Saxônia, Alemanha

Atividade mineira na região da Saxônia, Alemanha, acabou levando à descoberta do níquel. Em 1750 as fundições de cobre na Saxônia descobriram um minério de cobre peculiar que tinha uma cor ligeiramente mais clara do que o normal. Quando processado e refinado, este minério produziu uma forma incomum de cobre que era particularmente brilhante e prateado. Esta estranha forma de cobre também foi encontrada com propriedades materiais distintas. Era extremamente duro e não podia ser tornado maleável, apesar das repetidas tentativas das fundições. O novo metal ficou conhecido como Kupferníquel, o que se traduz aproximadamente em “cobre com o diabo dentro”. A composição desta liga era de facto muito semelhante ao paitung da antiga China.

Níquel – o misterioso componente do Kupferníquel que lhe deu estas propriedades distintas – foi finalmente “descoberto” e isolado de um mineral chamado niccolite pelo mineralogista sueco Barão Axel Frederik Cronstedt em 1751. O Barão, tal como os fundidores saxões, esperava primeiro extrair cobre deste mineral, mas em vez disso o seu procedimento produziu um metal branco e forte. Incapaz de comparar o material com qualquer metal conhecido, o Barão determinou que ele tinha isolado o componente enigmático do Kupferníquel e deu ao novo metal o nome de “níquel” em homenagem ao próprio Diabo, “Old Nick”

Nickel e Dimed

As sociedades modernas e antigas têm usado o níquel para adicionar brilho e reduzir o peso das moedas e para aumentar a sua resistência à corrosão e ao desgaste. Mas a prática de adicionar níquel às ligas de moedas tornou-se mais comum à medida que as nações começaram a converter para sistemas de câmbio flutuante em que o valor do material físico em uma moeda não tinha mais que corresponder ao seu valor facial. Como a troca de moedas deixou de estar ligada aos padrões de ouro e prata, a Suíça tornou-se a primeira de muitas nações modernas a empregar o níquel nas moedas. A primeira moeda de níquel puro foi emitida pela Suíça em 1881, tendo a Áustria e a Hungria seguido o mesmo processo em 1893.

No final da década de 1850, os Estados Unidos adicionaram o níquel tanto ao seu centavo como à peça de cinco cêntimos, que anteriormente continha principalmente cobre e zinco (bronze). A palavra “níquel” tornou-se um termo popular para a própria peça de cinco cêntimos, apesar do facto de a maior parte da moeda ser de cobre (a moeda de níquel dos Estados Unidos de 1800 continha 75% de cobre e 25% de níquel). A moeda era muito procurada, uma vez que era uma denominação conveniente para muitos artigos do dia-a-dia, como cerveja e charutos. O advento das slot machines e a ubiqüidade das tarifas de níquel nos ônibus e metrôs também ajudou a estimular a popularidade desta moeda. Estima-se que em 1958 os Estados Unidos tinham emitido mais de 4 bilhões de moedas.

De meteoros a máquinas

Pois um século depois do elemento níquel ter sido isolado, os cientistas e engenheiros não tinham explorado completamente suas propriedades materiais únicas. O níquel é um metal de transição que forma ligas com uma série de outros metais de transição como o cobre, zinco, ferro, prata, cádmio e crómio. Ele é forte – resiste à fratura sob alta tensão – e dúctil – dobra em vez de rachar sob tensão. Esta é uma valiosa combinação de propriedades. Os engenheiros procuram esta combinação de propriedades quando projectam estruturas como pontes, que precisam de suportar cargas pesadas mas também se dobram sob pressão em vez de racharem.

As revelações de tais materiais milagrosos têm sido passadas ao longo da história. As lendárias lâminas de espada do antigo Damasco e da Arábia eram amplamente conhecidas pela sua extrema resistência e dureza. Pedras sagradas como a pedra negra do Kaaba em Meca eram ditas como tendo propriedades mágicas, provavelmente magnetismo. Estas famosas armas e relíquias sagradas são compostas de ferro que caiu do céu em meteoros. Este ferro metódico contém muitas vezes grandes quantidades de níquel. Os antigos fabricantes de armas que fabricavam suas lâminas tinham tropeçado em uma liga de aço inoxidável primitiva, de alta resistência e resistente à ferrugem. Passariam séculos antes que a ciência por trás desses materiais mágicos fosse explicada.

Nos anos 1700, quando a Revolução Industrial amanheceu primeiro na Inglaterra, e depois na Europa continental e nos Estados Unidos, o desenvolvimento de equipamentos industriais e motores a vapor em particular gerou uma busca por materiais mais fortes do que aqueles atualmente disponíveis. Os primeiros cientistas de materiais desenvolveram ligas de aço para alimentar esta necessidade. O aço é produzido quando o ferro é combinado com pequenas quantidades de carbono, o que ajuda a estabilizar e fortalecer a estrutura cristalina do ferro. A adição de pequenas quantidades de outros elementos como o zinco, cromo e níquel aumenta a resistência, ductilidade, resistência à corrosão e acabamento do aço.

Foi meio século após a descoberta do níquel que Michael Faraday – também famoso por sua descoberta da indução eletromagnética e da Lei de Faraday, a base da teoria de campo moderna – primeiro propôs que o níquel fosse adicionado ao aço para melhorar suas propriedades materiais. Em uma carta ao Professor de la Rive da Instituição Real em 1820 ele escreveu: “Fomos induzidos pela idéia popular de que o ferro meteórico não enferrujaria, para tentar o efeito do níquel no aço e no ferro”. Apesar dos fracassos iniciais, Faraday foi capaz de ligar com sucesso pequenas quantidades de níquel com aço, produzindo materiais que eram mais fortes, mas ainda assim maleáveis e funcionais como o aço comum. O trabalho continuado pelo metalúrgico suíço J.C. Fischer em 1824 resultou em imitações bem sucedidas de ferro meteórico.

Estas descobertas iniciais lançaram as bases para aços inoxidáveis avançados e aços estruturais feitos de ligas com maior resistência à corrosão e resistência. A armadura de aço fortificado com níquel foi logo utilizada em navios de guerra durante a metade do século XVIII até o final do século XIX. As investigações de Michael Faraday sobre a electroquímica de vários metais – a sua vontade de interagir com as correntes eléctricas – aumentaram a utilização do níquel. Na década de 1840, os metalúrgicos eram capazes de chapear o níquel em outras superfícies metálicas usando uma corrente elétrica para atrair sais de níquel dissolvidos e íons de níquel para a superfície dos eletrodos de metal. Estes revestimentos proporcionavam resistência ao desgaste e à ferrugem para numerosos produtos, desde utensílios de cozinha a acessórios de canalização.

Caldeiras de Guerra

Durante a Primeira Guerra Mundial o valor do níquel aumentou drasticamente devido às novas exigências de aço inoxidável de alta resistência para armas, munições e veículos. O níquel era agora não só um componente importante na moeda, mas também um valioso recurso natural procurado por todas as facções em guerra. Em 1916, um submarino alemão corria riscos de vida ao tentar romper o bloqueio britânico para obter uma pequena carga de níquel canadense. A missão de sucesso foi celebrada da mesma maneira que uma vitória militar tradicional; tal era o valor e a importância do níquel para a máquina de guerra alemã. No pico da produção em tempo de guerra, o Canadá, a principal fonte mundial de níquel, produzia aproximadamente 92 milhões de libras de níquel por ano.

O armistício e mais tarde a Grande Depressão fez com que a indústria do níquel mergulhasse momentaneamente entre as Guerras Mundiais. A produção de equipamentos militares diminuiu drasticamente à medida que o mundo industrial recentrou os seus esforços nos bens de consumo. Os avanços no motor de combustão durante a década de 1930, no entanto, ajudaram a manter a demanda alta para certos aços de níquel desejados por sua capacidade de resistir a falhas a altas temperaturas. Esta propriedade foi crucial em peças como cabeçotes e pistões que sofrem pressões explosivas a temperaturas muito altas.

O início da Segunda Guerra Mundial aumentou mais uma vez a demanda por aço e níquel. Durante o conflito, a produção de ligas de níquel igualou o total da produção dos últimos 54 anos. O Canadá, em conjunto com o governo britânico, regulamentou essencialmente o mercado mundial de níquel durante a Segunda Guerra Mundial e até impôs restrições ao seu uso em bens de consumo não essenciais. Isto limitou severamente a quantidade de níquel disponível para as potências do Eixo, e os depósitos de minério de níquel logo se tornaram uma preocupação estratégica para os alemães como resultado. As operações militares foram lançadas para colocar as lojas de níquel sob controle alemão. A mina de níquel de Petsamo na Finlândia, anteriormente paralisada pelo exército invasor soviético, foi capturada pelos alemães em 1940 e tornou-se uma importante fonte de níquel para a guerra alemã.

Air aviões, motores a jacto e Beyond

Novos feitos em velocidade e potência vieram do desenvolvimento dos primeiros motores a jato durante a Segunda Guerra Mundial e até a década de 1950. Estes novos motores criaram jatos de gás de alta pressão usando turbinas de giro rápido para comprimir o ar e ejetá-lo através de bicos de escape. As turbinas de giro rápido atingiram altas temperaturas e tensões e mais uma vez exigiram novas ligas de metal para resistir a essas forças. O níquel foi utilizado como agente de reforço em muitas destas ligas. Necessidades similares de resistência a tensões e temperaturas levaram ao uso de ligas contendo níquel na corrida espacial em expansão. Os motores de foguete têm exigências de engenharia semelhantes às dos motores a jato, devido à alta temperatura e pressão dos gases de escape, e também devem suportar vibrações extremas causadas pela combustão de combustíveis de foguete. A indústria espacial inicial utilizava o níquel em conjunto com outros materiais de alta resistência como o titânio para criar novas classes de superligas capazes de suportar a turbulência do vôo espacial.

Níquel Hoje

Estudos recentes mostraram que o processamento e refinamento do níquel pode produzir conseqüências nocivas à saúde. Pesquisas durante a década de 1960 mostraram indicações iniciais de que compostos de níquel como o carbonilo do níquel poderiam causar tumores pulmonares em ratos de laboratório. Estudos posteriores realizados durante a década de 1980 pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) demonstraram que a exposição prolongada a altos níveis de pó de refinaria de níquel, carbonil de níquel ou subsulfeto de níquel – todos os subprodutos diretos da refinação do níquel e do processamento de metais – poderia causar câncer. Verificou-se também que a inalação de fumos contendo níquel provenientes da soldagem de aço inoxidável estava associada ao aumento do risco de cancro. Isto levou a regulamentos federais limitando a quantidade de certos compostos de níquel aceitáveis no local de trabalho e no ambiente.

Se inalado em certas formas em altas concentrações durante um período de tempo suficientemente longo, o níquel é de facto cancerígeno para os seres humanos. As modernas práticas de higiene industrial têm ajudado a conter estas complicações de saúde induzidas pelo níquel.

De longe o efeito mais comum relacionado à saúde da exposição ao níquel é uma reação alérgica. Algumas pessoas estão geneticamente predispostas a se sensibilizarem ao níquel se manusearem o metal diretamente com frequência suficiente. Uma vez sensibilizada, a dermatite – uma reacção alérgica na pele – pode ocorrer no local de contacto, causando erupções cutâneas e, em casos extremos, ataques de asma. Estima-se que 5 a 10% da população é susceptível a alergias ao níquel.

O níquel é utilizado principalmente na indústria siderúrgica para reforçar e adicionar resistência à corrosão aos aços de alta qualidade, tendo encontrado o seu caminho para uma série de objectos do dia-a-dia. Os objectos domésticos contendo níquel incluem torneiras, utensílios de cozinha, aparelhos, pilhas recarregáveis (variedade níquel-cádmio ou Ni-Cadmium), jóias e, claro, moedas. Como os antigos, a maioria de nós provavelmente usa produtos de níquel sem sequer o saber.

Fontes Incluem:

-Agência para o Registo de Substâncias Tóxicas e Doenças (ATSDR). 1997. Perfil toxicológico para o níquel. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service.

-Aitchison, Leslie. A History of Metals (Uma História dos Metais). Londres: MacDonald and Evans Ltd., 1960.

-Enciclopédia de Toxicologia. ed. Philip Wexler. Boston: Academic Press, 1998.

-Gmelins Handbuch der Inorganischen Chemie. Berlin: Springer-Verlag, 1924.

-Howard-White, F. B. Nickel: an Historical Review. New York: D. Van Nostrand Company, Inc., 1963.

-John Harte, Holdren, Schneider e Shirley. Toxics A to Z: a Guide to Everyday Pollution Hazards [Tóxicos de A a Z: Guia para os Riscos Diários de Poluição]. Berkley, CA: University of California Press, 1991.

-Klaasen, Curtis D. Carasett e Doull’s Toxicology: a Ciência Básica dos Venenos. Nova Iorque: McGraw-Hill, 2001.

-Nriagu, Jerome O. Nickel in the Environment. Nova York: Wiley, 1980.

-Inverno, Mark. Níquel: Informação chave. 2002. A Universidade de Sheffield. 4 de setembro de 2002.

Peter Ostendorp
Centro de Ciências da Saúde Ambiental
Escritora de Ciências da Ciência