Nickel et composés (*)

Utilisation du nickel métal

• Production d’aciers inoxydables et d’autres aciers spé­ciaux, la présence de nickel dans ces produits améliorant leurs propriétés mécaniques et leur résistance à la corro­sion et à la chaleur.
• Préparation d’alliages non ferreux (avec le cuivre, le chrome, l’aluminium, le molybdène...), notamment pour la fabrication de pièces de monnaie, d’outils, de pièces pour l'industrie aérospatiale et d’ustensiles de cuisine et de ménage.
• Revêtement électrolytique des métaux (nickelage).
• Catalyse en chimie organique (hydrogénation d’huiles et de graisses, désulfuration de produits pétroliers, poly­mérisation ou décomposition d’hydrocarbures, réduction d’oxydes d’azote).
• Fabrication de :
  • noyaux magnétiques (aimants, ferrite) ;
  • batteries alcalines Nickel-Cadmium ;
  • pigments minéraux pour émaux et céramiques.

Le nickel à usage métallurgique est fourni soit sous forme massive de nickel pur (cathodes, billes), soit sous forme massive de ferronickel (25 à 35 % de nickel), soit encore sous forme d’oxyde de nickel brut.

Utilisation des composés du nickel

• Le monoxyde de nickel est utilisé dans la fabrication de sels de nickel, de ferrite, de catalyseurs et de composants électroniques. Il est également employé comme colorant pour le verre et est utilisé dans les peintures pour porcelaine. 
• L'hydroxyde de nickel est présent dans les batteries rechargeables Nickel - Cadmium et Nickel - Hydrures et est aussi utilisé dans la fabrication de catalyseurs.
• Le carbonate de nickel est utilisé pour la fabrication de catalyseurs, le nickelage électrolytique (agent neutralisant) et pour la production de pigments et de composants électroniques.
• Le dichlorure de nickel est utilisé pour le nickelage électrolytique, pour la production de catalyseurs.
• Le dinitrate de nickel est employé pour la production de catalyseurs, de batteries Nickel - Cadmium et pour le traitement de surface des métaux.
• Le sulfate de nickel est le principal intermédiaire pour la fabrication de sels de nickel tels que le carbonate de nickel et le sulfate d'ammonium et de nickel. Il est également utilisé pour le nickelage électrolytique conjointement avec le dichlorure de nickel. Il sert à produire des catalyseurs et est employé comme mordant pour les textiles. Il est également utilisé pour le noircissement du zinc et du bronze.
• Le sulfure de nickel est utilisé dans la production de catalyseurs et dans l'hydrogénation des composés du soufre en pétrochimie. Le disulfure de trinickel est également utilisé dans le raffinage des composés soufrés en pétrochimie.
• Le tétracarbonyle de nickel est employé dans la fabrication de poudre de nickel de haute pureté et comme catalyseur en synthèse organique. Il est aussi utilisé dans des procédés de nickelage en phase vapeur.

En résumé, le nickel et ses composés sont essentiellement utilisés dans la fabrication d'alliages, dans la fabrication de batteries, en traitement de surface, comme catalyseurs, comme intermédiaire de syntèse et dans la production de pigments.

Le nickel peut se présenter sous la forme massive d’un métal blanc-bleuâtre, brillant, malléable et ductile ou sous la forme d’une poudre grise (« nickel chimique »). C’est un bon conducteur électrique et thermique, doté de propriétés magnétiques. Il possède aussi la propriété de fixer les gaz et notamment l’hydrogène.

Les propriétés physiques du nickel et de ses composés sont reportées dans le tableau ci-dessous :

• Nickel

À température ordinaire, le nickel n'est pratiquement pas attaqué par l'oxygène ; à chaud, il se recouvre d’une pelli­cule de monoxyde de nickel, seul produit de la réaction entre 300 et 700 °C. Le nickel en poudre obtenu par réduc­tion de l'oxyde par l'hydrogène entre 250 et 350 °C est pyrophorique ; le produit obtenu à 450 °C s'oxyde à l'air à 150 °C avec explosion.

À froid et en absence d'humidité, le métal résiste bien aux halogènes ; en présence d'eau, il est attaqué en surface avec formation d'halogénures ; à chaud, les halogènes réagissent sans incandescence.

Dans un courant d'oxyde de carbone, le nickel se volatilise entre 45 et 70 °C pour donner du tétracarbonyle de nickel, réac­tion utilisée pour l'affinage du métal.

Difficilement attaqué par les acides chlorhydrique et sulfu­rique, le nickel se dissout lentement dans l’acide nitrique, avec formation d’oxydes d’azote irritants et toxiques. Sa réaction avec les acides libère de l’hydrogène qui peut for­mer des mélanges explosifs dans l’air. Il est corrodé par cer­taines solutions salines (chlorure de sodium notamment) mais résiste bien aux solutions alcalines. Il peut réagir violemment avec les agents oxydants forts.

Le nickel en poudre chauffé avec du soufre, du sélénium ou du nitrate d’ammonium peut réagir vivement. Il réagit à chaud également avec le phosphore, l’arsenic, le bore, le carbone et le silicium. Il réduit un certain nombre d’oxydes ou d’hydroxydes métalliques, notamment les hydroxydes alcalins. Fondu, il donne des alliages avec de nombreux métaux. Le nickel en poudre très fine peut être pyrophorique.

En chimie organique, le nickel, surtout à l’état divisé, cata­lyse un grand nombre de réactions (hydrogénation, dés­hydrogénation, oxydation, condensation, cyclisation, isomérisation...). Certains de ses alliages et de ses compo­sés possèdent des propriétés analogues.

• Oxydes de nickel

Le monoxyde de nickel existe sous deux formes allotro­piques : verte et noire, cette dernière étant la plus réactive. Il a un caractère uniquement basique : les acides le dissol­vent avec formation des sels de nickel correspondants. Sous réserve d’une préparation adaptée, il peut avoir, comme le métal, des propriétés catalytiques. Il peut être réduit par l’hydrogène, l’oxyde de carbone (à 120 °C), l’am­moniac, le carbone (vers 450 °C) ainsi que par différents métaux. L’oxyde de nickel peut réagir violemment avec l’iode et le sulfure d’hydrogène.

Peu de données existent sur le dioxyde de nickel qui se présente sous la forme d’une poudre noire se décompo­sant dans des solutions aqueuses acides avec dégage­ment d’oxygène.

Le trioxyde de dinickel se présente sous la forme d’une poudre grise à noire pouvant se dissoudre à chaud dans l’acide chlorhydrique avec dégagement de chlore ; elle peut également se dissoudre à chaud dans les acides sul­furique et nitrique avec dégagement d’oxygène. Appelés aussi oxydes supérieurs, le trioxyde de dinickel et le dioxyde de nickel sont considérés comme des oxydants forts.

• Autres composés du nickel

Le dichlorure de nickel est un composé très stable. Calciné dans l'air ou l'oxygène, il est transformé en monoxyde de nickel NiO. Il est réduit par l'hydrogène et le monoxyde de carbone pour donner du nickel sous forme métallique. Il réagit violemment avec le nitrate de chlore et dégage du chlorure d'hydrogène en contact avec des acides forts.

Le sulfate de nickel peut être réduit par l'hydrogène en solution aqueuse en tube scellé à chaud. Suivant les conditions de concentration, température et pression d'hydrogène, on obtient des dépôts de sulfate monohydraté et de nickel métallique. En solution aqueuse, l'hypophosphite de sodium réduit aussi le sulfate de nickel avec précipitation de nickel métallique et dégagement d'hydrogène. Il réagit violemment avec les acides forts et certains métaux comme l'aluminium et le magnésium.

Le dinitrate de nickel, lorsqu'il est chauffé, commence à perdre ses vapeurs nitreuses vers 105 °C-110 °C. Calciné dans l'oxygène vers 550 °C, il laisse un résidu de composition variable entre NiO et NiO₂. La précipitation d'une solution de dinitrate de nickel en milieu alcalin conduit à un nitrate de nickel basique qui évolue avec le temps vers le dihydroxyde de nickel. C'est un oxydant puissant qui réagit violemment avec des agents réducteurs comme l'hydrazine, l'aluminium sous forme de poudre et autres matières combustibles.

Le dihydroxyde de nickel perd de l'eau par chauffage à partir de 200 °C en se transformant en monoxyde de nickel. Le dihydroxyde de nickel réagit violemment avec les acides forts ainsi qu'avec les agents fortement oxydants.

Le tétracarbonyle de nickel est thermiquement instable ; il forme des mélanges explosifs avec l'air ; il peut se décomposer et s'enflammer spontannément à l'air. Il réagit violemment avec des agents oxydants puissants et des acides forts avec formation de monoxyde de cabone. Il attaque certains plastiques et caoutchoucs.