Historique, propriétés, structure, utilisations, risques

Il nickel C'est un métal de transition blanc dont le symbole chimique est le ou. Sa dureté est supérieure à celle du fer, en plus de celle, c'est un bon conducteur de chaleur et d'électricité, et en général, il est considéré comme un peu de métal réactif et très résistant à la corrosion. Dans son état pur, il est argenté avec des nuances dorées.

En 1751, Axel Fredrik Cronsted, chimiste suédois, a réussi à l'isoler d'un minéral connu sous le nom de Kupfernickel (cuivre du diable), extrait d'une mine de cobalt d'un village suédois. Au début, Cronsted pensait que le minéral était du cuivre, mais l'élément isolé s'est avéré être blanc, différent du cuivre.

Nickel sphères dans lesquelles ses tons dorés sont bousculés. Source: René Rausch [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Cronsted a appelé l'élément en nickel et, par la suite, il a été établi que le minéral appelé Kupfernickel était Nicolita (nickel arseniuro).

Le nickel est extrait principalement de deux dépôts: les roches ignées et autres ségrégations du magma terrestre. Les minéraux sont sulfureux, comme Pentladita. La deuxième source de nickel est la dernière, avec des minéraux riches en nickel comme le Garnierita.

L'application principale du nickel réside dans la formation d'alliages avec de nombreux métaux; Par exemple, il intervient dans l'élaboration de l'activité industrielle en acier inoxydable qui consomme environ 70% de la production mondiale de nickel.

De plus, le nickel est utilisé dans des alliages tels que Alnicus, un alliage de nature magnétique pour l'élaboration des moteurs électriques, des haut-parleurs et des microphones.

Le nickel a commencé à être utilisé dans l'élaboration des pièces au milieu du niveau du milieu du siècle. Cependant, son utilisation a actuellement été remplacée par des métaux moins chers; Bien qu'il continue d'être utilisé dans certains pays.

Le nickel est un élément essentiel pour les plantes, car il active l'enzyme d'Ureasa qui intervient dans la dégradation de l'urée à l'ammoniac, utilisable par les plantes comme source d'azote. De plus, l'urée est un composé toxique qui cause de graves dommages aux plantes.

Le nickel est un élément d'une grande toxicité pour les êtres humains, il existe des preuves d'être un agent cancérigène. De plus, le nickel provoque le développement de la dermatite et des allergies.

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Histoire

Antiquité

L'homme savait depuis les temps anciens l'existence du nickel. Par exemple, il a été trouvé dans les objets en bronze (3500 A.c.), présent dans des terres appartenant actuellement à la Syrie, un pourcentage de nickel de 2%.

De plus, les manuscrits chinois supposent que le "cuivre blanc", connu sous le nom de Baitong, a été utilisé entre 1700 et 1400 pour.c. Le minéral a été exporté vers la Grande-Bretagne au XVIIe siècle; Mais le contenu en nickel de cet alliage (Cu-Ni) n'a été découvert qu'en 1822.

En Allemagne médiévale, un minerai rougeâtre a été trouvé, similaire au cuivre, et a présenté des taches vertes. Les mineurs ont tenté d'isoler le cuivre du minéral, mais ont échoué dans leur tentative. De plus, le contact avec les troubles de la santé produits en minéraux.

Pour ces raisons, les mineurs ont attribué au minéral une mauvaise condition et ont attribué différents noms qui illustrent cette condition; En tant que "Old Nick", aussi Kupphernickel (le cuivre du diable). Maintenant, on sait que le minéral en question était Nicolita: Nickel Arseniuro, Nias.

Découverte et production

En 1751, Axel Fredrik Cronsted a tenté d'isoler le cuivre du Kupfernickel, obtenu à partir d'une mine de cobalt située près du Hassinglandt, un village suédois. Mais il n'a réussi qu'à obtenir un métal blanc, qui était jusque-là inconnu et l'a appelé nickel.

Depuis 1824, le nickel a été obtenu comme sous-produit de la production de cobalt bleu. En 1848, une fonderie pour le traitement du nickel présent dans le minéral pyrrotite a été établie en Norvège.

En 1889, le nickel a été introduit dans la production d'acier, et les dépôts découverts à Nueva Caledonia ont fourni le nickel pour la consommation mondiale.

Propriétés

Apparence

Argent, brillant et avec un léger colorant doré.

Poids atomique

58 9344 U

Numéro atomique (z)

28

Point de fusion

1.455 ºC

Point d'ébullition

2.730 ºC

Densité

-À température ambiante: 8 908 g / ml

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-Au point de fusion (liquide): 7,81 g / ml

Chaleur de fusion

17,48 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

379 kJ / mol

Capacité calorique molaire

26.07 J / MOL

Électronégativité

1.91 sur l'échelle Pauling

Énergie d'ionisation

Premier niveau d'ionisation: 737,1 kJ / mol

Deuxième niveau d'ionisation: 1.753 kJ / mol

Troisième niveau d'ionisation: 3.395 kJ / mol

Radio atomique

Empirique 124 h

Radio-covalent

124,4 ± 4 h

Conductivité thermique

90,9 w / (m · k)

Résistivité électrique

69.3 nΩ · m à 20 ºC

Dureté

4.0 sur l'échelle Mohs.

Caractéristiques

Le nickel est un métal ductile et malléable et a une dureté supérieure à celle du fer, étant un bon conducteur électrique et thermique. C'est un métal ferromagnétique à des températures normales, étant sa température curie de 358 ºC. À des températures plus élevées, le nickel cesse d'être ferromagnétique.

Le nickel est l'un des quatre éléments ferromagnétiques, étant les trois autres: le fer, le cobalt et le gadolinio.

Isotopes

Il y a 31 isotopes de nickel, limités par le ⁴⁸Ni ⁷⁸Ni.

Il y a cinq isotopes naturels: ⁵⁸Avec une abondance de 68,27%; ⁶⁰Avec une abondance de 26,10%; ⁶¹Avec une abondance de 1,13%; ⁶²Avec une abondance de 3,59%; et ⁶⁴Non plus avec une abondance de 0,9%.

Le poids atomique de près de 59 U pour le nickel démontre qu'il n'y a pas de prédominance marquée dans aucun des isotopes (même lorsque le ⁵⁸Ce n'est pas non plus le plus abondant).

Structure et configuration électroniques

Le nickel métallique cristallise dans une structure cubique centrée sur les faces (FCC). Cette phase FCC est extrêmement stable et reste inchangée aux pressions proches de 70 GPA; Petites informations bibliographiques sur les phases ou les polymorphes en nickel sous haute pression.

La morphologie des cristaux de nickel est variable, car celles-ci peuvent être organisées de manière à définir un nanotubo. En tant que nanoparticules ou solide macroscopique, la liaison métallique reste la même (en théorie); c'est-à-dire que ce sont les mêmes électrons de Valencia qui gardent ensemble les atomes de Ni.

Selon les deux configurations électroniques possibles pour le nickel:

[Ar] 3d⁸ 4s²

[Ar] 3d⁹ 4s¹

Il y a dix électrons impliqués dans la liaison métallique; huit ou neuf dans l'orbitale 3D, ainsi que deux ou un dans l'orbitale 4S. Notez que la bande de Valence est pratiquement pleine, près de transporter leurs électrons vers la bande de conduite; fait qui explique sa conductivité électrique relativement élevée.

La structure FCC de Nickel est si stable que l'acier est même adopté lorsqu'il est ajouté. Ainsi, le fer en acier inoxydable à haute teneur en nickel est également FCC.

Nombres d'oxydation

Le nickel, même s'il semble, a également des nombres abondants ou des états d'oxydation. Les négatifs sont évidents sachant que deux électrons sont simplement manquants pour compléter les dix de son orbitale 3D; Ainsi, vous pouvez gagner un ou deux électrons, ayant des numéros d'oxydation -1 (ou^-) ou -2 (ou^2-), respectivement.

Le nombre d'oxydation le plus stable pour le nickel est de +2, en supposant l'existence du cation ou²⁺, qui a perdu les électrons de l'orbitale 4S et a huit électrons dans l'orbitale 3D (3D⁸).

Il existe également deux autres nombres d'oxydation positifs: +3 (ou³⁺) et le +4 (ou⁴⁺). Au niveau de l'école ou du lycée, il est appris que le nickel existe sous le nom de Ni (II) ou Ni (III), c'est parce qu'ils sont les nombres d'oxydation les plus courants et trouvés dans des composés très stables.

Et quand c'est le nickel métallique qui fait partie d'un composé, c'est-à-dire avec son atome neutre ou, il est dit qu'il participe ou se lie à un numéro d'oxydation de 0 (ou⁰).

Où est le nickel?

Minéraux et mer

Le nickel représente 0,007% de la croûte de la Terre, donc son abondance est faible. Mais, c'est toujours le deuxième métal en abondance après le fer dans le noyau fondu de la Terre, connu sous le nom de Nife. L'eau de mer a une concentration moyenne de nickel de 5,6 · 10^-4 mg / l.

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Il se trouve normalement dans les roches ignées, étant le pentland, un minéral formé de sulfure de fer et de nickel [(ni, ​​foi)₉S₈], l'une des principales sources du nickel:

Roca composé de minéraux de pentland et de pyrrotite. Source: John Sobolewski (JSS) [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Le Mineral Pentlanddita est présent à Sudbury, Ontario, Canada; L'un des principaux dépôts de ce métal au monde.

Pentlands a une concentration en nickel entre 3 et 5%, étant associée à la pyrrotite, un sulfure de fer riche en nickel. Ces minéraux sont dans les produits Rocks des ségrégations du magma terrestre.

Latérritas

L'autre source de nickel importante est les laterritas, composées de sols arides des régions chaudes. Ils sont pauvres en silice et ont plusieurs minéraux, notamment: Garnierita, un magnésium et un silicate de nickel; et la limonite, un minéral en fer [(foi, ni) ou (oh) avec un contenu entre 1 et 2% de nickel.

On estime que 60% du nickel est extrait des derniers et les 40% restants des dépôts sulfureux magmatiques.

Météorites et huile

Le nickel se trouve également dans les météorites en fer avec les alliages Kamacita et Taenita. Kamacita est un alliage de fer et de nickel, avec un pourcentage de 7% de celui-ci; Tandis que le taenita est le même alliage, mais avec un pourcentage de nickel entre 20 et 65%.

Le nickel est fixé à des composés organiques, pour cette raison, il est à forte concentration dans le charbon et le pétrole.

La Chine est le plus grand producteur de nickel au monde, suivi de la Russie, du Japon, de l'Australie et du Canada.

Applications

-Nickel élémentaire

Alliages

Valve fabriquée avec l'alliage Monel. Source: Heather Smith [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Il est utilisé en alliage avec du fer principalement pour l'élaboration de l'acier inoxydable, car 68% de la production de nickel est utilisée à cet effet.

Il forme également un alliage avec du cuivre, résistant à la corrosion. Cet alliage se compose de 60% de nickel, 30% de cuivre et de petites quantités d'autres métaux, en particulier le fer.

Le nickel est utilisé à des fins résistives, magnétiques et autres, telles que l'argent du nickel; Et un alliage composé de nickel et de cuivre, mais ne contient pas d'argent. Les tubes Ni-Cu sont utilisés dans les usines de dessalement, les armures et les pièces.

Le nickel fournit la ténacité et la résistance à la traction aux alliages qui forment une résistance à la corrosion. En plus des alliages avec du cuivre, du fer et du chrome, il est utilisé en alliage avec bronze, aluminium, plomb, cobalt, argent et or.

L'alliage Monel se compose de 17% de nickel, 30% de cuivre et de fer, de manganèse et de silicium. Il est résistant à l'eau de mer, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les navires.

Action protectrice

Le nickel lorsqu'il réagit avec le fluor forme une couche protectrice de l'élément fluor, permettant à l'alliage de nickel métal.

Le nickel résiste à l'action des alcalis. Pour cette raison, il est utilisé dans des conteneurs contenant de l'hydroxyde de sodium concentré. Il est également utilisé dans la galvanoplastie pour créer une surface protectrice pour d'autres métaux.

Autres utilisations

Le nickel est utilisé comme un agent réducteur à six métaux du groupe platine des minéraux dans lesquels il est combiné; principalement du platine et du paladium. La mousse ou la maille de nickel est utilisé dans l'élaboration des batteries de carburant alcalin.

Le nickel est utilisé comme catalyseur pour l'hydrogénation des acides gras insaturés végétaux, utilisés dans le processus d'élaboration de margarine. Le cuivre et l'alliage Cu-ni ont une action antibactérienne sur le e. coli.

Nanoparticules

Nanoparticules de nickel (NPS-NI), trouvez une grande variété d'utilisation après sa plus grande surface par rapport à un échantillon macroscopique. Lorsque ces NPS-Ni sont synthétisés à partir d'extraits de plantes, ils développent des activités antimicrobiennes et antibactériennes.

Il peut vous servir: éléments chimiques naturels

La raison de ce qui précède est due à sa plus grande tendance à s'oxyder en contact avec l'eau, en formant des cations ou²⁺ et des espèces oxygénées très réactives, qui dénaturalisent les cellules microbiennes.

D'un autre côté, les NPS-Ni sont utilisés comme matériau d'électrode dans les piles à combustible solide, les fibres, les aimants, les fluides magnétiques, les pièces électroniques, les capteurs de gaz, etc. Ils sont également catalytiques, supports adsorbants, agents de blanchiment et purification des eaux usées.

-Composés

Le chlorure, le nitrate et le sulfate de nickel sont utilisés dans les bains de nickel dans la galvanoplastie. De plus, son sel de sulfate est utilisé dans la préparation des catalyseurs et des mordants pour la coloration textile.

Le peroxyde de nickel est utilisé dans les batteries de stockage. Les ferritas en nickel sont utilisés comme noyaux magnétiques dans les antennes de divers équipements électriques.

Le carbonil obstiné en nickel apporte du monoxyde de carbone pour la synthèse d'acrylate, de l'acétylène et des alcools. Barium combiné et oxyde de nickel (banium₃) Il sert de matière première pour la fabrication de cathodes de nombreuses batteries rechargeables, telles que Ni-CD, Ni-Fe et Ni-H.

Papier biologique

Les plantes nécessitent la présence de Nickel pour la croissance. Il est connu que plusieurs enzymes de plantes l'utilisent comme cofacteur, y compris l'ureasa; enzyme qui convertit l'urée en ammoniac, pouvoir utiliser ce composé dans le fonctionnement des plantes.

De plus, l'accumulation d'urée produit une altération des feuilles des plantes. Le nickel agit sous la forme d'un catalyseur pour favoriser la fixation de l'azote par les légumineuses.

Les cultures les plus sensibles à la carence en nickel sont les légumineuses (haricots et luzerne), l'orge, le blé, les prunes et les pêches. Sa carence se manifeste dans les plantes par la chlorose, la chute des feuilles et les carences de croissance.

Dans certaines bactéries, l'enzyme d'Ureasa dépend du nickel, mais ils sont considérés qu'ils peuvent avoir une action virulente dans les organismes qui habitent.

D'autres enzymes bactériennes, telles que la dysmutase de surroxyde, ainsi que la glioxydase présente dans les bactéries et certains parasites, par exemple dans les tripanosomes, dépendent du nickel. Cependant, les mêmes enzymes dans les espèces supérieures ne dépendent pas du nickel mais du zinc.

Des risques

L'apport de grandes quantités de nickel est associé à la génération et au développement de cancers pulmonaires, nasaux, larynx et prostatiques. De plus, cela provoque des problèmes respiratoires, une insuffisance respiratoire, l'asthme et la bronchite. Les vapeurs de nickel peuvent provoquer une irritation pulmonaire.

Le contact au nickel avec la peau peut provoquer une sensibilisation, qui produit par la suite une allergie, se manifestant comme une éruption cutanée.

L'exposition cutanée au nickel peut être la cause d'une dermatite connue sous le nom de «démangeaisons nickel», chez les personnes précédemment sensibilisées. Lorsque la conscience du nickel se produit, elle persiste indéfiniment.

L'Agence internationale pour la recherche sur le cancer (CIRC), a placé des composés en nickel dans le groupe 1 (il existe des preuves suffisantes de cancérogénicité chez l'homme). Cependant, l'OSHA ne régule pas le nickel comme cancérogène.

Il est recommandé que l'exposition au nickel métallique et à ses composés ne puisse pas être supérieure à 1 mg / m³ pendant huit heures de travail dans une semaine de travail de quarante heures. Il a du nickel carbonyle et du sulfure de nickel comme composés très toxiques ou cancérigènes.

Les références

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