النيكل: خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
النيكل معدن انتقالي له أهمية كبيرة في مختلف الصناعات نظرًا لخصائصه الفريدة. تقدم هذه المدونة لمحة عامة عن خصائصه واستخداماته وطرق إنتاجه.
مقدمة عن العنصر
النيكل (Ni) هو عنصر فلزي في مجموعة الفلزات الانتقالية في الجدول الدوري. وهو معدن أبيض فضي اللون معروف بمقاومته للتآكل وقدرته على تشكيل السبائك. يوجد النيكل بشكل طبيعي في معادن مثل البنتلانديت والغارنيت واللاتريت. يشيع استخدامه في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ والمواد الصناعية الأخرى.
تم اكتشاف النيكل لأول مرة في عام 1751 على يد الكيميائي السويدي أكسل فريدريك كرونستيدت. يحظى هذا المعدن بتقدير كبير بسبب قوته وقابليته للطرق ومقاومته للأكسدة، مما يجعله مثالياً للاستخدام في مجموعة متنوعة من التطبيقات.
وصف الخواص الكيميائية
يُظهر النيكل مجموعة متنوعة من الخواص الكيميائية المهمة التي تجعله مفيداً للغاية في التطبيقات الصناعية. ومن المعروف أنه مستقر نسبياً في الهواء ويمكنه تكوين طبقة أكسيد واقية تقاوم المزيد من الأكسدة. فيما يلي بعض الخواص الكيميائية الرئيسية للنيكل:
- التفاعلية: النيكل غير تفاعلي نسبياً مع الهواء والماء، ويشكل طبقة أكسيد مستقرة على سطحه.
- الحموضة والقلوية: يتفاعل النيكل مع كل من الأحماض والقواعد، مكوِّناً أملاحاً قابلة للذوبان.
- السبائك: يمكن أن يتحد النيكل مع العديد من المعادن، مثل الحديد والنحاس، لتشكيل سبائك أقوى وأكثر مقاومة للتآكل.
تُسهم هذه الخواص في استخدام النيكل على نطاق واسع في صناعة مواد مقاومة للتآكل، خاصةً الفولاذ المقاوم للصدأ.
جدول بيانات الخواص الفيزيائية
فيما يلي جدول يلخص الخواص الفيزيائية للنيكل:
|
الخواص |
القيمة |
|
العدد الذري |
28 |
|
الوزن الذري |
58.6934 u |
|
1455°C |
|
|
درجة الغليان |
2913°C |
|
الكثافة |
8.908 جم/سم مكعب |
|
الموصلية الكهربائية |
1.43 × 10 ⁶ S/م |
|
اللون |
أبيض فضي-أبيض |
|
الصلادة (فيكرز) |
400 فهرنهايت |
النيكل معدن صلب وقابل للسحب وهو موصل جيد للكهرباء. كما أن درجة انصهاره العالية ومقاومته للتآكل تجعله مناسباً للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الاستخدامات الشائعة
للنيكل مجموعة واسعة من التطبيقات نظراً لخصائصه المواتية، مثل القوة والمتانة ومقاومة التآكل. تتضمن بعض الاستخدامات الأكثر شيوعاً ما يلي:
- الفولاذ المقاوم للصدأ: يعد النيكل مكوناً رئيسياً في الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يساهم في قوته ومقاومته للتآكل وطول عمره.
- البطاريات: يُستخدم النيكل في البطاريات القابلة لإعادة الشحن، بما في ذلك بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) وبطاريات هيدريد النيكل المعدني (NiMH)، نظراً لقدرته على تخزين الطاقة وإطلاقها.
- العملات المعدنية: يُستخدم النيكل في إنتاج العملات المعدنية، خاصةً في السبائك مع النحاس، نظراً لمقاومته للتآكل ومظهره الجذاب.
- السبائك: يُستخدم النيكل في صناعة مجموعة متنوعة من السبائك، مثل النيتشروم (المستخدم في عناصر التسخين) والمونيل (المستخدم في التطبيقات البحرية)، نظراً لمقاومته العالية للتآكل.
طرق التحضير
يتم استخلاص النيكل من خاماته بشكل أساسي باستخدام طريقتين رئيسيتين: العمليات البيروميتالورجية والعمليات الهيدروميتالورجية.
- الطريقة البيروميتالورجية: تتضمن هذه الطريقة تسخين الخامات المحتوية على النيكل في فرن لفصل المعدن عن العناصر الأخرى. وقد تتضمن العملية أيضاً الصهر لإنتاج النيكل غير اللامع الذي يتم تكريره بعد ذلك.
- الطريقة الهيدروميتالورجية: في هذه الطريقة، تتم معالجة خامات النيكل بالأحماض أو المحاليل القلوية لاستخلاص النيكل من خلال النض. ثم يتم تنقية المعدن بعد ذلك بالتحليل الكهربائي.
تساعد هذه الطرق في الحصول على النيكل النقي أو سبائكه للاستخدامات الصناعية المختلفة.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
النيكل عنصر أساسي في العديد من المنتجات الصناعية. وتشمل بعض الأمثلة على ذلك:
- الفولاذ المقاوم للصدأ: يستخدم في صناعات البناء والسيارات وأدوات المطبخ.
- المحفزات: يستخدم النيكل كمحفز في تفاعلات الهدرجة في الصناعة الكيميائية.
- الطلاء: غالباً ما يستخدم النيكل في الطلاء الكهربائي لتوفير سطح مقاوم للتآكل على المعادن.
تعدد استخدامات النيكل يجعله عنصراً أساسياً في مختلف القطاعات مثل التصنيع وتخزين الطاقة والنقل.
الأسئلة المتداولة
ما هي الاستخدامات الرئيسية للنيكل؟
يُستخدم النيكل في المقام الأول في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ والبطاريات والعملات المعدنية والسبائك المختلفة نظراً لقوته ومقاومته للتآكل وقدرته على تخزين الطاقة.
كيف يُستخرج النيكل من خاماته؟
يتم استخلاص النيكل إما باستخدام الطريقة البيروميتالورجية (التي تتضمن التسخين والصهر) أو الطريقة الهيدروميتالورجية (باستخدام الأحماض أو المحاليل القلوية لرش النيكل).
ما الخواص الفيزيائية للنيكل؟
النيكل معدن أبيض فضي اللون، قابل للسحب، ذو درجة انصهار عالية (1455 درجة مئوية)، وكثافة عالية (8.908 جم/سم مكعب)، وتوصيلية كهربائية جيدة (1.43 × 10⁶ S/m).
ما الخواص الكيميائية للنيكل؟
النيكل غير تفاعلي نسبياً مع الهواء والماء، مكوِّناً طبقة أكسيد واقية. وهو يتفاعل مع الأحماض والقواعد لتكوين أملاح قابلة للذوبان ويستخدم عادةً في صناعة السبائك مع معادن أخرى.
لماذا يُستخدم النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ؟
يعمل النيكل على تعزيز قوة ومتانة ومقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل، مما يجعله مناسباً لمختلف التطبيقات في صناعات البناء والسيارات وأدوات المطبخ.
