Struktura wodorotlenku niklu (II), właściwości, zastosowania, zagrożenia

Plik wodorotlenek niklu (II) Jest to zielone, krystaliczne nieorganiczne ciało stałe, w którym metaliczny nikiel ma stopień utlenienia 2+. Jego wzór chemiczny to Ni (OH)_dwa. Można go uzyskać dodając alkaliczne roztwory wodorotlenku potasu (KOH), sodu (NaOH) lub amonu (NH₄OH), kroplami do wodnych roztworów soli niklu (II), takich jak chlorek niklu (II) (NiCl_dwa) lub azotan niklu (II) (Ni (NO₃)_dwa).

W takich okolicznościach wytrąca się jako obszerny zielony żel, który krystalizuje po dłuższym odstawieniu. Jego kryształy mają strukturę brucytu lub wodorotlenku magnezu Mg (OH)_dwa.

W naturze Ni (OH)_dwa znajduje się w mineralnym teofrastycie (z angielskiego teofrastyt), który po raz pierwszy odnotowano w 1981 r., gdy został znaleziony w północnej Grecji.

Ni (OH)_dwa krystalizuje na dwie fazy polimorficzne, fazę α i β, co zależy od sposobu, w jaki się krystalizował.

Jest rozpuszczalny w kwasach, a odcień zielonkawego koloru zależy od wyjściowej soli niklu.

Od dawna jest używany jako katoda w akumulatorach alkalicznych. Ma zastosowanie w elektrokatalizie, co czyni go bardzo użytecznym materiałem w ogniwach paliwowych i elektrosyntezie, wśród kilku zastosowań.

Stwarza zagrożenie dla zdrowia w przypadku wdychania, spożycia lub kontaktu ze skórą lub oczami. Jest również uważany za czynnik rakotwórczy.

Indeks artykułów

• 1 Struktura kryształu
• 2 Konfiguracja elektroniczna
• 3 Nazewnictwo
• 4 Właściwości
  • 4.1 Stan fizyczny
  • 4.2 Masa cząsteczkowa
  • 4.3 Temperatura topnienia
  • 4.4 Gęstość
  • 4.5 Rozpuszczalność
  • 4.6 Inne właściwości
• 5 zastosowań
  • 5.1 W bateriach
  • 5.2 W zastosowaniach analitycznych
  • 5.3 W elektrokatalizie reakcji
  • 5.4 W różnych zastosowaniach
• 6 Ryzyka
• 7 Referencje

Struktura krystaliczna

Wodorotlenek niklu (II) może krystalizować na dwa różne sposoby: α-Ni (OH)_dwa i β-Ni (OH)_dwa.

Kryształ Ni (OH)_dwa ma heksagonalną strukturę brucytu (Mg (OH)_dwa). Idealną formą są warstwy NiO_dwa w płaskim sześciokątnym układzie kationów Ni w oktaedrycznej koordynacji z tlenem.

Postać α-Ni (OH)_dwa charakteryzuje się raczej bezpostaciową, nieuporządkowaną strukturą, ze zmienną przestrzenią międzywarstwową, ale większą niż w fazie β. Jest to wyjaśnione, ponieważ w swojej strukturze przedstawia kilka gatunków przeplatanych między warstwami, takich jak H._dwaO, OH^-, południowy zachód₄^dwa- i CO₃^dwa-, w zależności od wyjściowego anionu soli niklu.

Β-Ni (OH)_dwa Ma również strukturę warstwową, ale znacznie prostszą, uporządkowaną i zwartą. Przestrzeń międzywarstwowa wynosi 4,60 A. Grupy OH są „wolne”, to znaczy nie tworzą wiązań wodorowych..

Elektroniczna Konfiguracja

W Ni (OH)_dwa Nikiel jest na stopniu utlenienia 2+, co oznacza, że ​​w jego zewnętrznej powłoce brakuje 2 elektronów. Konfiguracja elektronowa Ni^dwa+ to: [Ar] 3re⁸, gdzie [Ar] jest konfiguracją elektronową argonu gazu szlachetnego.

W Ni (OH)_dwa, elektrony-re atomów Ni znajduje się w centrum małego zniekształconego oktaedru O. Każdy atom O pobiera jeden elektron z atomu H i 1/3 atomu Ni, co powoduje, że każdy atom Ni traci 2 elektrony-re.

Prosty sposób na przedstawienie tego jest następujący:

H-O^- Ani^{dwa+ -}O

Nomenklatura

- Wodorotlenek niklu (II)

- Diwodorotlenek niklu

- Monohydrat tlenku niklu (II)

Nieruchomości

Stan fizyczny

Niebiesko-zielone lub żółtawozielone krystaliczne ciało stałe.

Waga molekularna

92,708 g / mol.

Temperatura topnienia

230 ºC (topi się z rozkładem).

Gęstość

4,1 g / cm³ przy 20 ºC.

Rozpuszczalność

Praktycznie nierozpuszczalny w wodzie (0,00015 g / 100 g H_dwaLUB). Jest łatwo rozpuszczalny w kwasach. Jest również bardzo dobrze rozpuszczalny w roztworach amoniaku (NH₃), ponieważ z tą formą tworzy kompleksy o barwie niebieskawo-fioletowej.

Inne właściwości

Nie jest to związek amfoteryczny. Oznacza to, że nie może działać zarówno jako kwas, jak i zasada..

Kiedy Ni (OH)_dwa jest otrzymywany z roztworów chlorku niklu (NiCl_dwa) ma niebieskawo-zieloną barwę, natomiast jeśli wytrąca się z roztworów azotanu niklu (Ni (NO₃)_dwa) ma kolor zielono-żółty.

Faza alfa (α-Ni (OH)_dwa) ma właściwości elektrochemiczne większe niż faza beta. Dzieje się tak, ponieważ w alfa istnieje większa liczba elektronów dostępnych dla każdego atomu niklu..

Forma beta (β-Ni (OH)_dwa) przedstawił charakterystykę typu półprzewodnika-p.

Aplikacje

W bateriach

Najdłużej używane Ni (OH)_dwa jest w bateriach. W 1904 roku Thomas Edison użył go razem z tlenkiem NiO (OH) jako materiału na katodę baterii alkalicznych..

Pojemność elektrochemiczna katod Ni (OH)_dwa ma to bezpośredni związek z morfologią i rozmiarem jego cząstek. Nanocząsteczki Ni (OH)_dwa Ze względu na mały rozmiar mają lepsze właściwości elektrochemiczne i wyższy współczynnik dyfuzji protonów niż większe cząstki..

Jest szeroko stosowany jako materiał na katodę w wielu ładowalnych bateriach alkalicznych, takich jak między innymi nikiel-kadm, nikiel-wodór, nikiel-żelazo. Został również użyty w superkondensatorach o wysokiej wydajności.

Reakcja w tych urządzeniach obejmuje utlenianie Ni (OH)_dwa podczas fazy ładowania i redukcji NiO (OH) podczas fazy rozładowania w elektrolicie alkalicznym:

Ni (OH)_dwa + O^- - i^- ⇔ NiO (OH) + H_dwaLUB

To równanie jest odwracalne i nazywane jest przejściem redoks..

W zastosowaniach analitycznych

Α-Ni (OH)_dwa Został wykorzystany do opracowania czujników elektrochemicznych do oznaczania witaminy D.₃, lub cholekalcyferol, forma witaminy D, którą można uzyskać wystawiając skórę na działanie promieni słonecznych lub przez niektóre pokarmy (żółtko jaja, mleko krowie, świeży łosoś i olej z wątroby dorsza).

Zastosowanie czujników hybrydowych zawierających α-Ni (OH)_dwa, wraz z tlenkiem grafenu i krzemionką pozwala na ilościowe oznaczenie witaminy D.₃ bezpośrednio w matrycach biologicznych.

Ponadto nieuporządkowana płytkowa struktura α-Ni (OH)_dwa ułatwia wejście i wyjście jonów w puste przestrzenie strukturalne, co sprzyja elektrochemicznej odwracalności czujnika.

W elektrokatalizie reakcji

Przejście redoks między Ni (OH)_dwa a NiO (OH) był również stosowany do katalitycznego utleniania wielu małych związków organicznych w elektrolicie alkalicznym. Mechanizm tego elektrokatalitycznego utleniania jest następujący:

Ni (OH)_dwa + O^- - i^- ⇔ NiO (OH) + H_dwaLUB

NiO (OH) + związek organiczny → Ni (OH) 2 + produkt

Związkiem organicznym może być na przykład glukoza i produkt glukolakton.

Elektrokataliza reakcji utleniania małych cząsteczek ma zastosowanie w ogniwach paliwowych, elektroanalizie, elektrosyntezie i elektrodegradacji.

W różnych zastosowaniach

Jego właściwości elektrokatalityczne zwróciły uwagę na zastosowania w fotokatalizie, urządzeniach elektrochromowych, adsorbentach i prekursorach nanostruktur..

Ponadto ma potencjalne zastosowanie jako pigment ze względu na wysoki współczynnik odbicia..

Ryzyka

Po podgrzaniu do rozkładu wydziela toksyczne gazy. Ekspozycja na Ni (OH)_dwa stwarza szereg zagrożeń. Wdychany działa drażniąco na błonę śluzową górnych dróg oddechowych, może powodować astmę i zwłóknienie płuc..

W kontakcie z oczami podrażnia błonę spojówki. W skórze powoduje uczulenie, pieczenie lub swędzenie i rumień, powodując ostre zapalenie skóry i alergie skórne.

Może również wpływać na nerki, przewód pokarmowy, układ neurologiczny i może powodować uszkodzenie układu sercowo-naczyniowego. Może działać szkodliwie na płód kobiet w ciąży.

Ni (OH)_dwa jest rakotwórczy. Jest to związane z ryzykiem zachorowania na raka nosa i płuc. W fabrykach akumulatorów niklowo-kadmowych odnotowano zgony pracowników z powodu raka.

Został sklasyfikowany jako bardzo toksyczny dla organizmów wodnych, z długotrwałymi szkodliwymi skutkami..

W przypadku roślin istnieje pewna sprzeczność, ponieważ chociaż nikiel jest toksyczny dla roślin, jest również niezbędnym mikroelementem dla ich rozwoju. Wymagany w bardzo małych ilościach dla optymalnego wzrostu roślin.

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Wpływ czynników strącających na właściwości strukturalne, morfologiczne i kolorymetryczne cząstek wodorotlenku niklu. Komunikacja naukowa o koloidach i interfejsach. 23 (2019) 6-13. Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Haoran Wang i Changjiang Song. (2019). Struktura elektronowa i fononowa wodorotlenku niklu: badanie podstawowych zasad. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Odzyskany z link.springer.com.
4. National Library of Medicine. (2019). Nickel Hydroxyde. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Synteza i charakterystyka cząstek wodorotlenku alfa-niklu (II) na matrycy organiczno-nieorganicznej i ich zastosowanie w czułym sensorze elektrochemicznym do oznaczania witaminy D. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Miao, Y. i in. (2014). Elektrokataliza i elektroanaliza niklu, jego tlenków, wodorotlenków i oksywodorotlenków w kierunku małych cząsteczek. Biosensory i bioelektronika. 53 (2014) 428-439. Odzyskany z sciencedirect.com.