نيكل

النيكلعنصرٌ كيميائيرمزهNiوعدده الذرّي28، وهو ينتمي إلىعناصر المستوى الفرعي dويقع على رأسعناصر المجموعة العاشرةفيالجدول الدوري؛ ويصنّف كيميائياً ضمنالفلزّات الانتقالية. النيكل فلزٌ أبيض فضّي بمظهرٍ ذهبيٍّ خفيفٍ، وهو أحدالمواد المغناطيسية. لمسحوق النيكل النقينشاط كيميائيجيّد؛ أمّا القطع كبيرة الحجم فهي بطيئة التفاعل فيالظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة، ويعود سبب ذلك إلى تشكّل طبقةٍمُخَمّلةٍمن الأكسيد على السطح. لا يوجد النيكل في الطبيعة بشكله الحرّ إلّا نادراً، ولكنّه غالباً ما يكون مرتبطاً مع عناصرَ أخرى ضمنمعادنمختلفة، وخاصة في طبقاتالصخور فوق المافية. تكثر خامات النيكل فيروسياوكندا، وكذلك في جزركاليدونيا الجديدةفي المحيط الهادي. ينتج النيكل في الكون من عمليةالتخليق النووي في المستعرات العظمى؛ وهو يدخل في تركيبالحديد النيزكيوالمستحصل منالنيازك الحديدية، والتي كانت منتشرة على سطح الأرض في العصور التاريخية الأولى من عمر الأرض. يدخل النيكل أيضاً مع الحديد في تركيباللبّ الداخليوالخارجيلباطن الأرض.
كانأكسل فريدريك كرونستيدأوّل من تمكّن من عزل فلزّ النيكل، وذلك في سنة 1751، ولكنه أخطأ في البداية وظنّه معدناً من معادن النحاس؛ ثمّ تمكّن بعد ذلك من تمييزه على أنّه عنصرٍ كيميائيٍّ جديد. تُشتَقّ تسمية هذا العنصر من الأساطير الجرمانية، إذ كان ينتشر بين عمال المناجم لفظ «نيكل» للإشارة إلى اسم عفريت، والذي كان يطلق على خامة من خامات النيكل والنحاس، والتي لم يكن ينتج عن صهرها فلزّ النحاس المنشود. استُخدِمَ النيكل منذ اكتشافه في طلي الحديد والنحاس الأصفر، وفي صناعة السبائك؛ كما يكثر استخدام النيكل فيسكّ النقود المعدنية. للنيكل تطبيقاتٍ عمليّةٍ أخرى في مجالالتحفيز الكيميائي، مثلنيكل راني، وفي صناعةبطّاريات المَرْكبات الكهربائية.
للنيكل دورٌ حيويٌ مهمٌ لبعض النباتات، إذ تحوي بعضالإنزيماتالمهمة لها على النيكل فيالموقع النشط. من جهةٍ أخرى، قد يسبّب تماس الجلد لدى البعض مع الأشياء المصنوعة من النيكل إلى حدوث حالة منالتهاب الجلد التماسي التحسّسي، والمعروفة باسم «حساسية النيكل».
بسبب سهولة الخلط بين خامات النيكل وبين خاماتالفضّةوالنحاس، 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 منالبرونز، عثر عليها فيسورية، وتعود إلى أقدم من 3500 ألف سنة قبل الميلاد.كما تشير بعض النصوص الصينية القديمة إلى سبيكة منالنحاس الأبيض، والتي كانت تعرف باسمبايتونغ، وهي تعرف حالياً باسم سبيكة «النيكل النحاسي»كبرونيكل، وكانت مستخدمةً حينها في عهود تتراوح بين 1700 إلى 1400 سنة قبل الميلاد. صُدِّرَ هذاالنحاس الأبيضإلى دولأوروبا الغربيةفي بدايات القرن السابع عشر، ولكن لم يعرف أنّ تلك السبيكة كانت حاويةً على النيكل إلّا في سنة 1822.وُجِدَ أيضاً أنّ نقوداً معدنية كانت قد سُكَّت من سبيكة النيكل النحاسي منالملوك البُخْتريين:أغاثوكليسوإيوثيديموس الثانيوبنتاليونفي القرن الثاني قبل الميلاد، والتي غالباً كانت مُستقدَمةً من الصين.
عُثِرَ في ألمانيا في فترة القرون الوسطى على معدن مصفَرّ في منطقةجبال الخام، والذي كان يشبه خام النحاس؛ إلّا أنّ عمال المناجم لم يتمكّنوا من استخراج النحاس من ذلكالخام، ممّا دفعهم إلى الاعتقاد بوجود قدرة خارقة تحول دون الحصول على مبتغاهم، لذلك أطلقوا اسم عفريت منالأساطير الجرمانيةيدعىنيكلعلى اسم ذلك الخام، ليدعى حينها باسمKupfernickel(كُبفرنيكل، حيث تعني كلمةKupferالنحاس فياللغة الألمانية).
يُعرَف هذا الخام حالياً باسمنيكلين(عُرف مسبقًا باسمنيكوليت)؛ وهو يتكوّن كيميائياً منزرنيخيدالنيكل. في سنة 1751 تمكّن البارونأكسل فريدريك كرونستيدفي أثناء تجاربه لعزل النحاس من معدنكُبفرنيكلفي منجمللكوبالتفيالسويدمن 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 اسمكُبفرنيكلمستخدماً في اللغة الألمانية، ولكن للإشارة إلى سبيكةالنيكل النحاسي(كبرونيكل).
كان خامكُبفرنيكلهو 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 خضابأزرق الكوبالت؛ أمّا الإنتاج على صعيدٍ كبيرٍ فكان قد بدأ فيالنرويجفي سنة 1848 من خامات معدنالبيروتيتالغنيّة بالنيكل. ساهمت إضافة النيكل في عمليّاتإنتاج الفولاذفي سنة 1889 إلى ازدياد الطلب العالمي عليه، وقد ساهم اكتشاف التوضّعات الرسوبية الغنيّة بالنيكل في جزركاليدونيا الجديدةفي 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.
يتركّز وجود النيكل على كوكب الأرض بمرافقة الحديد في تركيباللبّ الداخليوالخارجيلباطن الأرض؛وتقدّر نسبةالكسر الكتليللنيكل في لبّ الأرض بقرابة 5%.يدخل النيكل أيضاً في تركيبالنيازك الحديديةوذلك على هيئة شكلين محدّدين من أشكال السبيكة مع الحديد، وهماالكاماسيتوالتاينيت. تتراوح نسبة النيكل في الكاماسيت بين 5-10%، مع احتمالية وجود شوائب منالكوبالتأوالكربون؛ في حين أنّ محتوى النيكل في التاينيت يتراوح بين 20% إلى 65%.اكتُشِفَ وجود النيكل في النيازك الحديدية أوّل مرّة سنة 1799 من العالمجوزيف لويس بروست، والذي كان حينها يحلّل عيّنات من النيازك الحديدية المُستَجْلَبَة من موقعكامبو دل ثيلوالأرجنتيني؛ وَوَجد أنّ نسبة النيكل فيها تصل إلى قرابة 10%.
تبلغوفرة النيكل في القشرة الأرضيةمقدار 0.008%؛ومن النادر العثور عليه فيها بشكلهالطبيعي الحرّ؛بل يوجد غالباً فيالقشرة الأرضيةضمن معادن مختلفة، وذلك في معدنالبنتلانديتبمرافقةالكبريتوالحديد؛ وفي معدنالميلريتبمرافقة الكبريت؛ وفي معدنالنيكلينبمرافقةالزرنيخ.تُستخرَج خامات النيكل من طبقةاللاتيريت، والتي تنتشر فيها مزائج للنيكل مع فلزّات أخرى ضمن معادن مختلفة، وذلك مع الحديد مثلاً ضمنالليمونيت. كما يوجد النيكل في خامالغارنيريتالنادر والمتوضّع فيالصخور فوق المافيةوالحاوي على النيكل على هيئةسيليكات؛ والمؤلّف من معدنالنبويتومن معدنالوليمزيت؛ وكذلك في التوضّعات الكبريتيدية الصُهَاريّة.من معادن النيكل الأخرى كلّ منالبنزنيتوالأوارويت، وتلك أمثلةٌ على معادن نادرة، ولكنّها حاوية على النيكل بنسبة مرتفعة.
عُثِرَ على كمّيّات كبيرة نسبياً من النيكل في أعماق المحيطات، وخاصّةً فيمنطقة تصدّع كليبرتونفيالمحيط الهادي، وذلك على هيئةعُقَيدَات متعدّدة الفلزّاتالمتوضّعة على أعماق تصل بين 3.5 إلى 6 كيلومتر فيالقاع.تتألّف هذه العُقَيدات من عدّةعناصر أرضية نادرة، ويُقدّر أن يصل محتوى النيكل فيها إلى قرابة 1.7%.مع تطوّر الأساليب والتقنيات العلمية والهندسية تقومالسلطة الدولية لقاع البحاربسنّ قوانين لوضع شروط ناظمة من أجل استخراج وجمع تلك العُقَيدات جمعاً يراعي الضوابط البيئية، ويتوافق معأهداف التنمية المستدامةللأمم المتّحدة.
تشير بعض التقديرات إلى أنّ النيكل يُعَدّن عالمياً بأكثر من حوالي 2.5 مليون طن سنوياً؛ ووفقاً لبيانات سنة 2020 تتصدّرإندونيسياتلك الدول بإنتاج عالمي سنوي مقداره 760 ألف طن، ثمّالفلبينبمقدار 320 ألف طن، ثمّروسيابمقدار 280 ألف طن، ثمّكاليدونيا الجديدةبمقدار 200 ألف طن، ثمّأستراليابمقدار 170 ألف طن، ثمّكندابمقدار 150 ألف طن.توجد توضّعات مهمّة لخامات النيكل فيحوض سدبريفي كندا، وفي مدينةنوريلسكوشبه جزيرة كولافي روسيا، وفي ولايةكوينزلاندفي أستراليا، وفي مدينةموافي كوبا. إجمالاً تمتلك دولتاأسترالياوإندونيسياأكبر احتياطيٍّ عالميٍّ من النيكل، وذلك بنسبةٍ تبلغ 43.6% من الاحتياطيّ العالميّ.
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 فيالطبقات 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 عمليةتصويل حمضي مرتفع الضغط.
يُستَخلصفلزّ النيكل من خاماته تقليدياً وفق عمليات تتضمّنتحميص الخامةثمّالاختزال، ممّا يمكّن من الحصول على فلزٍّ بنقاوة أكبر من 75%. في تلكالعمليّات الحراريةالتقليدية تتعرّض خامات النيكل الكبريتيدية لدرجات حرارة مرتفعة، ممّا يؤدّي إلى الحصول علىخليط كبريتيدي مصهور، والذي يخضع إلى عملياتتنقيةلاحقة. أدّى التطوّر في عمليّات المعالجةالمائيةإلى الحصول على ناتج من النيكل ذي نقاوة مرتفعة نسبياً، وذلك عبر تركيز الخامات الكبريتيدية بعمليةتعويم زَبَديّ، ثمّ تخضع لاحقاً إلى عمليّات صَهْرٍ حرارية.
ُُتُجرَى عمليّات الصَهْر وفق مراحل تدريجية من أجل فصل الفلزّات المرافقة، إذ للتخلّص منالحديديُسخّن الخليط الكبريتيدي المصهور أوّلاً من أجل تحويلكبريتيد الحديدإلىأكسيد الحديد؛ ثمّ تضافالسيليكاتوفحم الكوكلاحقاً من أجل الحصول علىخَبَثٍمنسيليكات الحديد. أمّا النحاس فيُفصَل وفق عمليةعملية شيريت غوردونبإضافةكبريتيد الهيدروجينوكبريتيد الصوديوم، ممّا يؤدّي إلى تشكيل كبريتيدات مضاعفة من النحاس والصوديوم سهلة الانصهار والفصل. بعد ذلك يُعرّض كبريتيد النيكل إلى الحرارة ويُحوّل إلى الأكسيد، والذي يُختَزل لاحقاً باستخدام فحم الكوك إلى فلز النيكل. يُنقّى فلزّ النيكل الناتج بعمليّاتاستخلاص كهربائيلاحقة.
لإجراء عمليّة التنقية يُوضَع النيكل الخام فيخليّة تحليل كهربائيعلىالمصعَد، أمّا علىالمهبطفتوضع صفيحةٌ من النيكل مرتفع النقاوة، في حين يُستخدَمكهرلٌمن أملاح النيكل.
يُستَحصل على النيكل مرتفع النقاوة وفقعملية موند، وذلكبدرجة نقاوةتصل إلى 99.99%.تُنسَب العملية إلىلودفيغ موند، والذي طوّرها أواخر القرن التاسع عشر. في هذه العملية يتفاعل النيكل معأحادي أكسيد الكربونبوجود حفّاز من الكبريت عند درجة حرارة بين 40–80 °س، ليتشكّل مركّب كيميائي منرباعي كربونيل النيكل:
قد تتشكّل نواتج ثانوية منخماسي كربونيل الحديدأو منثماني 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 كُرَيّاتمن 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.
يمكن الحصول مخبرياً على كمّيّات صغيرة من النيكل بطرائق عديدة؛منها:
يوجد إحدى وثلاثوننظيراًمعروفاً للنيكل، والتي تتراوحأعدادها الكتليةبين 48 و78، منها خمسةنظائر مستقرّةوهي: نيكل-58Ni ونيكل-60Ni ونيكل-61Ni ونيكل-62Ni ونيكل-64Ni. أكثر هذه النظائر المستقرّةوفرةً طبيعيةًهو النظير نيكل-58، والذي يشكّل 68.077% من النيكل في الطبيعة، يليه النظير نيكل-60 بوفرة طبيعية مقدارها 26.22%.هنالك ستّة وعشروننظيراً مشعّاًللنيكل، أطولها عمراً هو نيكل-59Ni والذي لهعمر نصف76,000 سنة، يليه النظير نيكل-63Ni بعمر نصف 100.1 سنة، والنظير نيكل-56Ni بعمر نصف 6.077 يوم؛ ولباقي نظائر النيكل المشعّة أعمار نصف أقلّ من 60 ساعة، ومعظمها دون 30 ثانية؛ مع العلم أنّه لا يوجدمصاوغ نوويلهذا العنصر.
للنظيرنيكل-62Ni أعلى قيمة وسطيةلطاقة الترابط النوويلكلّنُوَيّةمن جميعنُوَيْداتالعناصر الكيميائية المعروفة، وذلك بمقدار 8.7946 ميغاإلكترون-فولت/نُوَيّة؛وتلك قيمة أعلى من تلك التيلِنَظيرَي الحديد: حديد-56Fe وحديد-58Fe.مع ذلك، فإنّ النيكل لا يعدّ أكثر عنصرٍ كيميائيٍّ ثقيلٍ وفرةً في الكون، وذلك يعود بسببالانحلال الضوئيللنيكل داخل لبّ النجوم، وذلك يجعلالحديدَأكثرَ وفرةً من النيكل بشكلٍ كبيرٍ.يعدّ النظير نيكل-60Ni المستقرّناتجَ اضمحلالٍللنُوَيدة المشعّة المنقرضةحديد-60Fe، والتيتضمحلّبعمر نصف مقداره 2.6 مليون سنة. يَنتُج النظير المشعّ نيكل-56Ni في الكون منعملية احتراق السيليكونويُطرَح بكمّيّات كبيرة منالمستعرات العظمى من النوع Ia، ويشير شكلالمنحنى الضوئيلتلك المستعرات العظمى في أعمار متوسطة إلى متأخرة إلى حدوث اضمحلال عن طريقالتقاط إلكترونمن النظير نيكل-56 متحوّلاً إلىكوبالت-56، والذي يضمحلّ بدوره إلى النظير حديد-56.أمّا النظير، النيكل-59Ni، فهونُوَيدة كونيّةمشعّة بعمر نصف مقداره 76 ألف سنة. يُستخدَم النظير نيكل-59 فيجيوكيمياء النظائر، وذلك فيالتأريخ الإشعاعيمن أجل تقدير عمرالأحجار النيزكية، ومن أجل معرفة الأصل الكوني للغبار في الجليد وفيالرواسب. من جهةٍ أخرى، وُجِدَ أيضاً أنّ للنظير المشعّ نيكل-78 عمر نصف مقداره 110 ميلي ثانية، ويُظَنّ أنّ له دوراً مهمّاً فيالتخليق النووي في المستعرات العظمىللعناصر الكيميائية الأثقل من الحديد.اكتُشِفَ النظير نيكل-48Ni سنة 1999، وهو أكثر نظيرِ لعنصرِ ثقيلِ غنىً بالبروتونات، فهو يمتلك 28بروتوناًو20نيوتروناً؛ وهو يمتلكعدداً سحريّاً مضاعفاًمثلما هو الحال في النظير نيكل-78 (28 بروتون و50 نيوترون).يوجد النظير نيكل-63 على هيئة شائبة في البُنَى الداعمةللمفاعلات النووية؛ وينتج منالتقاط نيوترونمن نيكل-62، ويُستخدَم من أجل الاستدلال والكشف عن اختباراتالأسلحة النووية.
يوجدد نمطانللتوزيع الإلكترونيداخل ذرّة النيكل، واللذان يَصِفَان ترتيب الإلكترونات داخلالمدارات الذرّية؛ الأوّل: Ar]؛ 3d4s] والثاني: Ar]؛ 3d4s] (يشير [Ar] إلى التوزيع الإلكتروني في ذرّةالآرغون). 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]؛ 3d4s]؛والذي يُكتَب أيضاً بشكلٍ شائعٍ على الشكل Ar]؛ 4s3d].يتّفق هذا التوزيع معقاعدة ماديلونغفيمبدأ أوفباولترتيب المدارات الذرّية طاقياً، والذي يتنبّأ أنّ المدار 4s يُملَأ أوّلاً قبل المدار 3d؛ وذلك مثبتٌ عليه تجريبيّاً.
من جهةٍ أخرى، ونظراًللبنية الدقيقةالسائدة 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 حساباتالكيمياء النظريةيكون التوزيع الإلكتروني على الشكل الثاني Ar]؛ 3d4s] أخفض طاقياً من الأوّل، لذلك يُدرَج هذا التوزيع الإلكتروني للنيكل أيضاً في مراجع الأبحاث الكيميائية.
يوجد النيكل فيالظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارةعلى هيئة فلزٍ ذي لون أبيض فضّي، مع وجود مًسْحَةٍ ذهبيّةٍ طفيفةٍ في حال الصقْل؛ وهو يُصنّف ضمنالفلزّات الثقيلة، إذ تبلغكثافتهمقدار 8.91 غ/سم. يعدّ النيكل واحداً من أربعة عناصر، إلى جانبالحديدوالكوبالتوالغادولينيوم، تمتلك خواصاًمغناطيسية حديديةعند أو بالقرب مندرجة حرارة الغرفة. تبلغ قيمةدرجة حرارة كوريمقدار 354 °س،أي أنّ النيكل يصبح لا مغناطيسياً فوق تلك الدرجة.تترتّب البنية الذرّية للنيكل وفقنظامٍ بلّوريٍّ مكعّبٍمركزيّ الوجه، وتبلغ فيه قيمةثابت الشبكة البلّوريةa مقدار 352.4بيكومتر؛ مع وجود أربعوحدات صيغةفيوحدة الخليّة.
النيكل فلزٌّ متوسّط الصلادة (تبلغ قيمة الصلادة وفقمقياس موسمقدار 3.8)، ولكنّهمطواع وقابل للسحب والطرق، كما أنّه قابل للصهر وللصقل؛ ويتميّز بأنّه موصلٌ جيّدٌللكهرباءوناقلٌ جيّدٌالحرارة.تبلغ قيمةمقاومة الشدّللنيكل المتوهّج بين 400–450 ميغاباسكال. إنّ قيمةمقاومة الانضغاطالمرتفعة بمقدار 34 غيغاباسكال لا يمكن الوصول إليها في الظروف التجريبية للفلزات نظراً لتشكّل وحركةالانحرافاتفي البنية البلّورية؛ إلّا أنّها محقّقة فيالجسيمات النانويةللنيكل.
النيكل مستقرٌّ كيميائيّاً عند درجة حرارة الغرفة تجاهالرطوبةوالماءوالمحاليل القلويّة؛ أمّا الأحماض الممدّدة، مثلحمض الكبريتيكالممدّد، فتتفاعل مع النيكل ببطء، في حين تستطيع الأحماض المركّزة المؤكسدة، مثلحمض النتريكالمركّز، أن تتفاعل مع سطح النيكل في البداية إلى أن تتشكّل طبقةٌمُخَمّلةٌمن الأكسيد على السطح، والتي تقي باقي كتلة الفلزّ من التفاعل اللاحق.
يشكّل النيكل عدداً منالمعقّدات التناسقيةالملوّنة، ويكونالعدد التناسقيفيها غالباً 4 أو 6؛ وتوجد تلك المعقّدات في ترتيبٍ هندسيٍّ جزيئيٍّ على نمطبنية جزيئية رباعية السطوحأو على نمطبنية جزيئية مستوية مربّعة؛ وتكون المعقّدات على النمط الأول رباعي السطوح ذاتمغناطيسية مسايرة، أمّا النمط الثاني المستوي المربع فتكون فيه المعقّدات ذاتمغناطيسية معاكسة؛ وفيعناصر المجموعة العاشرةلا تلاحظ هذه الظاهرة سوى عند النيكل، إذ أنّالبالاديومالثنائيوالبلاتينالثنائي يشكّلان معقداتٍ ذات بنية مستوية مربعة فقط.
يمكن أن يوجد النيكل بعدّة حالات أكسدة، مثله مثل باقيالفلزّات الانتقالية، وهي تتراوح من -1 إلى +4، إذ يوجد النيكل في حالة الأكسدة 0 مثلاً فيمعقّداته التناسقية، مثلما هو الحال في مركّبرباعي كربونيل النيكل. وتعدّحالة الأكسدة+2 الأكثر شيوعاً بين حالات الأكسدة المذكورة في كيمياء النيكل.
يشكّل النيكل الثنائي مع مختلف الأنيونات الشائعة عدداً معتبراً منالمركّبات الكيميائيةاللاعضوية، التي تتضمّنالكبريتيدNiS،والكبريتاتNiSO4،النتراتNi(NO3)2والكربوناتNiCO3،والهيدروكسيدNi(OH)2، بالإضافة إلىالهاليداتالمعروفة منالفلوريدNiF2والكلوريدNiCl2والبروميدNiBr2واليوديدNiI2. يعدّ كلوريد النيكل الثنائي مثالاً نمطياً على هاليدات النيكل الثنائي، وهو صلب أصفر اللون في شكلهاللامائي، لكنّه يوجد غالباً في شكله المائي على هيئة سداسي هيدرات أخضر اللون، والذي يُستحصَل عند إذابة النيكل أو أكسيده فيحمض الهيدروكلوريك. لكلوريد النيكل الثنائي اللامائي بنية بلّورية تتبعالنظام البلّوري الثلاثي متساوي الأحرفوفق نمط يشبه تبلوركلوريد الكادميوم؛ في حين أنّ الشكل المائي سداسي الهيدرات يتبلور وفقنظامٍ بلّوري أحاديّ الميل.
يوجدأكسيد النيكل الثنائيNiO على هيئة مسحوق بلّوري أخضر اللون، ويُستخدَم في مجالصناعة الزجاجوتلوينالسيراميكوصناعةالأقطاب الكهربائية، بالإضافة إلى استخدامه في مجالالتحفيز الكيميائيفي تفاعلاتهدرجةالمركّبات العضوية. من جهةٍ أخرى، يُستحصَل عادةً على كبريتات النيكل الثنائي بكمّيّات كبيرةٍ من حلّ وإذابة فلزّ النيكل فيحمض الكبريتيك، ممّا يؤدّي إلى الحصول على بلّوراتمُمَيّهةسداسية وسباعيةالهيدرات؛ وعادةً ما يُستخدَم من أجل عمليّاتالطلي الكهربائي بالنيكل.على العموم تميل أملاح النيكل الثنائي عند انحلالها في الماء إلى تشكيلمعقّدات مائية[Ni(H2O)6] ذات لون أخضر.
يشكّل النيكل الثنائي بعضاً منالمعقّدات التناسقيةوذلك مع رُبَيطاتٍ ضخمةٍ مثلثنائي كلورو مضاعف (ثلاثي فينيل فوسفين) النيكل الثنائي؛ وكذلك الأمر مع رُبَيطات بسيطةٍ مثلالكلوريدفي معقّد أنيونرباعي كلوريد النيكل الثنائي[NiCl4] الأصفر؛ وكذلك معثنائي أمين الإيثيلينفي معقّد[Ni(C2H4(NH2)2)] البنفسجي. يشكّل النيكل الثنائي أيضاً معقّداً تناسقياً مع رُبَيطةثنائي ميثيل غليوكسيمثنائيّة السنّ، وذلك في معقّدمضاعف (ثنائي ميثيل غليوكسيماتو) النيكل الثنائي، وهو معقّدٌ مستقرٌّ بسبب تشكّلروابط هيدروجينيةتعمل على تثبيته؛ وله تطبيقات في الكشف التقليدي عن النيكل فيالكيمياء التحليلية.
تعدّ المعقّدات الأمينية مع رُبَيطات من الأمونيا من المعقّدات التناسقية المعروفة للنيكل الثنائي، وهي توجد إمّا على هيئة معقّدرباعي أمين النيكل الثنائي[Ni(NH3)4] الأزرق الفاتح؛ أو على هيئة معقّدسداسي أمين النيكل الثنائي[Ni(NH3)6] الأزرق الداكن إلى البنفسجي. تُستحصَل هذه المعقّدات من إضافة كمّيّات فائضةٍ من الأمونيا إلى ملح للنيكل الثنائي:
أمّا المعقّدات السيانيدية فتُستحصَل عند إضافةسيانيد البوتاسيومإلى محلولٍ ملحيٍّ للنيكل الثنائي، حيث يَنتجُ أوّلاً مركّبسيانيد النيكل الثنائيNi(CN)2، والذي ينحلّ عند إضافة كمّيّاتٍ فائضةٍ من سيانيد البوتاسيوم بسبب تشكّل معقّدرباعي سيانو نيكلات البوتاسيومالأصفر:
من معقّدات النيكل الثنائي المعروفة أيضاً معقّدنيكلوسين، وهومركّب نيكل عضويينتمي إلى مجموعةالميتالوسيناتالشطيرية؛ إذ يتألّف النيكلوسين من مركز من أيون النيكل الثنائي المحصور بين وحدتين منأنيون حلقي البنتاديينيل، وهو يحوي علىعشرين إلكتروناًفي بنيته، والتي تأخذ فيها الحلقتان تصاوُغاً هندسياًمقارباً.
أشهر مركّبان للنيكل الثلاثي هماالأكسيدNi2O3وأكسيد الهيدروكسيدNiO(OH)، واللذان يجدان لهما تطبيقات في بطّاريات النيكل المختلفة. يُعثَر أيضاً على النيكل في حالة الأكسدة الثلاثية في بعض من المركّبات الكيميائية، منها مركّباتثلاثي هالو فوسفينات النيكل الثلاثيNi(PPh3)X3.إلّا أنّ مركّبات النيكل الثلاثي غير مستقرّة على العموم، وتحتاج إلى تثبيت عبر الارتباط مع رُبَيطات مانحة للرابطة سيغمامثلالثيولاتأوالفوسفينات العضوية.
تعدّحالات الأكسدةالأخرى المتبقيّة للنيكل نادرةً وغير شائعة، وتوجد في أشكال معيّنة محدّدة، فالنيكل في حالة الأكسدة 0 (الصفري) يلاحظ في المعقّدرباعي كربونيل النيكلNi(CO)4، وهومركّب نيكل عضوييوجد على هيئة سائلمتطاير، والذي يتفكّك إلى النيكل عند تسخينه؛ وتُستغَلّ هذه الخاصّية في الحصول على شكل نقيٍّ من النيكل فيعملية موند.من المعقّدات الأخرى للنيكل في حالة الأكسدة الصفرية معقّدمضاعف (حلقي أوكتاديين) النيكل الصفريوالمستخدم في مجالالاصطناع العضويوكيمياء النيكل العضوية.أمّا النيكل الأحادي فهو أيضاً غير شائع، وتوجد حالة الأكسدة هذه غالباً في المعقّدات التناسقية الحاوية على رابطة Ni-Ni، مثل معقّد K4[Ni2(CN)6] المُستحصَل مناختزالمعقّد K2[Ni2(CN)6] باستخدامملغمة صوديوم.لا يعرف للنيكل الرباعي أيضاً إلّا عددٌ قليلٌ من المركّبات الكيميائية،منها معقّدات تناسقية مع ربيطةالديكربوليدالضخمة ([C2B9H11]).
يمكن الكشف عن النيكلنوعياًوفق الوسائل التقليدية للكيمياء التحليلية عن طريق إجراء تفاعل تشكّل معقّد للنيكل الثنائي مع مركّبثنائي ميثيل غليوكسيم. قبل إجراء تفاعل الكشف فإنّه عادةً ما تُرَسّب أملاح النيكل الثنائي من الوسط المائي عبر إضافةكبريتيد الأمونيوم، الأمر الذي يؤدّي إلى الحصول على راسبٍ أسودٍ منكبريتيد النيكل الثنائي، والذييُرشَحويُفصَل ثمّ يذاب فيحمض النتريكللحصول على أيونات النيكل الثنائي المائية خضراء اللون. يجرى تفاعل الكشف النوعي مع ثنائي ميثيل غليوكسيم في وسطٍ قلويٍّ بإضافةهيدروكسيد الأمونيوم، ممّا يؤدّي إلى الحصول على راسب أحمر توتي من معقّدمضاعف (ثنائي ميثيل غليوكسيماتو) النيكل الثنائي.
اعتماداً على تفاعل تشكّل هذا المعقّد فإنّه من الممكن وفق الوسائل التقليدية إجراءتحليل كمّيللنيكل الثنائي، وذلك مثلاً وفق أسلوبالتحليل الوزني الكهربائيباستخدامأقطاب كهربائيةمنالبلاتين؛ أو باستخدام أسلوبالقياس الفولتيباستخدامقطب الزئبق المتقاطر. تُستخدَم حالياً وسائلالتحليل الآليالحديثة للكشف الكمّي عن النيكل، وذلك وفق تقنياتالمطيافية الذرّيةالمختلفة، أو باستخدام تقنيةمطيافية الكتلة المزوّدة ببلازما مقترنة بالحثّعلى سبيل المثال؛ إذ تُمكّن هذه التقنيّات الحديثة من الحصول على نتائج للتحاليل حتى بكميّات نزرة.
يصنّف النيكل ضمنالمغذّيات الأساسيةلبعض الكائنات الحيّة المجهرية والنباتات التي تحتاج إلىإنزيماتيوجد فيها هذا الفلز ضمنالموقع النشط الفعّالفيها؛لذلك يلعب النيكل دوراً حيوياً مهمٍاً فيالبكتيرياوالعتائقوكذلكالفطور.يوجد عددٌ معتبرٌ من الأمثلة على الإنزيمات الحاوية على النيكل؛ منها إنزيماليورياز، والذييحفّزتفاعلحلمهةاليورياليشكّلالأمونياوالكربامات، وهو بالتالي ذو دورٍ حيويٍّ مهمٍّ؛يوجد أيضاً نوعٌ من أنواع إنزيماتالهيدروجينازالمعتمدة على وجود النيكلوالحديدفي تركيبها، والمسؤولة عن تحفيز تفاعلأكسدة واختزالالهيدروجينالجزيئي إلى بروتونات وإلكترونات والعكس بالعكس.يُذكَر أيضاًالعامل المرافق F430، والحاوي على النيكل ضمنرباعي بيرول، والموجود ضمن إنزيمميثيل-مرافق الإنزيم M ريدوكتازوالذي يحفّزالتشكل الحيويللميثان.يوجد أيضاً صنفٌ من إنزيماتهيدروجيناز أحادي أكسيد الكربونالحاوي على عناقيد تجميعيّة من ذرّات Fe-Ni-S في بنيته.من إنزيمات النيكل أيضاً كلٌ منسوبر أكسيد ديسميوتاز؛وغلايوكسيلاز.
لا يوجد دليلٌ قاطعٌ على أنّ النيكل من العناصر المغذّية الأساسية بالنسبة للإنسان، ولكن قد يكون النيكل ضرورياً بالنسبة للبكتريا الموجودة فيالأمعاء الغليظة، وذلك بقيامه بدورمغذٍّ للمُعينَات الحيوية.لم تؤكّدالأكاديمية الوطنية للطبّفي الولايات المتّحدة الأمريكية أنّ النيكل من العناصر المغذّية الأساسية بالنسبة للإنسان، لذلك لم تضع لهذا العنصر قِيَماًللمدخول الكافيأوالكمّيّة المُوصى بتناولها؛ في حين أنّها وضعت الحدّ الأقصىللمدخول المقبولبمقدار 1000 ميكروغرام/اليوم على هيئة أملاح نيكل منحلّة؛ إذ أنّ ما يُمتصّ من النيكل يُطرَح في البول.تعدّأواني الطهومن المصادر التي قد يدخل فيها النيكل إلى الغذاء، وذلك من خلال عمليةالرشحفي أثناء الطهو؛ فقد وُجِدَ مثلاً أنّه بعد 10 عمليات طهولصلصة الطماطمبذات الآنية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الحاوي على النيكل فقد رَشَحَ إليها مقدار 88 ميكروغرام من النيكل.
يوجد النيكل عادةً بتراكيز منخفضة في الطبيعة؛ وهي لا تتجاوز 20 نانوغرام/مفيالغلاف الجوّي؛ و100 مغ/كغ فيالتربة؛ و10 مغ/كغ فيالغطاء النباتي؛ و10 ميكروغرام/ليتر فيالماء العذب؛ و1 ميكروغرام/ليتر فيماء البحر.يساهمالنشاط البشريفي رفع مستويات النيكل في الطبيعة؛ وذلك يتمثّل في عدّة أشكال، مثل رشوح النيكل منصنابير المياهالمطليّة بالنيكل ممّا يؤدّي إلىتلوّث المياهوالتربة؛ وكذلك طرحمخلّفات تعدينالنيكل الصلبة من غير معالجة إلى الوسط البيئي، أو طرح أملاحه فيمياه الصرف. من مصادر التعرّض الأخرى كلّ من حرقالوقود الأحفوريودخان التبغ.
شاع استخدام النيكل فيسكّ النقود المعدنيةمنذ أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر؛ فعلى سبيل المثال سَكّتِالإمبراطورية البريطانيةسنة 1786 في مدينةبرمنغهامنقوداً معدنيّةمن النيكل من أجل إدارة التعاملات المالية فيماليزيا.أمّا في الولايات المتّحدة فتُستخدَم تسمية «نيكل»عبر تاريخها للإشارة إلى عددٍ من فئاتِ النقود المعدنية الحاوية على النيكل في تركيبها، مثل «سنت العقاب الطائر»المتدوال بين سنتي 1857–1858، و«سنت الرأس الهندي»المتداول بين سنتي 1859–1909، بالإضافة إلى «نيكل ثلاثة سنتات»المتداول بين سنتي 1865–1889. أمّا حالياً فتُستخدَم التسمية للإشارة إلى فئةخمسة سنتاتالتي لا تزال متداولةً حالياً، وهي تحوي على 25% من تركيبها من فلز النيكل و75% المتبقيّة منالنحاس، وذلك يعادل وزناً مقدار 1.1غرامبالنسبة 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 دفعدار السكّ الأمريكيةإلى تجريم صهر وتصدير فئات النقود الأمريكية؛وفرضت غراماتٍ مالية قد تصل إلى 10 آلافدولار أمريكي، وبالسجن لمدّة قد تصل إلى خمس سنوات.تجدر الإشارة إلى أنه في أثناءالحرب العالمية الثانيةجرى سكّ هذه الفئة النقدية من غير إدخال النيكل في تركيبها، من أجل استخدام هذا الفلزّ في تطبيقات عسكرية.
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 تركيبنقود اليورو المعدنيةمن فئة 1 و2يورو؛ وفينقود الجنيه الإسترليني المعدنيةمن فئة 20 و50بنسوكذلك 1 و2جنيه إسترليني؛ وفينقود الدولار الأمريكي المعدنيةمن فئة 5 و10 و25 و50سنتوكذلك 1دولار أمريكي.طرحتالمملكة المتحدةتدريجياً منذ سنة 2012 نقوداً معدنية مصنوعة منالفولاذالمطلي بالنيكل لفئتي 5 و10 بنس، وهو ما حدا بالبعض إلى الاعتراض بسببحساسيتهم تجاه النيكل.
ازداد سعر النيكل في السوق العالمية بكل مطّردٍ منذ بدايات القرن الحادي والعشرين، ففي شهر أبريل من سنة 2007 كان سعر هذا الفلز 52,300 دولار أمريكي/الطن.انخفض سعر الطن بعد ذلك بشكلٍ كبير، ووصل في سنة 2017 إلى سعر 11,000 دولار أمريكي/الطن.في أثناءالغزو الروسي لأوكرانيا في سنة 2022زادت المخاوف بأنّ العقوبات على روسيا قد تؤدّي إلىارتفاعٍ حادٍّ قصير الأجلفي 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 أيضاً ألغتبورصة لندن للمعادنعقوداً بقيمة 3.9 بليون دولار أمريكي، وعلّقت التداول التجاري بالنيكل لمدّة أكثر من أسبوع.
تنقسم تطبيقات النيكل الصناعية على النحو التالي: 68% في صناعةالفولاذ المقاوم للصدأ؛ 10% في صناعةالسبائكاللاحديدية؛ 9% في مجالالطلي الكهربائي؛ 7% في مجال سبائك الفولاذ المختلفة؛ 3% في ورشاتالمسابك؛ و4% في استخدامات أخرى؛.وتلك تتضمّن صناعةالبطّارياتبما فيهابطّاريات المَرْكَبات الكهربائية.
يدخل النيكل بشكلٍ واسعٍ وبارزٍ في صناعة عددٍ معتبرٍ من السبائك، إذ يساهم في تعزيزمقاومة الشدّوالمتانةوزيادة اللدونة. من أهمّ الفلزّات التي تُسبَك مع النيكل كلّ منالحديدوالكروموالكوبالتوالنحاسوالألومنيوم، بالإضافة إلىالرصاصوالذهبوالفضّة. تعدّ سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأمن سبائك النيكل المعروفة، بالإضافة إلى سبائك أخرى تتضمّن: سبيكةألنيكو(من الألومنيوم والنيكل والكوبالت)؛ وسبيكةبرمالوي(من النيكل والحديد)؛ وسبيكةإيلنفار(من الحديد والنيكل والكروم)؛ وسبيكةإنفار(من النيكل والحديد)؛ وكذلك سبيكةإنكونيل(من النيكل والكروم)؛ وسبيكةإنكولويوسبيكةنيمونيك(وهيعلامات تجاريةلسبائك فائقة مقاومةللتآكلمؤلّفة من النيكل والكروم)؛ وكذلك سبيكةمونيلوسبيكةكونستانتان(من النيكل والنحاس).
لسبائك النيكل تطبيقات مختلفة، فهي على العموم تتميّز بمقاومتها للتآكل والحرارة، لذا تُستخدَم مثلاً في صناعةالعنفات الغازية. من جهةٍ أخرى تتميّز سبيكة كونستانتان بأنّ ذاتمقاومة نوعيةثابتة ضمن مجال واسع مندرجات الحرارة، لذا تجد لها استخدامات في صناعةالمقاومات الكهربائية. أمّا سبيكةفضّة النيكلفهي مقاومة للتآكل بشكل كبير، وتُستخدَم في صناعةأدوات تناول الطعام؛ وسبيكةالنيكل النحاسيتُستخدَم بشكلٍ كبيرٍ فيسكّ النقود المعدنية. في حين تُستخدَم سبيكةنيكل راني، وهي علامة تجارية لسبيكة دقيقة الحبيبات من النيكل والألومنيوم، في مجالالتحفيز الكيميائيوذلك بشكلٍ واسعٍ في تفاعلاتالهدرجة.
يدخل النيكل ومركّباته وسبائكه في طيفٍ واسعٍ من التطبيقات المختلفة في مجالات الحياة اليومية؛ تتفاوت بين صناعة البطّاريات الكهربائية (مثلبطارية النيكل وهيدريد الفلزوبطارية النيكل والهيدروجين) وبين صناعة الخضب والطلي الكهربائي بالنيكل.إذ تُستخدَم مركّبات النيكل اللاعضويةخضباًلإضافة اللون الأخضر فيصناعة الزجاج. أمّا فلزّ النيكل فكان يستخدم سابقاً في صناعة إطارات النظّارات. ونظراً لتمتّع النيكلبمقاومةٍ كيميائيةتجاه الأحماض والقلويّات، فإنّه يُستخدَم في صناعة بعض التجهيزات المخبرية مثلالبواتق. يُستخدَم أسلوبالطلي الكهربائي بالنيكلمن أجلمنع تآكلالمشغولات المعدنية.في حين تُستخدَمرغوة النيكلفي صناعةأقطاب الانتشار الغازيفيخلايا الوقود القلوية.
يُستخدَم النيكل مادّةً رابطةًفي صناعة المنتَجات الصلدة المبنية علىكربيد التنغستن، إذ يُضاف بنسبةٍ تتراوح بين 6-12% وزناً؛ ممّا يساهم في إضفاء خواص مغناطيسية على المنتَجات النهائية، بالإضافة إلى خواصَّ مقاومةٍللتآكل؛ إلّا أن تلك المنتَجات ذات صلادة أقلّ من المنتَجات التي تستخدم الكوبالت مادّةً رابطةً فيها.للنظيرنيكل-63Ni عمر نصف مقداره 100.1 سنة، وهو يدخل في مجال الصناعات الإلكترونية في تركيب أجهزةكريترونإذ يعد مصدراً لانبعاثجسيمات بيتّامرتفعة السرعة؛ويُستخدَم لذلك في تركيبمكشاف التقاط الإلكترونفي أجهزةمطيافية الاستشراب الغازي؛ وتجرى دراساتٌ لاستخدامه مصدراً للطاقة فيالبطّاريات البيتافولتائية.
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 ضمنالمسرطنات؛وخاصّةً عند استنشاق أبخرتها،وذلك وفق بيانات لدراسات تقييمية للحالة الصحّية للعمال الذين يتعرّضون لأبخرة مركّبات النيكل في أثناء عمليات التعدين؛بالإضافة إلى دراسات داعمة لتجارب أجريت على الجرذان والفئران.يمثّل مركّبرباعي كربونيل النيكلخاصّةً واحداً من مركّبات النيكل الخطرة، فخطورته تنبع من كونه غازاًسامّاً، وذلك من فلز النيكل بحدّ ذاته، ومن خطر انطلاق غازأحادي أكسيد الكربونالسام.
يمثّل النيكل ومركّباتهخطراً مهنياً؛وخاصّةً على النسوة العاملات في مجال التعدين.يمكن أن يتعرّض الإنسان إلى النيكل فيمكان العملعبر استنشاق الأبخرة أو الابتلاع أو التماس مع الجلد أو العين. في الولايات المتّحدة الأمريكية حدّدتإدارة السلامة والصحّة المهنيةحدّ التعرّض المسموحبه من النيكل فيمكان العملبمقدار 1 مغ/مليوم عملمن ثمان ساعات؛ أمّاالمعهد الوطني للسلامة والصحّة المهنيةفوضعحدّ التعرّض الموصى بهمن النيكل بمقدار 0.015 مغ/م؛ ويمثّل مقدار 10 مغ/مالحدّ الذي يسبّبخطورةً فوريةً للحياة أو الصحّة.
قد يؤدّي التماس المباشر للجلد مع فلز النيكل عند البعض إلى حدوث نوعٍ منالتهاب الجلد التماسيّ التحسّسيّ، والذي يُعرَف أيضاً تحت اسم «حساسية النيكل»؛وهي حالة شائعة الانتشار نسبياً.إذ يكثر دخول النيكل فيالمجوهرات، وخاصّةً في صياغةالأقراط.كما وجد في سنة 2002 أننقود اليورو المعدنيةمن فئة 1 و2يوروكانت حاويةً على تراكيز مرتفعة نسبياً من النيكل؛ممّا أدّى إلى ظهور حالات من حساسية النيكل لدى البعض.