Nickel : présentation

Elément Nickel

(Z = 28)

Ni

 

 

Structure électronique, configuration de l'état fondamental

Le nickel a pour structure électronique (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)8(4s)2

 Place dans la classification périodique

Le nickel appartient à la 4ème ligne et à la 10° colonne de la classification périodique, soit encore la première ligne des éléments de transition et la 8ème colonne du bloc d.

 Abondance dans la nature

Dans la croûte terrestre, le nickel est le 7° métal de transition le plus abondant et le 22° élément : 80 ppm.

 Principaux composés

Le nickel est souvent associé dans les minerais au fer, cobalt, cuivre et chrome. Les minerais les plus utilisés pour extraire le nickel sont :

- des sulfures (65% de la production de Ni) comme la pentlandite, (Ni,Fe)9S8, associée en général à de la pyrrhotite (Fe7S8), de la pyrite (FeS2) et de la chalcopyrite (CuFeS2).

- des oxydes (35 % de la production de Ni). Ils ne contiennent pas de cuivre ni de métaux précieux, mais renferment du cobalt. On distingue dans les latérites :

  • les minerais silicatés comme la garniérite (NiMg)6Si4O10(OH)8
  • les limonites nickélifères (Fe,Ni)O(OH),nH20 dans lesquelles le nickel se substitue au fer dans la goethite (FeOOH). Elles sont appelées latérites en Nouvelle Calédonie.

Il existe à l’état naturel dans des enzymes (hydrogénases nickel-fer, exemple : Desulvibrio (D.) gigas) présentes dans certaines eubactéries et archées.

 Propriétés chimiques

La structure électronique des derniers niveaux d’énergie de l’atome de nickel (3d)8(4s)2 permet la formation d’ions Ni2+ par perte des deux électrons (4s) et de 2 liaisons iono-covalentes (NiO).

Le nickel métal est peu réactif car il s’oxyde facilement et l’oxyde le protège de réactions ultérieures. On peut donc s’en servir comme pièce de monnaie d’usage courant.

Il est utilisé comme catalyseur de réactions d’hydrogénation (Nickel de Raney).

L’ion le plus répandu est l’ion Ni2+ de couleur verte.

C’est un élément de transition qui forme de nombreux complexes dont l’hexaaquanickel(II), [Ni(H2O)6]2+.

Le nickel est l’un des quatre éléments qui sont ferromagnétiques au voisinage de la température ambiante, les trois autres étant le fer, le cobalt et le gadolinium.

Les enzymes hydrogénases bimétalliques NiFe catalysent la formation de dihydrogène à partir de protons. C‘est une chaine antiferromagnétique de nickel(II) qui a permis de caractériser expérimentalement en 1987 la conjecture théorique de F.D.M. Haldane (il existe un gap en énergie entre l’état fondamental singulet et le premier état excité triplet d’une chaine antiferromagnétique de spins S=1), ouvrant la voie à d’importantes études sur les échelles de spin, les couplages spin-spin et l’interprétation de la supraconductivité …

 Principaux degrés d'oxydation

Le nickel existe essentiellement aux degrés d’oxydation 0 (métal) et +II. On peut le rencontrer au degré d’oxydation –I dans l’ion [Ni(CO)6]2-, +I dans le composé [NiBr(PPh3)3], +III dans l’ion [NiF6]3-, +IV dans l’ion [NiF6]2-.

Au degré d’oxydation +II, le spin dépend de la géométrie : Spin S=1 pour un site octaédrique (NiO, [Ni(H2O)6]2+) et spin S = 0 pour un site plan carré ([Ni(CN)4]2).

 Principales propriétés physicochimiques

Les données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.

 Propriétés atomiques et isotopes

Le nickel comporte cinq isotopes stables : 58Ni (68,25 % des atomes), 60Ni (26.10%), 61Ni (1.15%), 62Ni (3.60%) and 64Ni (0,90%).

62Ni est le nucléide le plus stable de tous les éléments existants. Il a la plus grande énergie de liaison par nucléon (8,7948 MeV - 8,7906 MeV pour le 56Fe). Le noyau du nucléide 56Ni est doublement « magique » (28 protons, 28 neutrons). Il occupe une place importante dans les processus de fusion à partir du silicium 28Si. Les désintégrations b+ qui s’ensuivent du 56Ni vers le 56Co et le 56Fe expliquent l’abondance naturelle du 56Fe.

 Importance industrielle et économique

Dur, malléable et ductile, ses propriétés mécaniques sont proches de celles du fer et permettent la préparation de nombreux alliages. L’utilisation la plus importante concerne les aciers inoxydables, 58% de la production. Le reste de la production se répartit en alliages à base de nickel 14%, aciers alliés (<4% de nickel) 9%, nickelage 9%, batteries 4 % et monnaies 2%. Les pièces de un et deux euros comportent des alliages de nickel (voir le dossier « cuivre ») bien que l’on connaisse les propriétés allergènes du nickel !

Le recyclage fournit 50 % du nickel destiné à la production des aciers inoxydables (le nickel contenu dans les aciers inoxydables est réutilisé lors du recyclage des aciers) et 20 % des autres utilisations. Les principaux producteurs sont la Russie, l’Indonésie, le Canada, l’Australie et la Nouvelle Calédonie pour une production annuelle totale de 1,4 millions de tonnes.

Source : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm.

 Toxicité - importance biologique

Le nickel et ses dérivés sont toxiques. La poussière de nickel est cancérigène. Le nickel est par ailleurs source de nombreuses allergies. Le nickel est rangé parmi les oligo-éléments essentiels à faible risque de carence chez l’homme. L’excès est éliminé par la bile.

 Histoire, Date de la mise en évidence

Le nickel a été isolé en 1751 par Axel Fredrik Cronstedt à Stockholm (Suède).

Origine du nom et du symbole

Le nom vient de l’allemand kupfernickel désignant le minerai pentlandite, signifiant cuivre du diable ou cuivre de Saint Nicolas. Les nickels et les cobolds sont des esprits malins supposés hanter les mines pour corrompre les minerais en leur donnant une couleur verte.

 Une citation de Primo Levi dans "La classification périodique" : " Une forteresse massive qu'il me fallait démanteler bastion après bastion pour mettre la main sur le lutin caché, sur le capricieux nickel-Nicolas qui bondit tantôt ici, tantôt là insaisissable et malin, avec ses longues oreilles tendues, toujours prêt à fuir devant les coups du pic investigateur, pour vous planter là avec un pied de nez. "

 L'élément en un clin d'œil

Informations essentielles sur l'élément Nickel.

     Nom : Nickel

    Symbole : Ni

    Numéro atomique: 28

    Masse atomique : 58,6934

    Etat standard : solide

     Couleur : blanc argenté

     Dans la classification périodique

    Période : 4

     Bloc : d

    Classification: métaux

 

 

 

 

 

 

  Pour en savoir davantage :

 - le produit du jour du 25 avril 2011 sur le site de la SCF (Société chimique de France)

http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/nickel.html

Sitographie

Bibliographie

 

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