Struktura hydroxidu niklu (II), vlastnosti, použití, rizika

1636
Basil Manning
Struktura hydroxidu niklu (II), vlastnosti, použití, rizika

The hydroxid nikelnatý Je to zelená krystalická anorganická pevná látka, kde kov niklu má oxidační číslo 2+. Jeho chemický vzorec je Ni (OH)dva. Lze jej získat přidáním alkalických roztoků hydroxidu draselného (KOH), hydroxidu sodného (NaOH) nebo hydroxidu amonného (NH)4OH), po kapkách do vodných roztoků solí niklu (II), jako je chlorid nikelnatý (NiCl)dva) nebo dusičnan nikelnatý (Ni (NO3)dva).

Za takových okolností se vysráží jako objemný zelený gel, který po dlouhodobém stání krystalizuje. Jeho krystaly mají strukturu brucitu nebo hydroxidu hořečnatého Mg (OH)dva.

Krystaly hydroxidu niklu, Ni (OH)dva, ve zkumavce. Autor: Ondřej Mangl - Vlastní sbírka, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2222697. Zdroj: Wikipedia Commons.

V přírodě Ni (OH)dva se nachází v minerálu theophrastite (z angličtiny teofrastit), který byl poprvé zaznamenán v roce 1981, když byl nalezen v severním Řecku.

Ni (OH)dva krystalizuje do dvou polymorfních fází, fáze α a β, což závisí na způsobu, jakým krystalizovala.

Je rozpustný v kyselinách a odstín jeho nazelenalé barvy závisí na výchozí soli niklu.

Již dlouho se používá jako katoda v dobíjecích alkalických bateriích. Má použití v elektrokatalýze, což z něj dělá velmi užitečný materiál v palivových článcích a elektrosyntéze, mezi několika aplikacemi.

Představuje zdravotní rizika při vdechování, požití nebo při styku s kůží nebo očima. Je také považován za karcinogenní látku.

Rejstřík článků

  • 1 Krystalová struktura
  • 2 Elektronická konfigurace
  • 3 Názvosloví
  • 4 Vlastnosti
    • 4.1 Fyzický stav
    • 4.2 Molekulová hmotnost
    • 4.3 Bod tání
    • 4.4 Hustota
    • 4.5 Rozpustnost
    • 4.6 Další vlastnosti
  • 5 použití
    • 5.1 V bateriích
    • 5.2 V analytických aplikacích
    • 5.3 Při elektrokatalýze reakcí
    • 5.4 V různých použitích
  • 6 Rizika
  • 7 Reference

Krystalická struktura

Hydroxid nikelnatý může krystalizovat dvěma různými způsoby: α-Ni (OH)dva a β-Ni (OH)dva.

Ni (OH) krystaldva má hexagonální strukturu brucitu (Mg (OH)dva). Ideální formou jsou vrstvy NiOdva v rovinném hexagonálním uspořádání Ni kationtů v oktaedrické koordinaci s kyslíkem.

Forma α-Ni (OH)dva je charakterizován tím, že je spíše amorfní neuspořádanou strukturou s variabilním interlaminárním prostorem, ale která je větší než ve fázi β. To je vysvětleno, protože ve své struktuře představuje několik druhů rozptýlených mezi vrstvami, například HdvaO, OH-, SW4dva- a CO3dva-, v závislosti na výchozím aniontu niklové soli.

Β-Ni (OH)dva Má také vrstvenou strukturu, ale mnohem jednodušší, uspořádanější a kompaktní. Interlaminární prostor je 4,60 A. OH skupiny jsou „volné“, to znamená, že netvoří vodíkové vazby..

Elektronická konfigurace

V Ni (OH)dva Nikl je v oxidačním stavu 2+, což znamená, že jeho vnějšímu plášti chybí 2 elektrony. Elektronová konfigurace Nidva+ je: [Ar] 3d8, kde [Ar] je elektronová konfigurace argonu vzácného plynu.

V Ni (OH)dva, elektrony-d atomů Ni se nachází ve středu malého zkresleného osmistěnu O. Každý atom O vezme jeden elektron z H a 1/3 atomů Ni, což způsobí, že každý atom Ni ztratí 2 elektrony-d.

Jednoduchý způsob, jak to vyjádřit, je následující:

H-O- Anidva+ -ACH

Nomenklatura

- Hydroxid nikelnatý

- Dihydroxid nikelnatý

- Monohydrát oxidu nikelnatého

Vlastnosti

Fyzický stav

Modrozelená nebo žlutozelená krystalická pevná látka.

Molekulární váha

92,708 g / mol.

Bod tání

230 ° C (taje za rozkladu).

Hustota

4,1 g / cm3 při 20 ° C.

Rozpustnost

Prakticky nerozpustný ve vodě (0,00015 g / 100 g HdvaNEBO). Je snadno rozpustný v kyselinách. Je také velmi rozpustný v roztokech amoniaku (NH3), protože s touto formou jsou komplexy modrofialové barvy.

Další vlastnosti

Není to amfoterní sloučenina. To znamená, že nemůže působit jako kyselina i jako báze..

Když Ni (OH)dva se získává z roztoků chloridu nikelnatého (NiCldva) má modrozelenou barvu, zatímco pokud se vysráží z roztoků dusičnanu nikelnatého (Ni (NO3)dva) má zelenožlutou barvu.

Alfa fáze (α-Ni (OH)dva) má elektrochemické vlastnosti větší než beta fáze. Je to proto, že v alfa je pro každý atom niklu k dispozici větší počet elektronů..

Beta forma (β-Ni (OH)dva) představil vlastnosti polovodičového typu-p.

Aplikace

V bateriích

Nejdelší používání Ni (OH)dva je to v bateriích. V roce 1904 ji Thomas Edison použil společně s oxidem NiO (OH) jako materiál pro katodu alkalických baterií..

Nikl-kadmiové baterie. © Raimond Spekking. Zdroj: Wikipedia Commons.

Elektrochemická kapacita Ni (OH) katoddva přímo souvisí s morfologií a velikostí jeho částic. Ni (OH) nanočásticedva Díky své malé velikosti mají vynikající elektrochemické chování a vyšší difúzní protonový koeficient než větší částice..

Byl široce používán jako katodový materiál v mnoha dobíjecích alkalických bateriích, jako je například nikl-kadmium, nikl-vodík, nikl-železo. Používá se také ve vysoce výkonných superkondenzátorech.

Nikl-kadmiová baterie pro automobily. Autor: Claus Ableiter. Zdroj: Vlastní práce. Zdroj: Wikipedia Commons

Reakce v těchto zařízeních zahrnuje oxidaci Ni (OH)dva během fáze nabíjení a redukce NiO (OH) během fáze výboje v alkalickém elektrolytu:

Ni (OH)dva + Ach- - a- ⇔ NiO (OH) + HdvaNEBO

Tato rovnice je reverzibilní a nazývá se redoxní přechod..

V analytických aplikacích

Α-Ni (OH)dva Používá se k vývoji elektrochemických senzorů pro stanovení vitaminu D.3, nebo cholekalciferol, forma vitaminu D, kterou lze získat vystavením pokožky slunečnímu záření nebo některými potravinami (vaječný žloutek, kravské mléko, čerstvý losos a olej z tresčích jater).

Potraviny, které nám dodávají vitamin D. Zdroj: Pixabay

Použití hybridních senzorů obsahujících α-Ni (OH)dva, společně s oxidem grafenu a oxidem křemičitým umožňuje kvantifikaci vitaminu D.3 přímo v biologických matricích.

Dále neuspořádaná lamelová struktura α-Ni (OH)dva usnadňuje vstup a výstup iontů v prázdných strukturálních prostorech, což upřednostňuje elektrochemickou reverzibilitu senzoru.

Při elektrokatalýze reakcí

Redoxní přechod mezi Ni (OH)dva a NiO (OH) se také používá při katalytické oxidaci mnoha malých organických sloučenin v alkalickém elektrolytu. Mechanismus této elektrokatalytické oxidace je následující:

Ni (OH)dva + Ach- - a- ⇔ NiO (OH) + HdvaNEBO

NiO (OH) + organická sloučenina → produkt Ni (OH) 2 +

Organickou sloučeninou může být například glukóza a produkt glukolakton.

Elektrokatalýza oxidačních reakcí malých molekul má uplatnění v palivových článcích, elektroanalýze, elektrosyntéze a elektrodové degradaci.

Elektromobily s palivovými články na čerpací stanici s vodíkem. Autor: Bexim. Zdroj: Vlastní práce. Zdroj: Wikipedia Commons.

V různých použitích

Jeho elektrokatalytické vlastnosti upozornily na použití ve fotokatalýze, elektrochromních zařízeních, adsorbentech a prekurzorech nanostruktur..

Kromě toho má potenciální použití jako pigment kvůli své vysoké odrazivosti..

Rizika

Při zahřátí na rozklad vydává toxické plyny. Vystavení Ni (OH)dva představuje řadu rizik. Při vdechování dráždí sliznici horních cest dýchacích, může způsobit astma a může způsobit plicní fibrózu..

Při kontaktu s očima dráždí spojivkovou membránu. Na pokožce způsobuje senzibilizaci, pálení nebo svědění a erytém, což způsobuje těžkou dermatitidu a kožní alergie.

Může také ovlivnit ledviny, gastrointestinální trakt, neurologický systém a může způsobit kardiovaskulární poškození. Může poškodit plod těhotných žen.

Ni (OH)dva je karcinogenní. Souvisí to s rizikem vzniku rakoviny nosu a plic. Úmrtí pracovníků na rakovinu byla hlášena v továrnách na nikl-kadmiové baterie.

Byl klasifikován jako velmi toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými škodlivými účinky..

Pokud jde o rostliny, existuje určitý rozpor, protože i když je nikl toxický pro život rostlin, je také nezbytnou mikroživinou pro jeho vývoj. Vyžadováno v extrémně malém množství pro optimální růst rostlin.

Reference

  1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley & Sons.
  2. Andrade, T.M. et al. (2018). Účinek srážecích činidel na strukturní, morfologické a kolorimetrické vlastnosti částic hydroxidu niklu. Koloidní a komunikační rozhraní Science. 23 (2019) 6--13. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  3. Haoran Wang a Changjiang Song. (2019). Elektronová a fononová struktura hydroxidu nikelnatého: studie výpočtu prvního principu. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Obnoveno z odkazu.springer.com.
  4. Národní lékařská knihovna. (2019). Hydroxyde niklu. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  5. Canevari, T.C. (2014). Syntéza a charakterizace částic hydroxidu alfa-niklu (II) na organicko-anorganické matrici a její aplikace v citlivém elektrochemickém senzoru pro stanovení vitaminu D. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  6. Miao, Y. a kol. (2014). Elektrokatalýza a elektroanalýza niklu, jeho oxidů, hydroxidů a oxyhydroxidů směrem k malým molekulám. Biosenzory a bioelektronika. 53 (2014) 428-439. Obnoveno ze sciencedirect.com.

Zatím žádné komentáře