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

Plik wodorotlenek niklu (III) Jest to związek nieorganiczny, w którym metaliczny nikiel ma stopień utlenienia 3+. Jego wzór chemiczny to Ni (OH)₃. Według konsultowanych źródeł, do tej pory nie było możliwe zweryfikowanie istnienia wodorotlenku niklu (III) Ni (OH)₃, ale udało się uzyskać okso-wodorotlenek niklu (III), NiO (OH).

Oksowodorotlenek niklu (III) NiO (OH) to czarne krystaliczne ciało stałe, które krystalizuje w dwóch formach: beta i gamma. Najbardziej rozpowszechnioną formą krystaliczną NiO (OH) jest beta.

NiO (OH) można otrzymać przez utlenianie roztworów azotanu niklu (II) (Ni (NO₃)_dwa) z chlorem (Cl_dwa) lub brom (Br_dwa) w obecności wodorotlenku potasu (KOH). Oksowodorotlenek niklu (III) jest bardzo dobrze rozpuszczalny w kwasach. Ma zastosowanie w bateriach niklowych, w superkondensatorach oraz jako regenerowalny katalizator.

Okso-wodorotlenek niklu (III) NiO (OH) i wodorotlenek niklu (II) Ni (OH)_dwa są połączone w działaniu większości ich zastosowań, ponieważ oba są częścią tego samego równania redukcji tlenków.

Będąc związkiem niklu, NiO (OH) stwarza takie same zagrożenia jak inne sole niklu, to znaczy podrażnienia skóry lub zapalenia skóry i raka.

Indeks artykułów

• 1 Struktura kryształu
• 2 Konfiguracja elektroniczna
• 3 Nazewnictwo
• 4 Właściwości
  • 4.1 Stan fizyczny
  • 4.2 Rozpuszczalność
  • 4.3 Inne właściwości
• 5 zastosowań
  • 5.1 W bateriach niklowych
  • 5.2 W elektrokatalizie jako regenerowalny katalizator
  • 5.3 W superkondensatorach
  • 5.4 W utlenianiu jonów metali
• 6 Ryzyka
• 7 Referencje

Struktura krystaliczna

Oksowodorotlenek niklu (III) krystalizuje w dwóch formach: beta i gamma. Forma beta β-NiO (OH) ma bardzo podobną strukturę do β-Ni (OH)_dwa, co wydaje się logiczne, ponieważ pierwsza pochodzi z utleniania drugiej.

Forma gamma γ-NiO (OH) jest produktem utleniania wodorotlenku niklu (II) w jego formie alfa, α-Ni (OH)_dwa. Podobnie jak ta ostatnia, gamma ma strukturę warstwową z jonami metali alkalicznych, anionami i wodą rozmieszczonymi między warstwami..

Elektroniczna Konfiguracja

W NiO (OH) nikiel jest na stopniu utlenienia 3+, co oznacza, że ​​w jego najbardziej zewnętrznych warstwach brakuje 3 elektronów, czyli w warstwie 4 brakuje dwóch elektronóws i elektron z powłoki 3re. Konfiguracja elektronowa Ni³⁺ w NiO (OH) jest to: [Ar] 3re⁷, gdzie [Ar] jest konfiguracją elektronową argonu gazu szlachetnego.

Nomenklatura

- NiO (OH): tlenowodorotlenek niklu (III)

- Czarny nikiel

Nieruchomości

Stan fizyczny

Czarne krystaliczne ciało stałe.

Rozpuszczalność

Oksowodorotlenek NiO (OH) jest bardzo dobrze rozpuszczalny w kwasach. Faza gamma rozpuszcza się w kwasie siarkowym z wydzielaniem tlenu.

Inne właściwości

W gorącej wodzie staje się tlenowodorotlenkiem niklu (II) i (III), Ni₃LUB_dwa(O)₄.

W temperaturze 140 ºC rozkłada się na tlenek niklu (II) (NiO), wodę i tlen.

Fazę gamma (γ-NiO (OH)) można otrzymać na różne sposoby, na przykład poprzez obróbkę niklu stopioną mieszaniną nadtlenku sodu (Na_dwaLUB_dwa) i wodorotlenek sodu (NaOH) w temperaturze 600 ° C i chłodzenie w lodowatej wodzie.

Faza gamma rozkłada się podczas ogrzewania do 138 ºC.

Aplikacje

W bateriach niklowych

Bateria niklowo-żelazowa Edisona, w której KOH jest elektrolitem, oparta jest na reakcji tlenowodorotlenku niklu (III) z żelazem:

Ściągnij:

Fe + 2NiO (OH) + H_dwaO ⇔ Fe (OH)_dwa + 2Ni (OH)_dwa

Załaduj:

Jest to odwracalna reakcja utleniania-redukcji.

Na anodzie tych akumulatorów zachodzi szereg procesów chemicznych i elektrochemicznych. Oto ogólny zarys:

Ściągnij

β-Ni (OH)_dwa       ⇔ β-NiO (OH) + H⁺ + i^-

                                                 Załaduj

Starzenie się ↑ ↓ Przeciążenie

Ściągnij

α-Ni (OH)_dwa       ⇔ γ-NiO (OH) + H⁺ + i^-

                                                Załaduj

W technologii akumulatorów niklowych tlenowodorotlenek niklu (III) NiO (OH) nazywany jest „aktywną masą niklową”.

W elektrokatalizie jako regenerowalny katalizator

NiO (OH) jest z powodzeniem stosowany w elektrosyntezie azopirazoli poprzez elektrokatalityczne utlenianie aminopirazoli. Udowodniono również jego przydatność w syntezie kwasów karboksylowych wychodząc z alkoholi lub związków karbonylowych..

Innym przykładem jest ilościowa konwersja hydroksymetylopirydyny do kwasu pirydynokarboksylowego. W tym przypadku elektroda stalowa lub niklowa odpowiadająca anodzie jest pokryta warstwą NiO (OH). Medium, w którym przeprowadzana jest elektroliza, jest zasadowe.

W tych reakcjach NiO (OH) działa jako mediator redukcji i utleniania lub mediator „redoks”..

Elektroliza prowadzona jest w ogniwie z anodą niklową i katodą tytanową, w środowisku alkalicznym. Podczas procesu powstaje Ni (OH)_dwa na powierzchni anody niklowej, która jest szybko utleniana do NiO (OH):

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

NiO (OH) reaguje z substratem organicznym i uzyskuje się pożądany produkt organiczny, regenerując Ni (OH)_dwa:

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

Ponieważ Ni (OH) regeneruje się_dwa, reakcja katalizy jest kontynuowana.

Zastosowanie NiO (OH) jako elektrokatalizatora pozwala uzyskać związki organiczne niskim kosztem i w sposób przyjazny dla środowiska.

W superkondensatorach

NiO (OH) razem z Ni (OH)_dwa tworzą doskonałe materiały na elektrody superkondensatorowe. superkondensatory).

Ni (OH)_dwa + O^-  ⇔ NiO (OH) + H_dwaO + e^-

Mają dużą pojemność, niski koszt i, według niektórych źródeł, niewielki wpływ na środowisko.

Jednak mają niską przewodność. Rozwiązuje się to za pomocą nanocząstek wspomnianych związków, ponieważ zwiększa to pole powierzchni i zmniejsza odległość wymaganą do dyfuzji, co zapewnia dużą prędkość przenoszenia elektronów i / lub jonów..

W utlenianiu jonów metali

Jedno z komercyjnych zastosowań tlenowodorotlenku niklu (III) opiera się na jego zdolności do utleniania jonów kobaltu (II) w roztworze do jonów kobaltu (III)..

Ryzyka

Nikiel w roztworze jest bardziej stabilny niż jon niklu^dwa+, dlatego nie jest typowe, aby wejść w kontakt z roztworami Ni³⁺. Jednak środki ostrożności są takie same, ponieważ nikiel, czy to metaliczny, w roztworze, czy w postaci stałych soli, może powodować uczulenie skóry..

Zaleca się stosowanie sprzętu i odzieży ochronnej, takiej jak osłona twarzy, rękawice i obuwie ochronne. Wszystko to należy stosować zawsze, gdy istnieje możliwość kontaktu z roztworami niklu..

Jeśli wystąpi zapalenie skóry, należy skonsultować się z lekarzem, aby wykluczyć, że jest ono spowodowane przez nikiel..

Jeśli chodzi o możliwość wdychania, dobrą praktyką jest utrzymywanie w powietrzu pyłu soli niklu na bardzo niskim poziomie, poprzez miejscową wentylację oraz stosowanie środków ochrony dróg oddechowych, gdy jest to konieczne..

Wszystkie związki niklu są klasyfikowane przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem, czyli IARC. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem) w kategorii substancji rakotwórczych dla ludzi.

Opiera się to na danych epidemiologicznych i eksperymentalnych.

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, B.V. et al. Elektrosynteza azopirazoli poprzez utlenianie N-alkiloaminopirazoli na anodzie NiO (OH) w wodnym roztworze alkalicznym - zielona metoda sprzęgania N-N. Litery czworościanu. 59 (2018) 2741-2744. Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang i in. (2018). Materiały na bazie niklu do superkondensatorów. Materiały dzisiaj. Odzyskany z sciencedirect.com
4. Ettel, V.A. i Mosolu, M. A. (1977). Przygotowanie czarnego niklu. NAS. Patent nr 4,006,216. 1 lutego 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Proces utleniania pochodnych hydroksymetylopirydyny do pochodnych kwasu pirydynokarboksylowego na anodach wodorotlenkowych niklu. NAS. Patent nr 5,259,933. 9 listopada 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedia technologii chemicznej. Tom 17. Wydanie czwarte. John Wiley & Sons.
7. Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna. (1990). Piąta edycja. Tom A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Wodorotlenki niklu. W podręczniku materiałów akumulatorowych. Wydawca VCH. Odzyskany z osti.gov.