Budowa, właściwości i zastosowanie wodorotlenku kobaltu

1328
Anthony Golden

Plik wodorotlenek kobaltu to ogólna nazwa wszystkich związków, w których uczestniczą kationy kobaltu i anion OH-. Wszystkie są z natury nieorganiczne i mają wzór chemiczny Co (OH)n, gdzie n jest równe wartościowości lub dodatnim ładunkom centrum metalu kobaltu.

Ponieważ kobalt jest metalem przejściowym z półpełnymi orbitaliami atomowymi, przez pewien mechanizm elektroniczny jego wodorotlenki odbijają intensywne kolory w wyniku interakcji Co-O. Te kolory, jak również struktury, są w dużym stopniu zależne od ich ładunku i od gatunków anionowych, które konkurują z OH-.

Źródło: By Chemicalinterest [domena publiczna], z Wikimedia Commons

Kolory i struktury nie są takie same dla Co (OH)dwa, Co (OH)3 lub dla CoO (OH). Chemia stojąca za wszystkimi tymi związkami jest przeznaczona do syntezy materiałów stosowanych w katalizie.

Z drugiej strony, chociaż mogą być złożone, tworzenie dużej części z nich rozpoczyna się w środowisku podstawowym; dostarczany przez mocną zasadę NaOH. W związku z tym różne warunki chemiczne mogą utleniać kobalt lub tlen..

Indeks artykułów

  • 1 Struktura chemiczna
    • 1.1 Kowalencyjne
    • 1.2 Jednostki koordynujące
  • 2 Właściwości
    • 2.1 Wodorotlenek kobaltu (II)
    • 2.2 Wodorotlenek kobaltu (III)
  • 3 Produkcja
  • 4 Zastosowania
    • 4.1 Synteza nanomateriałów
  • 5 Referencje

Struktura chemiczna

Jaka jest struktura wodorotlenku kobaltu? Jego ogólny wzór Co (OH)n jest interpretowane jonowo w następujący sposób: w sieci krystalicznej zajmowanej przez liczbę Con+, będzie n razy większa ilość anionów OH- oddziaływanie z nimi elektrostatycznie. Zatem dla Co (OH)dwa będą dwa OH- dla każdego kationudwa+.

Ale to nie wystarczy, aby przewidzieć, jaki układ krystaliczny przyjmą te jony. Rozumując siły kulombowskie, Co3+ silniej przyciąga OH- w porównaniu do Codwa+.

Fakt ten powoduje, że odległości lub wiązanie Co-OH (nawet przy jego silnym charakterze jonowym) ulegają skróceniu. Ponadto, ponieważ oddziaływania są silniejsze, elektrony w zewnętrznych powłokach Co3+ przechodzą energetyczną zmianę, która zmusza je do absorbowania fotonów o różnych długościach fal (ciało stałe ciemnieje).

Takie podejście jest jednak niewystarczające do wyjaśnienia zjawiska zmiany koloru w zależności od struktury..

To samo dotyczy tlenowodorotlenku kobaltu. Jego formuła CoO OH jest interpretowana jako kation3+ oddziałując z anionem tlenkowym, Odwa-, i OH-. Związek ten stanowi podstawę do syntezy mieszanego tlenku kobaltu: Co3LUB4 [CoO · CodwaLUB3].

Kowalencyjne

Wodorotlenki kobaltu można również wizualizować, choć mniej precyzyjnie, jako pojedyncze cząsteczki. Co (OH)dwa można następnie narysować jako liniową cząsteczkę OH-Co-OH, a Co (OH)3 jak płaski trójkąt.

W odniesieniu do CoO (OH), jego cząsteczka z tego podejścia byłaby narysowana jako O = Co-OH. Anion Odwa- tworzy podwójne wiązanie z atomem kobaltu i inne pojedyncze wiązanie z OH-.

Jednak interakcje między tymi cząsteczkami nie są wystarczająco silne, aby „uzbroić” złożone struktury tych wodorotlenków. Na przykład Co (OH)dwa może tworzyć dwie struktury polimerowe: alfa i beta.

Oba są laminarne, ale mają różne uporządkowanie jednostek i są również zdolne do interkalacji małych anionów, takich jak CO3dwa-, między jej warstwami; co jest bardzo interesujące przy projektowaniu nowych materiałów z wodorotlenków kobaltu.

Jednostki koordynacyjne

Struktury polimerowe można lepiej wyjaśnić, rozważając ośmiościan koordynacyjny wokół centrów kobaltu. Dla Co (OH)dwa, ponieważ ma dwa aniony OH- interakcji z Codwa+, potrzebujesz czterech cząsteczek wody (jeśli użyto wodnego roztworu NaOH) do uzupełnienia ośmiościanu.

Zatem Co (OH)dwa to właściwie Co (H.dwaLUB)4(O)dwa. Aby ten oktaedr tworzył polimery, musi być połączony mostkami tlenowymi: (OH) (HdwaLUB)4Co-O-Co (H.dwaLUB)4(O). Złożoność strukturalna wzrasta w przypadku CoO (OH), a jeszcze bardziej w przypadku Co (OH)3.

Nieruchomości

Wodorotlenek kobaltu (II)

-Wzór: Co (OH)dwa.

-Masa cząsteczkowa: 92,948 g / mol.

-Wygląd: różowawo-czerwony proszek lub czerwony proszek. Istnieje niestabilna niebieska forma wzoru α-Co (OH)dwa

-Gęstość: 3,597 g / cm3.

-Rozpuszczalność w wodzie: 3,2 mg / l (słabo rozpuszczalny).

-Rozpuszczalny w kwasach i amoniaku. Nierozpuszczalny w rozcieńczonych zasadach.

-Temperatura topnienia: 168 ° C.

-Czułość: wrażliwa na powietrze.

-Stabilność: jest stabilna.

Wodorotlenek kobaltu (III)

-Wzór: Co (OH)3

-Masa cząsteczkowa: 112,98 g / mol.

-Wygląd: na dwa sposoby. Stabilny czarno-brązowy kształt i niestabilny ciemnozielony pokrój z tendencją do ciemnienia.

Produkcja

Dodanie wodorotlenku potasu do roztworu azotanu kobaltu (II) powoduje pojawienie się niebiesko-fioletowego osadu, który po podgrzaniu przekształca się w Co (OH)dwa, tj. wodorotlenek kobaltu (II).

Co (OH)dwa wytrąca się po dodaniu wodorotlenku metalu alkalicznego do wodnego roztworu soli Codwa+

Współdwa+     +        2 NaOH => Co (OH)dwa      +         2 Na+

Aplikacje

-Znajduje zastosowanie w produkcji katalizatorów do rafinacji ropy naftowej oraz w przemyśle petrochemicznym. Ponadto używany jest Co (OH)dwa w przygotowaniu soli kobaltu.

-Wodorotlenek kobaltu (II) jest używany do produkcji suszarek do farb oraz do produkcji elektrod akumulatorowych.

Synteza nanomateriałów

-Wodorotlenki kobaltu są surowcem do syntezy nanomateriałów o nowatorskich strukturach. Na przykład z Co (OH)dwa Zaprojektowano nanokopy tego związku o dużej powierzchni, aby uczestniczyć jako katalizator w reakcjach utleniania. Te nanokopy są impregnowane na porowatych elektrodach niklowych lub krystalicznych elektrodach węglowych.

-Starano się zastosować nanopręty z wodorotlenku węglanu z węglanem umieszczonym w ich warstwach. Wykorzystują reakcję utleniania Codwa+ do Co3+, okazał się materiałem o potencjalnych zastosowaniach elektrochemicznych.

-W ramach badań zsyntetyzowano i scharakteryzowano za pomocą technik mikroskopowych nanodyski mieszanego tlenku kobaltu i oksywodorotlenku z utleniania odpowiednich wodorotlenków w niskich temperaturach..

Sztaby, krążki i płatki wodorotlenku kobaltu o strukturach w skali nanometrycznej otwierają drzwi do ulepszeń w świecie katalizy, a także wszelkich zastosowań dotyczących elektrochemii i maksymalnego wykorzystania energii elektrycznej w nowoczesnych urządzeniach..

Bibliografia

  1. Clark J. (2015). Kobalt. Zaczerpnięte z: chemguide.co.uk
  2. Wikipedia. (2018). Wodorotlenek kobaltu (II). Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org
  3. PubChem. (2018). Kobaltowy. Wodorotlenek. Zaczerpnięte z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Rovetta AAS i kol. (11 lipca 2017). Nanopłatki wodorotlenku kobaltu i ich zastosowanie jako superkondensatorów i katalizatorów wydzielania tlenu. Odzyskany z: ncbi.nlm.nih.gov
  5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao i X. P. Gao. (2008). Wydajność elektrochemiczna nanoprętów węglanu wodorotlenku kobaltu. Litery elektrochemiczne i półprzewodnikowe, 11 12 A215-A218.
  6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens i Ray L. Frost. (2010). Synteza i charakterystyka nanodysków wodorotlenku kobaltu, tlenowodorotlenku kobaltu i tlenku kobaltu. Odzyskany z: pubs.acs.org

Jeszcze bez komentarzy