7440-02-0

Nickel

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CobaltNickelCuivre
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Ni
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ni
Pd
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Nickel, Ni, 28
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 10, 4, d
Masse volumique 8908 kg/m3
Couleur Blanc argenté, reflet gris
N° CAS 7440-02-0
N° EINECS 231-111-4
Propriétés atomiques
Masse atomique 58,6934 u
Rayon atomique (calc) 135 (149) pm
Rayon de covalence 121 pm
Rayon de van der Waals 163 pm
Configuration électronique [Ar] 3d8 4s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 16, 2
État(s) d'oxydation 2, 3
Oxyde faiblement basique
Structure cristalline Cubique face centrée
Propriétés physiques
État ordinaire solide (ferromagnétique)
Température de fusion 1 454,9 °C ; 1 728 K
Température d'ébullition 2 912,9 °C ; 3 186 K
Énergie de fusion 17,47 kJ/mol
Énergie de vaporisation 370,4 kJ/mol
Température critique  K
Pression critique  Pa
Volume molaire 6,59×10 m3/mol
Pression de vapeur 237 Pa
à 1 452,9 °C
Vitesse du son 4970 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,91
Chaleur massique 440 J/(kg·K)
Conductivité électrique 14,3×106 S/m
Conductivité thermique 90,7 W/(m·K)
1e Énergie d'ionisation 737,1 kJ/mol
2e Énergie d'ionisation 1753 kJ/mol
3e Énergie d'ionisation 3395 kJ/mol
4e Énergie d'ionisation 5300 kJ/mol
5e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation5}}} kJ/mol
6e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
56Ni {syn.} 6,077 d ε 2,136 56Co
58Ni 68,077 % stable avec 30 neutrons
59Ni {syn.} 76 000 a ε 1,072 59Co
60Ni 26,233 % stable avec 32 neutrons
61Ni 1,14 % stable avec 33 neutrons
62Ni 3,634 % stable avec 34 neutrons
63Ni {syn.} 100,1 a β- 2,137 63Cu
64Ni 0,926 % stable avec 36 neutrons
Précautions
NFPA 704
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.

Sommaire

Caractéristiques notables

Le nickel est un métal blanc argenté qui possède un éclat poli. Il fait partie du groupe du fer. C'est un métal ductile (malléable). On le trouve sous forme combinée au soufre dans la millérite, à l'arsenic dans la nickéline.

Grâce à sa résistance à l'oxydation et à la corrosion, il est utilisé dans les pièces de monnaie, pour le plaquage du fer, du cuivre, du laiton, dans certaines combinaisons chimiques et dans certains alliages. Il est ferromagnétique, et est fréquemment accompagné de cobalt. Il est particulièrement apprécié pour les alliages qu'il forme.

Histoire

L'utilisation du nickel est très ancienne, et l'on peut le remonter jusqu'à 3500 av. J.-C. Des bronzes trouvés en Syrie possèdent une teneur en nickel jusqu'à 2 %. De plus d'anciens manuscrits chinois suggèrent que « le cuivre blanc » était utilisé en Chine entre le XVIIIe siècle av. J.-C. et le XVe siècle av. J.-C.. Toutefois vu que le minerai de nickel était souvent confondu avec celui d'argent, sa connaissance et ses usages ne seront développés que bien plus tard.

La niccolite, minerai de nickel, était très appréciée pour sa capacité à colorer le verre en vert. En 1751, le Baron Axel Frederik Cronstedt essaya d'extraire du cuivre de ce Kupfernickel, « cuivre du diable », et obtint à la place un métal blanc qu'il appela nickel.

Aux États-Unis, nickel ou nick, dans le langage populaire désigna d'abord le cent Indien de cupro-nickel, introduit en 1859. En 1865, la désignation se transféra à la pièce de trois cents, et l'année suivante à la pièce de cinq cents dite Shield (Armoiries). La première pièce de monnaie de nickel pur est suisse et date de 1881[1].

L'utilisation du nickel dans les aciers utilisés pour les blindages lors de la Seconde Guerre mondiale a pu entraîner chez les divers belligérants des restrictions dans son utilisation dans les pièces de monnaie.

Signalons que le nickel a fait la fortune de la Nouvelle-Calédonie, le territoire possédant à lui tout seul environ 30 % des réserves mondiales, découvertes par l'ingénieur Jules Garnier en 1864. D'autres gisements importants sont exploités en Russie, dans la région de Norilsk.

Toxicité

Le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) classe le nickel dans les substances possiblement cancérogènes pour l’homme. L'exposition chronique au nickel est un facteur de risque du cancer du poumon, inscrit à ce titre dans les tableaux de maladies professionnelles.

Le nickel est le plus allergisant de tous les métaux. Plus de 12 % de la population y est allergique, dont une majorité de femmes. La réaction la plus fréquente est une dermatite de contact provoquées par un bracelet de montre, des bijoux fantaisie, accessoires vestimentaires (boucles, boutons, fermetures éclair, etc.). Pour cette raison, le nickel a été exclu de l'alliage utilisé pour les nouvelles pièces de monnaie européennes. Il y a des polémiques sur l'utilisation du nickel dans les amalgames dentaires.

Contamination environnementale

Dans le monde : Le rejet annuel dans l'atmosphère serait de 24 000 à 87 000 tonnes/an (selon les évaluations), et il faut y ajouter les 26 000 tonnes annuellement émises par les volcans ou issues de l'érosion éolienne [2].

Le taux de nickel dans la mer varie selon les lieux du globe ; de 0,12 à 0,70 microgramme par litre avec une moyenne de 0,4 μg/L[2].

En France ; les émissions dans l'air était estimée 218 tonnes en 2002 (pour les sources provenant de la combustion de pétrole et charbon, et de l'industrie métallurgique (métaux non ferreux). L'Agence de l'eau Sein-Normandie a estimé que dans son bassin une centaine de tonnes de nickel étaient apportées aux cours d'eau, majoritairement à partir du ruissellement agricole V[3].

En mer, le taux en est souvent plus élevé près de la côte (de 4 μg⋅L-1 dans la Seine et de 1 μg⋅L-1 dans le Rhône, en phase dissoute, et 50 mg⋅kg-1 par exemple sur les matières en suspension de la Gironde ou environ 30 mg⋅kg-1 pour la Seine et le Rhône)[2].

Aux États-Unis, le Mussel Watch donne un taux moyen dans les moules de 1,9 mg⋅kg-1 (p.s.) avec un maximum de 3,5 mg⋅kg-1 (p.s.). Pour les huîtres, la moyenne serait de 1,8 mg⋅kg-1 (p.s.) avec un maximum de 3,4 mg⋅kg-1 (p.s.). Au nord du territoire australien, dans des eaux peu polluées le taux de nickel varie de 0,36 à 0,44 mg⋅kg-1 (p.s.) pour les huîtres[2].

Écotoxicité

Les mollusques le concentrent (de 1 à quelques dizaines de mg⋅kg-1)[2].

Ses effets écotoxiques sont peu étudiés bien que ce métal présente une forte affinité pour les ligands organiques comportant une fonction thiol (SH-)[2] Chez l'huître, le développement larvaire est perturbé à 349 μg/L de sulfate de nickel et à 891 μg⋅L-1 chez la moule qui y semble donc moins sensible [2]. Les moules d'eau douce (p. ex. : moule zébrée) peuvent aussi en accumuler une quantité considérable dans leur coquille.

Production

Par pays[4]

Pays Milliers de tonnes[5]  % du total
Russie 300,7 23,4
Australie 218,0 17,0
Canada 162,8 12,7
Nouvelle-Calédonie 111,9 8,7
Indonésie 103,5 8
Total 5 pays 896,9 69,8
Total monde 1 284,2 100

Par entreprise

Principaux producteurs de nickel en 2007[6] :

Utilisations

Le nickel entre dans la composition de plusieurs familles d'alliages métalliques. En dehors des aciers inoxydables (qui n'appartiennent pas à la famille des alliages de nickel mais à celle des aciers), les alliages de nickel peuvent être classés en trois catégories :

Les alliages fer-nickel : ils sont utilisés pour leurs propriétés physiques, parfois étonnantes. Par exemple, l'invar, alliage fer-nickel contenant 36 % de nickel (FeNi36), est quasiment non dilatable en-dessous de 200 °C. Il y est utilisé en cryogénie (cuve des navires méthaniers), en physique des lasers (éléments de structure) ou dans les écrans de téléviseurs cathodiques ("shadow mask"). Les propriétés physiques des alliages fer-nickel mises à profit sont les propriétés magnétiques (alliages à forte perméabilité magnétique, alliages à bas point de Curie, alliages magnétostrictifs), élastiques (alliages à très faible coefficient thermoélastique), ainsi que leurs extraordinaires propriétés de dilatation (alliages non dilatables ou à dilatation contrôlée)

Les alliages cuivre-nickel (cupronickels) : ils présentent une très bonne résistance à la corrosion en milieu acide ou marin, ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en forme et au soudage.

Les super alliages : c'est ainsi qu'on appelle une famille d'alliages de composition complexe, à base de nickel (ou de cobalt), présentant une excellente résistance à la corrosion sèche à haute température et de très bonnes propriétés mécaniques (limite élastique élevée, résistance au fluage). Ce sont des matériaux de choix pour les turboréacteurs (aéronautique) et certaines chaudières. Le développement de ces alliages a accompagné celui des moteurs d'avion depuis le milieu du XXe siècle.

Le nickel est aussi utilisé dans la cathode des accus alcalins nickel-cadmium, nickel-métal hydrure et nickel-zinc.

Cordes de guitare électrique : le nickel est utilisé pour certains types de cordes.

Usages symboliques du mot

La pièce de monnaie

Le « nickel » désigne la pièce de cinq cents aux États-Unis.

Les noces de nickel

Les noces de nickel symbolisent les 28 ans de mariage dans le folklore français.

L'expression populaire

L'expression française nickel qui vient de nickel chrome est une connotation de la propreté. Le nickel-chrome est un alliage utilisé pour les soins dentaires et comme matériaux de soudure[7].

Notes et références

  1. (en) Trends of Nickel in Coins
  2. a , b , c , d , e , f  et g Surveillance du milieu marin, travaux du Réseau National d'Observation de la Qualité du Milieu Marin Ifremer, Le RNO : programmes actuels - L'argent, le cobalt, le nickel et le vanadium dans les mollusques du littoral français - Les carottes sédimentaires, mémoire de la contamination, Bulletin Ifremer, 2002
  3. oir page22 du document PDF / Recueuil de fiches sur les métaux(consulté 2009/09/29)
  4. L'état du monde 2005, annuaire économique géopolitique mondial
  5. Chiffres de 2003, en milliers de tonnes de métal contenu dans les minerais et concentrés
  6. Source AME et Les Echos in Les Echos, 18 décembre 2007, page 38
  7. http://www.atlantic-codental.com/rp2.htm

Voir aussi

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
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