NIKELJ (III) HIDROKSID: STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE, TVEGANJA - KEMIJA - 2025

Nikelj hidroksid (III) anorganska spojina, v kateri je kovinski nikelj številko oksidacijsko 3+. Njegova kemijska formula je Ni (OH) ₃ . Po navedbah virov, ki so jih obravnavali, doslej ni bilo mogoče preveriti obstoja nikljevega (III) hidroksida Ni (OH) ₃ , vendar je bilo mogoče dobiti nikljev (III) okso-hidroksid, NiO (OH).

Nikelj (III) oksohidroksid NiO (OH) je črna kristalna trdna snov, ki kristalizira v dveh oblikah: beta in gama. Najpogostejša kristalna oblika NiO (OH) je beta.

Struktura niksovega (III) oksohidroksida, NiO (OH). Modra = nikelj, rdeča = kisik, bela = vodik. Avtor: Smokefoot. Vir: Lastno delo. Vir: Wikipedia Commons

NiO (OH) lahko dobimo z oksidacijo niklja (II) raztopine nitrata (Ni (NO ₃ ) ₂ ) s klorom (Cl ₂ ) ali broma (Br ₂ ) v prisotnosti kalijevega hidroksida (KOH). Nikelj (III) oksohidroksid je zelo topen v kislinah. Uporablja se v nikeljinih baterijah, v superkondenzatorjih in kot obnovljiv katalizator.

Pri večini njihovih aplikacij se med delovanjem nikljevega (III) okso-hidroksida NiO (OH) in nikljevega (II) hidroksida Ni (OH) ₂ znajdeta skupaj, saj sta oba del enake enačbe oksida. zmanjšanje.

NiO (OH) kot nikljeva spojina predstavlja enaka tveganja kot druge nikljeve soli, to je draženje kože ali dermatitis in rak.

Kristalna struktura

Nikelj (III) oksohidroksid kristalizira v dveh oblikah: beta in gama. Beta oblika β-NiO (OH) ima zelo podobno strukturo kot β-Ni (OH) ₂ , kar se zdi logično, saj prva izhaja iz oksidacije drugega.

Oblika gama γ-NiO (OH) je produkt oksidacije nikljevega (II) hidroksida v alfa obliki, α-Ni (OH) ₂ . Tako kot slednja ima tudi gama plastna struktura z alkalijskimi kovinskimi ioni, anioni in vodo, ki so med seboj razporejeni.

Elektronska konfiguracija

V NiO (OH) je nikelj v oksidacijskem stanju 3+, kar pomeni, da v njegovih najbolj zunanjih plasteh manjkajo 3 elektroni, to pomeni, da manjkajo dva elektrona iz plasti 4 s in en elektron iz plasti 3 d . Elektronska konfiguracija Ni ³⁺ v NiO (OH) je: 3 d ⁷ , kjer je elektronska konfiguracija žlahtnega plinskega argona.

Nomenklatura

- NiO (OH): Nikelj (III) oksohidroksid

- Nikelj črna

Lastnosti

Fizično stanje

Črna kristalna trdna snov.

Topnost

NiO (OH) oksohidroksid je zelo topen v kislinah. Gama faza se raztopi v žveplovi kislini z evolucijo kisika.

Druge lastnosti

V vroči vodi, da postane niklja (II) in (III) oksohidroksidom, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Pri 140 ° C razpade v nikelj (II) oksid (NiO), vodo in kisik.

Gama fazo (γ-NiO (OH)) lahko dobimo na različne načine, na primer obdelavo niklja s staljeno mešanico natrijevega peroksida (Na ₂ O ₂ ) in natrijevega hidroksida (NaOH) pri 600 ° C in ohlajanje v zamrznjena voda.

Gama faza se pri segrevanju razgradi na 138 ° C.

Prijave

V nikeljskih baterijah

Edisonova baterija iz nikljevega železa, v kateri se KOH uporablja kot elektrolit, temelji na reakciji nikljevega (III) oksohidroksida z železom:

Prenesi:

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

Naloži:

Gre za reverzibilno oksidacijsko-redukcijsko reakcijo.

Na anodi teh baterij poteka vrsta kemijskih in elektrokemijskih procesov. Tu je splošen oris:

Prenesi

β-Ni (OH) ₂ β β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Obremenite

Staranje ↑ ↓ Preobremenitev

Prenesi

α-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Obremenite

V tehnologiji nikljevih baterij nikelj (III) oksohidroksid NiO (OH) imenujemo "nikelj aktivna masa".

Nikeljeve baterije za ponovno polnjenje. Avtor: Superusergeneric. Vir: Lastno delo. Vir: Wikipedia Commons.

Pri elektrokatalizi kot obnovljivem katalizatorju

NiO (OH) se uspešno uporablja pri elektrosintezi azopirazol z elektrokatalitično oksidacijo aminopirazol. Dokazana je tudi njegova uporabnost pri sintezi karboksilnih kislin, ki izhajajo iz alkoholov ali karbonilnih spojin.

Pridobitev karboksilne kisline z oksidacijo alkohola, ki ga katalizira NiO (OH). Vir: Izvirno iz en.wikipedia. Avtor prvotnega pošiljatelja je bil V8rik na spletni strani en.wikipedia. Vir: Wikipedia Commons

Drugi primer je količinska pretvorba hidroksimetilpiridina v piridinkarboksilno kislino. V tem primeru je jeklena ali nikljeva elektroda, ki ustreza anodi, prekrita s plastjo NiO (OH). Medij, v katerem poteka elektroliza, je alkalen.

V teh reakcijah NiO (OH) deluje kot redukcijsko-oksidacijski mediator ali "redoks" mediator.

Elektroliza poteka v celici z nikljevo anodo in titanovo katodo v alkalnem mediju. Med postopkom _se na površini nikljeve anode _oblikuje Ni (OH) ₂ , ki se hitro oksidira v NiO (OH):

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

NiO (OH) reagira z organskim substratom in dobimo želeni organski produkt, ki regenerira Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + organska spojina → Ni (OH) ₂ + izdelek

Ko se Ni (OH) ₂ obnavlja, se katalizacijska reakcija nadaljuje.

Uporaba NiO (OH) kot elektrokatalizatorja omogoča pridobivanje organskih spojin z nizkimi stroški in na okolju prijazen način.

V superkondenzatorjih

NiO (OH) skupaj z Ni (OH) ₂ so odlični materiali za elektrode superkondenzatorjev (superkondenzatorji).

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

Imajo visoko zmogljivost, nizke stroške in po nekaterih navedbah majhen vpliv na okolje.

Kondenzatorji v elektronskem vezju. Avtor: PDPhotos. Vir: Pixabay.

Vendar imajo nizko prevodnost. To rešimo z uporabo nanodelcev omenjenih spojin, saj s tem povečamo površino in zmanjšamo razdaljo, potrebno za difuzijo, kar zagotavlja visoko hitrost prenosa elektronov in / ali ionov.

Pri oksidaciji kovinskih ionov

Ena izmed komercialnih aplikacij nikljevega (III) oksohidroksida temelji na njegovi sposobnosti oksidacije ionov kobalta (II) v raztopini do kobaltovih (III) ionov.

Tveganja

V raztopini je nikelj bolj stabilen kot ion Ni ²⁺ , zato ni običajno, da pride v stik z raztopinami Ni ³⁺ . Vendar so varnostni ukrepi enaki, saj lahko niklja, kovinski, v raztopini ali v obliki njegovih trdnih soli, povzroči preobčutljivost kože.

Priporočljivo je uporabljati zaščitno opremo in oblačila, na primer ščitnik za obraz, rokavice in zaščitne čevlje. Vse to je treba uporabiti, kadar obstaja možnost, da pride v stik z raztopinami niklja.

Če se pojavi dermatitis, ga je treba zdraviti z zdravnikom, da izključi, da ga povzroča nikelj.

Glede možnosti vdihavanja je dobra praksa, da se skozi lokalno prezračevanje ohranijo zelo nizke koncentracije nikljevega solnega prahu v zraku in po potrebi uporabite zaščito dihal.

Vse nikljeve spojine je Mednarodna agencija za raziskave raka ali IARC razvrstila v kategorijo rakotvornih snovi za ljudi.

To temelji na epidemioloških in eksperimentalnih podatkih.

Reference

1. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV et al. Elektrosinteza azopirazol z oksidacijo N-alkilaminopirazol na NiO (OH) anodi v vodni alkali - Zelena metoda za NN homogelacija. Črke tetraedra. 59 (2018) 2741–2744. Pridobljeno od sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang in sod. (2018). Materiali na osnovi niklja za superkondenzatorje. Materiali danes. Pridobljeno od sciencedirect.com
4. Ettel, VA in Mosolu, MA (1977). Priprava nikljeve črne. US patent št. 4,006,216. 1. februarja 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Postopek za oksidacijo derivatov hidroksimetilpiridina v derivate piridinkarboksilne kisline na anodah nikljevega oksida. US patent št. 5,259,933. 9. novembra 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Enciklopedija kemijske tehnologije. Zvezek 17. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
7. Ullmannova enciklopedija industrijske kemije. (1990). Peta izdaja. Zvezek A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikelovi hidroksidi. V priročniku o baterijskih materialih. Založnik VCH Pridobljeno iz osti.gov.