نيكل

الوفرة الطبيعية

في هذا الإطار، يتركّز وجود النيكل على كوكب الأرض بمرافقة الحديد في تركيب اللبّ الداخلي والخارجي لباطن الأرض؛ وتقدّر نسبة الكسر الكتلي للنيكل في لبّ الأرض بقرابة 5%. يدخل النيكل كذلك في تركيب النيازك الحديدية وذلك على هيئة شكلين محدّدين من أشكال السبيكة مع الحديد، وهما الكاماسيت والتاينيت . تتراوح نسبة النيكل في الكاماسيت بين 5-10%، مع احتمالية وجود شوائب من الكوبالت أو الكربون؛ في حين أنّ محتوى النيكل في التاينيت يتراوح بين 20% إلى 65%. اكتُشِفَ وجود النيكل في النيازك الحديدية أوّل مرّة سنة 1799 من العالم جوزيف لويس بروست ، والذي كان حينها يحلّل عيّنات من النيازك الحديدية المُستَجْلَبَة من موقع كامبو دل ثيلو الأرجنتيني؛ وَوَجد أنّ نسبة النيكل فيها تصل إلى قرابة 10%.

الاستخدامات

كذلك، تنقسم تطبيقات النيكل الصناعية على النحو التالي: 68% في صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ؛ 10% في صناعة السبائك اللاحديدية ؛ 9% في مجال الطلي الكهربائي ؛ 7% في مجال سبائك الفولاذ المختلفة؛ 3% في ورشات المسابك ؛ و4% في استخدامات أخرى؛. وتلك تتضمّن صناعة البطّاريات بما فيها بطّاريات المَرْكَبات الكهربائية.

النيكل الثنائي

NiSO4 + 4NH4+ + 4OH- -> [Ni(NH3)4]SO4 + 4H2O

ومن جهة أخرى، يوجد أكسيد النيكل الثنائي NiO على هيئة مسحوق بلّوري أخضر اللون، ويُستخدَم في مجال صناعة الزجاج وتلوين السيراميك وصناعة الأقطاب الكهربائية، فضلًا عن استخدامه في مجال التحفيز الكيميائي في تفاعلات هدرجة المركّبات العضوية. من جهةٍ أخرى، يُستحصَل عادةً على كبريتات النيكل الثنائي بكمّيّات كبيرةٍ من حلّ وإذابة فلزّ النيكل في حمض الكبريتيك، ممّا يؤدّي إلى الحصول على بلّورات مُمَيّهة سداسية وسباعية الهيدرات؛ وعادةً ما يُستخدَم من أجل عمليّات الطلي الكهربائي بالنيكل . على العموم تميل أملاح النيكل الثنائي عند انحلالها في الماء إلى تشكيل معقّدات مائية 2+ [Ni(H2O)6] ذات لون أخضر.

إضافةً إلى ذلك، تعدّ المعقّدات الأمينية مع رُبَيطات من الأمونيا من المعقّدات التناسقية المعروفة للنيكل الثنائي، وهي توجد إمّا على هيئة معقّد 2+ [Ni(NH3)4] الأزرق الفاتح؛ أو على هيئة معقّد 2+ [Ni(NH3)6] الأزرق الداكن إلى البنفسجي. تُستحصَل هذه المعقّدات من إضافة كمّيّات فائضةٍ من الأمونيا إلى ملح للنيكل الثنائي:

علاوةً على ذلك، أمّا المعقّدات السيانيدية فتُستحصَل عند إضافة سيانيد البوتاسيوم إلى محلولٍ ملحيٍّ للنيكل الثنائي، حيث يَنتجُ أوّلاً مركّب سيانيد النيكل الثنائي Ni(CN)2، والذي ينحلّ عند إضافة كمّيّاتٍ فائضةٍ من سيانيد البوتاسيوم بسبب تشكّل معقّد الأصفر:

ومن جهة أخرى، يشكّل النيكل الثنائي بعضاً من المعقّدات التناسقية وذلك مع رُبَيطاتٍ ضخمةٍ مثل ؛ وكذلك الأمر مع رُبَيطات بسيطةٍ مثل الكلوريد في معقّد أنيون 2− [NiCl4] الأصفر؛ وكذلك مع ثنائي أمين الإيثيلين في معقّد 2+ [Ni(C2H4(NH2)2)] البنفسجي. يشكّل النيكل الثنائي كذلك معقّداً تناسقياً مع رُبَيطة ثنائي ميثيل غليوكسيم ثنائيّة السنّ ، وذلك في معقّد ، وهو معقّدٌ مستقرٌّ بسبب تشكّل روابط هيدروجينية تعمل على تثبيته؛ وله تطبيقات في الكشف التقليدي عن النيكل في الكيمياء التحليلية.

وفي هذا السياق، يشكّل النيكل الثنائي مع مختلف الأنيونات الشائعة عدداً معتبراً من المركّبات الكيميائية اللاعضوية، التي تتضمّن الكبريتيد NiS، والكبريتات NiSO4، النترات Ni(NO3)2 والكربونات NiCO3، والهيدروكسيد Ni(OH)2، إلى جانب الهاليدات المعروفة من الفلوريد NiF2 والكلوريد NiCl2 والبروميد NiBr2 واليوديد NiI2. يعدّ كلوريد النيكل الثنائي مثالاً نمطياً على هاليدات النيكل الثنائي، وهو صلب أصفر اللون في شكله اللامائي، لكنّه يوجد غالباً في شكله المائي على هيئة سداسي هيدرات أخضر اللون، والذي يُستحصَل عند إذابة النيكل أو أكسيده في حمض الهيدروكلوريك. لكلوريد النيكل الثنائي اللامائي بنية بلّورية تتبع النظام البلّوري الثلاثي متساوي الأحرف وفق نمط يشبه تبلور كلوريد الكادميوم؛ في حين أنّ الشكل المائي سداسي الهيدرات يتبلور وفق نظامٍ بلّوري أحاديّ الميل .

المخاطر

ومن ناحية أخرى، يمثّل النيكل ومركّباته خطراً مهنياً؛ وخاصّةً على النسوة العاملات في مجال التعدين. يمكن أن يتعرّض الإنسان إلى النيكل في مكان العمل عبر استنشاق الأبخرة أو الابتلاع أو التماس مع الجلد أو العين. في الولايات المتّحدة الأمريكية حدّدت إدارة السلامة والصحّة المهنية حدّ التعرّض المسموح به من النيكل في مكان العمل بمقدار 1 مغ/م3 ليوم عمل من ثمان ساعات؛ أمّا المعهد الوطني للسلامة والصحّة المهنية فوضع حدّ التعرّض الموصى به من النيكل بمقدار 0.015 مغ/م3؛ ويمثّل مقدار 10 مغ/م3 الحدّ الذي يسبّب خطورةً فوريةً للحياة أو الصحّة .

• طالع كذلك
• فلز انتقالي
• نيكل راني
• الهوامش
• مصطلحات
• المراجع
• فهرس المراجع
• المنشورات
• بالألمانية
• بالإنكليزية
• وب
• بالألمانية
• بالإنكليزية
• معلومات المراجع الكاملة
• الكتب
• الألمانية
• الإنجليزية
• الإسبانية
• الدوريات المُحكَّمة
• الألمانية
• الإنجليزية
• التقارير

وفي هذا الصدد، قد يؤدّي التماس المباشر للجلد مع فلز النيكل عند البعض إلى حدوث نوعٍ من التهاب الجلد التماسيّ التحسّسيّ ، والذي يُعرَف كذلك تحت اسم «» ؛ وهي حالة شائعة الانتشار نسبياً. إذ يكثر دخول النيكل في المجوهرات، وخاصّةً في صياغة الأقراط. كما وجد في سنة 2002 أن نقود اليورو المعدنية من فئة 1 و2 يورو كانت حاويةً على تراكيز مرتفعة نسبياً من النيكل؛ ممّا أدّى إلى ظهور حالات من حساسية النيكل لدى البعض.

كذلك، توجد أشكال عديدة للتعرّض لعنصر النيكل؛ ونظراً لكون هذا العنصر جوهرياً في غذاء النباتات، لذلك يمثّل الاستهلاك الفموي عبر تناول الغذاء مصدر تعرّضٍ طبيعيٍّ أساسيٍّ للنيكل. بالرغم من ذلك، فإنّ النيكل يوجد عادةً بتراكيز منخفضة في الطبيعة؛ وما يتناوله الإنسان فإنّه يطرح يومياً مع البول أو البراز من غير امتصاص. تصنّف مركّبات النيكل ضمن المسرطنات ؛ وخاصّةً عند استنشاق أبخرتها، وذلك وفق بيانات لدراسات تقييمية للحالة الصحّية للعمال الذين يتعرّضون لأبخرة مركّبات النيكل في أثناء عمليات التعدين؛ فضلًا عن دراسات داعمة لتجارب أجريت على الجرذان والفئران. يمثّل مركّب رباعي كربونيل النيكل خاصّةً واحداً من مركّبات النيكل الخطرة، فخطورته تنبع من كونه غازاً سامّاً، وذلك من فلز النيكل بحدّ ذاته، ومن خطر انطلاق غاز أحادي أكسيد الكربون السام.

حالات أكسدة أخرى

وعلى صعيد آخر، تعدّ حالات الأكسدة الأخرى المتبقيّة للنيكل نادرةً وغير شائعة، وتوجد في أشكال معيّنة محدّدة، فالنيكل في حالة الأكسدة 0 يلاحظ في المعقّد رباعي كربونيل النيكل Ni(CO)4، وهو مركّب نيكل عضوي يوجد على هيئة سائل متطاير، والذي يتفكّك إلى النيكل عند تسخينه؛ وتُستغَلّ هذه الخاصّية في الحصول على شكل نقيٍّ من النيكل في عملية موند. من المعقّدات الأخرى للنيكل في حالة الأكسدة الصفرية معقّد والمستعمل في مجال الاصطناع العضوي وكيمياء النيكل العضوية. أمّا النيكل الأحادي فهو كذلك غير شائع، وتوجد حالة الأكسدة هذه غالباً في المعقّدات التناسقية الحاوية على رابطة Ni-Ni، مثل معقّد K4[Ni2(CN)6] المُستحصَل من اختزال معقّد K2[Ni2(CN)6] باستخدام ملغمة صوديوم. لا يعرف للنيكل الرباعي كذلك إلّا عددٌ قليلٌ من المركّبات الكيميائية، منها معقّدات تناسقية مع ربيطة الضخمة (2-[C2B9H11]).

الخواص الكيميائية

وفي السياق ذاته، النيكل مستقرٌّ كيميائيّاً عند درجة حرارة الغرفة تجاه الرطوبة والماء والمحاليل القلويّة؛ أمّا الأحماض الممدّدة، مثل حمض الكبريتيك الممدّد، فتتفاعل مع النيكل ببطء، في حين تستطيع الأحماض المركّزة المؤكسدة، مثل حمض النتريك المركّز، أن تتفاعل مع سطح النيكل في البداية إلى أن تتشكّل طبقةٌ مُخَمّلةٌ من الأكسيد على السطح، والتي تقي باقي كتلة الفلزّ من التفاعل اللاحق.

وفي هذا السياق، يشكّل النيكل عدداً من المعقّدات التناسقية الملوّنة، ويكون العدد التناسقي فيها غالباً 4 أو 6؛ وتوجد تلك المعقّدات في ترتيبٍ هندسيٍّ جزيئيٍّ على نمط بنية جزيئية رباعية السطوح أو على نمط بنية جزيئية مستوية مربّعة ؛ وتكون المعقّدات على النمط الأول رباعي السطوح ذات مغناطيسية مسايرة ، أمّا النمط الثاني المستوي المربع فتكون فيه المعقّدات ذات مغناطيسية معاكسة ؛ وفي عناصر المجموعة العاشرة لا تلاحظ هذه الظاهرة سوى عند النيكل، إذ أنّ البالاديوم الثنائي والبلاتين الثنائي يشكّلان معقداتٍ ذات بنية مستوية مربعة فقط.

التحضير المخبري

وعلى صعيد آخر، يمكن الحصول مخبرياً على كمّيّات صغيرة من النيكل بطرائق عديدة؛ منها:

ومن جهة أخرى، اختزال الأكسيد باستخدام الهيدروجين عند درجات حرارة تقع بين 150 °س إلى 250 °س:

البنية الذرية

إضافةً إلى ذلك، من جهةٍ أخرى، ونظراً للبنية الدقيقة السائدة في تركيب الذرّات، فإنّ التوزيع الإلكتروني للمدارَين 3d و 4s ينقسم بدوره إلى عدّة مستويات طاقيّة متعدّدة؛ ممّا يؤدّي إلى حدوث تداخل بينها نظراً للتقارب بين المستويات الطاقية لذانك المدارَين؛ بالتالي فإنّه وفق حسابات الكيمياء النظرية يكون التوزيع الإلكتروني على الشكل الثاني Ar]؛ 3d9 4s1] أخفض طاقياً من الأوّل، لذلك يُدرَج هذا التوزيع الإلكتروني للنيكل كذلك في مراجع الأبحاث الكيميائية.

ومن ناحية أخرى، يتّفق هذا التوزيع مع في مبدأ أوفباو لترتيب المدارات الذرّية طاقياً، والذي يتنبّأ أنّ المدار 4s يُملَأ أوّلاً قبل المدار 3d؛ وذلك مثبتٌ عليه تجريبيّاً.

كذلك، يوجد نمطان للتوزيع الإلكتروني داخل ذرّة النيكل، واللذان يَصِفَان ترتيب الإلكترونات داخل المدارات الذرّية؛ الأوّل: Ar]؛ 3d8 4s2] والثاني: Ar]؛ 3d9 4s1] (يشير [Ar] إلى التوزيع الإلكتروني في ذرّة الآرغون). هناك تقاربٌ كبيرٌ في حسابات السويّة الطاقية بين هَذَين التوزيعَين، إلّا أنّ يوجد خلافٌ في تحديد أيّهما الأقلّ طاقياً. تُدرِجُ المراجع الكيميائية التوزيعَ الإلكتروني الأوّل للنيكل على الشاكلة Ar]؛ 3d8 4s2]؛ والذي يُكتَب كذلك بشكلٍ شائعٍ على الشكل Ar]؛ 4s2 3d8].

الأثر البيئي

وفي السياق ذاته، يوجد النيكل عادةً بتراكيز منخفضة في الطبيعة؛ وهي لا تتجاوز 20 نانوغرام/م3 في الغلاف الجوّي؛ و100 مغ/كغ في التربة؛ و10 مغ/كغ في الغطاء النباتي؛ و10 ميكروغرام/ليتر في الماء العذب؛ و1 ميكروغرام/ليتر في ماء البحر. يساهم النشاط البشري في رفع مستويات النيكل في الطبيعة؛ وذلك يتمثّل في عدّة أشكال، مثل رشوح النيكل من صنابير المياه المطليّة بالنيكل ممّا يؤدّي إلى تلوّث المياه والتربة؛ وكذلك طرح مخلّفات تعدين النيكل الصلبة من غير معالجة إلى الوسط البيئي، أو طرح أملاحه في مياه الصرف. من مصادر التعرّض الأخرى كلّ من حرق الوقود الأحفوري ودخان التبغ.

الأهمية الاقتصادية

في الغلاف المائي

من جهة ثانية، عُثِرَ على كمّيّات كبيرة نسبياً من النيكل في أعماق المحيطات، وخاصّةً في منطقة تصدّع كليبرتون في المحيط الهادي، وذلك على هيئة عُقَيدَات متعدّدة الفلزّات المتوضّعة على أعماق تصل بين 3.5 إلى 6 كيلومتر في القاع. تتألّف هذه العُقَيدات من عدّة عناصر أرضية نادرة ، ويُقدّر أن يصل محتوى النيكل فيها إلى قرابة 1.7%. مع تطوّر الأساليب والتقنيات العلمية والهندسية تقوم السلطة الدولية لقاع البحار بسنّ قوانين لوضع شروط ناظمة من أجل استخراج وجمع تلك العُقَيدات جمعاً يراعي الضوابط البيئية، ويتوافق مع أهداف التنمية المستدامة للأمم المتّحدة.

NiO + H2 -> Ni + H2O

• NiCl2 + 2 Na -> Ni + 2 NaCl
• التفكّك الحراري لمركّب أكسالات النيكل بوجود الأكسجين:
• NiC2O4 ->[T][] Ni + 2 CO2

علاوةً على ذلك، اختزال كلوريد النيكل الثنائي ضمن مستعلق في ثنائي إيثيل الإيثر باستخدام كاشف غرينيار ؛ أو باستخدام الصوديوم:

الدور الحيوي

وعلى صعيد آخر، لا يوجد دليلٌ قاطعٌ على أنّ النيكل من العناصر المغذّية الأساسية بالنسبة للإنسان، ولكن قد يكون النيكل ضرورياً بالنسبة للبكتريا الموجودة في الأمعاء الغليظة، وذلك بقيامه بدور مغذٍّ للمُعينَات الحيوية . لم تؤكّد الأكاديمية الوطنية للطبّ في الولايات المتّحدة الأمريكية أنّ النيكل من العناصر المغذّية الأساسية بالنسبة للإنسان، لذلك لم تضع لهذا العنصر قِيَماً للمدخول الكافي أو الكمّيّة المُوصى بتناولها ؛ في حين أنّها وضعت الحدّ الأقصى للمدخول المقبول بمقدار 1000 ميكروغرام/اليوم على هيئة أملاح نيكل منحلّة؛ إذ أنّ ما يُمتصّ من النيكل يُطرَح في البول. تعدّ أواني الطهو من المصادر التي قد يدخل فيها النيكل إلى الغذاء، وذلك من خلال عملية الرشح في أثناء الطهو؛ فقد وُجِدَ مثلاً أنّه بعد 10 عمليات طهو لصلصة الطماطم بذات الآنية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الحاوي على النيكل فقد رَشَحَ إليها مقدار 88 ميكروغرام من النيكل.

في هذا الإطار، يصنّف النيكل ضمن المغذّيات الأساسية لبعض الكائنات الحيّة المجهرية والنباتات التي تحتاج إلى إنزيمات يوجد فيها هذا الفلز ضمن الموقع النشط الفعّال فيها؛ لذلك يلعب النيكل دوراً حيوياً مهمٍاً في البكتيريا والعتائق وكذلك الفطور. يوجد عددٌ معتبرٌ من الأمثلة على الإنزيمات الحاوية على النيكل؛ منها إنزيم اليورياز ، والذي يحفّز تفاعل حلمهة اليوريا ليشكّل الأمونيا والكربامات، وهو بالتالي ذو دورٍ حيويٍّ مهمٍّ؛ يوجد كذلك نوعٌ من أنواع إنزيمات الهيدروجيناز المعتمدة على وجود النيكل والحديد في تركيبها، والمسؤولة عن تحفيز تفاعل أكسدة واختزال الهيدروجين الجزيئي إلى بروتونات وإلكترونات والعكس بالعكس. يُذكَر كذلك العامل المرافق F430 ، والحاوي على النيكل ضمن رباعي بيرول ، والموجود ضمن إنزيم والذي يحفّز التشكل الحيوي للميثان. يوجد كذلك صنفٌ من إنزيمات هيدروجيناز أحادي أكسيد الكربون الحاوي على عناقيد تجميعيّة من ذرّات Fe-Ni-S في بنيته. من إنزيمات النيكل كذلك كلٌ من سوبر أكسيد ديسميوتاز ؛ و .

Ni_{(s)} {+} 4CO_{(g)} <=> Ni(CO)4_{(g)}

وفي السياق ذاته، قد تتشكّل نواتج ثانوية من خماسي كربونيل الحديد أو من ثماني كربونيل ثنائي الكوبالت ، ولكن يسهل فصلها عن الناتج الرئيسي. يُمرّر رباعي كربونيل النيكل الناتج ضمن حجرة كبيرة عند درجات حرارة مرتفعة، الأمر الذي يؤدّي إلى تفكّكه وانطلاق غاز أحادي أكسيد الكربون والحصول على كُرَيّات من النيكل مرتفع النقاوة؛ أو يمكن بشكلٍ آخر أن تجرى عمليّة تفكك رباعي كربونيل النيكل في حجرة أصغر عند درجات حرارة تصل إلى 230 °س، ممّا يؤدّي إلى الحصول على مسحوق ناعم دقيق من النيكل مرتفع النقاوة.

الاستخراج

من جهة ثانية، تشير بعض التقديرات إلى أنّ النيكل يُعَدّن عالمياً بأكثر من قرابة 2.5 مليون طن سنوياً؛ وبحسب بيانات سنة 2020 تتصدّر إندونيسيا تلك الدول بإنتاج عالمي سنوي مقداره 760 ألف طن، ثمّ الفلبين بمقدار 320 ألف طن، ثمّ روسيا بمقدار 280 ألف طن، ثمّ كاليدونيا الجديدة بمقدار 200 ألف طن، ثمّ أستراليا بمقدار 170 ألف طن، ثمّ كندا بمقدار 150 ألف طن. توجد توضّعات مهمّة لخامات النيكل في حوض سودبوري في كندا، وفي مدينة نوريلسك وشبه جزيرة كولا في روسيا، وفي ولاية كوينزلاند في أستراليا، وفي مدينة موا في كوبا. إجمالاً تمتلك دولتا أستراليا وإندونيسيا أكبر احتياطيٍّ عالميٍّ من النيكل، وذلك بنسبةٍ تبلغ 43.6% من الاحتياطيّ العالميّ.

من جانب آخر، حتّى يكون استخراج النيكل مجدٍ اقتصادياً ينبغي أن يقع محتوى النيكل في الخامة بين 0.5-1%. تُستخرَج خامات النيكل عادةً إمّا من التوضّعات الكبريتيدية التقليدية، أو من تلك الموجودة في الطبقات اللاتيريتية؛ وهناك نزعة إلى استخراج خامات النيكل من الأخيرة على حساب الأولى؛ رغم ما يرافق ذلك من صعوبات تقنية، إذ يتطلب الاستخراج من الطبقات اللاتيريتية إجراء عملية .

في الغلاف الصخري

ومن ناحية أخرى، تبلغ وفرة النيكل في القشرة الأرضية مقدار 0.008%؛ ومن النادر العثور عليه فيها بشكله الطبيعي الحرّ؛ بل يوجد غالباً في القشرة الأرضية ضمن معادن مختلفة، وذلك في معدن البنتلانديت بمرافقة الكبريت والحديد؛ وفي معدن الميلريت بمرافقة الكبريت؛ وفي معدن النيكلين بمرافقة الزرنيخ. تُستخرَج خامات النيكل من طبقة اللاتيريت ، والتي تنتشر فيها مزائج للنيكل مع فلزّات أخرى ضمن معادن مختلفة، وذلك مع الحديد مثلاً ضمن الليمونيت . كما يوجد النيكل في خام الغارنيريت النادر والمتوضّع في الصخور فوق المافية والحاوي على النيكل على هيئة سيليكات؛ والمؤلّف من معدن النبويت ومن معدن الوليمزيت ؛ وكذلك في التوضّعات الكبريتيدية الصُهَاريّة . من معادن النيكل الأخرى كلّ من البنزنيت والأوارويت ، وتلك أمثلةٌ على معادن نادرة، ولكنّها حاوية على النيكل بنسبة مرتفعة.

الإنتاج

ومن جهة أخرى، ُُتُجرَى عمليّات الصَهْر وفق مراحل تدريجية من أجل فصل الفلزّات المرافقة، إذ للتخلّص من الحديد يُسخّن الخليط الكبريتيدي المصهور أوّلاً من أجل تحويل كبريتيد الحديد إلى أكسيد الحديد؛ ثمّ تضاف السيليكات وفحم الكوك لاحقاً من أجل الحصول على خَبَثٍ من . أمّا النحاس فيُفصَل وفق بإضافة كبريتيد الهيدروجين وكبريتيد الصوديوم، ممّا يؤدّي إلى تشكيل كبريتيدات مضاعفة من النحاس والصوديوم سهلة الانصهار والفصل. لاحقًا يُعرّض كبريتيد النيكل إلى الحرارة ويُحوّل إلى الأكسيد، والذي يُختَزل لاحقاً باستخدام فحم الكوك إلى فلز النيكل. يُنقّى فلزّ النيكل الناتج بعمليّات استخلاص كهربائي لاحقة.

إضافةً إلى ذلك، يُستَخلص فلزّ النيكل من خاماته تقليدياً وفق عمليات تتضمّن تحميص الخامة ثمّ الاختزال ، ممّا يمكّن من الحصول على فلزٍّ بنقاوة أكبر من 75%. في تلك العمليّات الحرارية التقليدية تتعرّض خامات النيكل الكبريتيدية لدرجات حرارة مرتفعة، ممّا يؤدّي إلى الحصول على خليط كبريتيدي مصهور ، والذي يخضع إلى عمليات تنقية لاحقة. أدّى التطوّر في عمليّات المعالجة المائية إلى الحصول على ناتج من النيكل ذي نقاوة مرتفعة نسبياً، وذلك عبر تركيز الخامات الكبريتيدية بعملية تعويم زَبَديّ ، ثمّ تخضع لاحقاً إلى عمليّات صَهْرٍ حرارية.

التنقية

النظائر

ومن ناحية أخرى، للنظير نيكل-62 62Ni أعلى قيمة وسطية لطاقة الترابط النووي لكلّ نُوَيّة من جميع نُوَيْدات العناصر الكيميائية المعروفة، وذلك بمقدار 8.7946 ميغاإلكترون-فولت/نُوَيّة ؛ وتلك قيمة أعلى من تلك التي لِنَظيرَي الحديد: حديد-56 56Fe وحديد-58 58Fe. مع ذلك، فإنّ النيكل لا يعدّ أكثر عنصرٍ كيميائيٍّ ثقيلٍ وفرةً في الكون، وذلك يعود بسبب الانحلال الضوئي للنيكل داخل لبّ النجوم، وذلك يجعل الحديدَ أكثرَ وفرةً من النيكل بشكلٍ كبيرٍ. يعدّ النظير نيكل-60 60Ni المستقرّ ناتجَ اضمحلالٍ للنُوَيدة المشعّة المنقرضة حديد-60 60Fe، والتي تضمحلّ بعمر نصف مقداره 2.6 مليون سنة. يَنتُج النظير المشعّ نيكل-56 56Ni في الكون من عملية احتراق السيليكون ويُطرَح بكمّيّات كبيرة من المستعرات العظمى من النوع Ia ، ويشير شكل المنحنى الضوئي لتلك المستعرات العظمى في أعمار متوسطة إلى متأخرة إلى حدوث اضمحلال عن طريق التقاط إلكترون من النظير نيكل-56 متحوّلاً إلى كوبالت-56، والذي يضمحلّ بدوره إلى النظير حديد-56. أمّا النظير، النيكل-59 59Ni، فهو نُوَيدة كونيّة مشعّة بعمر نصف مقداره 76 ألف سنة. يُستخدَم النظير نيكل-59 في جيوكيمياء النظائر، وذلك في التأريخ الإشعاعي من أجل تقدير عمر الأحجار النيزكية، ومن أجل معرفة الأصل الكوني للغبار في الجليد وفي الرواسب. من جهةٍ أخرى، وُجِدَ كذلك أنّ للنظير المشعّ نيكل-78 عمر نصف مقداره 110 ميلي ثانية، ويُظَنّ أنّ له دوراً مهمّاً في التخليق النووي في المستعرات العظمى للعناصر الكيميائية الأثقل من الحديد. اكتُشِفَ النظير نيكل-48 48Ni سنة 1999، وهو أكثر نظيرِ لعنصرِ ثقيلِ غنىً بالبروتونات، فهو يمتلك 28 بروتوناً و20 نيوتروناً؛ وهو يمتلك عدداً سحريّاً مضاعفاً مثلما هو الحال في النظير نيكل-78 (28 بروتون و50 نيوترون). يوجد النظير نيكل-63 على هيئة شائبة في البُنَى الداعمة للمفاعلات النووية؛ وينتج من التقاط نيوترون من نيكل-62، ويُستخدَم من أجل الاستدلال والكشف عن اختبارات الأسلحة النووية.

في هذا الإطار، يوجد إحدى وثلاثون نظيراً معروفاً للنيكل، والتي تتراوح أعدادها الكتلية بين 48 و78، منها خمسة نظائر مستقرّة وهي: نيكل-58 58Ni ونيكل-60 60Ni ونيكل-61 61Ni ونيكل-62 62Ni ونيكل-64 64Ni. أكثر هذه النظائر المستقرّة وفرةً طبيعيةً هو النظير نيكل-58، والذي يشكّل 68.077% من النيكل في الطبيعة، يليه النظير نيكل-60 بوفرة طبيعية مقدارها 26.22%. هنالك ستّة وعشرون نظيراً مشعّاً للنيكل، أطولها عمراً هو نيكل-59 59Ni والذي له عمر نصف 76,000 سنة، يليه النظير نيكل-63 63Ni بعمر نصف 100.1 سنة، والنظير نيكل-56 56Ni بعمر نصف 6.077 يوم؛ ولباقي نظائر النيكل المشعّة أعمار نصف أقلّ من 60 ساعة، وأغلبها دون 30 ثانية؛ مع العلم أنّه لا يوجد مصاوغ نووي لهذا العنصر.

الخواص الفيزيائية

التحليل الكهربائي

في هذا الإطار، لإجراء عمليّة التنقية يُوضَع النيكل الخام في خليّة تحليل كهربائي على المصعَد ، أمّا على المهبط فتوضع صفيحةٌ من النيكل مرتفع النقاوة، في حين يُستخدَم كهرلٌ من أملاح النيكل.

صناعة السبائك

ومن ناحية أخرى، لسبائك النيكل تطبيقات مختلفة، فهي على العموم تتميّز بمقاومتها للتآكل والحرارة، لذا تُستخدَم مثلاً في صناعة العنفات الغازية . من جهةٍ أخرى تتميّز سبيكة كونستانتان بأنّ ذات مقاومة نوعية ثابتة ضمن مجال واسع من درجات الحرارة، لذا تجد لها استخدامات في صناعة المقاومات الكهربائية. أمّا سبيكة فضّة النيكل فهي مقاومة للتآكل بدرجة كبيرة، وتُستخدَم في صناعة أدوات تناول الطعام؛ وسبيكة النيكل النحاسي تُستخدَم بشكلٍ كبيرٍ في سكّ النقود المعدنية. في حين تُستخدَم سبيكة نيكل راني ، وهي علامة تجارية لسبيكة دقيقة الحبيبات من النيكل والألومنيوم، في مجال التحفيز الكيميائي وذلك بشكلٍ واسعٍ في تفاعلات الهدرجة .

وفي السياق ذاته، يدخل النيكل بشكلٍ واسعٍ وبارزٍ في صناعة عددٍ معتبرٍ من السبائك، إذ يساهم في تعزيز مقاومة الشدّ والمتانة وزيادة اللدونة . من أهمّ الفلزّات التي تُسبَك مع النيكل كلّ من الحديد والكروم والكوبالت والنحاس والألومنيوم، فضلًا عن الرصاص والذهب والفضّة. تعدّ سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ من سبائك النيكل المعروفة، فضلًا عن سبائك أخرى تتضمّن: سبيكة ألنيكو (من الألومنيوم والنيكل والكوبالت)؛ وسبيكة برمالوي (من النيكل والحديد)؛ وسبيكة إيلنفار (من الحديد والنيكل والكروم)؛ وسبيكة إنفار (من النيكل والحديد)؛ وكذلك سبيكة إنكونيل (من النيكل والكروم)؛ وسبيكة وسبيكة (وهي علامات تجارية لسبائك فائقة مقاومة للتآكل مؤلّفة من النيكل والكروم)؛ وكذلك سبيكة مونيل وسبيكة كونستانتان (من النيكل والنحاس).

القيمة السوقية

من جهة ثانية، ازداد سعر النيكل في السوق العالمية بشكل مُطَّردٍ منذ بدايات القرن الحادي والعشرين، ففي شهر أبريل من سنة 2007 كان سعر هذا الفلز 52,300 دولار أمريكي/الطن. انخفض سعر الطن فيما بعد بشكلٍ كبير، ووصل في سنة 2017 إلى سعر 11,000 دولار أمريكي/الطن. في أثناء الغزو الروسي لأوكرانيا في سنة 2022 زادت المخاوف بأنّ العقوبات على روسيا قد تؤدّي إلى ارتفاعٍ حادٍّ قصير الأجل في سعر النيكل في السوق العالمية، ممّا أدّى بالفعل إلى تضاعف سعر النيكل بأربع مرّات في مجرد يومَين، ليصل إلى 100,000 دولار أمريكي/الطن في شهر مارس من سنة 2022. وفي تلك الفترة كذلك ألغت بورصة لندن للمعادن عقوداً بقيمة 3.9 بليون دولار أمريكي، وعلّقت التداول التجاري بالنيكل لمدّة أكثر من أسبوع.

عملية موند

وفي هذا السياق، يُستَحصل على النيكل مرتفع النقاوة وفق عملية موند ، وذلك بدرجة نقاوة تصل إلى 99.99%. تُنسَب العملية إلى لودفيغ موند ، والذي طوّرها أواخر القرن التاسع عشر. في هذه العملية يتفاعل النيكل مع أحادي أكسيد الكربون بوجود حفّاز من الكبريت عند درجة حرارة بين 40–80 °س، ليتشكّل مركّب كيميائي من رباعي كربونيل النيكل :

الخواص الفلزية

إضافةً إلى ذلك، يوجد النيكل في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على هيئة فلزٍ ذي لون أبيض فضّي، مع وجود مًسْحَةٍ ذهبيّةٍ طفيفةٍ في حال الصقْل؛ وهو يُصنّف ضمن الفلزّات الثقيلة، إذ تبلغ كثافته مقدار 8.91 غ/سم3. يعدّ النيكل واحداً من أربعة عناصر، إلى جانب الحديد والكوبالت والغادولينيوم، تمتلك خواصاً مغناطيسية حديدية عند أو بالقرب من درجة حرارة الغرفة. تبلغ قيمة درجة حرارة كوري مقدار 354 °س، أي أنّ النيكل يصبح لا مغناطيسياً فوق تلك الدرجة. تترتّب البنية الذرّية للنيكل وفق نظامٍ بلّوريٍّ مكعّبٍ مركزيّ الوجه ، وتبلغ فيه قيمة ثابت الشبكة البلّورية a مقدار 352.4 بيكومتر؛ مع وجود أربع وحدات صيغة في وحدة الخليّة .

من جهة ثانية، النيكل فلزٌّ متوسّط الصلادة (تبلغ قيمة الصلادة وفق مقياس موس مقدار 3.8)، ولكنّه مطواع وقابل للسحب والطرق ، كما أنّه قابل للصهر وللصقل؛ ويتميّز بأنّه موصلٌ جيّدٌ للكهرباء وناقلٌ جيّدٌ الحرارة. تبلغ قيمة مقاومة الشدّ للنيكل المتوهّج بين 400–450 ميغاباسكال. إنّ قيمة مقاومة الانضغاط المرتفعة بمقدار 34 غيغاباسكال لا يمكن الوصول إليها في الظروف التجريبية للفلزات نظراً لتشكّل وحركة الانحرافات في البنية البلّورية؛ إلّا أنّها محقّقة في الجسيمات النانوية للنيكل.

التحليل الكيميائي

وفي هذا السياق، اعتماداً على تفاعل تشكّل هذا المعقّد فإنّه من الممكن وفق الوسائل التقليدية إجراء تحليل كمّي للنيكل الثنائي، وذلك مثلاً وفق أسلوب التحليل الوزني الكهربائي باستخدام أقطاب كهربائية من البلاتين؛ أو باستخدام أسلوب القياس الفولتي باستخدام قطب الزئبق المتقاطر . تُستخدَم في الوقت الحالي وسائل التحليل الآلي الحديثة للكشف الكمّي عن النيكل، وذلك وفق تقنيات المطيافية الذرّية المختلفة، أو باستخدام تقنية مطيافية الكتلة المزوّدة ببلازما مقترنة بالحثّ مثلًا؛ إذ تُمكّن هذه التقنيّات الحديثة من الحصول على نتائج للتحاليل حتى بكميّات نزرة.

في هذا الإطار، يمكن الكشف عن النيكل نوعياً وفق الوسائل التقليدية للكيمياء التحليلية عن طريق إجراء تفاعل تشكّل معقّد للنيكل الثنائي مع مركّب ثنائي ميثيل غليوكسيم. قبل إجراء تفاعل الكشف فإنّه عادةً ما تُرَسّب أملاح النيكل الثنائي من الوسط المائي عبر إضافة كبريتيد الأمونيوم، الأمر الذي يؤدّي إلى الحصول على راسبٍ أسودٍ من كبريتيد النيكل الثنائي، والذي يُرشَح ويُفصَل ثمّ يذاب في حمض النتريك للحصول على أيونات النيكل الثنائي المائية خضراء اللون. يجرى تفاعل الكشف النوعي مع ثنائي ميثيل غليوكسيم في وسطٍ قلويٍّ بإضافة هيدروكسيد الأمونيوم، ممّا يؤدّي إلى الحصول على راسب أحمر توتي من معقّد .

التاريخ وأصل التسمية

وفي هذا الصدد، عُثِرَ في ألمانيا في فترة القرون الوسطى على معدن مصفَرّ في منطقة جبال الخام ، والذي كان يشبه خام النحاس؛ إلّا أنّ عمال المناجم لم يتمكّنوا من استخراج النحاس من ذلك الخام، ممّا دفعهم إلى الاعتقاد بوجود قدرة خارقة تحول دون الحصول على مبتغاهم، لذلك أطلقوا اسم عفريت من الأساطير الجرمانية يدعى على اسم ذلك الخام، ليدعى حينها باسم (، حيث تعني كلمة النحاس في اللغة الألمانية).

وفي هذا السياق، يُعرَف هذا الخام في الوقت الحالي باسم نيكلين (عُرف مسبقًا باسم )؛ وهو يتكوّن كيميائياً من زرنيخيد النيكل. في سنة 1751 تمكّن البارون أكسل فريدريك كرونستيد في أثناء تجاربه لعزل النحاس من معدن في منجم للكوبالت في السويد من الحصول على فلزّ أبيض، ليتبيّن له فيما بعد أنّه عنصر جديد، وأعلن اكتشافه وأطلق عليه اسم «نيكل»، نسبةً إلى أسطورة العفريت التي مَنَحَت الخام ذلك الاسم. لا يزال اسم مستعملاً في اللغة الألمانية، ولكن للإشارة إلى سبيكة النيكل النحاسي (كبرونيكل).

ومن جهة أخرى، كان خام هو الوسيلة الوحيدة للحصول على النيكل حتّى بداية القرن التاسع عشر، ولكن منذ سنة 1824 أصبح من الممكن الحصول على هذا الفلزّ ناتجاً ثانوياً من عمليات استخراج خضاب أزرق الكوبالت ؛ أمّا الإنتاج على صعيدٍ كبيرٍ فكان قد بدأ في النرويج في سنة 1848 من خامات معدن البيروتيت الغنيّة بالنيكل. ساهمت إضافة النيكل في عمليّات إنتاج الفولاذ في سنة 1889 إلى ازدياد الطلب العالمي عليه، وقد ساهم اكتشاف التوضّعات الرسوبية الغنيّة بالنيكل في جزر كاليدونيا الجديدة في تأمين حاجة السوق حتّى بدايات القرن العشرين، ثمّ تلاها اكتشاف كمّيّات كبيرة من خامات النيكل في كندا وروسيا وجنوب أفريقيا، بالشكل الذي أمّن حاجة السوق من هذا الفلزّ.

ومن جهة أخرى، بسبب سهولة الخلط بين خامات النيكل وبين خامات الفضّة والنحاس، فلم تفهم خواص فلزّ النيكل فهماً كاملاً إلّا في العصور الحديثة نسبياً. مع ذلك، فإنّ النيكل المرافق لخامات النحاس والفضّة قد بُرْهِنَ على دخوله بنسبة عظمى تصل إلى 2% من تركيب قطع أثريّة تاريخيّة قديمة مصنوعة من البرونز، عثر عليها في سورية، وتعود إلى أقدم من 3500 ألف سنة قبل الميلاد. كما تشير بعض النصوص الصينية القديمة إلى سبيكة من ، والتي كانت تعرف باسم ، وهي تعرف في الوقت الحالي باسم سبيكة «النيكل النحاسي» ، وكانت مستعملةً حينها في عهود تتراوح بين 1700 إلى 1400 سنة قبل الميلاد. صُدِّرَ هذا إلى دول أوروبا الغربية في بدايات القرن السابع عشر، ولكن لم يعرف أنّ تلك السبيكة كانت حاويةً على النيكل إلّا في سنة 1822. وُجِدَ كذلك أنّ نقوداً معدنية كانت قد سُكَّت من سبيكة النيكل النحاسي من الملوك البُخْتريين : أغاثوكليس وإيوثيديموس الثاني وبنتاليون في القرن الثاني قبل الميلاد، والتي غالباً كانت مُستقدَمةً من الصين.

Ni(CN)2 + 2KCN -> K2[Ni(CN)4]

ومن ناحية أخرى، من معقّدات النيكل الثنائي المعروفة كذلك معقّد نيكلوسين ، وهو مركّب نيكل عضوي ينتمي إلى مجموعة الميتالوسينات الشطيرية ؛ إذ يتألّف النيكلوسين من مركز من أيون النيكل الثنائي المحصور بين وحدتين من أنيون حلقي البنتاديينيل ، وهو يحوي على عشرين إلكتروناً في بنيته، والتي تأخذ فيها الحلقتان تصاوُغاً هندسياً مقارباً .

سك النقود

من جهة ثانية، شاع استخدام النيكل في سكّ النقود المعدنية منذ أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر؛ فمثلًا سَكّتِ الإمبراطورية البريطانية سنة 1786 في مدينة برمنغهام نقوداً معدنيّة من النيكل من أجل إدارة التعاملات المالية في ماليزيا. أمّا في الولايات المتّحدة فتُستخدَم تسمية «  » عبر تاريخها للإشارة إلى عددٍ من فئاتِ النقود المعدنية الحاوية على النيكل في تركيبها، مثل «  » المتداول بين سنتي 1857–1858، و«  » المتداول بين سنتي 1859–1909، فضلًا عن «  » المتداول بين سنتي 1865–1889. أمّا في الوقت الحالي فتُستخدَم التسمية للإشارة إلى فئة خمسة سنتات التي لا تزال متداولةً في الوقت الحالي، وهي تحوي على 25% من تركيبها من فلز النيكل و75% المتبقيّة من النحاس، وذلك يعادل وزناً مقدار 1.1 غرام بالنسبة للنيكل، ومقدار 3.75 غرام من النحاس. مع ارتفاع أسعار الفلزّات عالمياً منذ بداية القرن الحادي والعشرين فقد فاق الثمن الحقيقي لهذه القطعة النقدية مقدار قيمتها النقدية؛ ممّا جعلها هدفاً مغرياً للبعض، الذين بدأوا بصهرها والاتّجار بفلزَّي النيكل والنحاس لكسب مرابح مالية؛ الأمر الذي دفع دار السكّ الأمريكية إلى تجريم صهر وتصدير فئات النقود الأمريكية؛ وفرضت غراماتٍ مالية قد تصل إلى 10 آلاف دولار أمريكي، وبالسجن لمدّة قد تصل إلى خمس سنوات. تجدر الإشارة إلى أنه في أثناء الحرب العالمية الثانية جرى سكّ هذه الفئة النقدية من غير إدخال النيكل في تركيبها، من أجل استخدام هذا الفلزّ في تطبيقات عسكرية.

من جانب آخر، أدّى ارتفاع سعر النيكل عالمياً إلى التفكير بتأمين بديلٍ عن هذا الفلز في سكّ النقود المعدنية في مختلف أرجاء العالم، ولكنه لا يزال داخلاً مثلاً في تركيب نقود اليورو المعدنية من فئة 1 و2 يورو؛ وفي نقود الجنيه الإسترليني المعدنية من فئة 20 و50 بنس وكذلك 1 و2 جنيه إسترليني؛ وفي نقود الدولار الأمريكي المعدنية من فئة 5 و10 و25 و50 سنت وكذلك 1 دولار أمريكي. طرحت المملكة المتحدة تدريجياً منذ سنة 2012 نقوداً معدنية مصنوعة من الفولاذ المطلي بالنيكل لفئتي 5 و10 بنس، وهو ما حدا بالبعض إلى الاعتراض بسبب حساسيتهم تجاه النيكل.

متفرقات

وفي هذا السياق، يدخل النيكل ومركّباته وسبائكه في طيفٍ واسعٍ من التطبيقات المختلفة في مجالات الحياة اليومية؛ تتفاوت بين صناعة البطّاريات الكهربائية (مثل بطارية النيكل وهيدريد الفلز وبطارية النيكل والهيدروجين) وبين صناعة الخضب والطلي الكهربائي بالنيكل. إذ تُستخدَم مركّبات النيكل اللاعضوية خضباً لإضافة اللون الأخضر في صناعة الزجاج. أمّا فلزّ النيكل فكان يستعمل سابقاً في صناعة إطارات النظّارات. ونظراً لتمتّع النيكل بمقاومةٍ كيميائية تجاه الأحماض والقلويّات، فإنّه يُستخدَم في صناعة بعض التجهيزات المخبرية مثل البواتق . يُستخدَم أسلوب الطلي الكهربائي بالنيكل من أجل منع تآكل المشغولات المعدنية. في حين تُستخدَم رغوة النيكل في صناعة في خلايا الوقود القلوية .

علاوةً على ذلك، يُستخدَم النيكل مادّةً رابطةً في صناعة المنتَجات الصلدة المبنية على كربيد التنغستن، إذ يُضاف بنسبةٍ تتراوح بين 6-12% وزناً؛ ممّا يساهم في إضفاء خواص مغناطيسية على المنتَجات النهائية، إلى جانب خواصَّ مقاومةٍ للتآكل؛ إلّا أن تلك المنتَجات ذات صلادة أقلّ من المنتَجات التي تستعمل الكوبالت مادّةً رابطةً فيها. للنظير نيكل-63 63Ni عمر نصف مقداره 100.1 سنة، وهو يدخل في مجال الصناعات الإلكترونية في تركيب أجهزة كريترون إذ يعد مصدراً لانبعاث جسيمات بيتّا مرتفعة السرعة؛ ويُستخدَم لذلك في تركيب مكشاف التقاط الإلكترون في أجهزة مطيافية الاستشراب الغازي ؛ وتجرى دراساتٌ لاستخدامه مصدراً للطاقة في البطّاريات البيتافولتائية.

النيكل الثلاثي

وفي هذا الصدد، إلّا أنّ مركّبات النيكل الثلاثي غير مستقرّة على العموم، وتحتاج إلى تثبيت عبر الارتباط مع رُبَيطات مانحة للرابطة سيغما مثل الثيولات أو .

ومن ناحية أخرى، أشهر مركّبان للنيكل الثلاثي هما الأكسيد Ni2O3 وأكسيد الهيدروكسيد NiO(OH)، واللذان يجدان لهما تطبيقات في بطّاريات النيكل المختلفة. يُعثَر كذلك على النيكل في حالة الأكسدة الثلاثية في بعض من المركّبات الكيميائية، منها مركّبات Ni(PPh3)X3.

المركبات الكيميائية بحالات الأكسدة المختلفة

إضافةً إلى ذلك، يمكن أن يوجد النيكل بعدّة حالات أكسدة، مثله مثل باقي الفلزّات الانتقالية، وهي تتراوح من -1 إلى +4، إذ يوجد النيكل في حالة الأكسدة 0 مثلاً في معقّداته التناسقية، مثلما هو الحال في مركّب رباعي كربونيل النيكل. وتعدّ حالة الأكسدة +2 الأكثر شيوعاً بين حالات الأكسدة المذكورة في كيمياء النيكل.