Nichel e acqua: meccanismi di reazione, impatto ambientale ed effetti sulla salute
L'acqua di mare contiene circa 0,5-2 ppb di nichel, mentre i fiumi ne contengono circa 0,3 ppb. Il fitoplancton contiene 1-10 ppm di nichel (massa secca), con un fattore di bioconcentrazione rispetto all'acqua di mare di 103-104 volte. Le alghe bentoniche si trovano sia in acqua dolce sia in acqua salata e possono contenere tra 0,2 e 84 ppm di nichel. Le aragoste contengono 0,14-60 ppm di nichel, i molluschi 0,1-850 ppm e i pesci tra 0,1 e 11 ppm (tutti i valori sono riferiti alla massa secca). Nell'acqua il nichel si presenta come Ni2+ (aq) e talvolta come NiCO3. Può essere disciolto o complessato con ligandi inorganici. Il nichel può anche essere legato alle particelle.
Illustrazione del campionamento dell'acqua per l'analisi del nichel e del trattamento a scambio ionico; è necessaria un'analisi per determinare la concentrazione e la forma del nichel.
In che modo e in quale forma il nichel reagisce con l'acqua?
In condizioni normali il nichel non reagisce con l'acqua.
Solubilità del nichel e dei suoi composti
Il nichel elementare è insolubile in acqua a T=20°C e pressione = 1 bar. Tuttavia, i composti del nichel possono essere solubili in acqua. Il cloruro di nichel è il più solubile in acqua: 553 g/L a 20°C, fino a 880 g/L a 99,9°C. Il carbonato di nichel ha una solubilità in acqua di 90 mg/L, mentre altri composti del nichel, come l'ossido di nichel, il solfuro di nichel e il tetracarbonile di nichel, sono insolubili in acqua.
Perché il nichel è presente nell'acqua?
Il nichel può trovarsi nell'ardesia, nell'arenaria, nei minerali argillosi e nel basalto. La principale fonte di nichel è la pentlandite. L'elemento si accumula nei sedimenti e partecipa a vari cicli biologici. Il nichel può arrivare nell'acqua da fonti sia puntuali sia diffuse. Le emissioni diffuse di nichel possono provenire da centrali elettriche, inceneritori di rifiuti e industrie metallurgiche. Diverse industrie immettono direttamente nichel nelle acque superficiali mediante scarichi. Il nichel è usato nelle batterie al nichel-cadmio, come catalizzatore e come pigmento. Il nichel puro è spesso applicato come rivestimento protettivo su oggetti in acciaio e rame. Le leghe nichel-rame sono utilizzate da molto tempo nelle monete. Altre leghe sono impiegate per produrre utensili da cucina, gioielli e turbine. Il nichel può essere usato come anticorrosivo. L'acetato di nichel è impiegato come mordente nella stampa tessile; il carbonato di nichel è usato come catalizzatore per l'indurimento dei grassi e nella produzione di vernici ceramiche, come il cloruro di nichel. Il tetracarbonile di nichel è un sottoprodotto della purificazione del nichel ed è impiegato in vari processi produttivi. I composti del nichel sono impiegati anche in agricoltura. I fertilizzanti fosfatici contengono tracce di nichel. Il nichel è spesso presente nei terreni agricoli vicini alle industrie che utilizzano combustibili fossili. La materia organica adsorbe spesso il nichel, per cui carbone e petrolio contengono tracce dell'elemento. I composti del nichel possono trovarsi anche nei fanghi, nelle scorie e nelle ceneri volanti degli inceneritori di rifiuti. Una migliore separazione dei rifiuti sarebbe utile, poiché il nichel è riciclabile fino al 60%.
Quali sono gli effetti ambientali del nichel nell'acqua?
Il nichel è necessario nella dieta di molti organismi, ma può essere tossico a dosi più elevate. Il nichel metallico e alcuni altri composti del nichel sono teratogeni e cancerogeni per i mammiferi. La concentrazione di nichel nelle piante è solitamente di 1 μg/g e concentrazioni superiori a 50 μg/g sono tossiche. Il tè presenta un contenuto di nichel insolitamente elevato, pari a 7,6 mg/kg di foglie essiccate. Il nichel limita la crescita delle alghe a concentrazioni comprese tra 0,5 e 10 ppm. I pesci sembrano meno sensibili al nichel, ma questo varia secondo la specie. Per Daphnia hyalina, la LC50 a 48 ore è di 1,9 ppm. La tossicità cronica del nichel per Daphnia magna si colloca tra 30-150 ppb. La LC50 per le aragoste marine è compresa tra 150 e 300 ppm. Negli organi di uccelli che si nutrono principalmente di organismi acquatici sono state riscontrate concentrazioni di nichel di 0,6-36 ppm (massa secca). Nei ratti il nichel si accumula principalmente nei polmoni, dove le concentrazioni superano quelle degli altri organi di 4-40 volte. Esistono circa 70 specie vegetali che accumulano concentrazioni straordinariamente elevate di nichel, fino a 10.000 ppm (massa secca). Per i semi delle piante comuni, 0,5-2 ppm di nichel nei substrati liquidi sono considerati tossici. La maggior parte delle piante tollera relativamente bene il nichel, ma molte specie di cereali sono generalmente più sensibili. Se si aggiunge acqua con una concentrazione di nichel di 40 ppm, questi cereali possono morire. L'apporto di calce al terreno può ridurre rapidamente l'assorbimento del nichel. D'altra parte, elevate concentrazioni di nichel possono spiazzare altri metalli pesanti. I fanghi contenenti più di 200 ppm di nichel (massa secca) non possono essere applicati ai terreni agricoli. I cinque isotopi del nichel presenti in natura sono tutti stabili. Altri otto isotopi sono considerati instabili.
Quali sono gli effetti del nichel nell'acqua sulla salute?
Il corpo umano contiene circa 10 mg di nichel. Il nichel è necessario nella dieta di alcuni organismi e potrebbe quindi avere importanza anche per l'uomo. Non è stato dimostrato che il nichel sia essenziale per l'uomo e non è stato stabilito alcun fabbisogno alimentare umano. Il nichel probabilmente svolge una funzione nella conversione dell'urea in ammoniaca da parte dell'enzima ureasi. Solo una piccola frazione del nichel assunto con gli alimenti e l'acqua potabile viene assorbita dal tratto gastrointestinale. L'inalazione di nichel comporta un rischio maggiore rispetto al nichel presente nell'acqua. Può causare cancro ai polmoni o tumori nasali. La cancerogenicità del nichel è probabilmente dovuta alla sostituzione, da parte del nichel, degli ioni di zinco e magnesio sulla DNA polimerasi. Queste osservazioni sono state effettuate principalmente su lavoratori esposti ai composti del nichel per inalazione. Molte persone sviluppano dermatite in seguito al contatto cutaneo con il nichel. Lo stesso vale per le soluzioni di nichel. Le allergie al nichel sono più comuni tra le donne che tra gli uomini. I composti del nichel possono essere tossici ad alte concentrazioni, ma spesso sono insolubili in acqua, il che limita i potenziali danni. Per esempio, il tetracarbonile di nichel è insolubile in acqua, ma è comunque tossico e cancerogeno. L'assunzione di dosi più elevate di nichel provoca di solito vomito, con una rapida eliminazione dall'organismo.
Quali tecnologie di trattamento possono essere utilizzate per rimuovere il nichel dall'acqua?
Il nichel può essere rimosso dall'acqua mediante adsorbimento su carbone attivo. La coagulazione è un'altra opzione praticabile. Il nichel può anche essere rimosso mediante precipitazione sotto forma di idrossido di nichel a pH alcalino; il pH necessario e il grado di rimozione ottenuto dipendono dalla composizione dell'acqua, per esempio dalla presenza di agenti complessanti.
Ultima revisione: 3 novembre 2026 a cura di Lenntech.
