HIDROXID DE COBALT: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Hidroxidul de cobalt este numele generic pentru toți compușii în care cationii de cobalt și anionul implicate OH ^- . Toate sunt de natură anorganică și au formula chimică Co (OH) _n , unde n este egală cu valența sau sarcina pozitivă a centrului metalului cobalt.

Deoarece cobaltul este un metal de tranziție cu orbitale atomice pe jumătate pline, printr-un mecanism electronic hidroxizii săi reflectă culori intense datorită interacțiunilor Co-O. Aceste culori, precum și structurile, sunt foarte dependente de încărcarea lor și de speciile anionice care concurează cu OH ^- .

Sursa: By Chemicalinterest, de la Wikimedia Commons

Culorile și structurile nu sunt aceleași pentru Co (OH) ₂ , Co (OH) ₃ sau pentru CoO (OH). Chimia din spatele tuturor acestor compuși merge în sinteza materialelor aplicate catalizei.

Pe de altă parte, deși pot fi complexe, formarea unei mari părți din ele pornește de la un mediu de bază; așa cum este furnizat de baza puternică NaOH. Prin urmare, diferite condiții chimice pot oxida cobaltul sau oxigenul.

Structura chimică

Care sunt structurile hidroxidului de cobalt? Formula sa generală Co (OH) _n este interpretată ionic după cum urmează: într-o rețea de cristal ocupată de un număr de Co ^{n +} , va exista n de ori acea cantitate de anioni OH ^- interacționând cu ele electrostatic. Astfel, pentru Co (OH) ₂ vor exista două OH ^- pentru fiecare cation ^Co2+ .

Dar acest lucru nu este suficient pentru a prezice ce sistem cristalin vor adopta acești ioni. Prin motivarea forțelor coulombice, Co ³⁺ atrage OH cu intensitate mai mare ^{- în} comparație cu Co ²⁺ .

Acest fapt determină scurtarea distanțelor sau a legăturii Co-OH (chiar și cu caracterul său ionic ridicat). De asemenea, deoarece interacțiunile sunt mai puternice, electronii din straturile exterioare ale Co ³⁺ suferă o schimbare energetică care îi obligă să absoarbă fotoni cu diferite lungimi de undă (solidul se întunecă).

Cu toate acestea, această abordare este insuficientă pentru a clarifica fenomenul schimbării culorilor lor în funcție de structură.

Același lucru este valabil și pentru oxidroxidul de cobalt. Formula sa CoO · OH este interpretată ca o ^relație Co ³⁺ care interacționează cu un anion oxid, O ^2– și o OH ^- . Acest compus reprezintă baza pentru sintetizarea unui oxid de cobalt mixt: Co ₃ O ₄ .

covalentă

Hidroxizii de cobalt pot fi, de asemenea, vizualizați, deși mai puțin precis, ca molecule individuale. Co (OH) ₂ poate fi apoi desenată ca o moleculă liniară OH - Co - OH, iar Co (OH) ₃ ca un triunghi plat.

În ceea ce privește CoO (OH), molecula sa din această abordare ar fi desenată ca O = Co - OH. Oionul ² formează o legătură dublă cu atomul de cobalt și o altă legătură unică cu OH ^- .

Cu toate acestea, interacțiunile dintre aceste molecule nu sunt suficient de puternice pentru a „înarma” structurile complexe ale acestor hidroxizi. De exemplu, Co (OH) ₂ poate forma două structuri polimerice: alfa și beta.

Ambele sunt laminare, dar cu ordonare diferită a unităților și sunt, de asemenea, capabile să intercaleze anioni mici, cum ar fi CO ₃ ^2– , între straturile lor; ceea ce prezintă un interes deosebit pentru proiectarea de noi materiale din hidroxizi de cobalt.

Unități de coordonare

Structurile polimerice pot fi explicate mai bine luând în considerare un octaedru de coordonare în jurul centrelor de cobalt. Pentru Co (OH) ₂ , deoarece are doi anioni OH ^- interacționând cu Co ²⁺ , are nevoie de patru molecule de apă (dacă a fost utilizat NaOH apos) pentru a completa octaedrul.

Astfel, Co (OH) ₂ este de fapt Co (H ₂ O) ₄ (OH) ₂ . Pentru ca acest octaedru să formeze polimeri trebuie să fie legat de punți de oxigen: (OH) (H ₂ O) ₄ Co - O - Co (H ₂ O) ₄ (OH). Complexitatea structurală crește pentru cazul CoO (OH) și chiar mai mult pentru Co (OH) ₃ .

Proprietăți

Hidroxid de cobalt (II)

-Formula: Co (OH) ₂ .

-Masă molară: 92,948 g / mol.

-Apare: pulbere roșu-roz sau pulbere roșie. Există o formă albastră instabilă cu formula α-Co (OH) ₂

Densitate: 3,597 g / cm ³ .

-Solubilitate în apă: 3,2 mg / l (ușor solubil).

-Solubil în acizi și amoniac. Insolubil în alcali diluat.

-Punct de topire: 168ºC.

-Sensibilitate: sensibil la aer.

-Stabilitate: este stabilă.

Hidroxid de cobalt (III)

-Formula: Co (OH) ₃

-Masa moleculară: 112,98 g / mol.

-Aparență: două forme. O formă stabilă de culoare maro-negru și o formă instabilă de verde închis, cu tendința de a se întuneca.

producere

Adăugarea de hidroxid de potasiu la o soluție de nitrat de cobalt (II), determină apariția unui precipitat albastru-violet care, atunci când este încălzit, devine Co (OH) ₂ , adică hidroxid de cobalt (II) ).

Co (OH) ₂ precipită când se adaugă un hidroxid de metal alcalin la o soluție apoasă de sare de Co ²⁺

Co2 ⁺ + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

Aplicații

-Este utilizat în producția de catalizatori pentru utilizarea în rafinarea uleiului și în industria petrochimică. De asemenea, Co (OH) _{2 este utilizat} la prepararea sărurilor de cobalt.

-Hidroxidul de cobalt (II) este utilizat la fabricarea uscătoarelor de vopsea și la fabricarea electrozilor pentru baterii.

Sinteza nanomaterialelor

-Hidroxizii de carbon sunt materia primă pentru sinteza nanomaterialelor cu structuri noi. De exemplu, din Co (OH) au fost proiectate ₂ nanocope ale acestui compus, cu o suprafață mare pentru a participa ca catalizator la reacțiile oxidative. Aceste nanocope sunt impregnate pe niște electrozi de carbon nichel sau poros.

-S-a căutat să se implementeze nanobare de hidroxid de carbonat cu carbonat sandwich în straturile lor. În ele ^{se folosește} reacția oxidativă a Co ²⁺ la Co ³⁺ , dovedindu-se a fi un material cu potențiale aplicații electrochimice.

-Studiile au sintetizat și caracterizat, folosind tehnici de microscopie, nanodiscozări de oxid de cobalt amestecat și oxidroxid, din oxidarea hidroxizilor corespunzători la temperaturi scăzute.

Barele, discurile și fulgii de hidroxid de cobalt cu structuri la scară nanometrică, deschid ușile pentru îmbunătățiri în lumea catalizei și, de asemenea, a tuturor aplicațiilor referitoare la electrochimie și la utilizarea maximă a energiei electrice în dispozitivele moderne.

Referințe

1. Clark J. (2015). Cobalt. Luat de la: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Hidroxid de cobalt (II). Preluat de la: en.wikipedia.org
3. Extract. (2018). Cobaltic. Hidroxid. Luat de la: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 iulie 2017). Nanoflakuri de hidroxid de cobalt și aplicarea lor ca supercapacitoare și catalizatori de evoluție a oxigenului. Recuperat din: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, SM Yao și XP Gao. (2008). Performanța electrochimică a nanorurilor cu carbonat de hidroxid de cobalt. Litere electrochimice și în stare solidă, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens și Ray L. Frost. (2010). Sinteza și caracterizarea hidroxidului de cobalt, oxidroxidului de cobalt și nanodiscurilor oxidului de cobalt. Recuperat din: pubs.acs.org