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.

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) krystal_dva má hexagonální strukturu brucitu (Mg (OH)_dva). Ideální formou jsou vrstvy NiO_dva 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 H_dvaO, OH^-, SW₄^dva- a CO₃^dva-, 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 Ni^dva+ 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^- Ani^{dva+ -}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 H_dvaNEBO). 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 (NiCl_dva) 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..

Elektrochemická kapacita Ni (OH) katod_dva přímo souvisí s morfologií a velikostí jeho částic. Ni (OH) nanočástice_dva 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.

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) + H_dvaNEBO

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).

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) + H_dvaNEBO

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.

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.