Le nickel est l'élément chimique de numéro atomique 28, de symbole Ni. Le corps simple nickel est un métal ; à l'état solide, il est ferromagnétique.
Propriétés atomiques Le nickel est un élément métal de transition du bloc d, le plus léger du .
vignette| gauche| Schéma des couches électroniques du nickel. L'atome de nickel possède deux configurations électroniques, [Ar] 3d 4s et [Ar] 3d 4s, qui sont très proches en énergie – le symbole [Ar] désigne les électrons du cœur qui ont la configuration de l'atome d'argon. Il existe un désaccord au sujet de la configuration devant être considérée comme étant de plus basse énergie. Les manuels de chimie indiquent la configuration électronique du nickel comme étant [Ar] 4s 3dHousecroft C.E. et Sharpe A.G., Chimie inorganique, De Boeck, 2010 , ., ou bien de façon équivalente comme étant [Ar] 3d 4sAtkins P.W., Jones L. et Laverman L., Principes de chimie, française, De Boeck, 2014 , .Huheey J.E., Keiter E.A. et Keiter A.L., Chimie inorganique, De Boeck 1996 , .. Ce choix est en accord avec la règle de Klechkowski, qui prévoit que la sera remplie avant la 3d. Il est d'ailleurs appuyé par le fait expérimental que l'état de plus basse énergie de l'atome de nickel est un niveau de la configuration 3d 4s, à savoir le niveau 3d(F) 4s F, NIST Atomic Spectrum Database. Pour lire les niveaux de l'atome de nickel, taper « Ni I » à la boîte « Spectrum » et cliquer sur « Retrieve data »..
Cependant, chacune de ces deux configurations correspond à un ensemble d'états quantiques d'énergies différentes. Les deux ensembles des énergies se recouvrent, et l'énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d 4s se trouve en fait inférieure à l'énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d 4s.
Pour cette raison, les publications de recherche au sujet des calculs de la structure atomique considèrent que la configuration électronique fondamentale du nickel est [Ar] 3d 4s, ..
Généralités, découverte du corps simple et de l'élément gauche|vignette|Du nickel brillant parmi les autres éléments des matériaux des segments ou mâchoires de frein.
Le nickel est fréquemment associé au cobalt dans les dépôts miniers, il est particulièrement apprécié pour les alliages qu'il forme. Longtemps confondu avec l'argent ou le cuivre, le nickel est aujourd'hui utilisé pour la confection de monnaie et en alliage dans l'industrie.
Le corps simple, métal dense blanc argenté, plus dur et plus tenace que le fer, a été isolé en 1751 à partir d'arséniures de nickel, dénommés de manière générique « Kupfernickel » en allemand, kopparnickel en suédois, par le chimiste suédois, le baron Axel Frederik von Cronstedt. L'opérateur, ancien élève de Georg Brandt, maître spécialiste des arséniures et découvreur de l'élément cobalt, étudie des résidus verts provenant d'une mine de minerai de cobalt à Helsingland. Est-ce un dernier essai au départ d'extraire du cuivre de ce minerai verdâtre, ce « Kupfernickel » considéré autrefois comme une sorte de « cuivre du diable » puisqu'il en a l'apparence verdâtre et rejeté par les mineurs chevronnés s'ils le détectaient avant l'étape du four ? Il obtient d'abord par chauffage en présence de soufre et de carbonate de potassium de l'oxyde de nickel avant de réduire ce dernier protoxyde de nickel en creuset brasqué avec du charbon actif pour obtenir une poudre qui une fois compactée et mise en lamelle donne un échantillon de métal blanc brillant qu'il appelle trivialement « nickel », pour signifier que cela n'était selon lui nullement du cuivre ou du moins un « faux cuivre ». En observant la chimie différente de ce corps simple, il découvre qu'il s'agit d'un élément chimique.
gauche|vignette|Nickeline ou arséniure de nickel altérée superficiellement en arséniates de nickel verts et toxiques, par l'humidité de l'air.
Ces appellations proviennent en partie de l'impossibilité d'extraire le cuivre de ce qu'on croyait à l'époque être apparemment du minerai de cuivre ; on croyait que le « minerai de cuivre » avait subi un mauvais sort de petits démons. En fait, l'erreur rationnelle repose sur ce que les savants naïfs confondaient les minerais de cuivre avec les minerais de nickel, élément chimique qui était tout à fait inconnu, distinct du cuivre.
Le terme nickel est attesté en français écrit vers 1765Article de l'Encyclopédie.. L'adjectif nickélifère, déjà attesté en 1818 mais beaucoup plus commun en 1900, qualifie une matière ou un corps contenant du nickel. Le nickelage désigne avant le milieu du l'action du verbe nickeler, c'est-à-dire couvrir d'une mince couche de nickel, ainsi que le revêtement métallique de nickel protecteur, c'est-à-dire le résultat du verbe nickeler en galvanoplastie. L'adjectif nickelé qualifie un métal ou un alliage recouvert d'une couche de nickelCet adjectif est dans le Dictionnaire universel rédigé par Louis-Nicolas Bescherelle, en 1845. Le verbe nickeler est cité en 1853 dans le Dictionnaire des arts et manufactures rédigé sous l'autorité de l'ingénieur et fondeur Laboulaye dès 1847.. En 1857, la nickelure désigne une technique particulière, à préciser, par laquelle les métaux peuvent être nickelés et de manière générale, l'art de nickeler et le travail fait par nickelageLe terme nickelure est présent dans le Journal officiel, en 1875. Plus tard, à la Belle Époque, apparaissent le verbe « nickeliser » et le substantif « nickelisage ».. Le chimiste Adolphe Wurtz popularise en 1873 l'adjectif nickélique pour qualifier certains composés de nickel. L'alliage NiCr ou nickelchrome est mentionné dans le Grand Larousse encyclopédique en 1932.
Isotopes
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 : Ni, Ni, Ni, Ni et Ni, Ni étant le plus abondant (abondance naturelle de 68,077 %.). On lui attribue une masse atomique standard de . Vingt-six radioisotopes ont été caractérisés, le plus stable étant Ni avec une demi-vie de , suivi de Ni () et de Ni (). Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à , et la plupart inférieure à .
Occurrences de l'élément, extraction minière et purification Le nickel est le élément le plus abondant dans la Terre (2,4 %), mais loin derrière les quatre premiers (fer : 35 %, oxygène : 30 %, silicium : 15 %, magnésium : 13 %).. C'est le dans la croûte terrestre, avec un clarke de () selon les estimationsAlain Foucault, , et le dans le manteau avec .. C'est en revanche un élément majeur du noyau, le (après le fer) dans le noyau interne (environ 20 %) et le ou le dans le noyau externe (environ 5 %).
Le nickel métallique existe à l'état naturel, c'est le nickel natif, qui contient souvent divers autres métaux comme impuretés. Les météorites métalliques, dites météorites de fer, sont constituées d'un alliage fer-nickel (comme le noyau terrestre, et c'est aussi le cas des astéroïdes de type M. Les nodules polymétalliques des profondeurs océaniques sont à base de Mn, Ni, Co, Fe, Cr
gauche|vignette|179x179px|Garniérite enveloppé dans la limonite nickélifère, Montagne du Nickel, près de Riddle, comté Douglas, Oregon. vignette|Minerai de sulfures de nickel à texture de spinifex, Lunnon Shoot, Kambalda, en Australie-Occidentale.
Le nickel se substitue facilement au fer ou au magnésium dans divers silicates de la croûte et du manteau, en particulier ceux des roches magmatiques alcalines ou basiques, voire ultrabasiques comme les péridots et les pyroxènes. Les péridotites peuvent en contenir plus de . Ainsi le nickel apparaît sous forme de silicates ou hydrosilicates, comme les variétés de serpentines comme la garniérite ou nouméite, un silicate complexe de nickel et de magnésium de formule simplifiée qui peut être aussi considéré comme un composant de roches détritiques ou de latérites. Comme ces derniers assemblages à garniérite sont dénommés minerais saprolithiques, l'adjectif latéritique qualifie souvent les formations plus altérées, à base de limonites nickélifè̠res .
On le trouve sous forme combinée au soufre dans la millérite NiS, la polydymite , la pyrrolite (Fe,Ni)S, la pentlandite très souvent insérées dans une matrice rocheuse à base de pyrrhotite. Il s'agit de chalcopyrite ou de pyrrhotite nickélifère des anciens auteurs.
Combiné à l'arsenic ou sous forme d'arséniures ou d'arséniates, il est présent dans la nickéline ou niccolite NiAs de couleur rouge, de chloantite , de smaltite, l'annabergite ou « nickel ocre » , d'aerugite
Il apparaît aussi sous forme d'oxydes, de sulfates, de carbonates, de phosphates, d'antimoniures (breithauptite ou alliage NiSb), de phosphures, de sulfoarséniures (gersdorffite NiAsS ou disomose) Tous ces minéraux sont liés à des gîtes associés à des roches magmatiques, parfois ayant constitué des filons excentrés.
Minerais et extraction minière
vignette|Nodules de nickel obtenu par électrolyse.|245x245px Les minerais de nickel sont connus en France au dans les Pyrénées, les Alpes ou en Algérie. L'extraction du nickel est compliquée par les associations fréquentes avec Fe, Cu, Co Les minerais sulfurés préalablement oxydés ou grillés étaient réduits par la vapeur d'eau. Pour purifier efficacement le nickel, il faut attendre le procédé Mond qui utilise la formation entre et du tétracarbonyle de nickel volatil et la pyrolyse de ce corps instable vers , laissant un dépôt de nickel métal.
Le nickel est communément présent dans les résidus de la préparation du smalt, à base de sulfoarséniures de nickel parfois dénommé speiss. Le grillage du speiss permet d'obtenir du nickel impur, qui peut être purifié après quelques étapes réitérées d'affinage.
Le nickel, ou plutôt le silicate de magnésie et de nickel préalablement décrit, a longtemps constitué la principale richesse de la Nouvelle-Calédonie, découverte par l'ingénieur Jules Garnier en 1864. Le minerai est exploité à partir d'une teneur supérieure à 0,5 % en masse dans les . Ce territoire autonome possède environ 30 % des réserves mondiales, estimées alors à plus de de tonnes.
Dans les années 1990, les autres pays producteurs sont la Russie, le Canada, l'Australie, Cuba et les États-Unis. Des gisements importants sont exploités en Russie, dans la région de Norilsk. 27 % de la production mondiale de nickel proviennent de mines situées dans le cratère d'impact d'une énorme météorite dite de Sudbury il y a d'annéesAndré Brahic, De feu et de glace, éd. Odile Jacob, 2010 ..
Au début du , le nickel est extrait de deux types de minerais : les latérites et les sulfures de nickel, ces derniers exploités dans de nombreux gisements dans le monde, en association avec des roches mafiques et ultramafiques. Deux principaux contextes géologiques sont caractérisés : les complexes ignés lités, vastes ensembles magmatiques issus du manteau, exploité notamment dans l'Oural (Norilsk), le bouclier canadien (Sudbury), et la province de Gansu en Chine (Jinchuan) ; le volcanisme mantellique primitif riche en magnésium de l'Archéen, ou komatiite, formant des gisements par exemple en Australie (Kambalda), au Québec (Raglan) ou au Brésil. Tous ces gisements associent le nickel avec le cuivre, souvent le cobalt et les éléments du groupe du platine. Certains gisements sont associés à des niveaux de shales noirs, notamment à Sotkamo en Finlande.
Mais bien que 70 % des réserves de nickel soient des minerais latéritiques, ceux-ci ne correspondent qu'à 40 % de la production mondiale. Les minerais latéritiques sont essentiellement destinés à la production de ferronickel, les minerais sulfureux, par l'intermédiaire de mattes, étant généralement destinés à la production de nickel très pur.. Le grillage des sulfures s'opère au moins entre et . Les matières fondues subissent ensuite des procédés classiques d'hydrométallurgie.