هل تساءلت يوماً عن سبب أهمية النيكل كمعدن حيوي في حياتنا اليومية؟ من العملات المعدنية الموجودة في جيبك إلى السبائك عالية الأداء في المحركات النفاثة، فإن تعدد استخدامات النيكل لا مثيل له. يستكشف هذا الدليل اكتشاف النيكل وخصائصه وتطبيقاته المتنوعة، بما في ذلك دوره الحاسم في صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الذاكرة. من خلال فهم الخصائص الفريدة للنيكل، ستكتسب نظرة ثاقبة على مساهماته الأساسية في التكنولوجيا والصناعة الحديثة.
للنيكل مجموعة واسعة من التطبيقات في حياتنا اليومية، مثل صناعة العملات المعدنية وإنتاج السبائك. اليوم، دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذا المعدن - النيكل.
يقع النيكل في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري، إلى جانب الحديد والكوبالت والروثينيوم والروديوم والروديوم والبلاديوم والأوزميوم والإيريديوم والبلاتين، مكوِّنين المجموعة الثامنة. ومن بين هذه العناصر، يسمى الحديد والكوبالت والنيكل "عناصر مجموعة الحديد".
عرفت البشرية النيكل واستخدمته منذ وقت طويل جدًا. فقد استُخدم النيكل لأول مرة في الصين منذ القرن الثالث قبل الميلاد، عندما أضاف الصينيون خام النيكل إلى النحاس لصنع سبيكة - النحاس الأبيض، الذي استخدموه في صب العملات المعدنية.
في نهاية القرن السابع عشر، اكتشف عمال المناجم الألمان خامًا بنيًا مائلًا إلى الحمرة غالبًا ما كان يحتوي على بقع خضراء على سطحه. وعند إضافته إلى المواد الخام لصناعة الزجاج، كان بإمكانه صبغ الزجاج باللون الأخضر. في ذلك الوقت، تم الخلط بين هذا المعدن وخام النحاس، وحاول علماء المعادن عدة مرات استخراج النحاس منه، ولكن جميع المحاولات باءت بالفشل.
وقد أطلق عليه عمال المناجم اسم "كوبفرنيكل"، وكوبفر تعني النحاس بالألمانية، والنيكل تعني العفريت المخادع، ومن ثم يمكن ترجمة كوبفرنيكل إلى "النحاس الزائف".
لم يدرس عالم المعادن والكيميائي السويدي كرونستيدت أ ف (1722-1765) هذا المعدن حتى عام 1751. وبعد العديد من التجارب، عزل معدن أبيض من كوبفرنيكل وأطلق عليه اسم النيكل.
هذا هو أيضًا أصل الاسم اللاتيني للنيكل، نيكولوم. نترجم المقطع الأول إلى "نيكل" بالرمز الكيميائي Ni. نعلم الآن أن كوبفرنيكل هو خام زرنيخيد النيكل، والبقع الخضراء على سطحه هي كربونات النيكل.
في عدد أبريل 1943 من "مجلة التعليم الكيميائي" الأمريكية، نُشر مقال مقتطف من "الشركة الدولية للنيكل" بعنوان "باكتونج الغامض"، وفيما يلي مقتطفات منه
"منذ ثلاثمائة عام مضت، ذات يوم، كانت سفينة تجارية ضخمة تضربها العواصف وتقترب ببطء من نهر التايمز متجهة نحو الرصيف. قبل عام مضى، أبحرت من لندن بحثاً عن الشرق الأقصى. وقد عادت الآن وهي تحمل بضائع مثل الشاي والحرير والتوابل.
بالإضافة إلى ذلك، كان هناك عنصر جديد مصنوع من معدن يلمع ببريق الفضة الخالصة، ولكنه بالتأكيد لم يكن من الفضة، بل كان معدنًا صلبًا. كان الصينيون يطلقون عليه اسم باكتونج، وكانوا يحرسون بعناية سر كيفية صنعه.
بعد انتشار هذا المعدن الغريب، حاولت أجيال من صانعي المعادن الأوروبيين تقليد النحاس الأبيض، لكنهم لم يتوصلوا إلى سبب فشلهم جميعاً. ولم يكتشف عالم سويدي معدنًا جديدًا، اعترف عالم آخر بأنه معدن السبيكة الغامضة لصناعة النحاس الأبيض إلا في منتصف القرن الثامن عشر. وهو المعدن الذي اكتشفه عمال المناجم في ولاية سكسونيا ولعنوه على أنه النحاس المزيف.
والنيكل ليس نادرًا في القشرة الأرضية، فهو أكثر وفرة من المعادن الشائعة مثل الرصاص والقصدير، ولكنه أقل وفرة من الحديد. وغالبًا ما يتعايش الكوبالت والنيكل معًا في الطبيعة، حيث تتمثل خامات الكوبالت والنيكل المهمة في الكوبالتايت (CoAsS) والنيكل البيريت (NiS-FeS).
وأهم خامات النيكل في الطبيعة هي الغارنيت (زرنيخيد النيكل) وزرنيخيد النيكل (السلفارسنيد). وتعد كوبا أشهر بلد في العالم لرواسب خام النيكل، كما توجد كميات كبيرة من خام النيكل في جمهورية الدومينيكان.
يبلغ محتوى النيكل في الشمس 80 جزء من المليون، وفي مياه البحر 0.0001 جزء من المليون، وفي القشرة الأرضية 80 جزء من المليون. يعد النيكل أيضًا أحد العناصر الأساسية للكائنات الحية، لكن محتواه في الكائنات الحية ضئيل جدًا، أقل من واحد في الألف، ويعرف بأنه عنصر ضئيل. تشمل الأطعمة الغنية بالنيكل: الشوكولاتة والمكسرات والفاصوليا المجففة والحبوب.
هناك العديد من نظائر النيكل، مع مجموعة متنوعة من الخصائص. وفيما يلي قائمة بها:
| النظائر | الوفرة | نصف العمر الافتراضي | وضع الاضمحلال | طاقة الاضمحلال/الإلكترون فولت | منتجات الاضمحلال |
| 56ني | اصطناعي | 6.077天 | التقاط الإلكترونات | 2.136 | 56شركة |
| 58ني | 68.077% | مستقر | |||
| 59ني | اصطناعي | 76,000年 | التقاط الإلكترونات | 1.072 | 59شركة |
| 60ني | 26.233% | مستقر | |||
| 61ني | 1.14% | مستقر | |||
| 62ني | 3.634% | مستقر | |||
| 63ني | اصطناعي | 100.1年 | اضمحلال بيتا | 2.137 | 63النحاس |
| 64ني | 0.926% | مستقر |
خلية الوحدة هي خلية مكعبة متمركزة الوجه، تحتوي على 4 ذرات فلزية في كل خلية.
معلمات الشبكة:
(1) في درجة حرارة الغرفة، يشكل النيكل طبقة أكسيد كثيفة على سطحه في الهواء الرطب، والتي لا تمنع المزيد من الأكسدة فحسب، بل تقاوم التآكل بواسطة القلويات والمحاليل الملحية;
(2) لا يحترق النيكل السائب، بينما يمكن أن يحترق سلك النيكل الناعم، وجزيئات النيكل المسامية الدقيقة المصنوعة خصيصًا تحترق في الهواء;
(3) عند تسخين النيكل، يتفاعل النيكل بعنف مع الأكسجين والكبريت والكلور والبروم;
(4) يمكن أن يمتص النيكل المسحوق الناعم كمية كبيرة من الهيدروجين عند تسخينه;
(5) يذوب النيكل ببطء في حمض الهيدروكلوريك المخفف وحمض الكبريتيك المخفف وحمض النيتريك المخفف، ولكن سطحه يكون خاملًا في حمض النيتريك المدخن. يتحول إلى اللون الأخضر بعد ذوبانه في حمض النيتريك.
تحميص خام الكبريتيد المخصب إلى أكاسيد، واختزاله إلى نيكل خام مع الكربون، ثم الحصول على نيكل معدني نقي من خلال التحليل الكهربائي.
تفاعل خام كبريتيد النيكل مع أول أكسيد الكربون لإنتاج رابع كربونيل النيكل، الذي يتحلل عند التسخين لينتج نيكل فلزي نقي للغاية.
يمكن الحصول على النيكل الفلزي عن طريق اختزال أكسيد النيكل مع الهيدروجين.
أكبر عشر دول منتجة للنيكل في العالم (الإنتاج السنوي: ألف طن)
| اسم البلد | 1977 | 1982 | 1987 | 1992 |
| روسيا | 144.3 | 165.2 | 272.0 | 215.0 |
| كندا | 235.4 | 88.6 | 189.0 | 192.1 |
| كاليدونيا الجديدة | 109.1 | 60.1 | 56.9 | 113.1 |
| إندونيسيا | 14.0 | 45.9 | 57.8 | 78.1 |
| استراليا | 85.8 | 87.6 | 74.6 | 64.0 |
| الصين | - | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| كوبا | 37.0 | 36.1 | 33.8 | 32.2 |
| جنوب أفريقيا | 23.0 | 22.0 | 34.3 | 28.4 |
| جمهورية الدومينيكان | 24.2 | 5.4 | 32.5 | 25.0 |
| بوتسوانا | 12.1 | 17.8 | 25.9 | 23.5 |
| المجموع الفرعي للبلدان العشرة | 685.0 | 540.6 | 801.8 | 808.4 |
| المجموع العالمي | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
يمكن أن تؤدي إضافة النيكل إلى الفولاذ إلى تحسين قوته الميكانيكية. على سبيل المثال، عندما يزداد محتوى النيكل في الفولاذ من 2.941 تيرابايت 3 تيرابايت إلى 7.041 تيرابايت 3 تيرابايت، تزداد قوة الشد من 52.2 كجم/مم 2 إلى 72.8 كجم/ملم 3 . يُستخدم فولاذ النيكل لتصنيع أجزاء الآلات التي تتحمل الضغط العالي وتتحمل الصدمات والأحمال الترددية مثل شفرات التوربينات وأعمدة الكرنك وقضبان التوصيل وغيرها.
يحتوي فولاذ النيكل الذي يحتوي على نيكل 36% وكربون 0.3-0.5% على معامل تمدد صغير جداً، ولا يوجد تقريباً أي تمدد أو انكماش حراري، ويستخدم في تصنيع مختلف الآلات الدقيقة والمقاييس الدقيقة وغيرها. يُطلق على الفولاذ عالي النيكل الذي يحتوي على نيكل 46% وكربون 0.15% اسم "Invar" لأن معامل التمدد الخاص به مشابه لمعامل تمدد البلاتين والزجاج. يمكن لحام هذا النوع من الفولاذ عالي النيكل بالزجاج.
وهو مهم جدًا في إنتاج المصابيح الكهربائية ويمكن استخدامه كبديل لسلك البلاتين. بعض إطارات العدسات الدقيقة مصنوعة أيضًا من هذا الفولاذ Invar، مما يمنع العدسة من السقوط من الإطار بسبب التمدد والانكماش الحراري. سبيكة مكونة من النيكل 67.51 تيرابايت 3 تيرابايت، والحديد 161 تيرابايت 3 تيرابايت، والكروم 151 تيرابايت 3 تيرابايت، والمنجنيز 1.51 تيرابايت 3 تيرابايت، وهي ذات مقاومة كهربائية عالية وتستخدم في تصنيع مقاومات وسخانات كهربائية مختلفة.
تتمتع سبائك النيكل والتيتانيوم بقدرة على "الذاكرة"، وعلاوة على ذلك، تتمتع بذاكرة قوية للغاية، حيث تعود بدقة إلى شكلها الأصلي بعد تشوهها ملايين المرات على مدى فترة زمنية طويلة. وتتمثل قدرة "الذاكرة" هذه في تذكّر شكلها الأصلي، ومن ثم يُطلق عليها "سبيكة ذاكرة الشكل".
في الأصل، لهذه السبيكة درجة حرارة تحول مميزة. فوق درجة حرارة التحول هذه، يكون لها نوع واحد من التركيب البلوري، وتحتها، يكون لها نوع آخر من التركيب البلوري. ينتج عن اختلاف البنى المختلفة خواص مختلفة.
على سبيل المثال، تكون سبيكة ذاكرة النيكل والتيتانيوم والنيكل صلبة جدًا وقوية فوق درجة حرارة التحويل، ولكن تحت درجة الحرارة هذه، تصبح لينة جدًا وسهلة الشغل على البارد. وبالتالي، عندما نحتاجها لتذكر شكل معين، نقوم بتشكيلها وفقًا لذلك. هذا هو شكل "ذاكرته الدائمة". أما تحت درجة حرارة التحويل، ولأنها لينة جدًا، يمكننا تشويهها إلى حد كبير حسب الرغبة.
وعندما تحتاج إلى العودة إلى شكلها الأصلي، يكفي فقط تسخينها فوق درجة حرارة التحويل. تُستخدم سبائك النيكل والتيتانيوم ذات ذاكرة الشكل على نطاق واسع في المجال الطبي، كما هو الحال في مرشحات تجلط الدم، وقضبان تصحيح العمود الفقري، وأسلاك تقويم الأسنان، ومشابك تمدد الأوعية الدموية الدماغية، وألواح العظام، والمفاصل الاصطناعية، وأغطية رأس الفخذ، وعضلات القلب الاصطناعية، والمضخات المصغرة للكلى الاصطناعية.
النيكل مغناطيسي ويمكن أن ينجذب بواسطة المغناطيس. تتمتع السبائك المصنوعة من الألومنيوم والكوبالت والنيكل بمغناطيسية أقوى. عندما تنجذب مثل هذه السبائك بواسطة مغناطيس كهربائي، لن تنجذب هذه السبائك فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تحمل شيئًا يساوي ستين ضعف وزنها دون أن تسقط. وبالتالي، يمكن استخدامها لتصنيع الرافعات الكهرومغناطيسية.
يُستخدم النيكل أكثر ما يُستخدم في الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي يمكنه مقاومة التآكل من الغلاف الجوي والبخار والماء، وكذلك التآكل الحمضي والقلوي والملحي. ولذلك، يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في التطبيقات الكيميائية والمعدنية والإنشائية والمدنية المختلفة، مثل تصنيع الحاويات والأبراج والخزانات وخطوط الأنابيب وما إلى ذلك، والتي تتطلب اللحام في صناعات مثل البتروكيماويات والمنسوجات والصناعات الخفيفة والطاقة النووية؛ وفي إنتاج اليوريا والأبراج الصناعية وأبراج الغسيل وأبراج التكثيف وأبراج تجريد البخار وغيرها من معدات الضغط العالي المقاومة للتآكل.
ويستخدم النيكل أيضًا في الطلاء بالنيكل، حيث يغطي الفولاذ والركائز المعدنية الأخرى بطبقة سطحية متينة ومقاومة للتآكل أكثر مقاومة للتآكل من الطبقات المجلفنة من 20% إلى 25%.
وحالات الأكسدة الرئيسية للنيكل هي +2، بالإضافة إلى -1 و0 و+1 و+3 و+4 و+6 وغيرها، مما يسمح للنيكل بتكوين مجموعة متنوعة من المركبات. وهنا، يتم تقديم أكسيد النيكل وكبريتات النيكل وهيدروكسيد النيكل العالي ومركبات النيكل المعقدة.
ونظرًا لأن النيكل يحتوي على مدارات d التي يمكن أن تستوعب إلكترونات زوجية حرة، فيمكنه تكوين معقدات. الأنواع الرئيسية من معقدات النيكل هي كما يلي:
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO