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Le
nickel est fréquemment utilisé pur ou en alliage. Il cristallise selon
une structure cubique à faces centrées.
Représenter
la maille conventionnelle du nickel. Calculer le paramètre a de la
maille et le rayon métallique du nickel.
Masse volumique du nickel rNi
= 8,90 103 kg m-3. M(Ni) = 58,7 g/mol.
La maille compte en propre 4 atomes de nickel ; masse de
la maille m =4 M(Ni) / NA = 4 *58,7 10-3 / 6,02 1023
= 3,90 10-25 kg.
Volume de la maille : a3 ; rNi = m / a3
; a = (rNi / m)1/3
= (3,90 10-25 / 8,90 103 )1/3
=3,53 10-10 m = 353 pm.
Il y a contact des sphères suivant la diagonale d'une face
du cube.
rNi = 2½a / 4 = 1,414*353/4 =125 pm.
Le nickel peut former des alliages.
Indiquer
la position, dans la maille, des sites intersticiels dans lesquels un
atome quelconque pourrait se placer. Distinguer et nommer les deux
types de sites.
Site
tétraèdrique : les sommets du
tétraèdre sont constitués par un sommet du cube et trois atomes au
centre de trois faces ayant ce sommet en commun. Il y a huit sites tétraèdriques.
Site octaèdrique :
octaèdre. Il y en a 4 par maille; ils sont situés au centre de la
maille et aussi au milieu des arètes.
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Exprimer
en fonction du rayon métallique du nickel, puis calculer, la taille
maximale du rayon d'un atome susceptible de se placer dans chacun de
ces sites sans induire de distorsions.
rsite = 0,146 *353 = 51,5 pm.
Dimension de la grande diagonale du petit carré rouge ( figure
ci-dessus) :
d2= (½a)2 + (½2½a)2 ; d = 3½
a/2 ;
RNi +Rtétra =½d =3½ a/4 ; Rtétra
=3½ a/4 - RNi = 1,732*353/4 -125 =27,8 pm.
L'alliage de fer et de nickel est appelé ferronickel. Le rayon métallique du fer est rFe = 124,1 pm.
Indiquer si le ferronickel est un alliage de substitution ou d'insertion. Justifier.
Si les deux métaux ont des structures proches et des
rayons atomiques voisins, il se forme des alliages de substitution. C'est le cas du ferronickel.
Si l'un des atomes est beaucoup plus petit que l'autre,
alors le plus petit peut occuper des sites du réseau cristallin de l'autre atome
: il se forme des alliages d'insertion.
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