Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe nickel parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 124 pm — soit 0,124 nm ; il en faudrait donc environ 4,03 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Nickel est liquide dans une plage de 1458 K, de 1728 K à 3186 K.
Où il se trouve
Nickel se trouve dans la période 4, groupe 10. Tous les éléments du groupe 10 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Métaux de transition
Tous les métaux de transitionL’histoire
Le nickel est le métal tenace et résistant à la corrosion qui fait fonctionner harmonieusement le monde moderne. Ce métal de transition blanc argenté est si durable et polyvalent qu’il est utilisé aussi bien pour les pièces de monnaie dans votre poche que pour l’acier inoxydable des réacteurs nucléaires. Nommé d’après « kupfernickel » (le cuivre du vieux Nick) par des mineurs allemands frustrés qui ne parvenaient pas à extraire le cuivre des minerais contenant du nickel, cet élément est devenu absolument central à la technologie moderne. Découvert en 1751 par le chimiste suédois Axel Fredrik Cronstedt, le nickel a d’abord été pris pour du cuivre en raison de leur apparence similaire dans les minerais. Ce qui rend véritablement le nickel remarquable, c’est son exceptionnelle résistance à la corrosion et sa capacité à conserver sa résistance mécanique à des températures extrêmes. Il peut résister à l’eau de mer, aux acides et aux bases qui détruiraient d’autres métaux, ce qui le rend idéal pour les applications marines et le traitement chimique. Voici pourquoi le nickel est absolument essentiel: c’est l’ingrédient clé de l’acier inoxydable, qui représente 8-12 % des alliages d’acier inoxydable austénitique. Sans nickel, l’acier inoxydable perdrait sa résistance à la corrosion et deviendrait cassant. Cela signifie que le nickel maintient littéralement nos infrastructures: des éviers de cuisine aux usines chimiques, jusqu’à la Station spatiale internationale. Le nickel possède aussi des propriétés magnétiques fascinantes. Il est ferromagnétique comme le fer et le cobalt, mais perd son magnétisme à 358°C (ce qu’on appelle la température de Curie). Cette propriété est utilisée dans les dispositifs automatiques de régulation de la température et les systèmes d’extinction incendie. Le nickel possède également la capacité unique d’absorber le gaz hydrogène, ce qui le rend utile pour le stockage de l’hydrogène et les applications liées aux piles à combustible. L’un des aspects les plus remarquables du nickel est son rôle dans la fabrication d’alliages à mémoire de forme comme le Nitinol (nickel-titane). Ces « métaux intelligents » peuvent mémoriser leur forme initiale et la retrouver lorsqu’ils sont chauffés, ce qui les rend parfaits pour les endoprothèses, les montures de lunettes et les applications aérospatiales.
Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765), minéralogiste suédois, a découvert le nickel en 1751 alors qu’il tentait d’extraire du cuivre du minerai de kupfernickel (aujourd’hui appelé nickéline, NiAs). Les mineurs allemands avaient nommé ce minerai problématique « kupfernickel » (qui signifie « cuivre du diable ») parce qu’il ressemblait au minerai de cuivre, mais ne produisait pas de cuivre et libérait des fumées toxiques d’arsenic lors de la fusion.
L’analyse minutieuse de Cronstedt a révélé que le kupfernickel contenait un métal blanc jusque-là inconnu, dont les propriétés se distinguaient de celles de tous les éléments connus. Ses techniques d’isolement consistaient à griller le minerai pour éliminer l’arsenic, puis à réduire l’oxyde obtenu avec du charbon de bois afin de produire du nickel métallique.
La production commerciale de nickel a commencé dans les années 1860 avec le développement du traitement des latérites de Nouvelle-Calédonie. La découverte des gisements de Sudbury en 1883, à la suite de la construction d’une voie ferrée, a transformé le nickel, qui n’était qu’une curiosité de laboratoire, en matériau industriel stratégique, permettant le développement de l’acier inoxydable et de la métallurgie moderne.
Applications
Le nickel transforme l’acier, fait de fer sensible à la rouille, en alliages résistants à la corrosion qui servent à construire des usines chimiques, des équipements de transformation alimentaire et des chefs-d’œuvre architecturaux. Ce métal polyvalent permet de fabriquer aussi bien les plus petits composants électroniques que les plus grandes infrastructures industrielles grâce à sa remarquable stabilité chimique.
Les aciers inoxydables austénitiques contenant 8-12 % de nickel offrent une résistance à la corrosion et une aptitude au formage supérieures à celles des nuances ferritiques. L’acier inoxydable de type 304 (18 % de chrome, 8 % de nickel) domine les applications dans la transformation alimentaire, l’industrie pharmaceutique et l’architecture. Les aciers inoxydables duplex utilisent le nickel pour équilibrer les états ferritique et austénitique, obtenant ainsi une résistance mécanique et une résistance à la corrosion exceptionnelles pour les applications marines et chimiques.
Les superalliages à base de nickel, comme l’Inconel et l’Hastelloy, conservent leur résistance mécanique et leur résistance à l’oxydation à des températures dépassant 1000°C. Ces alliages permettent de fabriquer les parties chaudes des réacteurs, les composants des turbines à gaz et les équipements de traitement chimique fonctionnant dans des conditions extrêmes. Les aubes de turbine monocristallines moulées à partir de superalliages de nickel permettent aux moteurs modernes d’atteindre une efficacité et une fiabilité sans précédent.
Les batteries nickel-métal hydrure (NiMH) alimentent des véhicules hybrides comme la Toyota Prius, offrant un stockage d’énergie fiable et une excellente durée de vie en cycles. Les batteries lithium-ion utilisent de plus en plus des cathodes riches en nickel (NCM 811 : 80 % de nickel, 10 % de cobalt, 10 % de manganèse) afin d’améliorer la densité énergétique tout en réduisant la dépendance au cobalt dans les applications destinées aux véhicules électriques.
La galvanoplastie au nickel offre une protection contre la corrosion et des finitions décoratives pour les pièces automobiles, les équipements de plomberie et les composants électroniques. Le nickelage chimique crée des revêtements uniformes sur des géométries complexes sans connexions électriques, ce qui est essentiel pour les disques durs d’ordinateur, les composants aérospatiaux et les instruments de précision.
D’où il vient
84 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 81 % des éléments
Le nickel se forme principalement par des processus de capture de neutrons au cours de la nucléosynthèse stellaire et représente l’un des éléments les plus abondants dans les météorites de fer. Le noyau terrestre contient des concentrations importantes de nickel, tandis que le nickel de la croûte provient à la fois d’une accumulation primordiale et de bombardements météoritiques ultérieurs.
La croûte terrestre contient environ 90 parties par million de nickel, bien que cette valeur sous-estime largement l’abondance planétaire réelle du nickel en raison de sa concentration dans le noyau fer-nickel. À la surface, le nickel se trouve principalement dans des gisements latéritiques formés par l’altération tropicale et dans des gisements sulfurés associés à des roches magmatiques mafiques et ultramafiques.
Le bassin de Sudbury, en Ontario au Canada, formé par l’impact d’une météorite il y a 1.85 milliard d’années, contient des gisements de classe mondiale de nickel-cuivre et d’éléments du groupe du platine. L’impact a fait fondre les roches existantes et concentré les métaux provenant à la fois des sources terrestres et de la météorite qui a percuté la Terre. Norilsk-Talnakh, en Russie, constitue un autre important gisement sulfuré associé à la formation d’une grande province magmatique.
Les gisements latéritiques tropicaux de Nouvelle-Calédonie, des Philippines et d’Indonésie se forment par l’altération chimique intense de roches ultramafiques dans des conditions chaudes et humides. Ces gisements contiennent généralement 1-3 % de nickel dans des minéraux oxydés et silicatés, ce qui nécessite des techniques spécialisées de traitement pyrométallurgique ou hydrométallurgique.
Les sulfures massifs des fonds marins et les nodules de manganèse représentent de nouvelles ressources de nickel à mesure que les gisements terrestres s’épuisent. Le développement des technologies d’exploitation minière sous-marine se concentre sur ces ressources, bien que d’importants défis environnementaux et techniques subsistent.
Manipulation
Le nickel est l’allergène métallique le plus courant : il touche 10-15 % des femmes et 2-5 % des hommes par l’intermédiaire des bijoux et de l’exposition professionnelle. Certains composés du nickel présentent également des risques cancérogènes qui nécessitent des mesures complètes de contrôle sur le lieu de travail.
L’allergie au nickel provoque une dermatite de contact due aux bijoux, aux attaches de vêtements et à l’exposition professionnelle. Le tétracarbonylnickel (Ni(CO)₄) est un gaz extrêmement toxique qui peut provoquer un œdème pulmonaire et la mort à faibles concentrations. Les sulfures et oxydes de nickel sont classés comme cancérogènes pour l’être humain et provoquent principalement des cancers du poumon et du nez chez les travailleurs exposés professionnellement.
Les équipements de protection individuelle, la ventilation locale par aspiration et la surveillance médicale préviennent les effets du nickel sur la santé. La protection de la peau et les solutions hypoallergéniques contribuent à prévenir l’apparition d’une allergie au nickel chez les personnes sensibles.
Réponses rapides
Nickel (symbole Ni) est l’élément 28 du tableau périodique, un Métal de transition de la période 4, du groupe 10. Résistant, anticorrosion et magnétique — et deuxième ingrédient principal de l’acier inoxydable. À température ambiante, c’est un solide.
[Ar] 3d⁸ 4s² ; elle comporte 4 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 16, 2.Nickel fond à 1728 K (1454.9 °C) et bout à 3186 K (2912.9 °C).
La masse atomique standard de Nickel est de 58.693 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Nickel a une masse volumique de 8.908 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Nickel est donc environ 8.9× plus lourd.
Nickel a une électronégativité de Pauling de 1.91. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Nickel a été découvert en 1751 par Axel Fredrik Cronstedt. Il porte le nom de allemand Kupfernickel, « cuivre du diable ».
Nickel constitue environ 84 mg/kg de la croûte terrestre — peu courant, mais pas rare.