuků z rostlinných olejů.

Nikl je součástí velmi odolných slitin jako např. Monelův kov o složení 68 % Ni a 32 % Cu se stopami manganu a železa, používaný pro výrobu lodních šroubů ale i kuchyňského vybavení. Slitiny Alnico se skládají z železa, kobaltu, niklu, hliníku a mědi a slouží pro výrobu velmi silných permanentních magnetů. Významné místo patří slitinám niklu ve výrobě šperků. V současné době poměrně populární bílé zlato je obvykle právě slitinou zlata, niklu, mědi a zinku. Zvláštní slitina niklu a stříbra slouží často jako materiál pro výrobu elektrických kontaktů v silně namáhaných silnoproudých spínačích, které musí vykazovat vysokou úroveň spolehlivosti. Jde o směs o složení přibližně 90 % stříbra + 10 % niklu. Výslednému materiálu potom stříbro dodává vynikající elektrickou vodivost a nikl zase výhodné mechanické vlastnosti - tvrdost a odolnost proti otěru.

Značná část celosvětově vyrobeného niklu končí v současné době jako surovina pro výrobu elektrických článků s možností mnohonásobného dobíjení. Nikl-hydridové baterie slouží jako zdroj elektrické energie v řadě mobilních telefonů, přenosných svítilen a dalších. Pro zdroje s vyšší elektrickou kapacitou se používají spíše nikl-kadmiové galvanické elektrické články. Vzhledem k prokázané toxicitě kadmia se však výroba těchto baterií postupně omezuje. V laboratoři se nikl používá jako katalytický kov, jeho slitina s hliníkem (Raneyův nikl) se používá jako redukční činidlo. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití postupně omezováno.

Nejdůležitější niklové rudy jsou nikelin (niccolit) NiAs, breithauptit NiSb a pentlandit (Ni,Fe)₉S₈. Nejvyšší obsah niklu (78,58 % Ni) má ze všech nerostů bunsenit NiO. Celkem je známo téměř 200 nerostů s obsahem niklu. Pentlandit obsahuje obvykle vysoké příměsi ruthenia a je jeho nejdůležitějším zdrojem. K dalším známým minerálům s obsahem niklu patří např. millerit NiS, rammelsbergit NiAs₂, niklskutterudit NiAs₃, annabergit Ni₃(AsO₄)₂·₈H₂O, bunsenit NiO, dienerit Ni₃As, imgreit NiTe, melonit NiTe₂ nebo sederholmit NiSe. Přirozeným zdrojem niklu v atmosféře jsou aerosoly z mořské hladiny, půdní prachy a sopečný popel. Nikl se také uvolňuje při lesních požárech. Část atmosférického niklu pochází z meteoritického prachu. Meteority obsahují 5 – 50 % niklu. Antropogenním zdrojem je těžba a zpracování niklu a spalování fosilních paliv a odpadů.

Nikl může vstupovat do vody přirozeně rozpouštěním minerálů dna nebo může být obsažen v dešťové vodě. Antropogenním zdrojem jsou především odpadní vody z povrchové úpravy kovů a dále odpadní vody z barevné metalurgie. Dalším zdrojem mohou být poniklované části zařízení přicházejících do styku s vodou. Zvýšení koncentrace niklu v půdě může být způsobeno aplikací čistírenských kalů. Významný podíl zaujímají spalovací procesy a rafinerie ropy a plynu.

Mezi nejvýznamnější antropogenní emise patří:

• spalování fosilních paliv a odpadů;
• rafinerie ropy a plynu;
• těžba a zpracování niklu;
• aplikace čistírenských kalů do půdy.

Nikl patří mezi významně toxické těžké kovy. Nikl přítomný v ovzduší se může atmosférickou depozicí dostávat do půdy nebo vody. Nikl se váže na částice obsahující železo a mangan, které se často vyskytují v půdě a sedimentech. Proto se zde vyskytuje většina niklu v prostředí. V přírodní vodě při pH 5 - 9 je dominantní formou výskytu Ni²⁺. V tomto rozmezí pH se nikl může sorbovat na oxidy železa a manganu nebo tvořit komplexní sloučeniny s anorganickými ligandy. Toxicita niklu pro některé vodní organismy je poměrně vysoká, proto je jeho přípustná koncentrace ve vodárenských tocích limitována přísněji než v pitné vodě. Rostliny přijímají nikl z půdy převážně kořeny, jsou schopné ho akumulovat. Snížením pH se zvyšuje mobilita niklu a tím i příjem rostlinami.

Nikl patří mezi prvky, jejichž vliv na zdravotní stav lidského organismu je jednoznačně negativní. Je silně alergenní a patří mezi lidské karcinogeny (rakovina plic, nosní přepážky a vzácněji hltanu). Vyskytuje se ve stopách v organismu, např. v některých enzymech. Jeho biologická funkce však zatím není známa. Při kontaktu způsobuje vznik kožní dermatitidy, nazývané niklový svrab. 6 – 10 % obyvatelstva trpí alergií na nikl. Projevuje se zarudnutím kůže a později až vznikem kožních ekzémů při trvalém styku s předměty z niklu. Zvláště nebezpečné jsou náušnice, protože oblast ucha patří mezi velice senzitivní části lidského těla a alergické působení zde může nabývat dramatičtějších rozměrů – otoky hlavy, astmatické záchvaty. Akutní otrava má za následek poškození zažívacího traktu, cév, ledvin, srdce a centrální nervové soustavy. Dlouhodobá expozice vysokým dávkám niklu způsobuje snížení váhy, poškození srdce a jater a záněty kůže.

Nikl může být přijímán potravou (90 % celkového příjmu), inhalačně nebo pokožkou. Příjem potravou však nepředstavuje velké riziko, protože pouze 2-3 % niklu přijatého potravou je skutečně absorbováno. Ohroženou skupinou jsou kuřáci, protože v cigaretovém kouři se vyskytuje velmi toxický tetrakarbonyl niklu v koncentraci 1,1 až 3,1 µg. Tetrakarbonyl niklu je nejtoxičtější sloučenina niklu, je to těkavá kapalina působící především na dýchací systém. Otrava se po několikahodinové latentní periodě projevuje bolestmi hlavy, závratěmi, podrážděním, záněty horních cest dýchacích až edémem plic. Respirační systém je hlavním cílovým orgánem také při expozici prachu obsahujícímu nikl nebo jeho sloučeniny. Inhalace prachu s obsahem Ni způsobuje podráždění dýchacích cest, alergické astma. U dělníků pracujících s niklem ve slévárnách byla prokázána souvislost mezi expozicí (vylučováním niklu v moči) a poškozením ledvinových tubulů.

V České republice platí pro koncentrace niklu a jeho sloučenin následující limity v ovzduší pracovišť:

• Pro nikl: PEL – 0,5 mg.m^-3, NPK - P – 1 mg.m^-3;
• Pro tetrakarbonyl niklu: PEL – 0,01 mg.m^-3, NPK - P – 0,02 mg.m^-3;
• Pro sloučeniny niklu s výjimkou tetrakarbonylu niklu: PEL – 0,05 mg.m^-3, NPK - P – 0,25 mg.m^-3.

Nikl z toxikologického hlediska je zařazen mezi významné jedy (zvláště NiS, NiO a tetrakarbonyl niklu). Je silně alergenní a patří mezi lidské karcinogeny (rakovina plic, nosní přepážky a vzácněji hltanu). Nikl je nebezpečný pro vodní organismy. Proto je v povrchových vodách limitován přísněji než ve vodách pitných.

Pro stanovení niklu ve vodných roztocích lze obecně použít techniku atomové absorpční spektrometrie (AAS), nejlépe s hydridovou atomizací, dále techniku ICP-OES (emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem) nebo ICP-MS (hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem). Pro stanovení Ni v matricích je k dispozici řada normovaných postupů:

* Evropská norma EN 14385:2004 má status české technické normy.

Množství emitovaného niklu je možné odhadnout z rozdílu mezi koncentracemi niklu v surovině a v produktu. Pevné vzorky (půda, prašný aerosol) je nutné před vlastním stanovením mineralizovat kyselinou dusičnou. Služby poskytují komerční laboratoře.

Při koncentraci niklu 50 mg.l^-1 v odpadní vodě odpovídá dosažení ohlašovacího prahu pro emise a přenosy do vody vypuštění 400 m³ odpadní vody ročně. Práh pro emise po ovzduší je dosažen při vypouštění 500 000 m³ odpadního vzduchu o koncentraci 100 mg.m^-3 (pokud byl údaj o koncentraci uveden při stejné teplotě a tlaku jako objem plynu).

Nikl patří již dlouhou dobu mezi tzv. mincovní kovy, používané k ražení mincí, obvykle ve slitinách s mědí. V České republice jsou z těchto slitin vyráběny především mince o nominální hodnotě 1, 2 a 5 Kč. V Evropské unii se tento problém týká minci s nominální hodnotou 1 a 2 eura.
Obrázek 1 ukazuje vztahy mezi koncentrací niklu a možným ohrožením. Graf je k dispozici na webových stránkách agentury US EPA (USA).

Obrázek 1: Vztahy mezi koncentrací niklu a možným zdravotním rizikem

• Encyklopedie Wikipedia, https://cs.wikipedia.org/wiki/Nikl, https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel
• Agency for Toxic Substances and Disease Registry, https://www.atsdr.cdc.gov
• Hazardous Substance Fact Sheets, State of New Jersey Department of Health, http://www.state.nj.us/
• Environment Agency, https://www.gov.uk/government/organisations/environment-agency
• PubChem, Open Chemistry Database, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/935
• Centers for Disease Control and Prevention, https://www.cdc.gov/niosh/topics/nickel/
• Databáze Eurochem, https://chemax.cz/#/record/eEFjNUtCdzUyVVE9
• Harte J., Holdren C., Schneider R., Shirley Ch.: Toxics A to Z, A Guide to Everyday Pollution Hazards, University of California Press, 1991
• Weiner E. R.: Applications of Environmental Chemistry, A Practical Guide for Environmental Professionals, Lewis Publishers, 2000
• Pitter P.: Hydrochemie, Vydavatelství VŠCHT, 1999
• Horáková M.: Analytika vody, VŠCHT Praha, 2003
• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, VŠCHT Praha 2008
• Periodická tabulka, http://www.prvky.com/28.html
• Igor Linhart: Toxikologie, VŠCHT Praha, 2014
• European Industrial Emissions Portal, https://industry.eea.europa.eu/pollutants/pollutant-index
• ČSN online, https://csnonline.agentura-cas.cz/