L'élément chimique nickel a le numéro atomique 28 et le symbole Ni. C'est un métal blanc argenté brillant qui contient de petites quantités d'or. Un métal de transition avec ductilité et dureté est le nickel. Bien que le nickel pur soit chimiquement réactif, il faut plus de temps que d'habitude pour que les grosses particules réagissent avec l'air car, dans des conditions normales, une couche de passivation d'oxyde de nickel se développe à la surface pour arrêter la corrosion. Cependant, seules des traces de nickel naturel pur se trouvent dans la croûte terrestre, généralement dans les roches ultramafiques et les intérieurs de plus grandes météorites nickel-fer qui n'ont pas été en contact avec l'oxygène pendant leur séjour en dehors de l'atmosphère terrestre.
Le fer et le nickel météorique sont souvent découverts ensemble, indiquant leur origine en tant que sous-produits essentiels de la nucléosynthèse des supernovas. On suppose que les noyaux externe et interne de la Terre sont composés d'une combinaison fer-nickel.
AVANT JC. Vers 3500 av. J.-C., les gens utilisaient du nickel (sous la forme d'un alliage nickel-fer météorique naturel). Axel Fredrik Cronstedt, dans les mines de cobalt de Los, Hälsingland, Suède, a d'abord pris le minerai pour un minerai de cuivre et en 1751, il a d'abord séparé et catégorisé le nickel en tant qu'élément. Le nom de l'élément est dérivé du nickel, une figure espiègle du folklore minier allemand qui représente la résistance des minerais de cuivre-nickel au raffinage du cuivre. La limonite de minerai de fer, qui contient généralement 1 à 2 % de nickel, est une source de nickel économiquement importante. L'assemblage naturel de minéraux silicatés connus sous le nom de pentlandite et de garniérite sont deux importants minerais de nickel. Les principaux sites de production comprennent Norilsk, en Russie ; Nouvelle-Calédonie dans le Pacifique ; et la région de Sudbury au Canada.
Les trois autres éléments ferromagnétiques sont le fer, le cobalt et le gadolinium. Le nickel est l'une de ces quatre substances. En termes de force, entre les aimants permanents en fer et les aimants en terres rares se trouvent les aimants Alnico, qui sont partiellement à base de nickel. Le métal est principalement utilisé dans les alliages et le placage pour la résistance à la corrosion. L'acier inoxydable représente plus de 68 % de la production mondiale. Il est utilisé dans diverses applications telles que 10 alliages à base de nickel et de cuivre, 9 % pour le placage, 7 % pour les aciers alliés, 3 % pour les fonderies et 4 % pour les batteries rechargeables utilisées dans les véhicules électriques (VE). Bien que le nickel soit souvent utilisé dans les pièces de monnaie, les allergies au nickel peuvent parfois être déclenchées par des objets nickelés.
Le nickel est une substance utilisée dans une variété de processus industriels chimiques spécialisés, y compris l'hydrogénation du carburant, la production de cathodes pour les batteries rechargeables, les pigments et les traitements de surface des métaux. De nombreuses bactéries et plantes possédant des enzymes dont le site actif est le nickel acceptent le nickel comme nutriment essentiel.
Propriétés physiques et atomiques du nickel
Le nickel est un métal blanc argenté hautement polissable avec une teinte or pâle. Seuls quatre éléments - le fer, le cobalt, le gadolinium et cet élément - sont ferromagnétiques à ou près de la température ambiante. La température à laquelle le nickel cesse d'être magnétique est connue sous le nom de température de Curie, soit 355 °C. Le rayon atomique du nickel est de 0,124 nm et sa cellule unitaire est un cube à faces centrées avec un paramètre de réseau de 0,352 nm.
Des pressions d'au moins 70 GPa ne suffisent pas à casser cette structure cristalline. Pour les métaux de transition, le nickel a une conductivité électrique et thermique relativement élevée et est dur, malléable et ductile. En raison du développement et de la migration des dislocations, le véritable matériau en vrac n'atteint jamais la résistance à la compression élevée de 34 GPa attendue pour des cristaux parfaits.
Cependant, les nanoparticules de Ni y sont parvenues.
Désaccord sur la configuration électronique
Les deux configurations d'électrons atomiques avec des énergies relativement similaires pour le nickel sont [Ar] 3d8 4s2 et [Ar] 3d9 4s1. [Ar] représente la structure complète du noyau d'argon. Il y a un débat quant à la configuration qui a la plus faible énergie. [16] La configuration électronique du nickel est donnée par [Ar] 4s2 3d8, souvent écrite comme [Ar] 3d8 4s2. La règle d'ordre énergétique de Madelung, qui stipule que 4s est plein avant 3d, est compatible avec cette configuration. La découverte empirique selon laquelle l'état d'énergie le plus bas de l'atome de nickel est le niveau d'énergie 3d8 4s2 - plus précisément le niveau 3d8(3F) 4s2 3F, J = 4 - soutient cette théorie.
Cependant, en raison de la structure fine, chacune de ces deux configurations est divisée en plusieurs niveaux d'énergie, et les deux ensembles de niveaux d'énergie se chevauchent. Par rapport à Ar] 3d8 4s2, l'énergie moyenne des états avec [Ar] 3d9 4s1 est en fait plus faible. En conséquence, la configuration de l'état fondamental [Ar] 3d9 4s1 est répertoriée dans la littérature académique sur les calculs atomiques.
Isotopes du nickel
Les masses atomiques des isotopes du nickel vont de 48 u (48Ni) à 82 u (82Ni). Les cinq isotopes stables du nickel trouvés dans la nature sont 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni et 64Ni, le 58Ni ayant l'abondance naturelle la plus élevée (68,077%).
Le nickel-62 a l'énergie de liaison la plus élevée de tous les nucléides, avec une énergie de liaison au nucléon de 8,7946 MeV. Il a une énergie de liaison plus élevée que le 56Fe et le 58Fe, deux nucléides communs souvent répertoriés à tort comme ayant les énergies de liaison les plus élevées. Bien que cela semble indiquer que le nickel est l'élément lourd le plus courant dans l'univers, le fer est en fait beaucoup plus courant en raison du taux élevé de photointégration du nickel dans les étoiles.
La progéniture du 60Fe radioactif éteint depuis longtemps est le nickel-60 (demi-vie de 2,6 millions d'années). Compte tenu de la longue demi-vie du 60Fe et de sa persistance dans les composants du système solaire, il est possible de voir des changements dans la composition isotopique du 60Ni. Par conséquent, la prévalence de 60Ni dans les matières étrangères peut éclairer la formation et le développement précoce du système solaire.
Il existe au moins 26 radio-isotopes connus du nickel; les plus stables sont le 76.000Ni, le 59Ni et le 63Ni (56 jours) avec des demi-vies de 6 60 ans. Tous les autres radio-isotopes ont des demi-vies inférieures à 30 heures et souvent inférieures à XNUMX secondes. De plus, cet élément a un état méta.
La combustion du silicium entraîne la production de nickel-56 radioactif, qui est ensuite libéré en quantités importantes dans les supernovae de type Ia. Les courbes de lumière de ces supernovas au milieu et à la fin des temps sont systématiquement formées lorsque le 56Ni se désintègre en cobalt-56 puis en fer-56 après la capture des électrons. Le nickel-59 est un radionucléide cosmogénique avec une longue demi-vie de 76.000 XNUMX ans.
La géologie isotopique a utilisé le 59Ni de plusieurs manières. Le 59Ni a été utilisé pour mesurer la quantité de poussière extraterrestre dans la glace et les sédiments, ainsi que pour dater l'âge des météorites sur Terre. Le nickel-110, dont la demi-vie est actuellement estimée à 78 millisecondes, jouerait un rôle important dans la nucléosynthèse en supernova d'éléments plus lourds que le fer. L'isotope d'élément lourd avec la plus haute teneur connue en protons est le 1999Ni, découvert en 48. Le 48Ni est une "double magie" avec 28 protons et 20 neutrons, tout comme le 28Ni avec 50 protons et 78 neutrons. En conséquence, les deux sont assez stables pour les noyaux présentant un déséquilibre proton-neutron aussi important.
Les structures de support des réacteurs nucléaires contiennent du nickel-63, un contaminant. Il est créé par le processus de capture des neutrons du nickel-62. De petites quantités ont également été trouvées à proximité de sites d'essais d'armes nucléaires dans le Pacifique Sud.
Source: Wikipedia
Günceleme: 14/03/2023 13:14