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28. Nickel (Ni) – Der Kern der Münzen · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und
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lernen. Kennst du schon unsere anderen
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Schlafreisereien wie Schlafreise durch das Universum oder
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Schlafreise durch vergessene Welten.
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Falls noch nicht, lohnt sich ein Blick.
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Sie nehmen Serien Dich mit auf Stille, Reisen durch Galaxien,
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versunkene Zivilisationen und die großen Rätsel unserer
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Existenz. Heute aber sind wir hier bei der
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Chemie, bei den Elementen, bei den Bausteinen unserer Welt.
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Und heute reisen wir gemeinsam zu einem Element, das in jedem
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Geldbeutel steckt, das in Flugzeugturbinen glüht, das im
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Erdkern schlummert und das in Batterien der Zukunft auf seinen
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großen Auftritt wartet. Nickel, Element Nummer 28 im
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Periodensystem, Symbol nio, der Kern der Münzen.
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Nickel ist ein silberglänzendes ferromagnetisches
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Übergangsmetall. Im Periodensystem steht es in
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der 10. Gruppe der Nickel Gruppe und in
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der vierten Periode zwischen Kobalt auf der Linken und Kupfer
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auf der rechten Seite. Die ordnungszahl 28 bedeutet 28
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Protonen im Atomkern, die Atommasse beträgt 58,693
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Atommasseneinheiten Nickel besitzt 5 stabile Isotope.
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Von denen Nickel 58 mit einem Anteil von etwa 68% das
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häufigste ist, was Nickel vom ersten Moment an auszeichnet,
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ist seine Beständigkeit. Nickel ist äußerst
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korrosionsbeständig, es bildet an der Oberfläche eine dünne,
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schützende Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Oxidation
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bewahrt, diese Passivierung, ähnlich wie beim Chrom.
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Macht Nickel zu einem idealen Legierungspartner und
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Überzugsmaterial zugleich, ist Nickel eines der wenigen
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Elemente, das bei Raumtemperatur ferromagnetisch ist.
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Neben Eisen und Kobalt das Dritte der klassischen
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Ferromagneten. Der Name Nickel hat eine
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charmante, leicht teuflische Herkunft, er leitet sich ab vom
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deutschen Bergmannsausdruck Kupfernickel, also Koboldkupfer
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oder Teufelskupfer. Diesen Namen gaben sächsische
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Bergleute im 17. Jahrhundert einem rotbraunen
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Erz, das äußerlich an Kupfererz erinnerte, aber partout kein
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Kupfer liefern wollte. Die Bergleute, die vergeblich
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nach dem versprochenen Kupfer schmelzten und stattdessen eine
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unbrauchbare, übelriechende Schlacke erhielten, schrieben
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das Versagen bösen Geistern, den Nickeln oder Koboldgestalten der
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deutschen Folklore zu, das Mineral war Nickelin.
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Nickel, Arsenid n IAS und der darin enthaltene Übeltäter war
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eben das neue unbekannte Metallnickel.
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Die wissenschaftliche Entdeckung des Nickels als eigenständiges
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Element gelingt dem schwedischen Mineralogen und Chemiker Axel
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Friedrich Kronstedt im Jahr 1751 kronstedt analysierte das
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Mineral Nickelin in. Aus einer Mine in der Provinz
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Helsingland und erkannte, dass es ein bislang unbekanntes
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Metall enthielt. Er isolierte eine neue, silbrig
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graue Substanz und nannte sie Nickel, in Anlehnung an den
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Bergmännischen Fluchnamen Kupfernickel Kronstädts
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Entdeckung war zunächst umstritten.
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Einige zeitgenössische Chemiker bezweifelten, ob Nickel wirklich
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ein eigenständiges Element sei und vermuteten, es handle sich
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um eine Mischung aus Kobalt, Eisen, Arsen und anderen
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bekannten Stoffen. Erst nach weiteren Analysen und
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der Bestätigung durch andere Forscherinnen und Forscher
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setzte sich kronstädts Entdeckung durch, er gilt heute
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als einer der bedeutendsten Mineralogen des 18 Jahrhunderts.
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Und als Begründer der modernen Mineralklassifikation
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interessant ist, dass Nickel bereits Jahrtausende vor seiner
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wissenschaftlichen Entdeckung genutzt wurde, ohne dass die
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Menschen wussten, womit sie es zu tun hatten.
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Bronzeobjekte aus China, die auf etwa 3500 bis 4000 Jahre alt
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datiert werden, enthalten bis zu 25% Nickel Münzen des
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baktrischen Königs Eutidemos zweitens.
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Aus dem zweiten Jahrhundert vor Christus, einem Königreich im
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heutigen Afghanistan, wurden aus einer Kupfernickellegierung
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geschlagen und gelten als die ersten absichtlich
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nickellegierten Münzen der Geschichte.
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Die Herkunft des Nickels in diesen frühen Legierungen war
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allerdings unbewusst. Es wurde durch das Verhütten von
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Nickelhaltigen Kupfererzen eingebracht, ohne dass die
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Metalurginnen und Metalurgen der Antike das Element kannten.
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Nickel ist ein Mittelhartes, gut verformbares Metall mit einem
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charakteristischen Silberglanz. Seine Dichte beträgt 8,908 Gramm
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pro Kubikzentimeter, schwerer als Eisen, aber leichter als
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Kupfer, der Schmelzpunkt liegt bei 1455 Grad Celsius, der
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Siedepunkt bei 2913 Grad Celsius.
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Nickel kristallisiert in einem kubisch flächenzentrierten
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Gitter KFZ, was ihm gute Duktilität und Verformbarkeit
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verleiht. Es lässt sich zu dünnen blechen
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und feinen Drähten auswalzen und ziehen die Kyrietemperatur von
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Nickel, also die Temperatur, oberhalb derer der
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Ferromagnetismus verschwindet und das Material paramagnetisch
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wird, beträgt 358 Grad Celsius. Das ist deutlich niedriger als
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die Currytemperaturen von Eisen, 770 Grad Celsius und Kobalt 1115
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Grad Celsius. Unterhalb dieser Temperatur sind
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die magnetischen Momente der Nickelatome spontan parallel
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ausgerichtet, was zu einer messbaren Magnetisierung führt.
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Diese magnetische Eigenschaft spielt in verschiedenen
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technischen Anwendungen eine Rolle, etwa in Aktoren,
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Magnetventilen. Und bestimmten
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Sensoranwendungen. Nickel hat eine außergewöhnlich
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hohe Korrosionsbeständigkeit, nicht nur gegen Luft und Wasser,
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sondern auch gegen viele Säuren und Laugen in konzentrierter
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Salpetersäure Passiviert Nickel ebenso wie Eisen und Chrom und
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zeigt sich daher chemisch äußerst beständig.
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Diese Kombination aus mechanischer Festigkeit,
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Formbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und
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Hochtemperaturstabilität. Macht Nickel zu einem der
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Universellsten Industriemetalle? Nickel tritt chemisch vor allem
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in den Oxidationsstufen 0 + 2 und plus 3 auf, wobei Nickel 2
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mit großem Abstand die häufigste und stabilste Form ist.
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Nickel 2 Ionen NI 2 Plus sind in wässriger Lösung
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charakteristisch blau grün bis grün gefärbt, eine Farbe, die
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von den Liganten Feldeigenschaften der
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koordinierten Wassermoleküle herrührt.
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Nickel 2 Verbindungen sind zahlreich nickelsulfat nis o 4
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ist das wichtigste Salz für galvanische Nickelbäder
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Nickelchlorid NI CL 2 und Nickel Nitrat Nino 32 werden ebenfalls
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industriell verwendet. Nickeloxid Nio ist ein grünes
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Pulver und dient als Ausgangsmaterial für
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Nickellegierungen, Keramikpigmente und Elektroden.
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Eine chemische Kuriosität ist das Tetracarbonylnickel NI
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Klammer auf Co Klammer zu 4, auch bekannt als Nickelcarbonyl
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oder Nickel tetracarbonyl. Diese farblose, leicht flüchtige
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Flüssigkeit entsteht bei Raumtemperatur, wenn reines
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Nickelmetall mit Kohlenmonoxid in Kontakt kommt.
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Sie ist extrem giftig, deutlich toxischer als Kohlenmonoxid
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selbst. Und wurde in einem Prozess
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namens Mondverfahren genutzt, um höchst reines Nickel
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herzustellen. Das Nickelcarbonyl wird dabei
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zunächst aus Unreinem Nickel gebildet und dann an anderer
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Stelle wieder thermisch zersetzt, wobei reines
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Nickelmetall zurückbleibt, dieses elegante chemische
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Trennverfahren, entwickelt von Ludwig Mond, Karl Langer und
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Friedrich Quinke im Jahr 1890. Lieferte erstmals Nickel in
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einer Reinheit von über 99,9 und 90% Nickel ist das 22.
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Häufigste Element in der Erdkruste und kommt dort in
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einer durchschnittlichen Konzentration von etwa 80
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Milligramm pro Kilogramm vor. Das ist vergleichbar mit Kupfer,
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aber deutlich seltener als Eisen oder Aluminium, doch die
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Erdkruste erzählt nur einen Teil der Geschichte.
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Im Erdmantel ist Nickel erheblich häufiger und im
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Erdkern, jenem 6400 Kilometer tiefer gelegenen Bereich aus
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Erstarrtem und flüssigem Eisen, macht Nickel schätzungsweise 5
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bis 6% der Masse aus. Damit ist der Erdkern nach Eisen
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das zweitgrößte Nickelreservoir unseres Planeten, das meiste
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Nickel der Erde ist also buchstäblich unerreichbar tief
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unter unseren Füßen eingeschlossen.
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An der Oberfläche findet sich Nickel in 2 Haupttypen von
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Lagerstätten in sulfidischen Erzen.
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Vor allem pentlandid FE ni 9, s 8 und in lateritischen Erzen,
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die durch Verwitterung von ultramafischem Gestein
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entstehen. Sulfiderze sind historisch
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gesehen die wichtigste Nickelquelle und besitzen in der
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Regel höhere Nickelgehalte. Laterite sind mengenmäßig jedoch
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reichhaltiger und werden zunehmend abgebaut.
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Die bedeutendsten Nickel Lagerstätten befinden sich in
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Indonesien, den Philippinen, Russland, insbesondere in der
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Region Norilsk, Kanada, Sudbury Becken in Ontario und
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Australien, das Sudbury Becken in Kanada ist geologisch
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hochinteressant, es gilt als einer der ältesten und größten
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Meteoriteneinschlagskrater der Erde.
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Entstanden vor etwa 1,85 Milliarden Jahren durch den
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Einschlag eines Asteroiden mit einem Durchmesser von mehreren
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Kilometern. Der Einschlag, schmolz enorme
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Mengen an Gestein auf und die daraus entstandenen Magmatischen
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schmelzen konzentrierten Nickel, Kupfer und Platingruppenmetalle
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in gewaltigen Sulfitlagerstätten.
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Sudbury produziert noch heute etwa 10% der weltweiten
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Nickelproduktion. Als direkte Folge eines
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kosmischen Ereignisses vor fast 2 Milliarden Jahren der bei
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weitem größte Verbrauchsbereich für Nickel ist die
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Stahlindustrie, etwa 65 bis 70% der weltweiten Nickelproduktion
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fließen in die Herstellung von Edelstahl und anderen
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Nickellegierungen. Nickel ist neben Chrom der
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wichtigste Legierungspartner im Edelstahl in Austenitischen
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Edelstählen. Dem häufigsten Edelstahltyp, der
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in Küchengeräten, medizinischen Instrumenten, chemischen Anlagen
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und Lebensmittelverarbeitungsmaschinen
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eingesetzt wird, beträgt der Nickelanteil typischerweise 8%
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bis 12%. Nickel stabilisiert dabei die
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kubisch flächenzentrierte Austenitphase des Stahls bei
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Raumtemperatur, was dem Material seine ausgezeichnete Zähigkeit,
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Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
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verleiht. Besonders faszinierend sind die
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sogenannten Superlegierungen auf Nickelbasis, die in Gasturbinen
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und Strahltriebwerken eingesetzt werden.
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Diese Legierungen mit Handelsnamen wie Inconell,
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Hasteloi oder Vasperloi müssen bei Temperaturen von über 1000
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Grad Celsius unter extremem mechanischem Stress standhalten,
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kein anderes metallisches Material erfüllt diese
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Anforderung so zuverlässig wie Nickel superlegierungen.
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Die Turbinenschaufeln moderner Flugzeugtriebwerke bestehen aus
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Einkristall, Nickel Superlegierungen, die in
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aufwendigen Gießverfahren hergestellt werden, sodass das
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gesamte Schaufelbauteil aus einem einzigen Metallkristall
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besteht. Ein Meisterwerk der modernen
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Materialwissenschaft Nickel wird darüber hinaus in kupfernickel
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Legierungen, Kupronickel für Münzen, Schiffspropeller und
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Meerwasserrohrleitungen eingesetzt.
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In Nickel Silberlegierungen Neusilber für Besteck,
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Musikinstrumente und Schmuck sowie als Galvanikschicht zum
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Schutz und zur Verzierung von Metalloberflächen.
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Nun kommen wir zum namensgebenden Thema dieser
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Folge, Nickel im Münzwesen die Verbindung zwischen Nickel und
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Geld reicht weit zurück, die erste moderne Münze aus reinem
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Nickel wurde 1881 in der Schweiz geprägt.
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Doch der entscheidende Durchbruch kam in den
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Vereinigten Staaten. Der amerikanische Nickel, die
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0,05€ Münze, besteht seit 1866 aus einer Kupfer Nickel
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Legierung und ist so untrennbar mit dem Metall verbunden, dass
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der alltagssprachliche Name des Metalls im Englischen heute der
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offizielle Name der Münze ist. Der Euro, der seit 2002.
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In den Geldbörsen Europas kursiert ist ein ausgezeichnetes
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Beispiel für modernen Nickeleinsatz im Münzwesen die
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äußere Ringschicht der 1€ und 2€ Münzen besteht aus einer Nickel
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Messing Legierung Kupro Nickel, während der innere Kern aus
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nordischem Gold, einer Kupfer, Aluminium Nickel, Zink Legierung
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besteht. Diese Zweikomponentenstruktur
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mit ihrem charakteristischen Farbkontrast.
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Ist nicht nur ästhetisch ansprechend, sondern dient auch
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der Fälschungssicherheit, da die spezifischen elektromagnetischen
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Eigenschaften der verschiedenen Schichten von Automatensystemen
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präzise erkannt werden können. Nickel ist damit buchstäblich
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das, was unsere Münzen zusammenhält in einer Zeit, in
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der die Welt nach alternativen Energiequellen sucht und
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Millionen von Elektrofahrzeugen auf die Straßen kommen, ist
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Nickel zu einem der kritischsten.
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Rohstoffe des 21 Jahrhunderts geworden Nickelreiche Kathoden
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sind ein zentraler Bestandteil moderner Lithium Ionen
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Batterien, insbesondere der NMC Kathoden, Lithium, Nickel,
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Mangan, Cobalt, Oxid und der Nca Kathoden, Lithium, Nickel,
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Cobalt, Aluminium, Oxid Nickel verleiht diesen Kathoden eine
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hohe Energiedichte. Je mehr Nickel in der
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Kathodenformel enthalten ist. Desto mehr Energie kann die
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Batterie pro Kilogramm speichern.
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Tesla Fahrzeuge mit nc A Batterien enthalten bis zu 80%
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Nickel im Kathodenmaterial der Trend zu Hi Nickel kathoden ist
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deutlich, während frühe Generationen von NMC Batterien
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ein nickelmangan Kobalt Verhältnis von 1 zu 1 zu 1
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hatten, sind heute Zusammensetzungen mit 8090 oder
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sogar 94%. Nickelanteil in der Entwicklung
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diese Entwicklung reduziert den teuren und ökologisch
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problematischen Kobaltanteil, stellt jedoch gleichzeitig
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höhere Anforderungen an die thermische und chemische
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Stabilität. Die Internationale
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Energieagentur AEA schätzt, dass die Nickel Nachfrage für
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Batterien bis 2040 um das 40 fache gegenüber 2020 steigen
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könnte, wenn die Energiewende ihren Schwung beibehält.
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Das stellt erhebliche Anforderungen an die globale
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Nickelversorgungskette und macht Recycling zu einem zunehmend
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wichtigen Thema. Nickel spielt in der Biologie
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eine überraschend wichtige, wenn auch wenig bekannte Rolle.
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Es ist ein essentielles Spurenelement für zahlreiche
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Mikroorganismen und Pflanzen, viele Bakterien und Archäea
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besitzen nickelhaltige Enzyme, die für ihren Stoffwechsel
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zentral sind, die bekanntesten sind die Hydrogenasen, die.
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Enzyme, die molekularen Wasserstoff h 2 Spalten oder
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erzeugen, sowie die Urease, die Harnstoff zu Ammoniak und
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Kohlendioxid hydrolysiert. Nickel ist ein Kofaktor im
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aktiven Zentrum dieser Enzyme. Für den Menschen ist die Rolle
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von Nickel als essentielles Spurenelement weniger eindeutig
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belegt als beispielsweise für Zink oder Eisen, wird aber für
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möglich gehalten. Sicher ist jedoch, Nickel ist
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das häufigste Kontaktallergen in der Industriewelt.
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Schätzungsweise 10 bis 20% der Bevölkerung in Europa sind
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gegenüber Nickel sensibilisiert, bei Frauen ist die Rate deutlich
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höher als bei Männern, was mit dem häufigeren Tragen von
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Nickelhaltigen, Ohrringen und Schmuckstücken zusammenhängt.
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Nickelallergien äußern sich als allergische Kontaktdermatitis.
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Gerötete, juckende, bläschenbildende Hautstellen,
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typischerweise an den Stellen, die mit dem Metall in Berührung
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kommen. Die EU Nickelrichtlinie von 1994
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und ihre Nachfolgeregelungen schreiben daher strenge
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Grenzwerte für den Nickelgehalt in Gegenständen vor, die
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dauerhaft mit der Haut in Kontakt kommen.
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Schmuck, Uhren, Gürtelschnallen, Brillengestelle und ähnliches.
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Diese Regulierung war eine wichtige Maßnahme des
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Verbraucherschutzes und hat die Häufigkeit von nickelallergie
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Neuerkrankungen in Europa nachweislich gesenkt.
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Nickel ist wie alle Elemente schwerer als Wasserstoff und
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Helium, ein Produkt stellarer nukleosynthese es entsteht
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hauptsächlich in massereichen Sternen durch das
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Siliziumverbrennen kurz vor der Kernkollap Supernova sowie in
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Typ A Supernova. Interessanterweise ist Nickel 56
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ein radioaktives Isotop mit einer Halbwertszeit von nur 6,1
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Tagen, das häufigste direkte Produkt der Kernfusionsprozesse
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in Supernovae. Es zerfällt schnell über Kobalt
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56 zu stabilem Eisen 56. Das Leuchten frischer Supernovae
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wird tatsächlich zu einem großen Teil durch den Zerfall von
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Nickel, 56 und Kobalt 56 angetrieben.
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In Eisenmeteoriten, jenen metallischen Brocken, die von
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differenzierten Asteroiden stammen, ist Nickel mit Anteilen
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von 5 bis über 20% ein wesentlicher Bestandteil.
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Die charakteristischen Wittmann stettischen Figuren.
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Jene wunderschönen geometrischen Muster, die sichtbar werden,
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wenn man eine polierte und geätzte Schnittfläche eines
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Eisenmeteoriten betrachtet, entstehen durch die geordnete
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Entmischung von Eisen und Nickel beim langsamen Abkühlen des
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Metalls über Jahrmillionen im Weltraum.
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Sie sind buchstäblich das Kristallisationsgedächtnis von
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Planetoiden aus den Anfängen unseres Sonnensystems.
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Auf dem Mond wurden durch Apolloproben nickelhaltige
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Gesteinsproben zurückgebracht. Die Marsoberfläche enthält
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ebenfalls messbare Nickelkonzentrationen und auf
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Asteroiden wie dem metallreichen Psyche der Hauptziel einer
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gleichnamigen Nasa Mission ist, wird vermutet, dass Nickel neben
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Eisen das vorherrschende Metall ist.
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Mit einem geschätzten Gesamtwert, der alle bisherigen
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Vorstellungen sprengt. Nickel ist in modernen Nickel
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WASSERSTOFFBATTERIEN NIH 2 im Einsatz, die auf der
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Internationalen Raumstation und in Satelliten Energie speichern.
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Nickel Metallhydridbatterien Anim Hearts powered für viele
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Jahre Hybridfahrzeuge wie den Toyota Prius und sind in
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Wiederaufladbaren Haushaltsbatterien verbreitet.
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Nickelkatalysatoren sind in der chemischen Industrie
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allgegenwärtig. Sie katalysieren die Hydrierung
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von Pflanzenölen zu Margarine, die Methanisierung von CO 2 und
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die Dampfreformierung von Erdgas zu Wasserstoff.
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Ein Prozess, der die Hälfte des weltweiten Ammoniaks und damit
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einen wesentlichen Teil des globalen Düngemittels
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produziert. Nickel ist auch in der
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Kerntechnik präsent, Nickel Legierungen werden in
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Druckwasserreaktoren als Strukturmaterial eingesetzt, wo
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sie extremen Temperaturen. Drücken und radioaktiver
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Strahlung standhalten müssen und hier an diesem Punkt der Reise
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möchte ich einen Moment innehalten, denn Nickel führt
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uns zu einer tiefen Wahrheit über unseren Planeten.
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Dass Nickel in unseren Münzen, in unseren Turbinenschaufeln, in
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unseren Elektroautobatterien, es stammt aus Lagerstätten, die
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durch Jahrmilliarden geformt wurden, im suitbury Becken durch
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einen kosmischen Einschlag vor fast 2 Milliarden Jahren.
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In Indonesien durch die langsame lateritische Verwitterung von
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Gesteinen über Millionen von Jahren, in Norilsk durch
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gewaltige Magmatische Intrusionen, die vor 250000000
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Jahren die Erdkruste durchbrachen.
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Nickel ist geerdetes kosmosprojekt Materie, die aus
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Sternen stammte, sich in Planeten sammelte, in der Tiefe
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der Erde konzentrierte und schließlich an die Oberfläche
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gelangte. Der Abbau von Nickel hat seinen
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Preis in Norilsk, einer der größten Nickel und
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Palladiumproduktionsstätten der Welt, hat jahrzehntelanger
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Bergbau und Verhüttung zu einer der schwersten
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Umweltkatastrophen Russlands geführt.
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Abgestorbene Wälder, versauerter Boden, kontaminierte Flüsse im
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Jahr 2020 verursachte ein Öl dieselaustritt aus einem
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Kraftstofftank des Norilsk Nickel Konzerns die Freisetzung
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von etwa 21000 Tonnen Diesel. In arktische Gewässer ein
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Desaster für das Ökosystem des Polarkreises und in Indonesien,
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dem derzeit weltgrößten Nickelproduzenten, werden für
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den Bergbau auf Sulawesi und Almahera tropische Wälder
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gerodet, die zu den artenreichsten der Erde gehören.
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Danke, dass du heute dabei warst, bei der Wissensreise
23:07
durch das Periodensystem, wenn dir diese Folge gefallen hat,
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würde ich mich sehr freuen, wenn du dem Podcast folgst auf
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Spotify. Apple Podcasts oder wo immer du
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deine Lieblingspodcasts hörst. Eine Bewertung von dir ist Gold
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wert oder vielleicht sollte ich sagen Sie ist Nickel wert, sie
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hilft nämlich dabei, dass noch mehr neugierige Menschen diese
23:30
Reisen durch die Welt der Elemente finden, Teile die Folge
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gerne mit Freundinnen und Freunden, mit Schülerinnen und
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Schülern, mit allen, die die Welt ein bisschen besser
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verstehen möchten, bis zur nächsten Wissensreise.
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Bleib neugierig, bleib achtsam und pass gut auf dich und diese
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wunderbare Erde auf.