外見 がいけん
銀 ぎん 白色 はくしょく
一般 いっぱん 特性 とくせい
名称 めいしょう , 記号 きごう , 番号 ばんごう
ニッケル, Ni, 28
分類 ぶんるい
遷移 せんい 金属 きんぞく
族 ぞく , 周期 しゅうき , ブロック
10 , 4 , d
原子 げんし 量 りょう
58.6934(4) (2)
電子 でんし 配置 はいち
[Ar ] 3d8 4s2
電子 でんし 殻 から
2, 8, 16,2(画像 がぞう )
物理 ぶつり 特性 とくせい
相 そう
固体 こたい
密度 みつど (室温 しつおん 付近 ふきん )
8.908 g/cm3
融点 ゆうてん での液体 えきたい 密度 みつど
7.81 g/cm3
融点 ゆうてん
1728 K , 1455 °C , 2651 °F
沸点 ふってん
3186 K , 2913 °C , 5275 °F
融解 ゆうかい 熱 ねつ
17.48 kJ/mol
蒸発 じょうはつ 熱 ねつ
377.5 kJ/mol
熱容量 ねつようりょう
(25 °C ) 26.07 J/(mol·K)
蒸気 じょうき 圧 あつ
圧力 あつりょく (Pa)
1
10
100
1 k
10 k
100 k
温度 おんど (K)
1783
1950
2154
2410
2741
3184
原子 げんし 特性 とくせい
酸化 さんか 数 すう
4[1] , 3, 2 , 1[2] , −1 (弱 じゃく 塩基 えんき 性 せい 酸化 さんか 物 ぶつ )
電気 でんき 陰性 いんせい 度 ど
1.91(ポーリングの値 ね )
イオン化 いおんか エネルギー
第 だい 1: 737.1 kJ/mol
第 だい 2: 1753.0 kJ/mol
第 だい 3: 3395 kJ/mol
原子 げんし 半径 はんけい
124 pm
共有 きょうゆう 結合 けつごう 半径 はんけい
124±4 pm
ファンデルワールス半径 はんけい
163 pm
その他 た
結晶 けっしょう 構造 こうぞう
面 めん 心 こころ 立方 りっぽう
磁性 じせい
強 つよ 磁性 じせい
電気 でんき 抵抗 ていこう 率 りつ
(20 °C ) 69.3 nΩ おめが ⋅m
熱 ねつ 伝導 でんどう 率 りつ
(300 K) 90.9 W/(m⋅K)
熱 ねつ 膨張 ぼうちょう 率 りつ
(25 °C ) 13.4 μ みゅー m/(m⋅K)
音 おと の伝 つた わる速 はや さ (微細 びさい ロッド)
(r.t. ) 4900 m/s
ヤング率 りつ
200 GPa
剛性 ごうせい 率 りつ
76 GPa
体積 たいせき 弾性 だんせい 率 りつ
180 GPa
ポアソン比 ひ
0.31
モース硬度 こうど
4.0
ビッカース硬度 こうど
638 MPa
ブリネル硬度 こうど
700 MPa
CAS登録 とうろく 番号 ばんごう
7440-02-0
主 おも な同位 どうい 体 たい
詳細 しょうさい はニッケルの同位 どうい 体 たい を参照 さんしょう
ニッケル (蘭 らん : nikkel , 英 えい : nickel , 羅 ら : niccolum , 中 なか : 鎳 )は、原子 げんし 番号 ばんごう 28の金属 きんぞく 元素 げんそ である。元素 げんそ 記号 きごう はNi 。
名称 めいしょう はドイツ語 ご の Kupfernickel (悪魔 あくま の銅 どう )に由来 ゆらい する[3] 。これは、ニッケル鉱石 こうせき である紅 べに 砒ニッケル鉱 こう (NiAs)が銅鉱 どうこう 石 せき に似 に ているにもかかわらず銅 どう を遊離 ゆうり できなかったために、坑夫 こうふ たちがこう呼 よ んだものと言 い われている。
地殻 ちかく 中 なか の存在 そんざい 比 ひ は約 やく 105× 10−6 と推定 すいてい され、それほど多 おお いわけではないが、鉄 てつ 隕石 いんせき 中 なか には数 かず %含 ふく まれる。特 とく に62 Niの1核 かく 子 こ あたりの結合 けつごう エネルギー が全 ぜん 原子 げんし 中 ちゅう で最大 さいだい であるなどの点 てん から、鉄 てつ とともにもっとも安定 あんてい な元素 げんそ である。岩石 がんせき 惑星 わくせい を構成 こうせい する元素 げんそ として比較的 ひかくてき 多量 たりょう に存在 そんざい し、地球 ちきゅう 中心 ちゅうしん 部 ぶ の核 かく にも数 かず %が含 ふく まれると推定 すいてい されている。
銀 ぎん 白色 はくしょく の金属 きんぞく で、鉄 てつ 族 ぞく に分類 ぶんるい される。原子 げんし 量 りょう は約 やく 58.69である。常温 じょうおん で安定 あんてい な結晶 けっしょう 格子 こうし は、面 めん 心 こころ 立方 りっぽう 格子 こうし (FCC)である。また、鉄 てつ よりは弱 よわ いが強 つよ 磁性 じせい 体 たい で、キュリー点 てん は 350 °C であり、鉄 てつ 族 ぞく 元素 げんそ としてはもっとも低 ひく い。
銀 ぎん 白色 はくしょく の光沢 こうたく ある金属 きんぞく であり、乾燥 かんそう した空気 くうき 中 ちゅう では錆 さ びにくいが、微粒子 びりゅうし 状 じょう のものは空気 くうき 中 なか で自然 しぜん 発火 はっか することもあり、細 ほそ いニッケル線 せん は酸素 さんそ 中 なか で火花 ひばな を出 だ して燃焼 ねんしょう する。水素 すいそ よりイオン化 いおんか 傾向 けいこう がやや大 おお きく、塩酸 えんさん および希 まれ 硫酸 りゅうさん に徐々 じょじょ に溶解 ようかい し、緑色 みどりいろ の水 みず 和 わ ニッケルイオンを生成 せいせい するが、その反応 はんのう はきわめて遅 おそ い。酸化 さんか 作用 さよう を持 も つ希 まれ 硝酸 しょうさん には速 すみ やかに溶解 ようかい し、濃 こ 硝酸 しょうさん では不 ふ 動態 どうたい を形成 けいせい する。アルカリ に対 たい しては比較的 ひかくてき 強 つよ い耐食性 たいしょくせい を示 しめ す。
Ni
+
2
H
+
(
aq
)
⟶
Ni
+
(
aq
)
+
H
2
{\displaystyle {\ce {Ni + 2H^+(aq) -> Ni^+(aq) + H2}}}
3
Ni
+
8
HNO
3
⟶
3
Ni
(
NO
3
)
2
+
2
NO
+
4
H
2
O
{\displaystyle {\ce {3Ni + 8HNO3 -> 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O}}}
微粒子 びりゅうし 状 じょう の金属 きんぞく 粉末 ふんまつ は水素 すいそ および窒素 ちっそ ガスなどを吸蔵し、水素 すいそ 付加 ふか 反応 はんのう を活性 かっせい 化 か させる作用 さよう を持 も ち、融解 ゆうかい 状態 じょうたい でもこれらの気体 きたい を吸収 きゅうしゅう し、凝固 ぎょうこ 時 じ にその大 だい 部分 ぶぶん を放出 ほうしゅつ するため表面 ひょうめん が巣 す 穴 あな になりやすい。また、鉄 てつ と同様 どうよう 、融解 ゆうかい 状態 じょうたい では炭素 たんそ を6.25 %まで溶解 ようかい し、凝固 ぎょうこ するとグラファイト を析出 せきしゅつ する。
50–60 °Cで微粉 びふん 末 まつ 状 じょう のニッケルに一酸化 いっさんか 炭素 たんそ を反応 はんのう させるとテトラカルボニルニッケル を生成 せいせい し、これを200 °Cに加熱 かねつ すると分解 ぶんかい してニッケルを生 しょう じる。この反応 はんのう は、モンド法 ほう と称 しょう し、ニッケルの精製 せいせい に用 もち いられる。
Ni
+
4
CO
↽
−
−
⇀
Ni
(
CO
)
4
{\displaystyle {\ce {Ni + 4CO <=> Ni(CO)4}}}
光沢 こうたく があり耐食性 たいしょくせい が高 たか いため、装飾 そうしょく 用 よう のめっき に用 もち いられる(単純 たんじゅん な耐 たい 食 しょく 用途 ようと ならクロメート めっき等 とう 、より安価 あんか で効果 こうか 的 てき な方法 ほうほう がある)ほか、導電性 どうでんせい も高 たか い(鉄 てつ 、クロム より優 すぐ れるが銅 どう には及 およ ばない)ため電気 でんき 接点 せってん のめっきにも好 この んで使 つか われる。ステンレス鋼 こう や硬貨 こうか の原料 げんりょう などにも使用 しよう される。
硬貨 こうか の原料 げんりょう
日本 にっぽん で2022年 ねん 現在 げんざい 発行 はっこう されている五 ご 十 じゅう 円 えん 硬貨 こうか や百 ひゃく 円 えん 硬貨 こうか は、銅 どう とニッケルの合金 ごうきん (白銅 はくどう )である。アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく の5セント硬貨 こうか も白銅 はくどう だが、通称 つうしょう 「ニッケル」と呼 よ ばれている。純 じゅん ニッケルも硬貨 こうか の材料 ざいりょう として用 もち いられたことがある。これはニッケルが特殊 とくしゅ 鋼 こう や薬莢 やっきょう の材料 ざいりょう である白銅 はくどう の原料 げんりょう として重要 じゅうよう であるため、国家 こっか が備蓄 びちく し、平時 へいじ は硬貨 こうか として流通 りゅうつう させ、有事 ゆうじ に際 さい してはほかの素材 そざい の硬貨 こうか や紙幣 しへい で代替 だいたい して回収 かいしゅう するためである[4] 。日本 にっぽん でも第 だい 二 に 次 じ 世界 せかい 大戦 たいせん 直前 ちょくぜん の1933年 ねん (昭和 しょうわ 8年 ねん )から1937年 ねん (昭和 しょうわ 12年 ねん )にかけて、5銭 ぜに と10銭 ぜに のニッケル硬貨 こうか が発行 はっこう されており、その名目 めいもく で軍需 ぐんじゅ 物資 ぶっし であるニッケルを輸入 ゆにゅう した。ただし、戦後 せんご もニッケル硬貨 こうか は発行 はっこう されており、1955年 ねん (昭和 しょうわ 30年 ねん )から1966年 ねん (昭和 しょうわ 41年 ねん )まで発行 はっこう されていた五 ご 十 じゅう 円 えん 硬貨 こうか (1959年 ねん (昭和 しょうわ 34年 ねん )に無 む 孔 あな から有 ゆう 孔 あな に変更 へんこう )がニッケル硬貨 こうか である。
高 こう 張力 ちょうりょく 鋼 こう
軍艦 ぐんかん の装甲 そうこう の素材 そざい として、鋼 はがね に質量 しつりょう 比 ひ で6%のニッケルを添加 てんか して、砲弾 ほうだん を跳 は ね返 かえ すだけの強度 きょうど を持 も たせる技術 ぎじゅつ が1887年 ねん にイギリス で開発 かいはつ された[5] 。この合金 ごうきん を基礎 きそ として、各種 かくしゅ の高 こう 張力 ちょうりょく 鋼 こう が開発 かいはつ されているが、多 おお くの場合 ばあい にニッケルが含 ふく まれる[5] 。
磁性 じせい 材 ざい
ニッケルと鉄 てつ にモリブデン やクロム を加 くわ えた合金 ごうきん をパーマロイ と呼 よ ぶ。優 すぐ れた軟磁性 せい 材料 ざいりょう であることから、変圧 へんあつ 器 き の鉄心 てっしん や磁気 じき ヘッド に用 もち いられている。
耐 たい 熱 ねつ 材 ざい
ニッケル36 %、鉄 てつ 64 %の合金 ごうきん を「インバー 」、ニッケル36 %、鉄 てつ 52 %、クロム 12 %の合金 ごうきん を「エリンバー 」と呼 よ ぶ。インバー合金 ごうきん は熱 ねつ 膨張 ぼうちょう 率 りつ が非常 ひじょう に小 ちい さく、エリンバー合金 ごうきん は温度 おんど による弾性 だんせい 率 りつ の変化 へんか が非常 ひじょう に小 ちい さいという特徴 とくちょう があり[6] 、機械 きかい 式 しき 時計 とけい の発条 はつじょう などの精密 せいみつ 機械 きかい に用 もち いられている。ニッケルベースの合金 ごうきん である各種 かくしゅ のインコネル は、その耐 たい 熱性 ねっせい からタービン 用 よう コンプレッサ の材料 ざいりょう などに用 もち いられる。
形状 けいじょう 記憶 きおく 合金 ごうきん
チタン とニッケルの1:1の合金 ごうきん はもっとも一般 いっぱん 的 てき な形状 けいじょう 記憶 きおく 合金 ごうきん となる。
触媒 しょくばい
ニッケルは不 ふ 飽和 ほうわ 炭素 たんそ 結合 けつごう に対 たい する水素 すいそ 付加 ふか の不 ふ 均一 きんいつ 系 けい 触媒 しょくばい としてラネー合金 ごうきん などに加工 かこう され工業 こうぎょう 的 てき に用 もち いられる。
電極 でんきょく 材 ざい
水酸化 すいさんか ニッケルはニッケル・水素 すいそ 蓄電池 ちくでんち やニッケル・カドミウム蓄電池 ちくでんち などの二 に 次 じ 電池 でんち の正 せい 極 きょく に使 つか われる。
水素 すいそ 貯蔵 ちょぞう 合金 ごうきん
水素 すいそ を取 と り込 こ む性質 せいしつ を利用 りよう し、水素 すいそ 貯蔵 ちょぞう 合金 ごうきん のAB5 型 かた 、Mg型 がた 。
電気 でんき 自動車 じどうしゃ 用 よう 電池 でんち
近年 きんねん では電気 でんき 自動車 じどうしゃ の電池 でんち にも使 つか われる[7] 。2022年 ねん 11月17日 にち にはゼネラル・モータース の幹部 かんぶ がヴァーレ のカナダ法人 ほうじん と長期 ちょうき 契約 けいやく を結 むす びケベックの工場 こうじょう からEV用 よう 電池 でんち に使用 しよう できるニッケルの供給 きょうきゅう を2026年 ねん に始 はじ めると発表 はっぴょう した[7] 。
アクセル・クロンステット (Axel Frederik Cronstedt)が1751年 ねん に単体 たんたい 分離 ぶんり [3] 。
ニッケル鉱石 こうせき の生産 せいさん は世界 せかい 全体 ぜんたい で134万 まん トン(2009年 ねん 現在 げんざい )である。その内訳 うちわけ 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 ぜん 世界 せかい での埋蔵 まいぞう 量 りょう に占 し めるニューカレドニアの割合 わりあい は25%と推定 すいてい されている[9] 。
鉱石 こうせき としては、おもに蛇紋 じゃもん 岩 がん 中 なか に産出 さんしゅつ する珪ニッケル鉱 こう (Garnierite 、(Ni,Mg)3 Si2 O5 (OH)4 とされるが、組成 そせい が一定 いってい しないので独立 どくりつ 種 しゅ とは認 みと められていない)、磁硫鉄鉱 てっこう などと共産 きょうさん するペントランド鉱 こう (Pentlandite 、(Fe,Ni)9 S8 )がおもに採掘 さいくつ されている。
かつては、オ-フォード法 ほう 、モンド法 ほう 、ヒビネット法 ほう [4] 、徐 じょ 冷 ひや 選鉱 せんこう 法 ほう などが利用 りよう された。2000年代 ねんだい 以降 いこう は電気 でんき 精錬 せいれん 法 ほう が用 もち いられる[10] 。
国 くに 別 べつ の産出 さんしゅつ 量 りょう [ 編集 へんしゅう ]
2011年 ねん における国 くに 別 べつ の産出 さんしゅつ 量 りょう は以下 いか の通 とお りである[11] 。
順位 じゅんい
国 くに
ニッケル鉱 こう の産出 さんしゅつ 量 りょう (万 まん トン)
全 ぜん 世界 せかい での割合 わりあい (%)
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 にっぽん のニッケル鉱山 こうざん と産出 さんしゅつ [ 編集 へんしゅう ]
日本 にっぽん では第 だい 二 に 次 じ 世界 せかい 大戦 たいせん 中 なか 、京都 きょうと 府 ふ 与謝 よさ 郡 ぐん の大江山 おおえやま で開発 かいはつ されたニッケル鉱山 こうざん で日本冶金工業 にっぽんやきんこうぎょう が採鉱 さいこう し、近 ちか くの製 せい 錬 ね 所 ところ でフェロニッケル に製 せい 錬 ね 、さらに川崎 かわさき 市 し の同社 どうしゃ 工場 こうじょう でニッケル合金 ごうきん として軍用 ぐんよう に提供 ていきょう していた。また山口 やまぐち 県 けん においても、山口 やまぐち 県 けん 周 しゅう 南市 みなみいち から岩国 いわくに 市 し にかけて断続 だんぞく 的 てき に蛇紋 じゃもん 岩 がん 帯 たい があり、昭和 しょうわ 15年 ねん から20年 ねん にかけて金峰 きんぽう 鉱山 こうざん などで採掘 さいくつ が行 おこな われた。このほか千葉 ちば 県 けん の房総半島 ぼうそうはんとう など、蛇紋 じゃもん 岩 がん 帯 たい の存在 そんざい する地域 ちいき で採掘 さいくつ が行 おこな われた。しかし、これは戦時 せんじ 体制 たいせい による商業 しょうぎょう コストを度外視 どがいし したものであり、ほとんどが終戦 しゅうせん とともに閉山 へいざん ・廃鉱 はいこう となった。
この金属 きんぞく は、日本 にっぽん 国内 こくない において産業 さんぎょう 上 じょう 重要 じゅうよう 性 せい が高 たか いものの、産出 さんしゅつ 地 ち に偏 かたよ りがあり[注釈 ちゅうしゃく 1] 供給 きょうきゅう 構造 こうぞう が脆弱 ぜいじゃく である。日本 にっぽん では国内 こくない で消費 しょうひ する鉱物 こうぶつ 資源 しげん の多 おお くを他国 たこく からの輸入 ゆにゅう で支 ささ えている実情 じつじょう から、万一 まんいち の国際 こくさい 情勢 じょうせい の急変 きゅうへん に対 たい する安全 あんぜん 保障 ほしょう 策 さく として国内 こくない 消費 しょうひ 量 りょう の最低 さいてい 60日 にち 分 ぶん を国家 こっか 備蓄 びちく すると定 さだ められている。
2015年 ねん (平成 へいせい 27年 ねん )現在 げんざい 、ニッケルを日本 にっぽん 国内 こくない で製 せい 錬 ね しているのは、大平洋金属 たいへいようきんぞく 八戸製造所 はちのへせいぞうしょ 、日本冶金工業 にっぽんやきんこうぎょう 大江山 おおえやま 製造 せいぞう 所 しょ 、住友金属鉱山 すみともきんぞくこうざん 日向製錬所 ひゅうがせいれんしょ である。
生物 せいぶつ との関 かか わり[ 編集 へんしゅう ]
ウレアーゼ (尿素 にょうそ 分解 ぶんかい 酵素 こうそ )やいくつかのヒドロゲナーゼ (分子 ぶんし 型 かた 水素 すいそ の酸化 さんか 還元 かんげん 酵素 こうそ )などは、その機能 きのう を発現 はつげん するためにニッケルを取 と り込 こ んでいる[12] 。しかしながら、ニッケルは金属 きんぞく アレルギー を引 ひ き起 お こしやすい金属 きんぞく のひとつであり、WHO の下部 かぶ 組織 そしき IARC はニッケル化合 かごう 物 ぶつ を「Group1:ヒトに対 たい する発癌 はつがん 性 せい が認 みと められる化学 かがく 物質 ぶっしつ 」としている[注釈 ちゅうしゃく 2] 。
ニッケルの化合 かごう 物 ぶつ [ 編集 へんしゅう ]
化合 かごう 物 ぶつ 中 ちゅう の原子 げんし 価 か は2価 か がもっとも安定 あんてい であるが、3価 か および4価 か のニッケル原子 げんし を含 ふく む錯体 さくたい も存在 そんざい し、−1、0、+1といった低 てい 原子 げんし 価 か の錯体 さくたい も存在 そんざい する。強酸 きょうさん の陰 かげ イオン よりなる塩 しお 類 るい は一般 いっぱん 的 てき に水 みず に可 か 溶であるが、カルコゲン などとの化合 かごう 物 ぶつ は難 なん 溶または不溶 ふよう である。
^ ロシア、カナダ、インドネシア、豪州 ごうしゅう 、ニューカレドニアで約 やく 3分 ぶん の2を占 し める。
^ ただし、IARC の報告 ほうこく は疫学 えきがく 的 てき リスク評価 ひょうか であり、ニッケルおよびニッケル化合 かごう 物 ぶつ に人 ひと に対 たい して発癌 はつがん するリスクが存在 そんざい するという意味 いみ であり、どのぐらいの量 りょう をどのくらい長期間 ちょうきかん 接触 せっしょく したら発癌 はつがん するといった量的 りょうてき 評価 ひょうか ではない。
^ M. Carnes et al. (2009). “A Stable Tetraalkyl Complex of Nickel(IV)”. Angewandte Chemie International Edition 48 : 3384. doi :10.1002/anie.200804435 .
^ 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 .
^ a b 桜井 さくらい 弘 ひろし 『元素 げんそ 111の新 しん 知識 ちしき 』講談社 こうだんしゃ 、1998年 ねん 、155頁 ぺーじ 。ISBN 4-06-257192-7 。
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