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Nickel (symbole chimique Ni, numéro atomique 28) est un métal blanc argenté qui prend un poli élevé. Dans le corps humain, le nickel est nécessaire à la fonction de plusieurs enzymes. De plus, le nickel est utilisé dans de nombreux produits industriels et de consommation, notamment l'acier inoxydable, les aimants, les pièces de monnaie et les alliages spéciaux. Il est également utilisé pour le placage et comme teinte verte dans le verre. Le nickel est avant tout un métal d'alliage, et son utilisation principale se trouve dans les aciers au nickel et les fers coulés au nickel, dont il existe d'innombrables variétés. Il est également largement utilisé pour de nombreux autres alliages, tels que les cuivres et les bronzes de nickel, et les alliages avec le cuivre, le chrome, l'aluminium, le plomb, le cobalt, l'argent et l'or. En laboratoire, le nickel est fréquemment utilisé comme catalyseur d'hydrogénation, le plus souvent en utilisant du nickel de Raney, une forme finement divisée du métal.

Occurrence

D'après les preuves géophysiques, la majeure partie du nickel sur Terre est supposée être concentrée dans le noyau terrestre. Les scientifiques pensent que le nickel est l'un des derniers éléments (avec le fer) produits par les réactions nucléaires qui se produisent dans les processus stellaires connus sous le nom de nucléosynthèse stellaire. Le fer et le nickel sont donc les métaux les plus abondants dans les météorites métalliques et dans les noyaux métalliques denses des planètes telles que la Terre.

En termes d'exploitation minière, la majeure partie de notre nickel provient de deux types de gisements de minerai:

  1. Latérites, où les principaux minerais sont la limonite nickelifère ((Fe, Ni) O (OH)) et la garniérite ((Ni, Mg)3Si2O5(OH)).
  2. Gisements de sulfures magmatiques, où le principal minerai est la pentlandite ((Ni, Fe)9S8).

En termes d'approvisionnement, la région de Sudbury en Ontario, au Canada, produit environ 30% de l'approvisionnement mondial en nickel. Le gisement du bassin de Sudbury aurait été créé par un énorme impact de météorite au début de l'histoire géologique de la Terre. La Russie possède environ 40% des ressources mondiales connues dans le gigantesque gisement de Norilsk en Sibérie. La Russie extrait ce minerai principalement pour son propre approvisionnement intérieur et pour l'exportation de palladium. D'autres gisements importants de nickel se trouvent en Nouvelle-Calédonie, en Australie, à Cuba et en Indonésie. Les gisements dans les régions tropicales sont généralement des latérites, qui sont produites par la forte altération des roches ignées ultramafiques et la concentration secondaire résultante d'oxyde nickelifère et de minéraux silicatés. Un développement récent a été l'exploitation d'un gisement dans l'ouest de la Turquie, particulièrement pratique pour les fonderies, les aciéries et les usines européennes.

Histoire

L'utilisation du nickel remonte à 3500 avant notre ère. Les bronzes de ce qui est maintenant la Syrie avaient une teneur en nickel allant jusqu'à deux pour cent. En outre, il existe des manuscrits chinois suggérant que le "cuivre blanc" (baitung) a été utilisé en Orient entre 1400 et 1700 avant notre ère. Pourtant, les minerais de nickel étaient facilement confondus avec des minerais d'argent. Pour cette raison, toute compréhension de ce métal et de son utilisation remonte à une époque plus contemporaine.

Les minéraux contenant du nickel (tels que le kupfernickel, qui signifie le cuivre du diable ("Nick") ou le faux cuivre) ont été évalués pour colorer le verre en vert. En 1751, le baron Axel Fredrik Cronstedt tentait d'extraire le cuivre du kupfernickel (maintenant appelé niccolite) et obtint à la place un métal blanc qu'il appela nickel.

Les pièces de nickel pur ont été utilisées pour la première fois en 1881 en Suisse. 1

Caractéristiques notables

Nickel

Sur le plan chimique, le nickel fait partie d'un groupe de métaux de transition. Il est situé dans la période 4 du tableau périodique, situé entre le cobalt et le cuivre. De plus, il se situe au sommet du groupe 10 (ancien groupe 8B). Le fer, le cobalt et le nickel ont un certain nombre de propriétés similaires et étaient autrefois regroupés dans le groupe 8B.

Il appartient au groupe du fer et est dur, malléable et ductile. Il se trouve combiné avec du soufre dans la millérite, avec de l'arsenic dans la mincolique niccolite, et avec de l'arsenic et du soufre dans le nickel.

En raison de sa permanence dans l'air et de son inertie à l'oxydation, il est utilisé dans les petites pièces de monnaie, pour le placage de matériaux tels que le fer et le laiton, pour les appareils chimiques et dans certains alliages, comme l'argent allemand. Il est magnétique et s'accompagne très fréquemment de cobalt, tous deux présents dans le fer météorique. Il est principalement précieux pour les alliages qu'il forme, en particulier pour de nombreux superalliages.

Le nickel est l'un des cinq éléments ferromagnétiques, les quatre autres étant le fer, le cobalt, le gadolinium et le dysprosium. Ainsi, il peut être facilement magnétisé et converti en un aimant permanent. Cependant, la pièce de "nickel" américaine n'est pas magnétique car elle est principalement en cuivre, mais les vieux nickel canadiens frappés jusqu'en 1958 l'étaient.

L'état d'oxydation le plus courant du nickel est de +2, bien que l'on observe des complexes de 0, +1, +3 et +4 Ni. On pense également qu'un état d'oxydation +6 peut exister, mais les résultats ne sont pas concluants.

Isotopes

Les isotopes du nickel varient en poids atomique de 48 unités de masse atomique (amu) (48-Ni) à 78 amu (78-Ni). Le nickel d'origine naturelle est composé de cinq isotopes stables: 58-Ni, 60-Ni, 61-Ni, 62-Ni et 64-Ni, le 58-Ni étant le plus abondant (68,077% d'abondance naturelle). Le nickel-62 est le nucléide le plus stable de tous les éléments existants; il est plus stable que le fer-56.

Dix-huit radio-isotopes ont été caractérisés, dont les trois à longue durée de vie sont le 59-Ni, avec une demi-vie de 76 000 ans; 63-Ni, avec une demi-vie de 100,1 ans; et 56-Ni, avec une demi-vie de 6,077 jours. Tous les isotopes radioactifs restants ont des demi-vies inférieures à 60 heures, et la majorité d'entre eux ont des demi-vies inférieures à 30 secondes. Cet élément possède également 1 méta-état.

Le nickel-56 est produit en grande quantité dans les supernovae de type Ia et la forme de la courbe lumineuse de ces supernovae correspond à la désintégration du nickel-56 en cobalt-56 puis en fer-56.

Le nickel-59 a trouvé de nombreuses applications en géologie isotopique. Il a été utilisé pour dater l'âge terrestre des météorites et pour déterminer l'abondance de poussières extraterrestres dans la glace et les sédiments. Le nickel-60 est le produit fille du radionucléide éteint 60Fe (demi-vie = 1,5 Myr). Parce que le radionucléide éteint 60Fe avait une demi-vie si longue, sa persistance dans les matériaux du système solaire à des concentrations suffisamment élevées peut avoir généré des variations observables dans la composition isotopique de 60Ni. Par conséquent, l'abondance de 60Le Ni présent dans les matériaux extraterrestres peut fournir des informations sur l'origine du système solaire et ses débuts.

Le nickel-78 s'est récemment révélé avoir une demi-vie de 110 millisecondes et serait un isotope important impliqué dans la nucléosynthèse des supernovaes d'éléments plus lourds que le fer. 2

Extraction et purification

Le nickel peut être récupéré par métallurgie extractive. La plupart des minerais latéritiques ont été traditionnellement traités en utilisant des techniques pyrométallurgiques pour produire un mat pour un raffinage ultérieur. Les progrès récents de l'hydrométallurgie ont conduit au développement récent d'opérations de traitement du nickel à l'aide de ces procédés. La plupart des gisements de sulfures ont traditionnellement été traités par concentration au moyen d'un processus de flottation par mousse suivi d'une extraction pyrométallurgique. Les progrès récents dans le traitement hydrométallurgique des sulfures ont conduit à la construction de certains projets récents autour de cette technologie.

Le nickel est extrait de ses minerais par des procédés de torréfaction et de réduction conventionnels qui donnent un métal d'une pureté supérieure à 75%. La purification finale dans le procédé Mond à une pureté supérieure à 99,99% est effectuée en faisant réagir du nickel et du monoxyde de carbone pour former du nickel carbonyle. Ce gaz passe dans une grande chambre à une température plus élevée dans laquelle des dizaines de milliers de sphères de nickel sont maintenues en mouvement constant. Le nickel carbonyle se décompose en déposant du nickel pur sur les sphères de nickel (appelées pastilles). Alternativement, le nickel carbonyle peut être décomposé dans une chambre plus petite sans pastilles présentes pour créer des poudres fines. Le monoxyde de carbone résultant est recyclé à travers le processus. Le nickel hautement pur produit par ce procédé est appelé carbonyl nickel. Une deuxième forme courante de raffinage implique la lixiviation de la matte métallique suivie de l'électro-obtention du nickel à partir de la solution en le plaquant sur une cathode. Dans de nombreuses applications en acier inoxydable, le nickel peut être pris directement sous la forme d'une pureté de 75%, en fonction de la présence d'impuretés.

Le plus grand producteur de nickel est la Russie, qui extrait 267 000 tonnes de nickel par an. L'Australie et le Canada sont les deuxième et troisième producteurs, avec 207 et 189,3 milliers de tonnes par an. 1

Rôle biologique

De nombreuses enzymes, mais pas toutes, de la classe des hydrogénases contiennent du nickel en plus des agrégats fer-soufre. Les centres de nickel sont un élément commun à ces hydrogénases dont la fonction est d'oxyder plutôt que de faire évoluer l'hydrogène. Le centre de nickel semble subir des changements dans l'état d'oxydation, et des preuves ont été présentées que le centre de nickel pourrait être le site actif de ces enzymes.

Une coenzyme nickel-tétrapyrrole, le Co-F430, est présente dans la méthyl CoM réductase et dans les bactéries méthanogènes. Le tétrapyrrole est de structure intermédiaire entre la porphyrine et la corrine. Des changements dans l'état redox, ainsi que des changements dans la coordination du nickel, ont récemment été observés.

Il existe également une monoxyde de carbone déshydrogénase contenant du nickel. On sait peu de choses sur la structure du site de nickel. Des études sur les poussins et les rats (ces derniers étant relativement proches de l'homme sur le plan génétique) suggèrent que le nickel est essentiel au bon fonctionnement du foie.

Applications

Le nickel est utilisé dans de nombreux produits industriels et de consommation, notamment l'acier inoxydable, les aimants, les pièces de monnaie et les alliages spéciaux. Il est également utilisé pour le placage et comme teinte verte dans le verre. Le nickel est avant tout un métal d'alliage, et son utilisation principale se trouve dans les aciers au nickel et les fers coulés au nickel, dont il existe d'innombrables variétés. Il est également largement utilisé pour de nombreux autres alliages, tels que les cuivres et les bronzes de nickel, et les alliages avec le cuivre, le chrome, l'aluminium, le plomb, le cobalt, l'argent et l'or.

La consommation de nickel peut être résumée comme suit: aciers au nickel (60 pour cent), alliages nickel-cuivre et nickel argent (14 pour cent), nickel malléable, nickelé et Inconel (9 pour cent), placage (6 pour cent), fontes en nickel (3 pour cent) ), les alliages résistants à la chaleur et à l'électricité (3%), les cuivres et les bronzes au nickel (2%), les autres (3%).

En laboratoire, le nickel est fréquemment utilisé comme catalyseur d'hydrogénation, le plus souvent en utilisant du nickel de Raney, une forme finement divisée du métal.

Composés

  • La kamacite est un alliage naturel de fer et de nickel, généralement dans des proportions allant de 90:10 à 95: 5, avec des impuretés possibles telles que le cobalt ou le carbone. La kamacite se trouve dans les météorites nickel-fer.

Précautions

L'exposition au nickel métal et aux composés solubles ne doit pas dépasser 0,05 mg / cm³ d'équivalent nickel par semaine de travail de 40 heures. Les fumées et poussières de sulfure de nickel seraient cancérigènes, et divers autres composés du nickel pourraient l'être également.

Nickel carbonyle, Ni (CO)4, est un gaz extrêmement toxique. La toxicité des carbonyles métalliques est fonction à la fois de la toxicité d'un métal ainsi que de la capacité du carbonyle à dégager du monoxyde de carbone hautement toxique, et celui-ci ne fait pas exception. Il est explosif dans l'air.

Les personnes sensibilisées peuvent montrer une allergie au nickel affectant leur peau. La quantité de nickel autorisée dans les produits entrant en contact avec la peau humaine est réglementée par l'Union européenne. En 2002, un rapport dans la revue La nature les chercheurs ont découvert que les quantités de nickel émises par les pièces de 1 et 2 euros dépassaient de loin ces normes. On pense que cela est dû à une réaction galvanique.

Voir également

Notes de bas de page

  • Note 1: Les chiffres de production et de consommation sont The Economist: Pocket World in Figures 2005, Profile Books (2005). ISBN 1861977999

Les références

  • Cotton, F. Albert et Wilkinson, Geoffrey. 1980. Chimie inorganique avancée (4e édition). New York: Wiley & Sons. ISBN 0471027758
  • Nickel - Laboratoire national Los Alamos. Consulté le 25 septembre 2006.
  • Nickel - WebElements.com. Consulté le 25 septembre 2006.

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