HYDROXID NIKELNATÝ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Hydroxid niklu (III) je anorganická sloučenina, kde kovový nikl má číslo oxidace 3+. Jeho chemický vzorec je Ni (OH) ₃. Podle konzultovaných zdrojů nebylo dosud možné ověřit existenci hydroxidu nikelnatého Ni (OH) ₃, ale bylo možné získat oxo-hydroxid nikelnatý, NiO (OH).

Nikl (III) oxohydroxid NiO (OH) je černá krystalická pevná látka, která krystalizuje ve dvou formách: beta a gama. Nejběžnější krystalická forma NiO (OH) je beta.

Struktura oxohydroxidu nikelnatého, NiO (OH). Modrá = nikl, červená = kyslík, bílá = vodík. Autor: Smokefoot. Zdroj: Vlastní práce. Zdroj: Wikipedia Commons

NiO (OH), mohou být získány oxidací nikl (II), dusičnanu řešení (Ni (NO ₃) ₂), s chlorem (Cl ₂) nebo atom bromu (Br ₂) v přítomnosti hydroxidu draselného (KOH). Oxohydroxid nikelnatý je v kyselinách velmi rozpustný. Využívá se v niklových bateriích, v superkondenzátorech a jako regenerovatelný katalyzátor.

Nikol (III) oxo-hydroxid NiO (OH) a hydroxid niklnatý (Ni) (OH) ₂ se nacházejí společně v provozu většiny jejich aplikací, protože oba jsou součástí stejné oxidové rovnice. snížení.

Jako sloučenina niklu představuje NiO (OH) stejná rizika jako jiné soli niklu, tj. Podráždění kůže nebo dermatitida a rakovina.

Krystalická struktura

Oxohydroxid nikelnatý krystalizuje ve dvou formách: beta a gama. Forma beta β-NiO (OH) má velmi podobnou strukturu jako β-Ni (OH) ₂, což se zdá logické, protože první z nich pochází z oxidace posledně jmenované.

Gama y-NiO (OH) forma je oxidační produkt hydroxidu nikelnatého ve své alfa formě, a-Ni (OH) ₂. Stejně jako ten druhý má gama vrstvenou strukturu s ionty alkalických kovů, anionty a vodou rozptýlenými mezi vrstvami.

Elektronická konfigurace

V NiO (OH) je nikl ve stavu oxidace 3+, což znamená, že jeho nejvzdálenější vrstvy chybí 3 elektrony, to znamená, že dva elektrony chybí ve vrstvě 4 sa jeden elektron z vrstvy 3d. Elektronická konfigurace Ni ³⁺ v NiO (OH) je: 3 d ⁷, kde je elektronická konfigurace argonu ušlechtilého plynu.

Nomenklatura

- NiO (OH): oxohydroxid niklu (III)

- Niklová černá

Vlastnosti

Fyzický stav

Černá krystalická pevná látka.

Rozpustnost

NiO (OH) oxohydroxid je v kyselinách velmi rozpustný. Gama fáze se rozpustí v kyselině sírové s vývojem kyslíku.

Další vlastnosti

V horké vodě se stává nikl (II) a (III), Ni oxohydroxide ₃ O ₂ (OH) ₄.

Rozkládá se při 140 ° C na oxid nikelnatý (NiO), vodu a kyslík.

Fáze gama (γ-NiO (OH)) se může získat různými způsoby, například zpracováním nikl s roztavenou směsí sodného peroxid (Na ₂ O ₂) a hydroxid sodný (NaOH) při teplotě 600 ° C a chlazení zmrzlá voda.

Gama fáze se při zahřátí na 138 ° C rozkládá.

Aplikace

V niklových bateriích

Edisonova nikl-železná baterie, ve které se používá KOH jako elektrolyt, je založena na reakci oxohydroxidu nikelnatého s železem:

Stažení:

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

Zatížení:

Jedná se o reverzibilní oxidačně-redukční reakci.

Na anodě těchto baterií probíhá řada chemických a elektrochemických procesů. Zde je obecný přehled:

Stažení

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Zatížení

Stárnutí ↑ ↓ Přetížení

Stažení

a-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Zatížení

V technologii niklové baterie se nikl (III) oxohydroxid NiO (OH) nazývá „nikl aktivní hmota“.

Niklové dobíjecí baterie. Autor: Superusergeneric. Zdroj: Vlastní práce. Zdroj: Wikipedia Commons.

Při elektrokatalýze jako regenerovatelného katalyzátoru

NiO (OH) byl úspěšně použit v elektrosyntéze azopyrazolů prostřednictvím elektrokatalytické oxidace aminopyrazolů. Byla také prokázána jeho užitečnost při syntéze karboxylových kyselin z alkoholů nebo karbonylových sloučenin.

Získání karboxylové kyseliny oxidací alkoholu katalyzovaného NiO (OH). Zdroj: Původně z en.wikipedia. Autor Původní uploader byl V8rik na en.wikipedia. Zdroj: Wikipedia Commons

Dalším příkladem je kvantitativní přeměna hydroxymethylpyridinu na pyridinkarboxylovou kyselinu. V tomto případě je ocelová nebo niklová elektroda odpovídající anodě pokryta vrstvou NiO (OH). Médium, ve kterém probíhá elektrolýza, je zásadité.

V těchto reakcích NiO (OH) působí jako mediátor redukční oxidace nebo „redoxní“ mediátor.

Elektrolýza se provádí v komoře s niklovou anodou a titanovou katodou v alkalickém prostředí. Během procesu _se na povrchu niklové anody _tvoří Ni (OH) ₂, který se rychle oxiduje na NiO (OH):

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

NiO (OH) reaguje s organickým substrátem a získá se požadovaný organický produkt, regenerující Ni (OH) ₂:

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

Jak se Ni (OH) ₂ regeneruje, katalytická reakce pokračuje.

Použití NiO (OH) jako elektrokatalyzátoru umožňuje získat organické sloučeniny s nízkými náklady a způsobem šetrným k životnímu prostředí.

U superkondenzátorů

NiO (OH) spolu s Ni (OH) ₂ jsou vynikajícími materiály pro superkondenzátorové elektrody (superkondenzátory).

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

Mají vysokou kapacitu, nízké náklady a podle některých referencí malý dopad na životní prostředí.

Kondenzátory v elektronickém obvodu. Autor: PDPhotos. Zdroj: Pixabay.

Mají však nízkou vodivost. To je vyřešeno použitím nanočástic uvedených sloučenin, protože to zvětšuje povrchovou plochu a zmenšuje vzdálenost potřebnou pro difúzi, což zajišťuje vysokou rychlost přenosu elektronů a / nebo iontů.

Při oxidaci kovových iontů

Jedna z komerčních aplikací oxohydroxidu niklu (III) je založena na jeho schopnosti oxidovat ionty kobaltu (II) v roztoku na ionty kobaltu (III).

Rizika

V roztoku je nikl stabilnější jako iont Ni ²⁺, proto není obvyklé přicházet do styku s roztoky Ni ³⁺. Opatření jsou však stejná, protože nikl, ať už kovový, v roztoku nebo ve formě svých pevných solí, může způsobit senzibilizaci kůže.

Doporučuje se používat ochranné vybavení a oděv, jako je obličejový štít, rukavice a bezpečnostní obuv. To vše se musí použít vždy, když existuje možnost kontaktu s roztoky niklu.

Pokud se objeví dermatitida, měla by být léčena lékařem, aby se vyloučilo, že je způsobena niklem.

Pokud jde o možnost vdechnutí, je dobrým postupem udržovat koncentrace prachu ve formě solí niklu ve vzduchu velmi nízké prostřednictvím místního větrání a v případě potřeby používat ochranu dýchacích cest.

Všechny sloučeniny niklu jsou klasifikovány Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny nebo IARC v kategorii karcinogenů pro člověka.

Vychází z epidemiologických a experimentálních údajů.

Reference

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
2. Lyalin, BV a kol. Elektrosyntéza azopyrazolů oxidací N-alkylaminopyrazolů na anodě NiO (OH) ve vodné alkálii - zelená metoda pro homocoling NN. Tetrahedron dopisy. 59 (2018) 2741-2744. Obnoveno z sciposedirect.com.
3. Liuyang, Zhang a kol. (2018). Materiály na bázi niklu pro superkondenzátory. Materiály dnes. Obnoveno z sciposedirect.com
4. Ettel, VA a Mosolu, MA (1977). Příprava niklové černé. US patent č. 4 006 216. 1. února 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Způsob oxidace derivátů hydroxymethylpyridinu na deriváty kyseliny pyridinkarboxylové na anodách hydroxidu nikelnatého. US patent č. 5,259,933. 9. listopadu 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedie chemické technologie. Svazek 17. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
7. Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie. (1990). Páté vydání. Svazek A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, Jamesi. (1997). Hydroxidy niklu. V příručce k bateriovým materiálům. Vydavatel VCH. Obnoveno z osti.gov.