HYDROXID NIKELNATÝ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE, RIZIKÁ - CHÉMIA - 2026

Hydroxid niklu (III) je anorganická zlúčenina, kde kovový nikel má číslo oxidácie 3+. Jeho chemický vzorec je Ni (OH) ₃ . Podľa konzultovaných zdrojov nebolo doteraz možné overiť existenciu hydroxidu nikelnatého Ni (OH) ₃ , ale bolo možné získať oxoxid hydroxidu nikelnatého, NiO (OH).

Oxohydroxid nikelnatý (Ni) (OH) je čierna kryštalická pevná látka, ktorá kryštalizuje v dvoch formách: beta a gama. Najbežnejšou kryštalickou formou NiO (OH) je beta.

Štruktúra oxohydroxidu nikelnatého, NiO (OH). Modrá = nikel, červená = kyslík, biela = vodík. Autor: Smokefoot. Zdroj: Vlastná práca. Zdroj: Wikipedia Commons

NiO (OH), môžu byť získané oxidáciou nikel (II), dusičnanu riešenia (Ni (NO ₃ ) ₂ ), s chlórom (Cl ₂ ) alebo atóm brómu (Br ₂ ) v prítomnosti hydroxidu draselného (KOH). Oxoxid nikelnatý je v kyselinách veľmi rozpustný. Uplatňuje sa v niklových batériách, v superkondenzátoroch a ako regenerovateľný katalyzátor.

Nikol (III) oxo-hydroxid NiO (OH) a hydroxid nikelnatý (Ni) (OH) ₂ sa nachádzajú spoločne pri prevádzke väčšiny svojich aplikácií, pretože obidva sú súčasťou rovnakej oxidovej rovnice. redukcie.

NiO (OH) ako zlúčenina niklu predstavuje rovnaké riziko ako iné soli niklu, tj podráždenie kože alebo dermatitída a rakovina.

Kryštalická štruktúra

Oxohydroxid nikelnatý kryštalizuje v dvoch formách: beta a gama. Beta-forma ß-NiO (OH) má veľmi podobnú štruktúru ako ß-Ni (OH) ₂ , čo sa javí ako logické, pretože prvý z nich pochádza z jeho oxidácie.

Gama y-NiO (OH) forma je oxidačný produkt hydroxidu nikelnatého vo svojej alfa forme, a-Ni (OH) ₂ . Rovnako ako posledná uvedená, gama má vrstvenú štruktúru s iónmi alkalických kovov, aniónmi a vodou rozptýlenými medzi vrstvami.

Elektronická konfigurácia

V NiO (OH) je nikel v oxidačnom stave 3+, čo znamená, že jeho najvzdialenejšie vrstvy chýbajú 3 elektróny, to znamená, že dva elektróny chýbajú vo vrstve 4 sa jeden elektrón z vrstvy 3d. , Elektronická konfigurácia Ni ³⁺ v NiO (OH) je: 3 d ⁷ , kde je elektronická konfigurácia argónu vzácnych plynov.

názvoslovie

- NiO (OH): oxohydroxid nikelnatý

- Niklová čierna

vlastnosti

Fyzický stav

Čierna kryštalická tuhá látka.

rozpustnosť

NiO (OH) oxohydroxid je v kyselinách veľmi rozpustný. Gama fáza sa rozpúšťa v kyseline sírovej s vývojom kyslíka.

Ďalšie vlastnosti

V horúcej vode sa stáva nikel (II) a (III), Ni oxohydroxide ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Rozkladá sa pri 140 ° C na oxid nikelnatý (NiO), vodu a kyslík.

Fáza gama (γ-NiO (OH)) sa môže získať rôznymi spôsobmi, napríklad spracovaním nikel s roztavenou zmesou sodného peroxid (Na ₂ O ₂ ) a hydroxid sodný (NaOH) pri teplote 600 ° C a chladenie mrazená voda.

Gama fáza sa pri zahrievaní na 138 ° C rozkladá.

aplikácia

V niklových batériách

Niklovo-železná batéria Edisona, v ktorej sa ako elektrolyt používa KOH, je založená na reakcii oxohydroxidu nikelnatého so železom:

Stiahnuť ▼:

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

Naložiť:

Je to reverzibilná oxidačno-redukčná reakcia.

Na anóde týchto batérií prebieha rad chemických a elektrochemických procesov. Tu je všeobecný prehľad:

Stiahnuť ▼

β-Ni (OH) ₂ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Naložiť

Starnutie ↑ ↓ Preťaženie

Stiahnuť ▼

a-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Naložiť

V technológii niklových batérií sa oxid nikelnatý (III) NiO (OH) nazýva „niklová aktívna hmota“.

Niklové nabíjateľné batérie. Autor: Superusergeneric. Zdroj: Vlastná práca. Zdroj: Wikipedia Commons.

V elektrokatalýze ako regenerovateľný katalyzátor

NiO (OH) sa úspešne použil pri elektrosyntéze azopyrazolov prostredníctvom elektrokatalytickej oxidácie aminopyrazolov. Jeho užitočnosť pri syntéze karboxylových kyselín vychádzajúc z alkoholov alebo karbonylových zlúčenín sa tiež preukázala.

Získanie karboxylovej kyseliny oxidáciou alkoholu katalyzovaného NiO (OH). Zdroj: Pôvodne z en.wikipedia. Autor Pôvodný uploader bol V8rik na en.wikipedia. Zdroj: Wikipedia Commons

Ďalším príkladom je kvantitatívna premena hydroxymetylpyridínu na pyridínkarboxylovú kyselinu. V tomto prípade je oceľová alebo niklová elektróda zodpovedajúca anóde pokrytá vrstvou NiO (OH). Médium, v ktorom prebieha elektrolýza, je zásadité.

V týchto reakciách pôsobí NiO (OH) ako mediátor redukčnej oxidácie alebo „redoxný“ mediátor.

Elektrolýza sa uskutočňuje v komore s niklovou anódou a titánovou katódou v alkalickom prostredí. Počas procesu _sa na povrchu niklovej anódy _vytvára Ni (OH) ₂ , ktorý sa rýchlo oxiduje na NiO (OH):

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

NiO (OH) reaguje s organickým substrátom a získa sa požadovaný organický produkt regeneráciou Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + organická zlúčenina → Ni (OH) ₂ + produkt

Keď sa Ni (OH) ₂ regeneruje, pokračuje katalytická reakcia.

Použitie NiO (OH) ako elektrokatalyzátora umožňuje získať organické zlúčeniny s nízkymi nákladmi a ekologickým spôsobom.

V superkondenzátoroch

NiO (OH) spolu s Ni (OH) ₂ sú vynikajúcimi materiálmi pre superkondenzátorové elektródy (superkondenzátory).

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

Majú vysokú kapacitu, nízke náklady a podľa niektorých odkazov aj malý vplyv na životné prostredie.

Kondenzátory v elektronickom obvode. Autor: PDPhotos. Zdroj: Pixabay.

Majú však nízku vodivosť. Toto je riešené použitím nanočastíc uvedených zlúčenín, pretože to zvyšuje povrchovú plochu a znižuje vzdialenosť potrebnú na difúziu, čo zaisťuje vysokú rýchlosť prenosu elektrónov a / alebo iónov.

Pri oxidácii iónov kovov

Jedna z komerčných aplikácií oxohydroxidu niklu (III) je založená na jeho schopnosti oxidovať ióny kobaltu (II) v roztoku na ióny kobaltu (III).

riziká

V roztoku je nikel stabilnejší ako ión Ni ²⁺ , preto nie je obvyklé prísť do styku s roztokmi Ni ³⁺ . Bezpečnostné opatrenia sú však rovnaké, pretože nikel, či už kovový, v roztoku alebo vo forme svojich pevných solí, môže spôsobiť senzibilizáciu kože.

Odporúča sa používať ochranné pomôcky a odev, ako je napríklad tvárový štít, rukavice a bezpečnostná obuv. Toto všetko sa musí použiť vždy, keď existuje možnosť kontaktu s roztokmi niklu.

Ak sa vyskytne dermatitída, malo by sa liečiť lekárom, aby sa vylúčilo, že je spôsobená niklom.

Pokiaľ ide o možnosť vdýchnutia, je dobrým zvykom udržiavať koncentrácie niklu vo vzduchu na vzduchu veľmi nízke prostredníctvom miestneho vetrania av prípade potreby používať ochranu dýchacích ciest.

Všetky zlúčeniny niklu sú klasifikované Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny alebo IARC v kategórii karcinogénov pre ľudí.

Vychádza z epidemiologických a experimentálnych údajov.

Referencie

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
2. Lyalin, BV a kol. Elektrosyntéza azopyrazolov oxidáciou N-alkylaminopyrazolov na anóde NiO (OH) vo vodnej alkálii - zelená metóda pre homospojenie NN. Tetrahedron listy. 59 (2018) 2741 - 2744. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
3. Liuyang, Zhang a kol. (2018). Materiály na báze niklu pre superkondenzátory. Materiály dnes. Obnovené zo stránky sciusalirect.com
4. Ettel, VA a Mosolu, MA (1977). Príprava niklovej čiernej. US patent č. 4 006 216. 1. februára 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Spôsob oxidácie derivátov hydroxymetylpyridínu na deriváty kyseliny pyridínkarboxylovej na anódach hydroxidu nikelnatého. US Patent č. 5,259,933. 9. novembra 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyklopédia chemickej technológie. Zväzok 17. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
7. Ullmannova encyklopédia priemyselnej chémie. (1990). Piate vydanie. Zväzok A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Hydroxidy niklu. V Príručke o batériových materiáloch. Vydavateľ VCH. Získané z osti.gov.