WODOROTLENEK NIKLU (III): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2025

Wodorotlenek niklu (III) jest związkiem nieorganicznym, przy czym metal 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 możliwe było otrzymanie okso-wodorotlenku 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.

Struktura tlenowodorotlenku niklu (III), NiO (OH). Niebieski = nikiel, czerwony = tlen, biały = wodór. Autor: Smokefoot. Źródło: opracowanie własne. Źródło: Wikipedia Commons

NiO (OH) można otrzymać przez utlenianie roztworów azotanu niklu (II) (Ni (NO ₃ ) ₂ ) chlorem (Cl ₂ ) lub bromem (Br ₂ ) 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) ₂ występują razem w większości ich zastosowań, ponieważ oba są częścią tego samego równania tlenku. zmniejszenie.

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

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) ₂ , co wydaje się logiczne, ponieważ ta pierwsza pochodzi z utleniania drugiej.

Forma gamma γ-NiO (OH) jest produktem utleniania wodorotlenku niklu (II) w jego formie alfa, α-Ni (OH) ₂ . Podobnie jak ta ostatnia, gamma ma warstwową strukturę 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, to znaczy brakuje dwóch elektronów w warstwie 4 si jednego elektronu w warstwie 3 d . Elektroniczna konfiguracja Ni ³⁺ w NiO (OH) to: 3 d ⁷ , gdzie jest elektroniczną konfiguracją 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), Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

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

Fazę gamma (γ-NiO (OH)) można otrzymać różnymi sposobami, na przykład poddając nikiel obróbce stopioną mieszaniną nadtlenku sodu (Na ₂ O ₂ ) i wodorotlenku sodu (NaOH) w temperaturze 600 ° C i chłodząc w zamarznięta woda.

Faza gamma rozkłada się podczas ogrzewania do 138 ° C.

Aplikacje

W bateriach niklowych

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

Pobieranie:

Fe + 2NiO (OH) + H ₂ O ⇔ Fe (OH) ₂ + 2Ni (OH) ₂

Załaduj:

Jest to odwracalna reakcja utleniania-redukcji.

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

Pobieranie

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Załaduj

Starzenie się ↑ ↓ Przeciążenie

Pobieranie

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Załaduj

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

Akumulatory niklowe. Autor: Superusergeneric. Źródło: opracowanie własne. Źródło: Wikipedia Commons.

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.

Otrzymywanie kwasu karboksylowego przez utlenianie alkoholu katalizowanego przez NiO (OH). Źródło: Pochodzi z en.wikipedia. Autor Pierwotnym przesyłającym był V8rik na en.wikipedia. Źródło: Wikipedia Commons

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 zachodzi elektroliza, jest zasadowe.

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

Elektrolizę przeprowadza się w ogniwie z anodą niklową i katodą tytanową, w środowisku alkalicznym. Podczas procesu Ni (OH) _{2 tworzy} się na powierzchni anody niklowej, która jest szybko utleniana do NiO (OH):

Ni (OH) ₂ + OH ^- - e ^- ⇔ NiO (OH) + H ₂ O

NiO (OH) reaguje z substratem organicznym i uzyskuje się pożądany produkt organiczny, regenerując Ni (OH) ₂ :

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

Podczas regeneracji Ni (OH) ₂ 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) ₂ to doskonałe materiały na elektrody superkondensatorowe (superkondensatory).

Ni (OH) ₂ + OH ^- ⇔ NiO (OH) + H ₂ O + e ^-

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

Kondensatory w obwodzie elektronicznym. Autor: PDPhotos. Źródło: Pixabay.

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

W roztworze nikiel jest bardziej stabilny jako jon Ni ²⁺ , dlatego nie jest typowy kontakt z roztworami Ni ³⁺ . Jednak środki ostrożności są takie same, ponieważ nikiel, niezależnie od tego, czy jest metaliczny, w roztworze, czy w postaci stałych soli, może powodować uczulenie skóry.

Wskazane jest używanie 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 stężenia pyłu soli niklowej w powietrzu na bardzo niskim poziomie, poprzez miejscową wentylację, oraz stosowanie środków ochrony dróg oddechowych w razie potrzeby.

Wszystkie związki niklu są klasyfikowane przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem, czyli IARC, 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, BV i in. Elektrosynteza azopirazoli poprzez utlenianie N-alkiloaminopirazoli na anodzie NiO (OH) w wodnym roztworze alkalicznym - zielona metoda homosprzęgania NN. 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, VA i Mosolu, MA (1977). Przygotowanie czarnego niklu. Patent USA nr 4,006,216. 1 lutego 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Proces utleniania pochodnych hydroksymetylopirydyny do pochodnych kwasu pirydynokarboksylowego na anodach wodorotlenkowych niklu. Patent USA 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.