Nickel

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Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Nickel (homonymie) et Ni.
Nickel
CobaltNickelCuivre
   
 
28
Ni
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ni
Pd
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Nickel, Ni, 28
Série chimique métaux de transition
Groupe, période, bloc 10, 4, d
Masse volumique 8,902 g·cm-3 (25 °C)[1]
Dureté 4
Couleur Blanc argenté, reflet gris
No CAS 7440-02-0
No EINECS 231-111-4
Propriétés atomiques
Masse atomique 58,6934 ± 0,0002 u[1]
Rayon atomique (calc) 135 pm (149 pm)
Rayon de covalence 1,24 ± 0,04 Å [2]
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 à faces centrées
Propriétés physiques
État ordinaire solide (ferromagnétique)
Point de fusion 1 455 °C [1]
Point d’ébullition 2 913 °C [1]
Énergie de fusion 17,47 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 370,4 kJ·mol-1
Volume molaire 6,59×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 237 Pa
à 1 452,85 °C
Vitesse du son 4 970 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,91
Chaleur massique 440 J·kg-1·K-1 à 20 °C[3]
Conductivité électrique 14,3×106 S·m-1
Conductivité thermique 90,7 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HNO3,

HCl + ions Pt(IV) [4],

HCl + H2O2 [5]
Énergies d’ionisation[1]
1re : 7,6398 eV 2e : 18,16884 eV
3e : 35,19 eV 4e : 54,9 eV
5e : 76,06 eV 6e : 108 eV
7e : 133 eV 8e : 162 eV
9e : 193 eV 10e : 224,6 eV
11e : 321,0 eV 12e : 352 eV
13e : 384 eV 14e : 430 eV
15e : 464 eV 16e : 499 eV
17e : 571,08 eV 18e : 607,06 eV
19e : 1 541 eV 20e : 1 648 eV
21e : 1 756 eV 22e : 1 894 eV
23e : 2 011 eV 24e : 2 131 eV
25e : 2 295 eV 26e : 2 399,2 eV
27e : 10 288,8 eV 28e : 10 775,40 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
56Ni {syn.} 6,077 j ε 2,136 56Co
58Ni 68,0769 %[1] >4×1019 a ε
59Ni {syn.} 76 000 a ε 1,072 59Co
60Ni 26,10 %[6] stable avec 32 neutrons
61Ni 1,13 %[6] stable avec 33 neutrons
62Ni 3,59 %[6] stable avec 34 neutrons
63Ni {syn.} 100,1 a β- 2,137 63Cu
64Ni 0,91 %[6] stable avec 36 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[7]
Nocif
Xn



SIMDUT[8]
D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques
D2A, D2B,
SGH[9],[7]
SGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxique
Attention
H317, H351, H372, P280, P314,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

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

L'étymologie du mot provient du suédois kopparrnickel, ce qui signifie « faux cuivre » et de l'allemand kupfernickel, pour « cuivre du diable ».

Ces appellations proviennent de l'impossibilité d'extraire le cuivre de ce qu'on croyait à l'époque du minerai de cuivre ; on croyait que le « minerai de cuivre » avait subi un mauvais sort des démons. En fait, l'erreur était que les gens confondaient le minerai de cuivre avec celui de nickel qui est un élément propre, distinct du cuivre.

Histoire[modifier | modifier le code]

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 compte tenu du fait 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[10].

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.

Le nickel est la principale richesse de la Nouvelle-Calédonie, le territoire possédant à lui tout seul environ 30 % des réserves mondiales, découvertes par l'ingénieur Jules Garnier en 1864. Le plus gros projet métallurgique au monde est actuellement en construction en Nouvelle-Calédonie. D'autres gisements importants sont exploités en Russie, dans la région de Norilsk. 27 % de la production mondiale de nickel provient de mines situées dans le cratère d'impact de Sudbury[11].

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du nickel.

Le nickel possède 31 isotopes de nombre de masse variant entre 48 et 78, ainsi que sept isomères nucléaires. Il existe dans la nature sous la forme de cinq isotopes stables ou quasi stables : 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni et 64Ni, 58Ni étant le plus abondant (abondance naturelle de 68,077 %)[12]). On lui attribue une masse atomique standard de 58,6934(2) u. 26 radioisotopes ont été caractérisés, le plus stable étant 59Ni avec une demi-vie de 76 000 années, suivi de 63Ni (100,1 années) et de 56Ni (6,077 jours). Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à 60 heures, et la plupart inférieure à 30 secondes.

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Nickel electrolytic and 1cm3 cube.jpg

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.

Toxicité[modifier | modifier le code]

Le Centre international de recherche sur le cancer classe le nickel dans les substances possiblement cancérigènes pour l’homme. L'exposition chronique au nickel est un facteur de risque du cancer du poumon[13], 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.[14] La réaction la plus fréquente est une dermatite de contact provoquée par un bracelet de montre, des bijoux fantaisie, des accessoires vestimentaires (boucles, boutons, fermetures éclair, etc.).

Malgré ce fait incontestable de sa toxicité, le nickel est resté partie intégrante de la construction des pièces en euros. Exemple : dans la couronne de la pièce de 2€ ou dans le centre de la pièce de 1€ il y a du nickel, mais se rajoute le cupronickel (alliage de cuivre et nickel) et aussi un alliage avec de plus fortes proportions de cuivre pour les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'Euros, ainsi que du cuproaluminium (alliage de cuivre et aluminium).[15]

Il y a des polémiques sur l'utilisation du nickel dans les amalgames dentaires.[16]

Contamination environnementale[modifier | modifier le code]

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[17].

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[17].

En France ; les émissions dans l'air étaient estimées à 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 Seine-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[18].

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)[17].

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[17].

Écotoxicité[modifier | modifier le code]

Les mollusques le concentrent (de 1 à quelques dizaines de mg⋅kg-1)[17].

Ses effets écotoxiques sont peu étudiés, bien que ce métal présente une forte affinité pour les ligands organiques comportant une fonction thiol (SH-)[17]. 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[17]. Les moules d'eau douce (p. ex. : moule zébrée) peuvent aussi en accumuler une quantité considérable dans leur coquille.

Production[modifier | modifier le code]

Par pays[19][modifier | modifier le code]

Pays Milliers de tonnes[20]  % du total
Russie 300,7 23,4
Australie 218,0 17,0
Canada 162,8 12,7
France (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[modifier | modifier le code]

Les principaux producteurs de nickel sont en 2007[21] :

En 2010, les principaux producteurs sont [22]:

Utilisations[modifier | modifier le code]

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 (Mu-métal, 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 superalliages : c'est ainsi qu'on appelle une famille d'alliages de composition complexe, à base de nickel (ou de cobalt), comme le nichrome, 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.
  • Des sels de nickel (hydroxycarbonate, chlorure, sulfate, hypophosphite...) sont utilisés dans différentes industries telles que l'électronique, la catalyse, la galvanoplastie.
  • Certaines enzymes utilisent du nickel comme centre catalytique.
  • Le nickel de Raney catalyse l'hydrogénation.
  • Le nickel est aussi utilisé dans la cathode des piles alcalines nickel-dioxyde de manganèse, et des accumulateurs alcalins nickel-cadmium, nickel-métal hydrure et nickel-zinc.
  • Le nickel pur est utilisé pour certains types de cordes de guitare électrique. Il entre également dans la composition du fil dentaire.
  • Il est utilisé en bijouterie avec de l’or afin d'obtenir une meilleure tenue mécanique ainsi que des couleurs originales. Ainsi, du cuivre, du nickel et de l’or donnent de l’or jaune ou rosé. L’or et nickel donnent de l’or blanc.
  • Un autre débouché « historique » du nickel reste les pièces de monnaie, où les qualités de malléabilité et de résistance du produit sont particulièrement appréciées. Ainsi, on trouve du nickel dans les pièces américaines, canadiennes et dans les pièces d'un et de deux euros.
  • Comme résistance chauffante (grille pain, radiateur ou encore sèche-cheveux) grâce à son coéfficient de conductibilité thermique très faible.

Il convient de remarquer que, pour certains usages, le nickel pourrait être remplacé par d'autres éléments ex: platine et palladium pour l'hydrogénation, cobalt pour les alliages magnétiques ou inoxydables. Le nickel est utilisé principalement en raison de son faible coût d'extraction et de traitement par rapport aux autres solutions techniquement envisageables à ce jour.

Usages symboliques du mot[modifier | modifier le code]

La pièce de monnaie[modifier | modifier le code]

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

Depuis un siècle, de nombreuses pièces françaises sont en nickel ou contiennent du nickel. Par exemple, la pièce de 5 francs - Tour Eiffel (dessinée par Joaquin Jimenez et Frédéric Joubert) contenait du nickel.

Les noces de nickel[modifier | modifier le code]

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

L'expression populaire[modifier | modifier le code]

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 matériau de soudure[23].

Dans une autre expression, de l'argot du début XXe siècle, « avoir les pieds nickelés » signifiait être paresseux (ce qui a donné leur nom aux Pieds Nickelés). Petit à petit, l'expression populaire s'est amplifiée, et désigne au XXIe siècle des personnages peu recommandables, comploteurs, filous, à la fois malhonnêtes et manquant de sérieux.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d, e et f (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (lien DOI?)
  3. (en) John H Tundermann, John K. Tien, Timothy E. Howson, Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology 4th ed. : Nickel and Nickel Alloys, vol. 17, John Wiley & Sons.
  4. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International,‎ 1996, 251 p. (ISBN 0803120664, lire en ligne), p. 75
  5. (en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International,‎ 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7), p. 344
  6. a, b, c et d John Emsley, The Elements, third edition, Oxford University Press, 1998.
  7. a et b SIGMA-ALDRICH
  8. « Nickel » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  9. Numéro index 028-002-00-7 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  10. (en) Trends of Nickel in Coins
  11. De feu et de glace, André Brahic, Ed. Odile Jacob 2010 (ISBN 978-2-7381-2330-5)
  12. (en) « Isotopes of the Element Nickel », Science education, Jefferson Lab
  13. http://www.lenntech.fr/francais/data-perio/ni.htm
  14. http://www.holodent.com/article-13665924.html
  15. http://www.etna-mint.fr/index.php?page=identifier
  16. http://www.holodent.com/article-13665924.html
  17. 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
  18. oir page22 du document PDF / Recueil de fiches sur les métaux(consulté 2009/09/29)
  19. L'état du monde 2005, annuaire économique géopolitique mondial
  20. Chiffres de 2003, en milliers de tonnes de métal contenu dans les minerais et concentrés
  21. Source AME et Les Échos in Les Échos, 18 décembre 2007, page 38
  22. http://www.bloomberg.com/news/2011-06-07/world-s-10-biggest-refined-nickel-producers-in-2010-table-.html
  23. « http://www.atlantic-codental.com/rp2.htm » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-03-25

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]

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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
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
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  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


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Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés