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Nickel is a chemical element; it has symbolNi and atomic number 28. It is a silvery-white lustrous metal with a slight golden tinge. Nickel is a hard and ductiletransition metal. Pure nickel is chemically reactive, but large pieces are slow to react with air under standard conditions because a passivation layer of nickel oxide that prevents further corrosion forms on the surface. Even so, pure native nickel is found in Earth's crust only in tiny amounts, usually in ultramafic rocks,[10][11] and in the interiors of larger nickel–iron meteorites that were not exposed to oxygen when outside Earth's atmosphere.
Meteoric nickel is found in combination with iron, a reflection of the origin of those elements as major end products of supernova nucleosynthesis. An iron–nickel mixture is thought to compose Earth's outer and inner cores.[12]
Use of nickel (as natural meteoric nickel–iron alloy) has been traced as far back as 3500 BCE. Nickel was first isolated and classified as an element in 1751 by Axel Fredrik Cronstedt, who initially mistook the ore for a coppermineral, in the cobalt mines of Los, Hälsingland, Sweden. The element's name comes from a mischievous sprite of German miner mythology, Nickel (similar to Old Nick). Nickel minerals can be green, like copper ores, and were known as kupfernickel – Nickel's copper – because they produced no copper.
Although most nickel in the earth's crust exists as oxides, economically more important nickel ores are sulfides, especially pentlandite. Major production sites include Sulawesi, Indonesia, the Sudbury region, Canada (which is thought to be of meteoric origin), New Caledonia in the Pacific, Western Australia, and Norilsk, Russia.[13]
ニッケルは、室温付近で強磁性を示す4つの元素（他の3つは鉄、コバルト、ガドリニウム）[ 14 ]のうちの1つです。ニッケルを一部ベースとしたアルニコ永久磁石は、鉄系永久磁石と希土類磁石の中間の強度を持っています。この金属は主に合金や耐腐食性めっきに使用されます。
世界の生産量の約68%はステンレス鋼に使用されています。さらに10%はニッケル基合金と銅基合金に、9%はめっきに、7%は合金鋼に、3%は鋳造に、4%は充電式電池などの他の用途に使用されています[ 15 ] 。これには電気自動車（EV）の電池も含まれます[ 16 ] 。ニッケルは硬貨に広く使用されていますが、ニッケルメッキされた物体はニッケルアレルギーを引き起こすことがあります。化合物としてのニッケルは、水素化の触媒、充電式電池のカソード、顔料、金属表面処理など、ニッチな化学製造用途が数多くあります[ 17 ] 。ニッケルは、ニッケルを活性部位とする酵素を持つ一部の微生物や植物にとって必須栄養素です[ 18 ]。
ニッケルは銀白色でわずかに金色がかった金属で、高い光沢を放ちます。室温付近で強磁性を示す元素は4つしかなく、ニッケルはその1つです。他の3つは鉄、コバルト、ガドリニウムです。キュリー温度は355 ℃（671 °F）で、この温度を超えるとバルクニッケルは非磁性になります。[ 20 ] [ 14 ]ニッケルの単位格子は面心立方体で、格子定数は0.352 nm、原子半径は0.124 nmです。この結晶構造は少なくとも70 GPaの圧力まで安定しています。ニッケルは硬く、展性があり、延性があり、遷移金属としては比較的高い電気伝導率と熱伝導率を持っています。 [ 21 ]理想的な結晶で予測される34 GPaの高い圧縮強度は、転位の形成と移動により、実際のバルク材料では決して得られません。しかし、Niナノ粒子ではそれが達成されている。[ 22 ]
ニッケルには、[Ar] 3d 8 4s 2と [Ar] 3d 9 4s 1という 2 つの原子電子配置があり、エネルギーは非常に近い。[Ar] は完全なアルゴンコア構造を表す。どちらの配置がエネルギーが低いかについては意見の相違がある。[ 23 ]化学の教科書では、ニッケルの電子配置を [Ar] 4s 2 3d 8と引用している。[ 24 ]また、[Ar] 3d 8 4s 2とも書かれている。[ 25 ]この配置は、4s が 3d より先に満たされると予測するマデルングのエネルギー順序規則と一致する。ニッケル原子の最低エネルギー状態が 3d 8 4s 2エネルギー準位、具体的には 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F、J = 4 準位であるという実験的事実によって裏付けられている。[ 26 ] [ 27 ]
しかし、これら 2 つの構成はそれぞれ微細構造によりいくつかのエネルギー準位に分裂し、[ 26 ] [ 27 ] 2 つのエネルギー準位のセットが重なり合っています。[Ar] 3d 9 4s 1の状態の平均エネルギーは、実際には [Ar] 3d 8 4s 2の状態の平均エネルギーよりも低くなっています。そのため、原子計算に関する研究文献では、基底状態の構成を [Ar] 3d 9 4s 1としています。[ 23 ]
ニッケルの同位体は、原子質量が以下の範囲に及ぶ。48 Da ( 48に）に82 Da ( 82Ni ) [ 9 ]
天然ニッケルは5つの安定同位体から構成されており、58Ni、60Ni、61Ni、62Niと64Ni、そのうち58Niは最も豊富に存在する元素である（天然存在比68.077% ）。[ 9 ]
ニッケル62は、あらゆる核種の中で最も高い核子あたりの結合エネルギーを持ち、8.7946 MeV/核子である。[ 28 ] [ 29 ]その結合エネルギーは、 56よりも大きい。 Feと58Fe は、より豊富な核種であり、結合エネルギーが最も高いと誤って引用されることが多い。 [ 30 ]このことからニッケルが宇宙で最も豊富な重元素であると予測されるが、恒星内部でのニッケルの光崩壊率が高いため、鉄が圧倒的に豊富である。 [ 30 ]
ニッケル60は、消滅した放射性核種60の娘核種である。Fe（半減期260万年）。60の 半減期が長いためFeは太陽系内の物質中に残留し、60の同位体組成に観測可能な変化をもたらす可能性がある。Ni。したがって、60の存在量は地球外物質中のニッケルは、太陽系の起源とその初期の歴史についての洞察を与えてくれるかもしれない。[ 31 ]
少なくとも26種類のニッケル放射性同位体が特定されており、最も安定なのは59である。半減期76,000年のNi、63Ni（100年）、56Ni（6日）。他のすべての放射性同位体は半減期が60時間未満であり、そのほとんどは半減期が30秒未満である。この元素にはメタ状態も1つある。[ 9 ]
放射性ニッケル56はシリコン燃焼過程によって生成され、その後Ia型超新星で大量に放出される。これらの超新星の光度曲線の中間期から後期にかけての形状は、ニッケル56の電子捕獲による崩壊に対応する。ニッケルはコバルト56、そして最終的には鉄56へと変化する。[ 32 ]ニッケル59は長寿命の宇宙線生成放射性核種であり、半減期は76,000年である。59Niは同位体地質学において多くの用途が見出されている。59Ni は隕石の地球上の年代測定や氷や堆積物中の地球外塵の存在量の決定に使われてきました。半減期が 110 ミリ秒のニッケル 78 は、鉄より重い元素の超新星核合成において重要な同位体であると考えられています。[ 33 ] 1999 年に発見された48Niは、既知の中で最も陽子に富む重元素同位体です。陽子28 個と中性子20 個を持つ 48Ni は、陽子 28 個と中性子 50 個を持つ78Niと同様に「二重魔法数」です。したがって、どちらも陽子と中性子の不均衡が非常に大きい原子核としては異常に安定しています。[ 9 ] [ 34 ]
ニッケル63は、原子炉の支持構造物に見られる汚染物質です。ニッケル62による中性子捕獲によって生成されます。南太平洋の核兵器実験場付近でも少量発見されています。[ 35 ]
ニッケル鉱石は酸化物または硫化物に分類されます。酸化物にはラテライトがあり、主な鉱物混合物はニッケル含有褐鉄鉱、(Fe,Ni)O(OH)、およびガーニエライト（さまざまな含水ニッケルとニッケルに富むケイ酸塩の混合物）です。[ 36 ]ニッケル硫化物は、一般的にペントランダイトやパイロタイトなどの鉱物中に鉄との固溶体として存在し、 それぞれ式はFe 9−x Ni x S 8および Fe 7−x Ni x S 6です。その他の一般的なニッケル含有鉱物には、ミラーライトとヒ化物ニッコライトがあります。[ 37 ] [ 38 ]
世界中で確認されているニッケル含有量が平均1％以上の陸上資源は、少なくとも1億3000 万トンのニッケル（既知の埋蔵量の約2倍）に相当する。その約60％はラテライト鉱床に、40％は硫化物鉱床に存在する。[ 39 ]
地球物理学的証拠によれば、地球上のニッケルの大部分は地球の外核と内核に存在すると考えられています。カマサイトとテーナイトは、鉄とニッケルの天然合金です。カマサイトの場合、合金の比率は通常90:10から95:5ですが、不純物（コバルトや炭素など）が存在する場合があります。テーナイトはニッケルが20%から65%です。カマサイトとテーナイトはニッケル鉄隕石にも見られます。[ 40 ]
ニッケルは鉄隕石中にカマサイトやテーナイトという合金としてよく見られます。隕石中のニッケルは、当時スペインで働いていたフランスの化学者ジョセフ＝ルイ・プルーストによって1799年に初めて発見されました。プルーストは、1783年にミゲル・ルビン・デ・セリスによって採取されたカンポ・デル・シエロ（アルゼンチン）の隕石のサンプルを分析し、鉄とともにニッケル（約10％）が存在することを発見しました。[ 41 ]
ニッケルの最も一般的な酸化状態は+2ですが、Ni 0、Ni +、Ni 3+の化合物はよく知られており、Ni 2−およびNi −の特殊な酸化状態も特徴付けられています。[ 42 ]
ルートヴィヒ・モンドによって発見されたテトラカルボニルニッケル（Ni(CO)4）[ 43 ]は、室温では揮発性で毒性の高い液体である。加熱すると、この錯体はニッケルと一酸化炭素に分解する。
この挙動は、ニッケルを精製するモンド法で利用されている。関連するニッケル(0)錯体であるビス(シクロオクタジエン)ニッケル(0)は、シクロオクタジエン（またはcod ）配位子が容易に置換されるため、有機ニッケル化学において有用な触媒である。
ニッケル(I)錯体はまれですが、例として四面体錯体NiBr(PPh 3 ) 3があります。多くのニッケル(I)錯体は Ni–Ni 結合を持ち、例えば、K 2 [ Ni 2 (CN) 6 ]をナトリウムアマルガムで還元して調製した暗赤色の反磁性K 4 [ Ni 2 (CN) 6 ]などがあります。この化合物は水中で酸化され、H 2を放出します。[ 44 ]
ニッケル(I)の酸化状態は、プロトンをH2に可逆的に還元する反応を触媒する[NiFe]-ヒドロゲナーゼなどのニッケル含有酵素にとって重要であると考えられている。[ 45 ]
ニッケル(II)は、硫化物、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、カルボン酸塩、ハロゲン化物など、一般的なすべての陰イオンと化合物を形成します。硫酸ニッケル(II)は、ニッケル金属または酸化物を硫酸に溶解することで大量に生成され、ニッケルの電気めっきに有用な六水和物と七水和物の両方を形成します[ 46 ] 。塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの一般的なニッケル塩は、水に溶解して金属アクア錯体[ Ni(H2O ) 6 ] 2+の緑色の溶液を生成します。[ 47 ]
4つのハロゲン化物はニッケル化合物を形成し、これは八面体Ni中心を持つ分子からなる固体です。塩化ニッケル(II)が最も一般的で、その挙動は他のハロゲン化物の典型的な例です。塩化ニッケル(II)は、ニッケルまたはその酸化物を塩酸に溶解することによって作られます。通常は緑色の六水和物として存在し、その式は通常NiCl 2 · 6H 2 Oと表記されます。この塩を水に溶解すると、金属アクア錯体[ Ni(H 2 O) 6 ] 2+が形成されます。NiCl 2 · 6H 2 Oを脱水すると、黄色の無水NiCl 2が得られます。[ 48 ]
ビス（トリフェニルホスフィン）塩化ニッケルなどの一部の四配位ニッケル（II）錯体は、四面体構造と正方形平面構造の両方で存在します。四面体錯体は常磁性であり、正方形平面錯体は反磁性です。磁気平衡の性質と八面体錯体の形成という点で、正方形平面構造のみを形成するより重い第10族金属であるパラジウム（II）および白金（II）の二価錯体とは対照的です。[ 42 ]
多くのNi(III)化合物が知られている。Ni(III)はフッ化物[ 50 ]または酸化物イオンと単純な塩を形成する。Ni(III)はチオールや有機ホスフィンなどのσ供与性配位子によって安定化される[ 44 ]。
Ni(III)は酸化水酸化ニッケル中に存在し、ニッケルカドミウム、ニッケル鉄、ニッケル水素、ニッケル金属水素化物など多くの充電式電池の正極として使用され、一部のメーカーではリチウムイオン電池にも使用されています。[ 51 ]
Ni(IV)は依然としてまれな酸化状態であり、知られている化合物はごくわずかである。Ni(IV)は混合酸化物BaNiO 3中に存在する。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]
2024年現在、六価ニッケルは結晶性のNi(Be Cp ) 6の形で知られている。注目すべきは、八面体ではなく、C 3v分子対称性を採用している点である。[ 56 ]
ニッケルの意図しない使用は紀元前3500年まで遡ることができます 。[ 57 ] 現在のシリアの青銅には、ニッケルが2%も含まれていることがわかっています。 [ 58 ]古代中国のいくつかの写本は、紀元前1700～1400年に「白銅」（白銅、白銅として知られる）がそこで使用されていたことを示唆しています 。この白銅は17世紀にはすでにイギリスに輸出されていましたが、この合金のニッケル含有量は1822年まで発見されませんでした。[ 59 ]紀元前2世紀には、バクトリア王アガトクレス、エウテュデモス2世、パンタレオンによって、おそらく中国の白銅からニッケル銅合金のコインが鋳造されました。[ 60 ]
中世ドイツでは、銅鉱石に似た金属光沢のある黄色の鉱物が鉱石山地で発見されました。しかし、鉱夫たちはそこから銅を採掘することができなかったため、ドイツ神話のいたずら好きな精霊ニッケル（オールド・ニックに似ている）が銅を邪魔していると考えました。彼らはこの鉱石をドイツ語のKupfer「銅」からKupfernickelと名付けました。 [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]この鉱石は現在、ニッケル砒化物であるニケリン（以前はニッコライト[ 65 ]）として知られています。1751年、アクセル・フレドリック・クロンシュテット男爵はスウェーデンのロス村のコバルト鉱山でクペニッケルから銅を抽出しようとしましたが、代わりに白い金属を生産し、その鉱物に名前を与えた精霊にちなんでニッケルと名付けました。 [ 66 ]現代ドイツ語では、Kupfernickel または Kupfer-Nickel は銅ニッケル合金を指す。[ 21 ]
当初、ニッケルの唯一の供給源は希少なクプファーニッケルでした。1824年から、ニッケルはコバルトブルーの製造の副産物として得られるようになりました。最初の大規模なニッケルの製錬は、1848年にノルウェーでニッケルを豊富に含む磁硫鉄鉱から始まりました。[ 67 ] 1889年に鉄鋼生産にニッケルが導入されたことでニッケルの需要が増加しました。 1865年に発見されたニューカレドニアのニッケル鉱床は、1875年から1915年の間、世界の供給の大部分を供給しました。1883年にカナダのサドベリー盆地、 1920年にロシアのノリリスク・タルナフ、 1924年に南アフリカのメレンスキー礁で大規模な鉱床が発見されたことで、大規模なニッケル生産が可能になりました。 [ 59 ]
前述のバクトリア硬貨を除けば、ニッケルは19世紀半ばまで硬貨の構成要素ではなかった。[ 68 ]
1922年から1981年までの非戦時中、カナダ（当時世界最大のニッケル生産国）では、ニッケル含有率99.9%の5セント硬貨が鋳造されました。この金属含有量により、これらの硬貨は磁性を帯びていました。 [ 69 ] 1942年から1945年の戦時中、装甲製造のために、カナダと米国の硬貨からニッケルのほとんどまたはすべてが取り除かれました。[ 62 ]カナダは1968年から2000年まで、高額硬貨にニッケル含有率99.9%の硬貨を使用しました。[ 70 ]
ほぼ純粋なニッケルの硬貨は、1881年にスイスで初めて使用された。[ 71 ]
米国では、「ニッケル」または「ニック」という用語は、もともと銅ニッケル合金のフライングイーグルセント（1857～58年に銅の代わりにニッケル12%を使用）に用いられ、その後、同じ合金のインディアンヘッドセント（1859～1864年）にも使用されました。さらに後、1865年には、ニッケルが25%に増加した3セントニッケルを指すようになりました。1866年には、 5セントシールドニッケル（ニッケル25%、銅75%）がこの名称を採用し、それ以降の5セント硬貨に使用されています。この合金比率は強磁性ではありません。
米国のニッケル硬貨には、2007年4月の価格で6.5セント相当のニッケル0.04オンス（1.1グラム）と、約3セント相当の銅3.75グラムが含まれており、金属の合計価値は9セント以上です。ニッケルの額面は5セントであるため、金属を利益を上げて売りたい人にとって、ニッケルを溶かす魅力的な対象となりました。米国造幣局はこの行為を予測し、2006年12月14日に30日間のパブリックコメント期間を設けた新たな暫定規則を施行し、セントとニッケルの溶解と輸出を犯罪としました。[ 73 ]違反者は、最高1万ドルの罰金および/または最高5年の懲役刑に処せられます。[ 74 ] 2025年2月19日現在、米国のニッケル硬貨（銅とニッケルを含む）の溶解価値は0.054ドル（額面の108%）である。[ 75 ]
21世紀に入り、ニッケルの価格高騰により、世界中で硬貨のニッケルが一部代替品に置き換えられました。現在もニッケル合金で作られている硬貨には、1ユーロ硬貨と2ユーロ硬貨、5セント、10セント、25セント、50セント、1ドルの米国硬貨[ 76 ]、20ペンス、50ペンス、1ポンド、2ポンドの英国硬貨などがあります。2012年以降、英国の5ペンス硬貨と10ペンス硬貨に使用されていたニッケル合金はニッケルメッキ鋼に置き換えられました。これにより、ニッケルアレルギーを持つ人々の問題に関する世論の論争が巻き起こりました。[ 71 ]
推定では 、年間 370 万トンのニッケルが世界中で採掘されています。2024 年時点で最大の生産国は、インドネシア(2,200,000 t)、フィリピン(330,000 t )、ロシア( 210,000 t)、カナダ(190,000 t)、中国(120,000 t)、オーストラリア(110,000 t) です。[ 78 ]ロシア以外のヨーロッパで最大のニッケル鉱床は、フィンランドとギリシャにあります。確認されている陸上資源は、平均して少なくとも 1% のニッケルを含み、少なくとも 1 億 3000万トンのニッケルを含んでいます。約 60% はラテライトに、40% は硫化物鉱床にあります。また、太平洋の深海、特にクラリオン・クリッパートン・ゾーンと呼ばれる海域には、海面下3.5～6kmの海底に点在する多金属団塊の形で、ニッケルの豊富な資源が発見されている。 [ 79 ] [ 80 ]これらの団塊は多数の希土類金属で構成されており、ニッケル含有量は1.7%と推定されている。[ 81 ]科学技術の進歩に伴い、国際海底機構は現在、国連の持続可能な開発目標を遵守しつつ、環境に配慮した方法でこれらの団塊を採取するための規制を策定している。[ 82 ]
米国でニッケルが採掘されて利益を上げている唯一の場所は、オレゴン州リドルで、数平方マイルにわたるニッケルを含むガーニエライトの地表鉱床がある。この鉱山は1987年に閉鎖された。[ 83 ] [ 84 ]イーグル鉱山プロジェクトは、ミシガン州アッパー半島にある新しいニッケル鉱山である。建設は2013年に完了し、操業は2014年の第3四半期に開始された。[ 85 ]操業開始後最初の1年間で、イーグル鉱山は18,000トンのニッケルを生産した。[ 85 ]イーグル鉱山は2023年に17,000トンのニッケル精鉱を生産した。[ 86 ]この地域の他のプロジェクトには、2024年に連邦政府から1億4500万ドルの資金提供を受けたマーケット郡ニッケルプロジェクト、[ 87 ]ボルダーダッシュ鉱山とローランド鉱山での作業への投資、[ 88 ]およびイーグル鉱山での3番目のゾーンであるキールゾーンの開発が含まれる。[ 89 ]
ニッケルは抽出冶金によって得られます。従来の焙焼および還元プロセスによって鉱石から抽出され、75%以上の純度の金属が得られます。多くのステンレス鋼用途では、不純物に応じて、75%の純度のニッケルをさらに精製せずに使用できます。[ 46 ]
従来、ほとんどの硫化物鉱石は乾式製錬技術を用いて処理され、さらに精製するためのマットが生産される。湿式製錬技術も使用される。ほとんどの硫化物鉱床は従来、泡浮選プロセスによる濃縮とそれに続く乾式製錬抽出によって処理されてきた。ニッケルマットは、さらにシェリット・ゴードン法で処理される。まず、硫化水素を添加して銅を除去し、コバルトとニッケルの濃縮物を残す。次に、溶媒抽出を使用してコバルトとニッケルを分離し、最終的なニッケル含有量は86%以上となる。[ 90 ]
2番目の一般的な精製プロセスは、金属マットをニッケル塩溶液に浸出し、その後、電解ニッケルとして陰極にめっきすることによって溶液からニッケルを電解採取することです。 [ 91 ]
最も純度の高い金属は、モンド法によって酸化ニッケルから得られ、純度は99.99%を超えます。この方法はルートヴィヒ・モンドによって特許取得され、20世紀初頭以前から工業的に使用されています。[ 92 ]この方法では、ニッケルを硫黄触媒の存在下で約40～80 ℃で一酸化炭素と反応させてニッケルカルボニルを生成します。鉄との同様の反応では、ペンタカルボニル鉄が生成されますが、この反応は遅いです。必要に応じて、ニッケルは蒸留によって分離できます。ニッケルの蒸留では、副産物としてオクタカルボニルジコバルトも生成されますが、反応温度でテトラコバルトドデカカルボニルに分解して不揮発性の固体になります。[ 13 ]
ニッケルは、ニッケルカルボニルから2つのプロセスのいずれかによって得られます。1つは、数万個のニッケル球（ペレット）が絶えず攪拌されている高温の大きなチャンバーにニッケルカルボニルを通す方法です。カルボニルは分解し、純粋なニッケルが球上に析出します。もう1つのプロセスでは、ニッケルカルボニルは230 ℃の小さなチャンバーで分解され、微細なニッケル粉末が生成されます。副生成物である一酸化炭素は再循環され、再利用されます。この高純度ニッケル製品は「カルボニルニッケル」として知られています。[ 93 ]
アメリカン・メタル・マーケットは2001年に、ユーロ硬貨にニッケルを含まない北欧産金が使用されることでニッケル市場に影響が出ると予測し、2002年には5万トンから7万トンのニッケルが旧式硬貨から回収されると推定した。 [ 94 ]ニッケルの市場価格は2006年と2007年の初めの数ヶ月間を通して急騰し、 2007年4月5日時点では 当時、この金属は1トンあたり52,300米ドル、または1オンスあたり1.47米ドルで取引されていた。[ 95 ]その後、価格は大幅に下落し、2017年9月時点では2022年、ロシアによるウクライナ侵攻中、ロシアのニッケル輸出に対する制裁への懸念からショートスクイーズが発生し、ニッケル価格はわずか2日間で4倍になり、1トン当たり10万ドルに達した。[ 97 ] [ 98 ]ロンドン金属取引所は39億ドル相当の契約をキャンセルし、ニッケルの取引を1週間以上停止した。[ 99 ]アナリストのアンディ・ホーム氏は、このような価格ショックは金属市場が課す純度要件によって悪化すると主張した。取引所ではグレードI（純度99.8%）の金属のみが商品として使用できるが、世界の供給の大部分はフェロニッケル合金かそれ以下の純度である。[ 100 ] 2024年のニッケルの平均価格は、ロンドン金属取引所（LME）の推計によると、1トン当たり15,328ドルで、2023年より7.7%低い。2024年末には、価格は2020年以来の最低水準に達した。[ 101 ]
ニッケルの世界的な使用は現在、ステンレス鋼で68%、非鉄合金で10% 、電気めっきで9% 、合金鋼で7%、鋳造で3%、その他（電池を含む）で4%となっている。[ 15 ]
ニッケルは、ステンレス鋼、アルニコ磁石、硬貨、充電式電池（ニッケル鉄など）、エレキギターの弦、マイクロフォンカプセル、配管器具のメッキ[ 102 ] 、パーマロイ、エリンバー、インバーなどの特殊合金など、多くのよく知られた工業製品や消費者製品に使用されています。メッキやガラスの緑色着色剤としても使用されます。ニッケルは主に合金金属であり、主な用途はニッケル鋼やニッケル鋳鉄で、通常、引張強度、靭性、弾性限界を向上させます。ニッケルは、ニッケル真鍮やニッケル青銅、銅、クロム、アルミニウム、鉛、コバルト、銀、金との合金（インコネル、インコロイ、モネル、ニモニック）など、他の多くの合金にも広く使用されています。[ 91 ]
東南アジアでは、伝統的にクリス（短剣）の製造にニッケルが用いられてきた。
ニッケルは耐腐食性があるため、装飾用銀の代用品として使われることがあった。また、1859年以降、一部の国では安価な貨幣用金属として使われることもあった（上記参照）が、20世紀後半には、米国とカナダを除いて、より安価なステンレス鋼（鉄）合金に取って代わられた。[ 68 ]
ニッケルは特定の貴金属の優れた合金剤であり、乾式分析法では白金族元素（PGE）の収集剤として使用されます。そのため、ニッケルは鉱石から6つのPGEすべてを完全に収集でき、金も部分的に収集できます。高スループットのニッケル鉱山では、PGE（主に白金とパラジウム）の回収も行われる場合があります。例としては、ロシアのノリリスク鉱山とカナダのサドベリー盆地鉱山が挙げられます。[ 103 ]
アルカリ燃料電池のガス拡散電極にはニッケルフォームまたはニッケルメッシュが使用される。[ 104 ] [ 105 ]
ニッケルとその合金は、水素化反応の触媒としてよく用いられる。微細なニッケル-アルミニウム合金であるラネーニッケルは一般的な形態の一つであるが、ラネー型触媒を含む関連触媒も用いられる。[ 106 ]
ニッケルは本来磁歪性があり、磁場が存在すると長さがわずかに変化します。[ 107 ] [ 108 ]ニッケルの磁歪は50 ppm程度で 負の値であり、収縮することを示しています。[ 109 ]
ニッケルは、超硬タングステンカーバイドまたは超硬合金産業において結合剤として使用され、重量比で6～12%の割合で使用されます。ニッケルはタングステンカーバイドを磁性にし、超硬部品に耐食性を与えますが、硬度はコバルト結合剤を使用したものよりも低くなります。[ 110 ]
63半減期が 100.1 年であるNi は、クリトロン装置においてベータ粒子(高速電子) 放出体として有用であり、キープアライブ電極によるイオン化をより確実にする。 [ 111 ]ベータボルタ電池の電源としても研究されている。[ 112 ] [ 113 ]
ニッケル生産量の約27%はエンジニアリング、10%は建築・建設、14%は管状製品、20%は金属製品、14%は輸送、11%は電子機器、5%はその他の用途に使用されています。[ 15 ]
2025年、QuesTek InnovationsとStoke Spaceは、積層造形と極度の高圧・高温酸素環境向けのニッケル基超合金を開発した。その特性により、この材料は完全再利用可能な宇宙船打ち上げシステムに使用でき、フルフロー二段燃焼ロケットエンジンZenithにも耐えることができる。[ 114 ] [ 115 ]
ラネーニッケルは、マーガリンを作るための不飽和油の水素化に広く使用されており、規格外のマーガリンや残った油にはニッケルが汚染物質として含まれている可能性がある。Forteらは、2型糖尿病患者の血中ニッケル濃度が0.89 ng/mLであるのに対し、対照群では0.77 ng/mLであることを発見した。[ 116 ]
ニッケルチタンは、構成金属の原子比率がほぼ等しい合金であり、形状記憶効果と超弾性という、密接に関連した2つの独特な特性を示します。
1970年代まで認識されていませんでしたが、ニッケルは一部の植物、細菌、古細菌、真菌の生物学において重要な役割を果たしていることが知られています。[ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]ウレアーゼなどのニッケル酵素は、一部の生物において病原性因子と考えられています。[ 120 ] [ 121 ]ウレアーゼは尿素の加水分解を触媒してアンモニアとカルバメートを生成します。[ 118 ] [ 117 ] NiFe ヒドロゲナーゼは、H 2の酸化を触媒してプロトンと電子を生成することができ、また逆反応であるプロトンの還元による水素ガスの生成も触媒できます。[ 118 ] [ 117 ]ニッケルテトラピロール補酵素である補因子F430は、メタン生成古細菌（+1酸化状態）においてメタンの生成、または逆反応を触媒できるメチル補酵素M還元酵素に存在します。 [ 122 ]一酸化炭素脱水素酵素の1つは、Fe -Ni- Sクラスターから構成されています。[ 123 ]他のニッケル含有酵素には、まれな細菌クラスのスーパーオキシドジスムターゼ[ 124 ]、および細菌といくつかの真核生物トリパノソーマ寄生虫のグリオキサラーゼI酵素[ 125 ]（酵母や哺乳類を含む他の生物では、この酵素は二価のZn 2+を含みます）。[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]
食事中のニッケルは、ニッケル依存性細菌による感染を通じて人間の健康に影響を与える可能性があるが、ニッケルは大腸に生息する細菌にとって必須栄養素であり、事実上プレバイオティクスとして機能している可能性もある。[ 131 ]米国医学研究所は、ニッケルが人間にとって必須栄養素であることを確認していないため、推奨栄養所要量（RDA）も適正摂取量も設定されていない。食事中のニッケルの許容上限摂取量は、 可溶性ニッケル塩として1日1mgである。推定食事摂取量は 1日70～100μgであり、10%未満が吸収される。吸収されたものは尿中に排泄される。[ 132 ]ステンレス鋼で調理された食品には、上記の推定平均摂取量に匹敵する比較的多量のニッケルが溶出する。例えば、10回の調理サイクル後にトマトソース1食分に溶出するニッケルの量は平均88μgである 。[ 133 ] [ 134 ]
シベリア・トラップの火山噴火で放出されたニッケルは、ペルム紀-三畳紀絶滅イベント（既知の最大の大量絶滅）でメタンを生成したユーリ古細菌属であるメタンサルシナの増殖を助けたと考えられている。[ 135 ]
ニッケルの主な曝露源は経口摂取であり、ニッケルは植物にとって必須である。[ 137 ]ニッケルの典型的なバックグラウンド濃度は、空気中では20 ng/m 3 、土壌中では100 mg/kg、 植物中では10 mg/kg、 淡水中では10 μg/L、 海水中では1 μg/Lを超えない。[ 138 ]環境中の濃度は、人間の汚染によって増加する可能性がある。たとえば、ニッケルメッキの蛇口は水や土壌を汚染する可能性があり、採掘や製錬はニッケルを廃水に投棄する可能性があり、ニッケル鋼合金の調理器具やニッケル顔料の食器は食品にニッケルを溶出する可能性がある。空気は、ニッケル鉱石の精製や化石燃料の燃焼によって汚染される可能性がある。人間は、タバコの煙や、宝飾品、シャンプー、洗剤、硬貨との皮膚接触によってニッケルを直接吸収する可能性がある。慢性的な曝露のあまり一般的ではない形態としては、血液透析によるものがあり、微量のニッケルイオンがアルブミンのキレート作用によって血漿中に吸収される可能性がある。
平均的な1日の曝露量は人間の健康に対する脅威ではありません。人間が吸収したニッケルのほとんどは腎臓によって除去され、尿として体外に排出されるか、吸収されずに消化管から排出されます。ニッケルは蓄積性毒物ではありませんが、高用量または慢性的な吸入曝露は毒性があり、発がん性さえある可能性があり、職業上の危険となります。[ 139 ]
ニッケル化合物は、硫化物鉱石精製作業員の疫学調査で観察された呼吸器がんリスクの増加に基づき、ヒト発がん物質に分類されています[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 144 ]。これは、ラットとマウスにおける亜硫化ニッケルと酸化ニッケルを用いたNTPバイオアッセイの陽性結果によって裏付けられています[ 145 ] [ 146 ] 。ヒトと動物のデータは一貫して経口曝露経路による発がん性の欠如を示しており、ニッケル化合物の発がん性は吸入後の呼吸器腫瘍に限定されています[ 147 ] [ 148 ] 。ニッケル金属は疑わしい発がん物質に分類されています。[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ]主に金属ニッケルに曝露された労働者における呼吸器がんリスクの増加がないこと[ 144 ]と、ニッケル金属粉末を用いたラットの生涯吸入発がん性試験における呼吸器腫瘍の欠如との間には一貫性がある。[ 149 ]さまざまなニッケル化合物およびニッケル金属を用いたげっ歯類吸入試験では、気管支リンパ節過形成または線維化を伴う、あるいは伴わない肺炎症の増加が観察された。[ 143 ] [ 145 ] [ 149 ] [ 150 ]ラット試験では、水溶性ニッケル塩の経口摂取により、妊娠動物の周産期死亡が引き起こされる可能性がある。[ 151 ]これらの影響がヒトに関係するかどうかは不明である。高濃度に曝露された女性労働者の疫学研究では、有害な発達毒性影響は示されていない。[ 152 ]
職場では、吸入、摂取、皮膚や目との接触によってニッケルに曝露される可能性があります。労働安全衛生局(OSHA) は、ニッケルカルボニルを除いて、職場の法定限度 (許容曝露限度)を 8 時間労働日あたり1 mg/m 3に設定しています。国立労働安全衛生研究所(NIOSH) は、推奨曝露限度(REL)を8 時間労働日あたり0.015 mg/m 3 に設定しています。10 mg/m 3では、ニッケルは生命と健康に直ちに危険です。[ 153 ]ニッケルカルボニル[ Ni(CO) 4 ]は極めて毒性の強いガスです。金属カルボニルの毒性は、金属の毒性とカルボニル官能基からの二酸化炭素の放出の両方の関数です。ニッケルカルボニルは空気中で爆発性もあります。[ 154 ] [ 155 ]
感作された人は、接触性皮膚炎として知られるニッケルに対する皮膚接触アレルギーを示すことがあります。高度に感作された人は、ニッケル含有量の多い食品にも反応することがあります。[ 156 ]汗疱の患者もニッケルに敏感である可能性があります。ニッケルは、ピアス用のジュエリーに使用されていることもあり、世界中で最も確認されている接触アレルゲンです。[ 157 ]ピアスをした耳に影響を与えるニッケルアレルギーは、かゆみや赤みを伴う皮膚が特徴です。この問題に対処するため、現在では多くのピアスがニッケルを使用せずに、またはニッケルの放出量が少ないものを使用しています。 [ 158 ]人間の皮膚に接触する製品に含まれるニッケルの許容量は、現在、欧州連合によって規制されています。2002年に研究者らは、1ユーロ硬貨と2ユーロ硬貨から放出されるニッケルが、これらの基準をはるかに超えていることを発見しました。これはガルバニック反応によるものと考えられています。 [ 159 ]ニッケルは、2008年に米国接触皮膚炎協会によって年間最優秀アレルゲンに選ばれました。 [ 160 ] 2015年8月、米国皮膚科学会はニッケルの安全性に関する声明を発表した。「ニッケル感作を含む接触性皮膚炎は、推定で約19億1800万ドルの経済効果があり、約7229万人に影響を与えている。」[ 156 ]
報告によると、ニッケルによって誘発される低酸素誘導因子（HIF-1）の活性化と低酸素誘導遺伝子のアップレギュレーションは、細胞内アスコルビン酸の枯渇によって引き起こされる。培養培地にアスコルビン酸を加えると、細胞内アスコルビン酸レベルが上昇し、金属によって誘発されるHIF-1およびHIF-1α依存性遺伝子発現の安定化が逆転した。[ 161 ] [ 162 ]
この表では、Ni I = 中性 Ni 原子、Ni II = Ni+ などです。
{{cite magazine}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)1968年から1999年まで、カナダの25セント硬貨と10セント硬貨は99.9%ニッケル、5セント硬貨は25～99.9%ニッケルで鋳造されていた。
ニッケルの急増により、メタン生成菌が急増した。
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