نيكل
النيكل عنصر كيميائي له الرمز Ni والعدد الذري 28 في الجدول الدوري للعناصر، وهو فلز أبيض فضي بمظهر ذهبي خفيف وهو أحد المواد المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة. يرجع استخدام هذا العنصر لعام 3500 ق.م. ولكن تم فصله لأول مرة على يد العالم السويدي أكسل فريدريك كرونستيدت الذي أخطأ في اعتقاده انه خام معدن النحاس. أهم الخامات لهذا المعدن هو الليدرايتس الذي يتضمن الليمونيت والجارنيرايت والبنتلاندايت. أكبر مواقع إنتاج هذا المعدن تقع في منطقة سادبوري في كندا ونيو كاليدونيا في روسيا. يمتاز المعدن بمقاومته للتآكل ولذلك له استخدامات كثيرة في السبائك كطلاء للسبائك وفي تصنيع العملات المعدنية والمغناطيس والعديد من الأدوات المنزلية والطبية وكعامل حفز في عملية الهدرجة وفي العديد من التطبيقات الأخرى. في بعض الأنواع من الحياة يستخدم النيكل كمركز نشط لتصنيع الأساس المعدني.يعد معدن النيكل العنصر الثاني والعشرين من حيث الوفرة في القشرة الأرضية كما يعد المعدن السابع بالنسبة لوفرة العناصر الانتقالية. بالرغم من وجود كثير من المعادن التي تحتوي على عنصر النيكل، الاان معادن الكبريتيد والأكاسيد تعد أهم المعادن الرئيسية اقتصادياً.
النيكل فلز ذو لون أبيض فضي لامع، ينتمي إلى الفلزات الانتقالية وهو أحد المواد الاربعة المغناطيسية في درجات الحرارة والضغوط العادية. فلز النيكل قاسٍ وقابل للطرق. يوجد غالباً في الطبيعة مع الكبريت والحديد في البنتلاندايت أو الكبريت في الميلليرايت أو الزرنيخ والكبريت في النيكل جالينا أو مع الخارصين في المناجم.
النيكل عنصر نشيط كيمائياً بشكله الحر، فيتفاعل مع أكسجين الهواء الجوي ببطئ في درجات الحرارة والضغوط العادية مشكلاً طبقة عازلة من الأكسيد على السطح تخفف من مدى النشاط الكيميائي كما هي الحال بالنسبة لعناصر الكروم والألومنيوم والتيتانيوم. لهذا السبب يستعمل النيكل غالباً في عمليات الطلي المعدني كالحديد والنحاس الأصفر وفي سك العملات المعدنية، وفي صناعة الأجهزة المخبرية والطبية والكيميائية أيضاً وفي أنواع محددة من السبائك كسبيكة الفضة الألمانية.
يعد النيكل عنصرا هاما في السبائك التي يكونها خصوصا السبائك الفائقة مثل وتحديدا الفولاذ الغير قابل للصدأ.
يملك النيكل عدة أرقام أكسدة، أكثرها شيوعاً +2، بالإضافة إلى 0 و+1 و+3 و+4 والتي غالباً ما تلاحظ في معقدات النيكل ويظهر في بعض الأحيان بحالة التأكسد +6 ولكن هذا لم يتبين بشكل قاطع.
للنيكل خواص مغناطيسية بطبيعته، ويترافق وجوده غالباً مع الكوبالت، حيث يوجد كلاهما في الحديد الموجود في النيازك.
البنية الذرية للنيكل هي مكعب ذو معامل شبكي 0.352 نانومتر لذلك نصف قطره الذري 0.125 نانومتر.
نتيجة تشابه خام النيكل مع خام الفضة فكثيرا ما كان يتم الخطأ بينهما، ولذلك يرجع تاريخ استخدام النيكل وفصله إلى عصور قريبة. على الرغم من ذلك فقد أستخدم النيكل بطريقة غير مقصودة في العصور القديمة ويرجع تاريخ استخدامه إلى 3500 ق.م. فكان البرونز الذي يستخرج من سوريا -حاليا- يحتوي على 2% نيكل. فضلا عن ذلك فهناك أوراق صينية أقرت تأليف الصينيون النيكل ـ دون أن يكتشفوه ـ ما بين عامي 1700 و 1400 ق.م. كمكون أساس لمادة " باي ثنج " (Pai - Thung) التي تعني النحاس الأبيض، والتي تتكون من 40 % نحاس، 32 % نيكل، 25 % زنك، 3 % حديد، وتشبه الفضة في شكلها. ومنذ ذلك الحين لم تظهر مادة (بأي ـ ثنق) في أوروبا الا في القرن السابع عشر وبنسب ضئيلة جدا ولكن محتويات السبيكة من النيكل لم تكتشف الا عام 1822.
في ألمانيا وجد خام أحمر في جبال الخام وتم تجميعها على أساس أنها خام النحاس وعندما لم يستطع خبراء التعدين الحصول على خام النحاس منها أعتقدوا أن هذا بسبب أشباح مؤذية من الأساطير الألمانية تمنع الخبراء من استخراج النحاس من هذا الخام وسموه "كوبفر نيكل" حيث تعني "كوبفر" النحاس وتعني نيكل شيطان. وسمي بعد ذلك هذا الخام باسم النيكلاين أو النيكولايت.
وقد كان هذا الاعتقاد سبباً في الاكتفاء بكلمة "نيكل" كاسم لهذا الفلز بواسطة العالم السويدي أكسيل كرونستد الذي أفلح في استخلاص فلز النيكل ـ ولكن بصورة غير عالية النقاوة ـ من خام الجرسدورفايت والتعرف عليه عام 1751 م، وفي عام 1775 م تمكن بيرجمان من التعرف على النيكل كفلز منفصل يختلف عن النحاس. تلا ذلك عام 1804 م استخلاص فلز النيكل بدرجة نقاوة عالية بواسطة الكيميائي ريتشر مما جعله يلم بتفاصيل أكثر عن صفاته الكيميائية، والفيزيائية ممهداً الطريق لوضع الفلز ضمن المجموعة الفرعية الثامنة من مجموعات العناصر الانتقالية التي تقع بين المجموعتين الرئسيتين الثانية والثالثة من الجدول الدوري للعناصر، بعد الحديد والكوبلت، الذين يشبهانه في كثير من الصفات.
وقد ساعد التشابه الكبير بين الفضة وسبيكة النحاس ـ نيكل المعروفة بالنحاس الأبيض التي كان ينتجها الصينيون منذ العصور الوسطى في ازدهار تجارة النيكل، خاصة وان السبيكة المشار إليها اقل ثمناً من الفضة، حيث شهدت الفترة من 1830 إلى 1839 م إنتاج كميات تجارية من تلك السبيكة في ألمانيا وإنجلترا، اطلق عليها الفضة الألمانية اولاً وفضة النيكل لاحقاً.
لا ذلك تطور هام في صناعة السبائك المحتوية على النيكل عندما اصدرت الولايات المتحدة الأمريكية عام 1851 م عملة من سبيكة نحاسية تحتوي 12% نيكل، ثم تبعتها دول أخرى لتزدهر تجارة النيكل بشكل ملحوظ. أصدرت العملات الخالصة من النيكل أول مرة في عام 1881 في سويسرا.
بعد اكتشاف النيكل كعنصر جديد كان مصدر النيكل الوحيد هو الكوبفرنيكل النادر ولكن بعد عام 1824 تم الحصول على النيكل كنتيجة ثانوية من تصنيع الكوبالت الأزرق. كانت النرويج أكبر منتج للنيكل والتي استثمرته عام 1846.
دخل النيكل في صناعة الصلب عام 1889 وزاد الطلب على النيكل وزودت نيو كاليدونيا -تم اكتشاف النيكل بها عام 1865- العالم بالنيكل في الفترة بين 1875 و1915.
اكتشف المخزون الكبير من النيكل حول العالم في سادبوري في كندا عام 1883 ثم في نوريسلك-تالناخ في روسيا عام 1920 ثم في جنوب أفريقيا عام 1924 مما جعل إنتاج كميات كبيرة من النيكل ممكنا.
وجوده في البيئة:
يوجد النيكل في صخور القشرة الأرضية بتركيز يبلغ حوالي 90 ملغراماً لكل كيلوغرام. وتوجد كميات من النيكل-59 mg/Lكما يبلغ تركيزه في مياه البحر حوالي 2 ملغراماً لكل لتر والنيكل-63 بمقادير ضئيلة في أنحاء العالم وذلك من السقط النووي المشعَ. ويمكن كذلك أن يوجد في منشآت نووية معينة كمادة ملوثة من تشغيل المفاعلات ومن معالجة الوقود المستنفد. ويعد النيكل عموماً واحداً من المعادن المشعة الأقل حراكاً في البيئة.كما وتعد النسبة النمطية لتركيز النيكل في النباتات بالنسبة لتركيزها في التربة منخفضةً, وتقدر بحوالي 0.06 (أو 6%). كذلك يلتصق النيكل بشكل جيد جداً بالتربة.
ويفوق تركيز النيكل المرتبط بالتربة الرملية نمطياً ما مقداره حوالي 400 ضعف تركيزه في المياه الخلالية (في الفراغات المسامية ما بين جزيئات التربة)؛ حتى أنه (أي النيكل) يرتبط بشدة أكبر مع التربة الطينية حيث يمكن لنسب التراكيز أن تتجاوز 600. وهكذا, فلا يعد النيكل عاملاً ملوثاً رئيسياً في المياه الجوفية
تكون أعلى تراكيز النيكل في هانفورد في المناطق التي تحتوي على نفايات DOEفي مواقع وزارة الطاقة ناجمة عن معالجة الوقود المشع. وبشكل رئيسي في المعدات المرتبطة بالوقود المستنفد.
يعد النيكل عنصرا من العناصر المكونة لـ السبائك المعدنية بالإضافة إلى أنه مكون أساسي للفولاذ المقاوم للصدأ الذي لا ينتمي إلى أسرة سبائك النيكل بل ينتمي إلى أسرة الصلب.
يمكن تصنيف سبائك النيكل إلى ثلاث فئات :
سبائك الحديد والنيكل: فهي تستخدم لخصائصها الفيزيائية حيث تحتوي سبيكة الحديد والنيكل (FeNi) على 36% من النيكل وهي غير قابلة للتمديد عند درجة حرارة أقل من 200°م، فهو يستخدم في فيزياء درجات الحرارة المتدنية،في فيزياء الليزر (العناصر الهيكلية)أو على شاشات التلفزيون.
تستخدم الخصائص الفيزيائية لسبائك الحديد والنيكل في الاستفادة من الخصائص المغناطيسية (سبائك ذات نفاذية مغناطيسية عالية، سبائك مغناطيسية)وأهم خاصية لدى سبائك الحديد والنيكل خاصية التمدد(سبائك غير قابلة للتمدد أو سبائك ذات التمدد البسيط).
سبائك النحاس والنيكل: وتحتوي على مقاومة جيدة لـ التاكل في وسط أساسي أو حمضي ولها استعداد جيد للتشكيل والالتحام.
السبائك الفائقة: وتصنف ضمن عائلة السبائك ذات تركيبة معقدة نظرا لطبيعة النيكل (الكوبالت) حيث تقدم مقاومة جيدة لالتأكل الجاف في درجة حرارة عالية ولديها خصائص ميكانيكية جيدة وهي المواد المفضلة للتوربين (ملاحة جوية،الطيران)،وبعض الغلايات.
ظهر تطوير هذه السبائك في محركات الطائرات منذ منتصف القرن 20.
تستعمل أملاح النيكل (هيدروكسيد الكربونات، الكلوريد، السولفات...)في مختلف الصناعات مثل الالكترونيك،المحفزات،الطلاء الكهربائي.
يستخدم النيكل أيضا في الأقطاب الكهربائية خاصة القطب السالب (الكاثود) مثل النيكل-ثاني أكسيد المنغنيز وفي البطاريات الكهربائية مثل النيكل-كاديوم، النيكل والمعادن، النيكل والزنك.
كما أنه يستخدم في بعض السلاسل ،في المجوهرات مع الذهب للحصول على قوة أفضل وألوان أصلية.كما يستخدم أيضا مع النحاس حيث يعطي معه لونا ورديا مصفر أماالذهب مع النيكل يعطي الذهب الأبيض.
يُستخدم النيكل في الأعمال الهيكلية والتغطية الكهربائية لمقاومته الصدأ. وتستخدم المطابع كثيراً ألواح طباعة مغطاة بالنيكل لتستطيع احتمال الاستعمال الشديد. انظر: الطلاء بالكهرباء. ويكوِّن بيروكسيد النيكل مادة موجبة فعالة في مركم أديسون (البطارية المشحونة)، كما يستعمل النيكل في مركم الكادميوم والنيكل. انظر: البطارية.
ومن استخدامات النيكل الهامة تنشيط تفاعلات كيميائية معينة بطريقة الحفز. انظر: الحفز. ولا يتغير النيكل نفسه خلال هذه العملية ويمكن تكرار استعماله. ويستخدم النيكل حفازًا في عملية تسمى الهدرجة إذ يساعد النيكل بعض المكونات العضوية على الاتحاد مع الهيدروجين لتكوين مكونات جديدة. وتُنتج الهدرجة زيتًا نباتيًا جامدًا للطهي. انظر: الهدرجة.
يعد البنتلانديت، وهو مزيج من الكبريت والحديد والنيكل، المصدر الرئيسي لفلز النيكل. وهناك مصادر أخرى هي الميلريت والنيكوليت. وتُعتبر روسيا، وكندا، ونيوكاليدونيا، وأستراليا، وإندونيسيا، من الدول الرائدة في إنتاج النيكل.
يوجد النيكل بشكل طبيعي في خامات متنوعة وعلى نطاق أقل في التربة. ويوجد في معادن مثل الغارنيريت واليليرايت (كبريت النيكل)و النيكولايت والبينتلاندايت والبيروتيت ,مع الإشارة إلى كون الاثنين الأخيرين خامتين رئيسيتين.
و قد تمّ أيضاً اكتشافه في أغلب النيازك ,و غالباً ما يفيد كأحد معايير تمييز النيزك عن المعادن الأخرى.و يجري تعدين معظم الإمداد العالمي من النيكل في كندا ,كما يشمل هذا الإمداد مصادر أخرى مثل كوبا والإتحاد السوفييتي السابق ,و الصين وأستراليا. ولا تمتلك الولايات المتحدة توضُعات كبيرة من النيكل إذ يقدر إنتاجها بأقل من نسبة 1% من الإنتاج العالمي السنوي.و تستورد الولايات المتحدة معظم النيكل المستخدم لديها، كما أن حوالي 30% من الاستهلاك السنوي للنيكل يأتي من مصادر معادة التدوير (Recycled).
يتم إنتاج كلا نظيري النيكل المشعَين المتَصفين بأهمية كامنة بواسطة تنشيط نتروني لمكوُنات في المفاعلات النووية. فحينما ينشطر نكليد انشطاري مثل اليورانيوم-235, فإنه ينفصم بشكل عام على نحو لا تناظري إلى شدفتين كبيرتين (بمعنى ناتجين انشطاريين يتصفان بعدد كتلة يقع في حدود ما asymmetrically بين 90 إلى 140)بالإضافة إلى نترونين أو ثلاثة. (عدد الكتلة هو مجموع عدد البروتونات والنترونات في نواة الذرّة). ويمكن أن تسبب هذه النترونات انشطارات إضافية (تولِِد تفاعلات متسلسلة)، فتفلت من المفاعل، أو تُشَعِع المواد القريبة. هذا، ويتألف عدد من مكونات المفاعل من سبائك مختلفة من الفولاذ وتحتوي على الكروم والمنغنيز والنيكل والحديد والكوبالت, وتستطيع هذه العناصر أن تمتص النترونات مُسبِبةً نظائر مشعة تتضمَن النيكل-59 والنيكل-63. ويعد كل من النيكل-59 والنيكل-63 نكليدات مشعة الوقود)وفي النفايات المشعة ذات شأن في الوقود النووي المستنفد باعتباره مكوِناً لعتاد المصاحبة للمفاعلات النووية العاملة ولمحطات معالجة الوقود. ويوجد النيكل-63 بتراكيز أعلى بكثير من النيكل-59
نيكل58.
نيكل59
نيكل60
نيكل62
يعد معدن النيكل العنصر الثاني والعشرين من حيث الوفرة في القشرة الأرضية، كما يعد المعدن السابع بالنسبة لوفرة العناصر الانتقالية، وعلى الرغم من وجود كثير من المعادن التي تحتوي على عنصر النيكل, إلا أن معادن الكبريتيد والأكاسيد تعد أهم المعادن الرئيسية لإنتاجه.
الجدير بالذكر أن معدن النيكل يستخدم بشكل رئيسي في صناعة السبائك المختلفة حيث يمكن خلطه مع كثير من الفلزات مثل النحاس, والمنجنيز, والحديد, والكروم, ويستخدم خاصة في السبائك غير الحديدية والصلب لتحسين جودتها من حيث المتانة, ومقاومة التآكل, والصلادة وخصائصه الجيدة عند درجات الحرارة العالية
يمكن للنيكل أن يدخل الجسم عن طريق تناول الطعام, أو شرب المياه أو استنشاق الهواء. ويعد الامتصاص المعوي المعدي من الغذاء أو الماء المصدر الأساسي للنيكل المترسب داخلياً بين عموم السكان. ويتم امتصاص حوالي 5% من الكمية المبتلعة إلى مجرى الدم عبر الأمعاء, بينما يمكن امتصاص ما نسبته تتراوح بين 20-35% عن طريق الرئتين. ويتم التخلص سريعاً مما نسبته 68% من النيكل الذي يصل إلى الدم وذلك في البول, بينما يتبقى 2% منه في الكليتين حيث يكون عمر النصف البيولوجي له قصيراً جداً ويساوي 0.2 من اليوم (أي حوالي 5 ساعات). أما ال 30% المتبقية فهي تتوزع في بقية أنسجة الجسم, بما في ذلك الكليتين, وتتم تصفيتها بعمر نصف بيولوجي يساوي 1200 يوم. (هذه المعلومة تخصُ موديلات مبسَّطة لا تعكس إعادة توزيع انتقالية).
تأثيرته الصحية الأساسية :
يعد النيكل خطراً على الصحة فقط في حال دخوله إلى الجسم. ولا يعد التعرض الخارجي لأشعة غاما أمراً مقلقاً وذلك لكون نظيري النيكل هذين لا يصدران أشعة غاما بكمية مهمة. إذ أن النيكل-63 يضمحل عن طريق إصداره جسيم بيتا كما أن النيكل-59 يضمحل عن طريق أسر إلكترون, يتم فيه إصدار أشعة غاما منخفضة الطاقة. أما في الجسم, فإن النيكل يمثل خطراً صحياً بسبب جسيمات بيتا وأشعة غاما؛ ويرتبط القلق الصحي الأساسي بالاحتمال المتزايد للتسبب بنشوء السرطان.
المركز الدولي لبحوث السرطان circ يصنف النيكل من المواد المسببة لسرطان عند الإنسان، التعرض المزمن للنيكل هو أحد عوامل الخطر للاصابة بـ سرطان الرئة.
النيكل هو أكثر المعادن المسببة للحساسية (12% من السكان مصابون بالحساسية نتيجة استخدامهم المفرط للنيكل حيث تصاب غالبية النساءبـ الاكزيما نتيجة استعمالهم للمجوهرات والاكسسوارات التي تحتوي على النيكل. ولهذا السبب تم استبعاده لسبائك النيكل المستخدمة للعملات الاروبية الجديدة.
معاملات الخطورة الإشعاعية :
يوضح هذا الجدول بعض القيم لمعاملات الخطورة بالنسبة للاستنشاق والابتلاع. تم استخدام أنماط امتصاص افتراضية موصى بالنسبة للاستنشاق، وتم كذلك استخدام قيم غذائية بالنسبة للابتلاع. وقد أخذت قيم الخطورة بالنسبة للوفاة بالسرطان وفقاً للعمر لكل وحدة إدخال، بأخذ معدلها بالنسبة لجميع الأعمار ولكلا الجنسين. (تساوي جزءاً من تريليون جزء). وتتاح أيضاً قيم أخرى، بما في ذلك ما يخص الوفيات.
نظائر النيكل الأكثر خطورة:
نيكل-59
نيكل-63
لقد تم حساب معاملات خطورة الوفاة بالسرطان حسب الفئة العمرية فيما يخص جميع النكليدات المشعة, بما في ذلك النيكل. وبينما تبدو المعاملات بالنسبة للابتلاع منخفضة نوعاً ما بالمقارنة مع ما يقابلها بالنسبة للاستنشاق, فإن الابتلاع بشكل عام يشكل أكثر الوسائل شيوعاً كطريقة للدخول إلى الجسم. وعلى غرار بقية النكليدات المشعة, تعادل معاملات الخطورة فيما يخصُّمياه الصنبور ما نسبته حوالي 70% مقارنة بما يقابلها في حالة الابتلاع الغذائي.
وبالإضافة إلى الآثار الإشعاعية المحتملة, فقد تبيَّن أنّ النيكل يسبب نقصاناً في وزن الأعضاء ووزن الجسم لتقديرالتأثيراتToxicity value لدى الحيوانات, وبخاصّة عند الجرعات الكبيرة. ويطلق على قيمة السمية.(وهي تقييم قيمة)لأعلى Reference doseغير السرطانية المحتملة مصطلح هو الجرعة المرجعية جرعة يستطاع تناولها يومياً دون التسبب بأثر مضاد.
يشير النيكل إلى قيمة نقدية 500 في عملة الولايات المتحدة الأمريكية.
منذ حوالي قرن، كانت العديد من القطع النقدية الفرنسية مصنوعة من النيكل أو تحتوي على النيكل مثل 5 فرنك فرنسي، كما يحتوي برج ايفل من تصميم (joaquin jimene وfrederic joubert) على النيكل.