Cristallisation de sulfates métalliques et attaque du nickel à l'acide sulfurique

[tarsonis753]

Bonjour à tous,
dans une petite expérience, j'attaque du fer quasi-pur (99,9%) à l'acide sulfurique dilué du commerce (concentration pour batterie , l'acide est dilué à une concentration de 30% (soit en gros 5 mol/l).
J'ai réalisé une cristallisation pour laquelle j'ai de magnifiques cristaux verts transparents de sulfate de fer II.

Mais je me pose trois questions sur les impuretés pour lesquelles j'espère avoir votre éclairage :

1) le fer du commerce contient toujours des impuretés en proportions variées; par exemple du nickel. Ce métal semble, selon certaines littératures, attaqué par l'acide sulfurique dilué, tandis que d'autres références parlent d'une attaque très lente, voire inexistante tant que l'acide est dilué <50%, c'est pourquoi on ajouterait un oxydant tel que le peroxyde d'hydrogène pour accélérer la réaction.
Dans le cadre de cette expérience (faible teneur en nickel + acide dilué), les 10g de fer sont attaqués en quelques heure, je filtre la solution et récupère de la poudre de carbone; nickel peut-il donner un sulfate de nickel (II) ou bien reste-t-il à l'état solide Ni ?

2) concernant la cristallisation, le sulfate de nickel et de fer semblent avoir des propriétés assez proche (solubilité dans l'eau, structure orthorhombique). Est-ce que la cristallisation lente par évaporation produit des amalgames fer-nickel avec la même structure cristalline, ou bien c'est principalement un cristal de sulfate de fer ?

3) De manière un peu plus anecdotique : est-ce que l'on a une idée des impuretés retrouvées dans l'acide sulfurique du commerce pour batteries ?

En vous remerciant d'avance.
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[moco]

Bonjour,

Cette discussion me semble essentiellement de nature académique. Tu dis que tu pars de 10 g de fer à 99.9% de pureté. Cela signifie qu'il y a moins de 10 mg d'impuretés. Et la principale impureté est le carbone. Donc les autres impuretés sont présentes à des quantités de l'ordre du milligramme, et parmi ces impuretés on trouve d'abord du silicium, et en principe d'autres métaux comme le nickel. A mon sens, il doit y avoir bien moins de 1 mg de nickel dans ton échantillon. Comment faire pour savoir si c'est le cas, et s'il a été attaqué ou non ? De même, si on évapore une solution de sulfate de fer(II) contenant quelques ppm de nickel, il sera très difficile de savoir si un atome de fer a été remplacé par un atome de nickel dans un cas sur mille. C'est du domaine du dopage. La structure orthorhombique (ou autres) n'intervient pas.

[Tawahi-Kiwi]

2) concernant la cristallisation, le sulfate de nickel et de fer semblent avoir des propriétés assez proche (solubilité dans l'eau, structure orthorhombique). Est-ce que la cristallisation lente par évaporation produit des amalgames fer-nickel avec la même structure cristalline, ou bien c'est principalement un cristal de sulfate de fer ?

A temperature ambiante, c'est souvent la melanterite (l'heptahydrate; cristaux verts) qui cristallise, c'est monoclinique (seule la forme anhydre est orthorhombique).
Une solution solide incomplete existe avec du nickel (pour les mineraux du groupe melanterite & epsomite (Fe, Mg, Zn, Co, Ni, Cu, Mn), c'est limité a 20-40 mol%). L'heptahydrate de sulfate de nickel (Morenosite) a une structure epsomite, differente de la melanterite, et la solution solide est limitee (~max 20 mol% je dirais), mais comme impuretes, pas de souci.

T-K

[tarsonis753]

Bonjour,
merci pour vos réponses:
@moco : la question 1 concerne surtout la capacité de l'acide sulfurique dilué à attaquer le Nickel. Certaines sources précisent que c'est une réaction très lente, quasi-inexistante sans peroxyde d'hydrogène, ex:
https://fr.wikisource.org/wiki/Le_Ni...%C3%89TALLIQUE
L’acide sulfurique concentré et chaud l’attaque difficilement.

d'autres que cette configuration crée du Sulfate de Nickel, ex : wikipédia :
"L'acide dilué attaque le fer, l'aluminium, le zinc, le manganèse, le magnésium et le nickel"

En gros, quelle est la cinétique réelle de cette réaction ?

@Tawahi-Kiwi : merci pour cette précision fournie; du coup dans la solution et par cristallisation, les deux sulfates vont former des structures différentes ?

Merci d'avance,

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

@Tawahi-Kiwi : merci pour cette précision fournie; du coup dans la solution et par cristallisation, les deux sulfates vont former des structures différentes ?

Non, a moins d'avoir une proportion non negligeable de nickel vis a vis du fer. A mon avis, pour 2 ou 3% ca doit etre incorporer sans trop de souci dans ceci : (Fe,Ni)SO₄.7H₂O

T-K

[tarsonis753]

Hello,
du coup faute de pouvoir trancher concernant la question 1 : "est-ce que l'acide sulfurique dilué peut attaquer le nickel", j'ai plongé une grille de nickel pur dans de l'acide sulfurique à 30% pendant 24h. Il n'y a pas la moindre coloration visible, ni de dihydrogène dégagé.
Si la réaction se produit, elle doit être très lente par rapport à celle de l'attaque du fer par l'acide.

[40CDV20]

Bsr,
Les métallurgistes considèrent le comportement du nickel non allié comme satisfaisant aux acides forts moyennement oxydants. Si on considère le cas présent, H2SO4 en solution aqueuse donc totalement dissocié, on observe que l'anion SO4-- ne présente pas un caractère oxydant particulièrement marqué. La corrosion de certains métaux résulte donc de l'action de l'ion H3O+. C'est la même chose pour HCl.
Ceci étant, en milieu acide fort oxydant, HClO4, HNO3,...l'attaque du nickel est significative et résulte pour HNO3 des propriétés oxydantes de l'ion NO3- en milieu acide et non de l'action de l'ion H3O+
Il en serait peut être différent en milieu sulfurique concentré et chaud, tel un oléum constitué d'acide sulfurique, de dioxyde et de tri-oxyde de soufre. Je n'ai jamais eu la curiosité d'essayer, et ça n'est pas la question !
Cdt