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

The hydroxid nikelnatý Je to anorganická sloučenina, kde má kovový nikl oxidační číslo 3+. Jeho chemický vzorec je Ni (OH)₃. Podle konzultovaných zdrojů dosud nebylo možné ověřit existenci hydroxidu nikelnatého Ni (OH)₃, ale bylo možné získat oxo-hydroxid nikelnatý, NiO (OH).

Oxohydroxid nikelnatý NiO (OH) je černá krystalická pevná látka, která krystalizuje ve dvou formách: beta a gama. Nejběžnější krystalickou formou NiO (OH) je beta.

NiO (OH) lze získat oxidací roztoků dusičnanů niklu (II) (Ni (NO₃)_dva) s chlorem (Cl_dva) nebo brom (Br_dva) v přítomnosti hydroxidu draselného (KOH). Oxohydroxid nikelnatý je velmi rozpustný v kyselinách. Má uplatnění v niklových bateriích, v superkondenzátorech a jako regenerovatelný katalyzátor.

Oxid hydroxidu nikelnatého NiO (OH) a hydroxidu nikelnatého Ni (OH)_dva jsou sjednoceni v provozu většiny svých aplikací, protože obě jsou součástí stejné rovnice redukce oxidů.

Jako sloučenina niklu představuje NiO (OH) stejná rizika jako jiné soli niklu, tj. Podráždění kůže nebo dermatitida a rakovina..

Rejstřík článků

• 1 Krystalová struktura
• 2 Elektronická konfigurace
• 3 Názvosloví
• 4 Vlastnosti
  • 4.1 Fyzický stav
  • 4.2 Rozpustnost
  • 4.3 Další vlastnosti
• 5 použití
  • 5.1 V niklových bateriích
  • 5.2 V elektrokatalýze jako regenerovatelný katalyzátor
  • 5.3 V superkondenzátorech
  • 5.4 Při oxidaci kovových iontů
• 6 Rizika
• 7 Reference

Krystalická struktura

Oxohydroxid nikelnatý krystalizuje ve dvou formách: beta a gama. Beta forma β-NiO (OH) má velmi podobnou strukturu jako β-Ni (OH)_dva, což se zdá logické, protože první pochází z oxidace druhé.

Forma gama y-NiO (OH) je produkt oxidace hydroxidu niklu (II) v jeho alfa formě, α-Ni (OH)_dva. Stejně jako druhá má gama vrstvenou strukturu s ionty alkalických kovů, anionty a vodou rozptýlenou mezi vrstvami..

Elektronická konfigurace

V NiO (OH) je nikl v oxidačním stavu 3+, což znamená, že v jeho vnějších vrstvách chybí 3 elektrony, to znamená, že ve vrstvě 4 chybí dva elektronys a elektron ze skořápky 3d. Elektronová konfigurace Ni³⁺ v NiO (OH) je to: [Ar] 3d⁷, kde [Ar] je elektronová konfigurace argonu vzácného plynu.

Nomenklatura

- NiO (OH): oxohydroxid nikelnatý

- Niklová černá

Vlastnosti

Fyzický stav

Černá krystalická pevná látka.

Rozpustnost

NiO (OH) oxohydroxid je velmi rozpustný v kyselinách. Gama fáze se rozpouští v kyselině sírové s vývojem kyslíku.

Další vlastnosti

V horké vodě se z ní stává nikl (II) a (III) oxohydroxid, Ni₃NEBO_dva(ACH)₄.

Při 140 ° C se rozkládá na oxid nikelnatý (NiO), vodu a kyslík.

Gama fázi (γ-NiO (OH)) lze získat různými způsoby, například zpracováním niklu roztavenou směsí peroxidu sodného (Na_dvaNEBO_dva) a hydroxid sodný (NaOH) při 600 ° C a ochlazení v ledové vodě.

Gama fáze se při zahřátí na 138 ° C rozkládá.

Aplikace

V niklových bateriích

Edisonova nikl-železná baterie, ve které se jako elektrolyt používá KOH, je založena na reakci oxohydroxidu nikelnatého se železem:

Stažení:

Fe + 2NiO (OH) + H_dvaO ⇔ Fe (OH)_dva + 2Ni (OH)_dva

Zatížení:

Jedná se o reverzibilní oxidačně-redukční reakci.

Na anodě těchto baterií probíhá řada chemických a elektrochemických procesů. Zde je obecný přehled:

Stažení

β-Ni (OH)_dva       ⇔ β-NiO (OH) + H⁺ + a^-

                                                 Zatížení

Stárnutí ↑ ↓ Přetížení

Stažení

α-Ni (OH)_dva       ⇔ γ-NiO (OH) + H⁺ + a^-

                                                Zatížení

V technologii niklových baterií se nikl (III) oxohydroxid NiO (OH) nazývá „aktivní hmota niklu“.

V elektrokatalýze jako regenerovatelný katalyzátor

NiO (OH) se úspěšně používá při elektrosyntéze azopyrazolů elektrokatalytickou oxidací aminopyrazolů. Rovněž byla prokázána jeho užitečnost při syntéze karboxylových kyselin z alkoholů nebo karbonylových sloučenin..

Dalším příkladem je kvantitativní přeměna hydroxymethylpyridinu na pyridinkarboxylovou kyselinu. V tomto případě je ocelová nebo niklová elektroda odpovídající anodě pokryta vrstvou NiO (OH). Médium, ve kterém se provádí elektrolýza, je zásadité.

Při těchto reakcích působí NiO (OH) jako mediátor redukční-oxidace nebo „redoxní“ mediátor..

Elektrolýza se provádí v článku s niklovou anodou a titanovou katodou v alkalickém prostředí. Během procesu se tvoří Ni (OH)_dva na povrchu niklové anody, která se rychle oxiduje na NiO (OH):

Ni (OH)_dva + Ach^- - a^- ⇔ NiO (OH) + H_dvaNEBO

NiO (OH) reaguje s organickým substrátem a získává se požadovaný organický produkt regenerací Ni (OH)_dva:

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

Jak se regeneruje Ni (OH)_dva, katalýza pokračuje.

Použití NiO (OH) jako elektrokatalyzátoru umožňuje získat organické sloučeniny s nízkými náklady a ekologickým způsobem.

V superkondenzátorech

NiO (OH) společně s Ni (OH)_dva vyrábět vynikající materiály pro superkondenzátorové elektrody. superkondenzátory).

Ni (OH)_dva + Ach^-  ⇔ NiO (OH) + H_dvaO + e^-

Mají vysokou kapacitu, nízké náklady a podle některých referencí i nízký dopad na životní prostředí.

Mají však nízkou vodivost. To je řešeno použitím nanočástic uvedených sloučenin, protože to zvětšuje povrch a zmenšuje vzdálenost potřebnou pro difúzi, což zajišťuje vysokou rychlost přenosu elektronů a / nebo iontů..

Při oxidaci kovových iontů

Jedna z komerčních aplikací oxohydroxidu nikelnatého je založena na jeho schopnosti oxidovat ionty kobaltu v roztoku na ionty kobaltu..

Rizika

Nikl v roztoku je stabilnější jako Ni iont^dva+, proto není obvyklé přijít do styku s roztoky Ni³⁺. Opatření jsou však stejná, protože nikl, ať už kovový, v roztoku nebo ve formě jeho pevných solí, může způsobit senzibilizaci kůže..

Doporučuje se používat ochranné prostředky a oděv, jako je obličejový štít, rukavice a bezpečnostní obuv. To vše musí být použito, kdykoli existuje možnost kontaktu s roztoky niklu..

Pokud se objeví dermatitida, měla by být ošetřena lékařem, aby se vyloučilo, že je způsobena niklem..

Pokud jde o možnost vdechování, je dobrým zvykem udržovat ve vzduchu velmi nízkou koncentraci prachu nikelnatých solí pomocí místního větrání a v případě potřeby používat ochranu dýchacích cest..

Všechny sloučeniny niklu jsou klasifikovány Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny nebo IARC. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny), v kategorii karcinogenů pro člověka.

Toto je založeno na epidemiologických a experimentálních datech.

Reference

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, B.V. et al. Elektrosyntéza azopyrazolů oxidací N-alkylaminopyrazolů na NiO (OH) anodě ve vodné zásadě - Zelená metoda pro N-N homocoupling. Čtyřstěn dopisy. 59 (2018) 2741-2744. Obnoveno ze sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang a kol. (2018). Materiály na bázi niklu pro superkondenzátory. Materiály dnes. Obnoveno ze sciencedirect.com
4. Ettel, V.A. a Mosolu, M. A. (1977). Příprava niklové černé. NÁS. Patent č. 4 006 216. 1. února 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Způsob oxidace derivátů hydroxymethylpyridinu na deriváty pyridinkarboxylové kyseliny na anodách hydroxidu niklu. NÁS. Patent č. 5,259,933. 9. listopadu 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Svazek 17. Čtvrté vydání. John Wiley & Sons.
7. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Páté vydání. Svazek A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Hydroxidy niklu. V příručce k bateriovým materiálům. Vydavatel VCH. Obnoveno z osti.gov.