NIKKEL (III) HYDROXID: STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER, RISICI - KEMI - 2025

Den nikkelhydroxid (III) er en uorganisk forbindelse, hvor nikkelmetallet har et oxidationstrin på 3+. Dens kemiske formel er Ni (OH) ₃. Ifølge de konsulterede kilder har det indtil nu ikke været muligt at verificere eksistensen af ​​nikkel (III) hydroxid Ni (OH) ₃, men det har været muligt at opnå nikkel (III) oxohydroxid, NiO (OH).

Nikkel (III) oxohydroxid NiO (OH) er et sort krystallinsk fast stof, der krystalliserer i to former: beta- og gammaformerne. Den mest almindelige krystallinske form af NiO (OH) er beta.

Struktur af nikkel (III) oxohydroxid, NiO (OH). Blå = nikkel, rød = ilt, hvid = brint. Forfatter: Smokefoot. Kilde: Eget arbejde. Kilde: Wikipedia Commons

NiO (OH) kan opnås ved oxidation af nikkel (II) nitrat-løsninger (Ni (NO ₃) ₂) med chlor (Cl ₂) eller brom (Br ₂) i nærvær af kaliumhydroxid (KOH). Nikkel (III) oxohydroxid er meget opløseligt i syrer. Det har anvendelse i nikkelbatterier, i superkapacitorer og som en regenererbar katalysator.

Nikkel (III) oxo-hydroxid NiO (OH) og nikkel (II) hydroxid Ni (OH) ₂ findes sammen i driften af ​​de fleste af deres anvendelser, da begge er en del af den samme oxid-ligning. reduktion.

At være en nikkelforbindelse udgør NiO (OH) de samme risici som andre nikkelsalte, det vil sige hudirritation eller dermatitis og kræft.

Krystallstruktur

Nikkel (III) oxohydroxid krystalliserer i to former: beta og gamma. Betaformen β-NiO (OH) har en meget lignende struktur som β-Ni (OH) ₂, hvilket synes logisk, da førstnævnte kommer fra oxidationen af ​​sidstnævnte.

Gamma-y-NiO (OH) -formen er oxidationsproduktet af nikkel (II) hydroxid i dets alfa-form, a-Ni (OH) ₂. Ligesom sidstnævnte har gamma en lagdelt struktur med alkalimetalioner, anioner og vand skåret mellem lagene.

Elektronisk konfiguration

I NiO (OH) er nikkel i 3+ oxidationstilstand, hvilket betyder, at dets yderste lag mangler 3 elektroner, det vil sige, at to elektroner mangler fra lag 4 s og en elektron fra lag 3 d. Den elektroniske konfiguration af Ni ³⁺ i NiO (OH) er: 3 d ⁷, hvor er den elektroniske konfiguration af edelgasargon.

nomenklatur

- NiO (OH): Nikkel (III) oxohydroxid

- Nikkel sort

Ejendomme

Fysisk tilstand

Sort krystallinsk fast stof.

Opløselighed

NiO (OH) oxohydroxid er meget opløseligt i syrer. Gammafasen opløses i svovlsyre med evolution af ilt.

Andre egenskaber

I varmt vand bliver det en nikkel (II) og (III) oxohydroxide, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄.

Det nedbrydes ved 140 ° C i nikkel (II) oxid (NiO), vand og ilt.

Y-fasen (γ-NiO (OH)) kan opnås på forskellige måder, for eksempel behandling af nikkel med en smeltet blanding af natriumperoxid (Na ₂ O ₂) og natriumhydroxid (NaOH) ved 600 ° C og afkøling i frosset vand.

Gamfasen nedbrydes ved opvarmning til 138 ° C.

Applikationer

I nikkelbatterier

Edisons nikkel-jernbatteri, hvor KOH bruges som elektrolyt, er baseret på reaktionen af ​​nikkel (III) oxohydroxid med jern:

Hent:

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

Belastning:

Det er en reversibel oxidationsreduktionsreaktion.

En række kemiske og elektrokemiske processer finder sted ved anoden af ​​disse batterier. Her er en generel oversigt:

Hent

ß-Ni (OH) ₂ ⇔ ß-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

belastning

Aldring ↑ ↓ Overbelastning

Hent

a-Ni (OH) ₂ y-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

belastning

I nikkelbatteriteknologi kaldes nikkel (III) oxohydroxid NiO (OH) "nikkelaktiv masse".

Genopladelige nikkel-batterier. Forfatter: Superusergeneric. Kilde: Eget arbejde. Kilde: Wikipedia Commons.

Ved elektrokatalyse som en regenererbar katalysator

NiO (OH) er blevet brugt med succes i elektrosyntesen af ​​azopyrazoler gennem den elektrokatalytiske oxidation af aminopyrazoler. Dets nytten ved syntese af carboxylsyrer ud fra alkoholer eller carbonylforbindelser er også blevet bevist.

Opnåelse af en carboxylsyre ved oxidation af en alkohol katalyseret af NiO (OH). Kilde: Oprindeligt fra en.wikipedia. Forfatter Original uploader var V8rik på en.wikipedia. Kilde: Wikipedia Commons

Et andet eksempel er den kvantitative omdannelse af hydroxymethylpyridin til en pyridincarboxylsyre. I dette tilfælde er stål- eller nikkelelektroden svarende til anoden dækket med et lag NiO (OH). Det medium, hvori elektrolysen finder sted, er alkalisk.

I disse reaktioner fungerer NiO (OH) som en reduktionsoxidationsformidler eller "redox" -mægler.

Elektrolyse udføres i en celle med nikkelanode og titankatode i et alkalisk medium. Under processen _dannes Ni (OH) ₂ på overfladen af ​​nikkelanoden, som hurtigt oxideres til NiO (OH):

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

NiO (OH) reagerer med det organiske underlag, og det ønskede organiske produkt opnås ved regenerering af Ni (OH) ₂:

NiO (OH) + organisk forbindelse → Ni (OH) ₂ + produkt

Når Ni (OH) ₂ regenererer, fortsættes katalysereaktionen.

Brug af NiO (OH) som en elektrokatalysator tillader opnåelse af organiske forbindelser med lave omkostninger og på en miljøvenlig måde.

I superkapacitorer

NiO (OH) sammen med Ni (OH) ₂ er fremragende materialer til superkapacitorelektroder (superkapacitorer).

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

De har en høj kapacitet, lave omkostninger og ifølge nogle referencer, lav miljøpåvirkning.

Kondensatorer i et elektronisk kredsløb. Forfatter: PDPhotos. Kilde: Pixabay.

De har dog lav ledningsevne. Dette løses ved anvendelse af nanopartikler af nævnte forbindelser, da dette forøger overfladearealet og reducerer den krævede afstand til diffusion, hvilket sikrer en høj overførselshastighed af elektroner og / eller ioner.

Ved oxidation af metalioner

En af de kommercielle anvendelser af nikkel (III) oxohydroxid er baseret på dets evne til at oxidere cobalt (II) -ioner i opløsning til cobalt (III) -ioner.

Risici

I opløsning er nikkel mere stabilt som en Ni ²⁺ -ion, derfor er det ikke sædvanligt at komme i kontakt med Ni ³⁺ -opløsninger. Forholdsreglerne er imidlertid de samme som nikkel, uanset om det er metallisk, i opløsning eller i form af dets faste salte, kan forårsage hudfølsomhed.

Det anbefales at bruge beskyttelsesudstyr og beklædning, såsom et ansigtsskærm, handsker og sikkerhedssko. Alt dette skal bruges, når der er mulighed for at komme i kontakt med nikkelopløsninger.

Hvis dermatitis opstår, skal det behandles med en læge for at udelukke, at det er forårsaget af nikkel.

Hvad angår muligheden for indånding, er det god praksis at holde luftbårne koncentrationer af nikkelsaltstøv meget lavt gennem lokal ventilation og bruge åndedrætsværn, når det er nødvendigt.

Alle nikkelforbindelser er klassificeret af Det Internationale Agentur for Kræftforskning eller IARC i kategorien kræftfremkaldende stoffer til mennesker.

Dette er baseret på epidemiologiske og eksperimentelle data.

Referencer

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
2. Lyalin, BV et al. Elektrosyntese af azopyrazoler via oxidation af N-alkylaminopyrazoler på en NiO (OH) anode i vandig alkali - En grøn metode til NN-homokoppling. Tetrahedron breve. 59 (2018) 2741-2744. Gendannes fra sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Nikkelbaserede materialer til superkondensatorer. Materialer i dag. Gendannes fra sciencedirect.com
4. Engel, VA og Mosolu, MA (1977). Forberedelse af nikkel sort. US patent nr. 4.006.216. 1. februar 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Fremgangsmåde til oxidation af hydroxymethylpyridinderivater til pyridincarboxylsyrederivater ved nikkeloxidhydroxidanoder. US patent nr. 5.259.933. 9. november 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 17. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
7. Ullmanns encyklopædi for industriel kemi. (1990). Femte udgave. Bind A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikkelhydroxider. I håndbog om batterimaterialer. VCH Publisher. Gendannes fra osti.gov.