NICHEL (III) HIDROXID: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI, RISCURI - CHIMIE - 2025

Hidroxidului de nichel (III) este un compus anorganic în care metalul nichel are un număr de oxidare 3+. Formula sa chimică este Ni (OH) ₃ . Conform surselor consultate, până în prezent nu a fost posibilă verificarea existenței hidroxidului de nichel (III) Ni (OH) ₃ , dar a fost posibilă obținerea de oxo-hidroxid de nichel (III), NiO (OH).

Oxohidroxidul de nichel (III) NiO (OH) este un solid cristalin negru care cristalizează sub două forme: beta și forme gamma. Cea mai frecventă formă cristalină de NiO (OH) este beta.

Structura oxohidroxidului de nichel (III), NiO (OH). Albastru = nichel, roșu = oxigen, alb = hidrogen. Autor: Smokefoot. Sursa: Lucrare proprie. Sursa: Wikipedia Commons

NiO (OH) pot fi obținuți prin oxidarea soluțiilor de azotat de nichel (II) (Ni (NO ₃ ) ₂ ) cu clor (Cl ₂ ) sau brom (Br ₂ ) , în prezență de hidroxid de potasiu (KOH). Oxohidroxidul de nichel (III) este foarte solubil în acizi. Are aplicație în baterii de nichel, în supercapacitoare și ca catalizator regenerabil.

Oxohidroxid de nichel (III) NiO (OH) și hidroxid de nichel (II) Ni (OH) ₂ se găsesc împreună în funcționarea majorității aplicațiilor lor, deoarece ambele fac parte din aceeași ecuație de oxid. reducere.

Fiind un compus de nichel, NiO (OH) prezintă aceleași riscuri ca și alte săruri de nichel, adică iritații ale pielii sau dermatite și cancer.

Structură cristalină

Oxohidroxidul de nichel (III) se cristalizează sub două forme: beta și gamma. Forma beta β-NiO (OH) are o structură foarte asemănătoare cu β-Ni (OH) ₂ , ceea ce pare logic deoarece primul provine din oxidarea celui de-al doilea.

Forma gamma γ-NiO (OH) este produsul de oxidare a hidroxidului de nichel (II) sub forma alfa, α-Ni (OH) ₂ . La fel ca acesta din urmă, gama are o structură stratificată cu ioni de metale alcaline, anioni și apă intersectate între straturi.

Configurație electronică

În NiO (OH), nichelul este în starea de oxidare 3+, ceea ce înseamnă că straturile sale cele mai exterioare lipsesc 3 electroni, adică doi electroni lipsesc din stratul 4 s și un electron din stratul 3 d . Configurația electronică a Ni ³⁺ în NiO (OH) este: 3 d ⁷ , unde este configurația electronică a argonului cu gaz nobil.

Nomenclatură

- NiO (OH): oxohidroxid de nichel (III)

- Negru nichel

Proprietăți

Stare fizică

Solid solid cristalin.

Solubilitate

Oxohidroxidul de NiO (OH) este foarte solubil în acizi. Faza gamma se dizolvă în acid sulfuric cu evoluția oxigenului.

Alte proprietăți

In apa fierbinte devine un nichel (II) și oxohydroxide (III), Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Se descompune la 140 ° C în oxid de nichel (II) (NiO), apă și oxigen.

Faza gamma (γ-NiO (OH)) pot fi obținute în diferite moduri, de exemplu, tratarea nichel cu un amestec topit de sodiu peroxid (Na ₂ O ₂ ) și hidroxid de sodiu (NaOH) la 600 ° C și răcire apă înghețată.

Faza gamma se descompune la încălzire la 138 ° C.

Aplicații

În baterii de nichel

Bateria nichel-fier Edison, în care KOH este utilizat ca electrolit, se bazează pe reacția oxohidroxidului de nichel (III) cu fierul:

Descarca:

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

Sarcină:

Este o reacție reversibilă de oxidare-reducere.

O serie de procese chimice și electrochimice au loc la anodul acestor baterii. Iată o prezentare generală:

Descarca

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Sarcină

Îmbătrânire ↑ ↓ Suprasarcină

Descarca

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Sarcină

În tehnologia bateriei de nichel, oxohidroxidul de nichel (III) NiO (OH) este denumit „masă activă de nichel”.

Baterii reîncărcabile cu nichel. Autor: Superusergeneric. Sursa: Lucrare proprie. Sursa: Wikipedia Commons.

În electrocataliză ca catalizator regenerabil

NiO (OH) a fost utilizat cu succes în electrosinteza azopirazolilor, prin oxidarea electrocatalitică a aminopirazolilor. S-a dovedit utilitatea sa în sinteza acizilor carboxilici pornind de la alcooli sau compuși carbonilici.

Obținerea unui acid carboxilic prin oxidarea unui alcool catalizat de NiO (OH). Sursa: Originar din en.wikipedia. Autor Încărcătorul original a fost V8rik la en.wikipedia. Sursa: Wikipedia Commons

Un alt exemplu este conversia cantitativă a hidroximetilpiridinei în acid piridincarboxilic. În acest caz, electrodul din oțel sau nichel corespunzător anodului este acoperit cu un strat de NiO (OH). Mediul în care are loc electroliza este alcalin.

În aceste reacții, NiO (OH) acționează ca un mediator de reducere a oxidării sau „redox”.

Electroliza se realizează într-o celulă cu anod de nichel și catod de titan, într-un mediu alcalin. În timpul procesului, Ni (OH) _{2 este format} pe suprafața anodului nichel, care este rapid oxidat la NiO (OH):

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

NiO (OH) reacționează cu substratul organic și se obține produsul organic dorit, regenerând Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + compus organic → Ni (OH) ₂ + produs

Pe măsură ce Ni (OH) _{2 se} regenerează, reacția de cataliză este continuată.

Utilizarea NiO (OH) ca electrocatalizator permite obținerea de compuși organici cu costuri reduse și într-un mod ecologic.

În supercapacitoare

NiO (OH) împreună cu Ni (OH) ₂ sunt materiale excelente pentru electrozii cu supercapacitor (supercapacitoare).

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

Acestea au o capacitate mare, costuri reduse și, conform unor referințe, impact redus asupra mediului.

Condensatoare într-un circuit electronic. Autor: PDPhots. Sursa: Pixabay.

Cu toate acestea, au o conductivitate scăzută. Acest lucru este rezolvat prin utilizarea nanoparticulelor compușilor menționați, deoarece aceasta crește suprafața și scade distanța necesară pentru difuzie, ceea ce asigură o viteză mare de transfer de electroni și / sau ioni.

În oxidarea ionilor metalici

Una dintre aplicațiile comerciale ale oxohidroxidului de nichel (III) se bazează pe capacitatea sa de a oxida ionii de cobalt (II) în soluție pentru ionii de cobalt (III).

riscuri

În soluție, nichelul este mai stabil ca un ion Ni ²⁺ , prin urmare nu este obișnuit să intre în contact cu soluțiile Ni ³⁺ . Cu toate acestea, măsurile de precauție sunt aceleași, deoarece nichelul, indiferent dacă este metalic, sub formă de soluție sau sub formă de săruri solide, poate provoca sensibilizarea pielii.

Este recomandabil să folosiți echipament de protecție și îmbrăcăminte, cum ar fi un scut de față, mănuși și încălțăminte de siguranță. Toate acestea trebuie utilizate ori de câte ori există posibilitatea de a intra în contact cu soluții de nichel.

Dacă apare dermatita, trebuie tratat cu un medic pentru a exclude că este cauzat de nichel.

În ceea ce privește posibilitatea inhalării, este o practică bună să păstrați concentrațiile de praf din săruri de nichel foarte mici, prin ventilație locală și să utilizați protecția respiratorie atunci când este necesar.

Toți compușii nichel sunt clasificați de Agenția Internațională de Cercetare a Cancerului sau IARC, în categoria cancerigenelor pentru om.

Aceasta se bazează pe date epidemiologice și experimentale.

Referințe

1. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV și colab. Electrosinteza azopirazolilor prin oxidarea N-alchilaminopirazolilor pe un anod NiO (OH) în alcalin apos - O metodă verde pentru omocuplarea NN. Litere cu tetraedru. 59 (2018) 2741-2744. Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang și colab. (2018). Materiale pe bază de nichel pentru supercondensatoare. Materiale astăzi. Recuperat de la sciencedirect.com
4. Ettel, VA și Mosolu, MA (1977). Prepararea Nichelului Negru. Brevetul SUA nr. 4.006.216. 1 februarie 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Procedeu pentru oxidarea derivaților hidroximetilpiridinei la derivații acidului piridincarboxilic la anodii hidroxidului de nichel. Brevetul SUA nr. 5.259.933. 9 noiembrie 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia tehnologiei chimice. Volumul 17. Ediția a patra. John Wiley & Sons.
7. Enciclopedia de chimie industrială a lui Ullmann. (1990). Ediția a cincea. Volumul A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Hidroxizi de nichel. În Manualul materialelor pentru baterii. Editura VCH. Recuperat din osti.gov.