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ニッケル

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ニツケルから転送)
コバルト ニッケル
-

Ni

Pd
Element 1: 水素 (H),
Element 2: ヘリウム (He),
Element 3: リチウム (Li),
Element 4: ベリリウム (Be),
Element 5: ホウ素 (B),
Element 6: 炭素 (C),
Element 7: 窒素 (N),
Element 8: 酸素 (O),
Element 9: フッ素 (F),
Element 10: ネオン (Ne),
Element 11: ナトリウム (Na),
Element 12: マグネシウム (Mg),
Element 13: アルミニウム (Al),
Element 14: ケイ素 (Si),
Element 15: リン (P),
Element 16: 硫黄 (S),
Element 17: 塩素 (Cl),
Element 18: アルゴン (Ar),
Element 19: カリウム (K),
Element 20: カルシウム (Ca),
Element 21: スカンジウム (Sc),
Element 22: チタン (Ti),
Element 23: バナジウム (V),
Element 24: クロム (Cr),
Element 25: マンガン (Mn),
Element 26: 鉄 (Fe),
Element 27: コバルト (Co),
Element 28: ニッケル (Ni),
Element 29: 銅 (Cu),
Element 30: 亜鉛 (Zn),
Element 31: ガリウム (Ga),
Element 32: ゲルマニウム (Ge),
Element 33: ヒ素 (As),
Element 34: セレン (Se),
Element 35: 臭素 (Br),
Element 36: クリプトン (Kr),
Element 37: ルビジウム (Rb),
Element 38: ストロンチウム (Sr),
Element 39: イットリウム (Y),
Element 40: ジルコニウム (Zr),
Element 41: ニオブ (Nb),
Element 42: モリブデン (Mo),
Element 43: テクネチウム (Tc),
Element 44: ルテニウム (Ru),
Element 45: ロジウム (Rh),
Element 46: パラジウム (Pd),
Element 47: 銀 (Ag),
Element 48: カドミウム (Cd),
Element 49: インジウム (In),
Element 50: スズ (Sn),
Element 51: アンチモン (Sb),
Element 52: テルル (Te),
Element 53: ヨウ素 (I),
Element 54: キセノン (Xe),
Element 55: セシウム (Cs),
Element 56: バリウム (Ba),
Element 57: ランタン (La),
Element 58: セリウム (Ce),
Element 59: プラセオジム (Pr),
Element 60: ネオジム (Nd),
Element 61: プロメチウム (Pm),
Element 62: サマリウム (Sm),
Element 63: ユウロピウム (Eu),
Element 64: ガドリニウム (Gd),
Element 65: テルビウム (Tb),
Element 66: ジスプロシウム (Dy),
Element 67: ホルミウム (Ho),
Element 68: エルビウム (Er),
Element 69: ツリウム (Tm),
Element 70: イッテルビウム (Yb),
Element 71: ルテチウム (Lu),
Element 72: ハフニウム (Hf),
Element 73: タンタル (Ta),
Element 74: タングステン (W),
Element 75: レニウム (Re),
Element 76: オスミウム (Os),
Element 77: イリジウム (Ir),
Element 78: 白金 (Pt),
Element 79: 金 (Au),
Element 80: 水銀 (Hg),
Element 81: タリウム (Tl),
Element 82: 鉛 (Pb),
Element 83: ビスマス (Bi),
Element 84: ポロニウム (Po),
Element 85: アスタチン (At),
Element 86: ラドン (Rn),
Element 87: フランシウム (Fr),
Element 88: ラジウム (Ra),
Element 89: アクチニウム (Ac),
Element 90: トリウム (Th),
Element 91: プロトアクチニウム (Pa),
Element 92: ウラン (U),
Element 93: ネプツニウム (Np),
Element 94: プルトニウム (Pu),
Element 95: アメリシウム (Am),
Element 96: キュリウム (Cm),
Element 97: バークリウム (Bk),
Element 98: カリホルニウム (Cf),
Element 99: アインスタイニウム (Es),
Element 100: フェルミウム (Fm),
Element 101: メンデレビウム (Md),
Element 102: ノーベリウム (No),
Element 103: ローレンシウム (Lr),
Element 104: ラザホージウム (Rf),
Element 105: ドブニウム (Db),
Element 106: シーボーギウム (Sg),
Element 107: ボーリウム (Bh),
Element 108: ハッシウム (Hs),
Element 109: マイトネリウム (Mt),
Element 110: ダームスタチウム (Ds),
Element 111: レントゲニウム (Rg),
Element 112: コペルニシウム (Cn),
Element 113: ニホニウム (Nh),
Element 114: フレロビウム (Fl),
Element 115: モスコビウム (Mc),
Element 116: リバモリウム (Lv),
Element 117: テネシン (Ts),
Element 118: オガネソン (Og),
Nickel has a face-centered cubic crystal structure
28Ni
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号 ニッケル, Ni, 28
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 10, 4, d
原子量 58.6934(4)(2) 
電子配置 [Ar] 3d8 4s2
電子殻 2, 8, 16,2(画像
物理特性
固体
密度室温付近) 8.908 g/cm3
融点での液体密度 7.81 g/cm3
融点 1728 K, 1455 °C, 2651 °F
沸点 3186 K, 2913 °C, 5275 °F
融解熱 17.48 kJ/mol
蒸発熱 377.5 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 26.07 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 1783 1950 2154 2410 2741 3184
原子特性
酸化数 4[1], 3, 2, 1[2], −1
(弱塩基性酸化物)
電気陰性度 1.91(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 737.1 kJ/mol
第2: 1753.0 kJ/mol
第3: 3395 kJ/mol
原子半径 124 pm
共有結合半径 124±4 pm
ファンデルワールス半径 163 pm
その他
結晶構造 面心立方
磁性 強磁性
電気抵抗率 (20 °C) 69.3 nΩ⋅m
熱伝導率 (300 K) 90.9 W/(m⋅K)
熱膨張率 (25 °C) 13.4 μm/(m⋅K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(r.t.) 4900 m/s
ヤング率 200 GPa
剛性率 76 GPa
体積弾性率 180 GPa
ポアソン比 0.31
モース硬度 4.0
ビッカース硬度 638 MPa
ブリネル硬度 700 MPa
CAS登録番号 7440-02-0
主な同位体
詳細はニッケルの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
58Ni 68.077 % > 7 × 1020 y β+β+ 1.9258 58Fe
59Ni trace 76000 y ε - 59Co
60Ni 26.223 % 中性子32個で安定
61Ni 1.14 % 中性子33個で安定
62Ni 3.634 % 中性子34個で安定
63Ni syn 100.1 y β 0.0669 63Cu
64Ni 0.926 % 中性子36個で安定

ニッケル: nikkel, : nickel, : niccolum, : )は、原子番号28の金属元素である。元素記号Ni

名称

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名称はドイツ語Kupfernickel(悪魔の)に由来する[3]。これは、ニッケル鉱石である紅砒ニッケル鉱(NiAs)が銅鉱石に似ているにもかかわらず銅を遊離できなかったために、坑夫たちがこう呼んだものと言われている。

存在

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地殻中の存在比は約105×10−6と推定され、それほど多いわけではないが、鉄隕石中には数 %含まれる。特に62Niの1核子あたりの結合エネルギーが全原子中で最大であるなどの点から、とともにもっとも安定な元素である。岩石惑星を構成する元素として比較的多量に存在し、地球中心部のにも数 %が含まれると推定されている。

性質

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銀白色の金属で、鉄族に分類される。原子量は約58.69である。常温で安定な結晶格子は、面心立方格子(FCC)である。また、よりは弱いが強磁性体で、キュリー点350 °Cであり、鉄族元素としてはもっとも低い。

銀白色の光沢ある金属であり、乾燥した空気中では錆びにくいが、微粒子状のものは空気中で自然発火することもあり、細いニッケル線は酸素中で火花を出して燃焼する。水素よりイオン化傾向がやや大きく、塩酸および希硫酸に徐々に溶解し、緑色の水和ニッケルイオンを生成するが、その反応はきわめて遅い。酸化作用を持つ希硝酸には速やかに溶解し、濃硝酸では不動態を形成する。アルカリに対しては比較的強い耐食性を示す。

微粒子状の金属粉末は水素および窒素ガスなどを吸蔵し、水素付加反応を活性化させる作用を持ち、融解状態でもこれらの気体を吸収し、凝固時にその大部分を放出するため表面が巣穴になりやすい。また、鉄と同様、融解状態では炭素を6.25 %まで溶解し、凝固するとグラファイトを析出する。

50–60 °Cで微粉末状のニッケルに一酸化炭素を反応させるとテトラカルボニルニッケルを生成し、これを200 °Cに加熱すると分解してニッケルを生じる。この反応は、モンド法と称し、ニッケルの精製に用いられる。

用途

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光沢があり耐食性が高いため、装飾用のめっきに用いられる(単純な耐食用途ならクロメートめっき等、より安価で効果的な方法がある)ほか、導電性も高い(クロムより優れるがには及ばない)ため電気接点のめっきにも好んで使われる。ステンレス鋼硬貨の原料などにも使用される。

硬貨の原料

日本で2022年現在発行されている五十円硬貨百円硬貨は、とニッケルの合金(白銅)である。アメリカ合衆国5セント硬貨も白銅だが、通称「ニッケル」と呼ばれている。純ニッケルも硬貨の材料として用いられたことがある。これはニッケルが特殊鋼薬莢の材料である白銅の原料として重要であるため、国家が備蓄し、平時は硬貨として流通させ、有事に際してはほかの素材の硬貨や紙幣で代替して回収するためである[4]。日本でも第二次世界大戦直前の1933年昭和8年)から1937年(昭和12年)にかけて、5銭10銭のニッケル硬貨が発行されており、その名目で軍需物資であるニッケルを輸入した。ただし、戦後もニッケル硬貨は発行されており、1955年(昭和30年)から1966年(昭和41年)まで発行されていた五十円硬貨(1959年(昭和34年)に無孔から有孔に変更)がニッケル硬貨である。

高張力鋼

軍艦装甲の素材として、に質量比で6%のニッケルを添加して、砲弾を跳ね返すだけの強度を持たせる技術が1887年イギリスで開発された[5]。この合金を基礎として、各種の高張力鋼が開発されているが、多くの場合にニッケルが含まれる[5]

磁性材

ニッケルと鉄にモリブデンクロムを加えた合金パーマロイと呼ぶ。優れた軟磁性材料であることから、変圧器鉄心磁気ヘッドに用いられている。

耐熱材

ニッケル36 %、鉄64 %の合金を「インバー」、ニッケル36 %、鉄52 %、クロム12 %の合金を「エリンバー」と呼ぶ。インバー合金は熱膨張率が非常に小さく、エリンバー合金は温度による弾性率の変化が非常に小さいという特徴があり[6]、機械式時計の発条などの精密機械に用いられている。ニッケルベースの合金である各種のインコネルは、その耐熱性からタービンコンプレッサの材料などに用いられる。

形状記憶合金

チタンとニッケルの1:1の合金はもっとも一般的な形状記憶合金となる。

触媒

ニッケルは不飽和炭素結合に対する水素付加不均一系触媒としてラネー合金などに加工され工業的に用いられる。

電極材

水酸化ニッケルはニッケル・水素蓄電池ニッケル・カドミウム蓄電池などの二次電池の正極に使われる。

水素貯蔵合金

水素を取り込む性質を利用し、水素貯蔵合金のAB5型、Mg型。

電気自動車用電池

近年では電気自動車の電池にも使われる[7]2022年11月17日にはゼネラル・モータースの幹部がヴァーレのカナダ法人と長期契約を結びケベックの工場からEV用電池に使用できるニッケルの供給を2026年に始めると発表した[7]

歴史

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アクセル・クロンステット(Axel Frederik Cronstedt)が1751年に単体分離[3]

産地

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ニッケル鉱石の生産は世界全体で134万トン(2009年現在)である。その内訳はロシアが19 %、オーストラリア14 %、インドネシア12 %、カナダ10 %、ニューカレドニア7 %となっている[8]。全世界での埋蔵量に占めるニューカレドニアの割合は25%と推定されている[9]


鉱石としては、おもに蛇紋岩中に産出する珪ニッケル鉱Garnierite、(Ni,Mg)3Si2O5(OH)4 とされるが、組成が一定しないので独立種とは認められていない)、磁硫鉄鉱などと共産するペントランド鉱Pentlandite、(Fe,Ni)9S8)がおもに採掘されている。

精錬

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かつては、オ-フォード法、モンド法、ヒビネット法[4]、徐冷選鉱法などが利用された。2000年代以降は電気精錬法が用いられる[10]

国別の産出量

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2011年における国別の産出量は以下の通りである[11]

順位 ニッケル鉱の産出量(万トン) 全世界での割合(%)
1 インドネシア 29.0 14.8
2 フィリピン 27.0 13.8
3 ロシア 26.7 13.6
4 カナダ 22.0 11.2
5 オーストラリア 21.5 11.0

日本のニッケル鉱山と産出

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日本では第二次世界大戦中、京都府与謝郡大江山で開発されたニッケル鉱山で日本冶金工業が採鉱し、近くの製錬所でフェロニッケルに製錬、さらに川崎市の同社工場でニッケル合金として軍用に提供していた。また山口県においても、山口県周南市から岩国市にかけて断続的に蛇紋岩帯があり、昭和15年から20年にかけて金峰鉱山などで採掘が行われた。このほか千葉県の房総半島など、蛇紋岩帯の存在する地域で採掘が行われた。しかし、これは戦時体制による商業コストを度外視したものであり、ほとんどが終戦とともに閉山・廃鉱となった。

この金属は、日本国内において産業上重要性が高いものの、産出地に偏りがあり[注釈 1]供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60日分を国家備蓄すると定められている。

2015年(平成27年)現在、ニッケルを日本国内で製錬しているのは、大平洋金属八戸製造所、日本冶金工業大江山製造所、住友金属鉱山日向製錬所である。

生物との関わり

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ウレアーゼ尿素分解酵素)やいくつかのヒドロゲナーゼ分子水素酸化還元酵素)などは、その機能を発現するためにニッケルを取り込んでいる[12]。しかしながら、ニッケルは金属アレルギーを引き起こしやすい金属のひとつであり、WHOの下部組織IARCはニッケル化合物を「Group1:ヒトに対する発癌性が認められる化学物質」としている[注釈 2]

おもな合金

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ニッケルの化合物

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化合物中の原子価は2価がもっとも安定であるが、3価および4価のニッケル原子を含む錯体も存在し、−1、0、+1といった低原子価の錯体も存在する。強酸陰イオンよりなる類は一般的に水に可溶であるが、カルコゲンなどとの化合物は難溶または不溶である。

脚注

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注釈

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  1. ^ ロシア、カナダ、インドネシア、豪州、ニューカレドニアで約3分の2を占める。
  2. ^ ただし、IARC の報告は疫学的リスク評価であり、ニッケルおよびニッケル化合物に人に対して発癌するリスクが存在するという意味であり、どのぐらいの量をどのくらい長期間接触したら発癌するといった量的評価ではない。

出典

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  1. ^ M. Carnes et al. (2009). “A Stable Tetraalkyl Complex of Nickel(IV)”. Angewandte Chemie International Edition 48: 3384. doi:10.1002/anie.200804435. 
  2. ^ S. Pfirrmann et al. (2009). “A Dinuclear Nickel(I) Dinitrogen Complex and its Reduction in Single-Electron Steps”. Angewandte Chemie International Edition 48: 3357. doi:10.1002/anie.200805862. 
  3. ^ a b 桜井弘『元素111の新知識』講談社、1998年、155頁。ISBN 4-06-257192-7 
  4. ^ a b 藤原唯義、「ニッケル及モネルメタルの採鑛と製錬」 『日本鑛業會誌』 1933年 49巻 575号 p.165-169, doi:10.11508/shigentosozai1885.49.165, 資源・素材学会
  5. ^ a b 藤井 2013, pp. 130–182, 第4章 金属工業のビタミン「レアメタル」
  6. ^ 深道和明, 斎藤英夫、「不感磁性インバー合金, エリンバー合金Cr基合金を中心にして」 『日本金属学会会報』 1976年 15巻 9号 p.553-562, 日本金属学会
  7. ^ a b GM、バーレとニッケル供給契約 EV電池コスト低減へ」『Reuters』2022年11月18日。2022年12月8日閲覧。
  8. ^ 外務省 国際ニッケル研究会の概要
  9. ^ “楽園の暴動とニッケル市場”. ニューズウィーク日本版(2024年6月4日号). CCCメディアハウス. (2024-05-28). p. 30. 
  10. ^ 黒川晴正、高石和幸、「住友金属鉱山ニッケル工場におけるニッケル・コバルト精錬」 『Journal of MMIJ.」 2007年 123巻 12号 p.678-681, doi:10.2473/journalofmmij.123.678, 資源・素材学会
  11. ^ 地理 統計要覧 2014年版 ISBN 978-4-8176-0382-1 P,96
  12. ^ 一島英治、『酵素の化学』 p.45

参考文献

[編集]
  • 藤井非三四『「レアメタル」の太平洋戦争』学研パブリッシング、2013年。ISBN 978-4-05-405708-1 

関連項目

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外部リンク

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