Nickel (Niken) – Hoạt Chất Đa Dụng Trong Công Nghiệp Và Y Tế: Tổng Hợp Từ A-Z
Khám phá toàn diện về Nickel (Niken) – từ đặc tính hóa học, ứng dụng trong thép không gỉ, pin lithium-ion đến tác động sức khỏe. Bài viết cung cấp thông tin chi tiết, khoa học và cập nhật nhất 2025.
Nickel (ký hiệu hóa học Ni) là nguyên tố kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm sắt từ, đứng thứ 28 trong bảng tuần hoàn. Với màu trắng bạc, độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn vượt trội, Nickel trở thành thành phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, từ luyện kim, điện tử đến y tế 37.
Theo ước tính, khoảng 68% sản lượng Nickel toàn cầu được dùng để sản xuất thép không gỉ, trong khi 14% dành cho hợp kim đồng và 8% cho mạ điện 11. Đặc biệt, sự phát triển của xe điện và năng lượng tái tạo đang đẩy nhu cầu Nickel lên mức kỷ lục, dự kiến tăng 40% vào năm 2030 8.
Năm 3500 TCN: Dấu vết Nickel đã xuất hiện trong đồ đồng trắng ở Trung Quốc cổ đại.
1751: Nhà khoa học Thụy Điển Axel Frederik Cronstedt tách thành công Nickel từ quặng Kupfernickel, đặt tên theo từ “kobold” (linh hồn xấu) trong tiếng Đức 7.
1881: Đồng xu Nickel nguyên chất đầu tiên được đúc tại Thụy Sĩ, mở đường cho ứng dụng tiền tệ 11.
Nickel chiếm 0.008% khối lượng vỏ Trái Đất, tập trung chủ yếu trong:
Quặng sunfua: Pentlandit ((Fe, Ni)₉S₈), Millerit (NiS).
Quặng oxy hóa: Garnierit (NiO) 7.
Các mỏ lớn nhất nằm ở Nga, Canada, Indonesia, và Úc, đóng góp 60% sản lượng toàn cầu 11.
| Đặc tính | Chi tiết |
|---|---|
| Màu sắc | Trắng bạc, ánh kim |
| Khối lượng riêng | 8.9 g/cm³ |
| Nhiệt độ nóng chảy | 1455°C |
| Từ tính | Một trong 4 kim loại có từ tính ở nhiệt độ phòng (cùng sắt, cobalt, gadolinium) |
Khả năng chống ăn mòn: Không phản ứng với nước, không khí ở nhiệt độ thường.
Ổn định nhiệt: Chịu được nhiệt độ lên đến 500°C mà không oxy hóa.
Phản ứng với axit: Tan chậm trong axit nitric (HNO₃) và axit sulfuric đặc nóng (H₂SO₄).
Thành phần: Chiếm 8-12% trong thép không gỉ Austenitic (ví dụ SUS 304, 316).
Lợi ích: Tăng độ bền, chống ăn mòn axit và muối, ứng dụng trong thiết bị y tế, tàu biển.
Hợp kim Niken-Đồng (Monel): Chứa 65% Ni + 30% Cu, dùng trong ống dẫn dầu khí dưới biển 3.
Siêu hợp kim: Kết hợp Ni với Cr, Co, W để chế tạo turbine máy bay, tên lửa (chịu nhiệt đến 1200°C) 11.
Quy trình mạ Niken: Tạo lớp phủ dày 10-50 μm, giúp sản phẩm bóng đẹp, chống mài mòn. Ứng dụng trong phụ kiện thời trang, linh kiện ô tô 3.
Cathode NCM/NCA: Hợp chất LiNiₓCoₓMnₓO₂ (ví dụ NCM811) chiếm 60% thị trường pin xe điện nhờ mật độ năng lượng cao (≥200 Wh/kg).
Thách thức: Nhiệt độ phân hủy thấp (225°C) gây nguy cơ cháy nổ, đòi hỏi cải tiến cấu trúc hạt đơn tinh thể để tăng độ ổn định.
Dinh dưỡng: Nickel là vi chất cần thiết cho thực vật, tham gia tổng hợp enzyme urease 7.
Y tế: Dùng trong dụng cụ chỉnh nha, khớp nhân tạo nhờ tính tương thích sinh học 3.
Ngộ độc cấp tính: Tiếp xúc với bụi Nickel carbonyl (Ni(CO)₄ gây tổn thương phổi, tử vong ở liều 30 ppm 7.
Dị ứng da: Kích ứng do tiếp xúc với đồ trang sức mạ Nickel, tỷ lệ mắc 10-15% dân số 3.
Ô nhiễm môi trường: Khai thác Nickel thải ra chất độc như asen, làm ô nhiễm đất và nước ngầm 11.
| Hợp chất | Công thức | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Nickel Sulfate | NiSO₄ | Mạ điện, xúc tác tổng hợp hữu cơ |
| Nickel Oxide | NiO | Sản xuất gốm sứ, pin sạc Ni-MH |
| Nickel Chloride | NiCl₂ | Tổng hợp hợp chất hữu cơ, chất xúc tác |
| Nickel Hydroxide | Ni(OH)₂ | Pin kiềm, pin lithium-ion |
Giá Nickel (2025): Dao động 22,000-25,000 USD/tấn, tăng 20% so với 2023 do nhu cầu pin tăng cao.
Xu hướng:
Tái chế: Tận dụng Nickel từ pin cũ, giảm 30% chi phí khai thác.
Công nghệ mới: Phát triển cathode không cobalt (LiNiO₂) để giảm phụ thuộc vào nguyên liệu độc hại.
Nickel không chỉ là “xương sống” của ngành công nghiệp hiện đại mà còn đóng vai trò then chốt trong cuộc cách mạng năng lượng sạch. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn để cân bằng giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường. Với những đột phá trong công nghệ pin và vật liệu, Nickel hứa hẹn tiếp tục là “kim loại của tương lai”.
