Nikkel (II) hydroksydstruktur, egenskaper, bruksområder, risiko

De nikkel (II) hydroksid Det er et grønt, krystallinsk uorganisk fast stoff hvor nikkelmetallet har et oksidasjonsnummer på 2+. Dens kjemiske formel er Ni (OH)_to. Det kan oppnås ved å tilsette alkaliske oppløsninger av kaliumhydroksid (KOH), natriumhydroksyd (NaOH) eller ammoniumhydroksid (NH₄OH), dråpevis til vandige oppløsninger av nikkel (II) salter, slik som nikkel (II) klorid (NiCl_to), eller nikkel (II) nitrat (Ni (NO₃)_to).

Under slike omstendigheter faller den ut som en voluminøs grønn gel som krystalliserer etter å ha stått lenge. Krystallene har strukturen til brucitt eller magnesiumhydroksid Mg (OH)_to.

I naturen, Ni (OH)_to finnes i mineralet teofrastitt (fra engelsk teofrastitt), som først ble rapportert i 1981 da den ble funnet i Nord-Hellas.

Ni (OH)_to krystalliserer i to polymorfe faser, α- og β-fasen, som avhenger av måten den har krystallisert på.

Det er løselig i syrer, og skyggen av den grønne fargen avhenger av utgangspunktet nikkel salt.

Den har lenge vært brukt som katode i oppladbare alkaliske batterier. Den har anvendelse i elektrokatalyse, noe som gjør det til et veldig nyttig materiale i brenselceller og elektrosyntese, blant flere applikasjoner.

Det gir helserisiko ved innånding, inntak eller hvis det kommer i kontakt med huden eller øynene. Det regnes også som et kreftfremkallende middel.

Artikkelindeks

• 1 Krystallstruktur
• 2 Elektronisk konfigurasjon
• 3 Nomenklatur
• 4 eiendommer
  • 4.1 Fysisk tilstand
  • 4.2 Molekylvekt
  • 4.3 Smeltepunkt
  • 4.4 Tetthet
  • 4.5 Løselighet
  • 4.6 Andre egenskaper
• 5 bruksområder
  • 5.1 I batterier
  • 5.2 I analytiske applikasjoner
  • 5.3 Ved elektrokatalyse av reaksjoner
  • 5.4 I forskjellige bruksområder
• 6 Risiko
• 7 Referanser

Krystallstruktur

Nikkel (II) hydroksid kan krystallisere på to forskjellige måter: α-Ni (OH)_to og β-Ni (OH)_to.

Ni (OH) krystall_to har den sekskantede strukturen til brucitt (Mg (OH))_to). Den ideelle formen er NiO-lag_to i et plan sekskantet arrangement av Ni-kationer i oktaedrisk koordinering med oksygen.

Α-Ni (OH) -formen_to det er preget av å være en ganske amorf forstyrret struktur, med et variabelt interlaminært rom, men som er større enn i β-fasen. Dette forklares fordi den i sin struktur presenterer flere arter ispedd lagene, for eksempel H_toO, OH^-, SW₄^to- og CO₃^to-, avhengig av startnikkel saltanion.

Β-Ni (OH)_to Den har også en lagdelt struktur, men mye enklere, ryddig og kompakt. Det interlaminære rommet er 4,60 A. OH-grupper er "frie", det vil si at de ikke danner hydrogenbindinger..

Elektronisk konfigurasjon

I Ni (OH)_to Nikkel er i oksidasjonstilstanden 2+, noe som betyr at det ytterste skallet mangler 2 elektroner. Elektronkonfigurasjonen til Ni^to+ er: [Ar] 3d⁸, hvor [Ar] er elektronkonfigurasjonen til edelgass-argonen.

I Ni (OH)_to, elektroner-d av Ni-atomene ligger i sentrum av en liten forvrengt oktaeder av O. Hvert O-atom tar ett elektron fra et H og 1/3 av Ni-atomene, noe som får hvert Ni-atom til å miste 2 elektroner-d.

En enkel måte å representere den på er som følger:

H-O^- Ingen^{to+ -}ÅH

Nomenklatur

- Nikkel (II) hydroksid

- Nikkel dihydroksid

- Nikkel (II) oksydmonohydrat

Eiendommer

Fysisk tilstand

Blågrønt eller gulgrønt krystallinsk fast stoff.

Molekylær vekt

92,708 g / mol.

Smeltepunkt

230 ºC (smelter med spaltning).

Tetthet

4,1 g / cm³ ved 20 ºC.

Løselighet

Praktisk talt uløselig i vann (0,00015 g / 100 g H_toELLER). Det er lett løselig i syrer. Det er også veldig løselig i ammoniakkløsninger (NH₃), siden med dette skjemaet komplekser av blå-fiolett farge.

Andre egenskaper

Det er ikke en amfoterisk forbindelse. Dette betyr at den ikke kan fungere som både en syre og en base..

Når Ni (OH)_to er hentet fra oppløsninger av nikkelklorid (NiCl_to) har en blågrønn farge, mens den faller ut av oppløsninger av nikkelnitrat (Ni (NO₃)_to) har en grønn-gul farge.

Alfafasen (α-Ni (OH)_to) har elektrokjemiske egenskaper som er større enn beta-fasen. Dette er fordi i alfa er det et større antall elektroner tilgjengelig for hvert nikkelatom..

Betaformen (β-Ni (OH)_to) har presentert egenskaper ved en halvledertype-s.

applikasjoner

I batterier

Lengst bruk av Ni (OH)_to det er i batterier. I 1904 brukte Thomas Edison det sammen med oksidet NiO (OH) som et materiale for katoden til alkaliske batterier..

Den elektrokjemiske kapasiteten til Ni (OH) katoder_to det er direkte relatert til morfologien og størrelsen på partiklene. Ni (OH) nanopartikler_to På grunn av deres lille størrelse har de overlegen elektrokjemisk oppførsel og en høyere protondiffusjonskoeffisient enn større partikler..

Det har blitt mye brukt som et katodemateriale i mange oppladbare alkaliske batterier som nikkel-kadmium, nikkel-hydrogen, nikkel-jern, blant andre. Den har også blitt brukt i superkondensatorer med høy ytelse.

Reaksjonen i disse innretningene innebærer oksidasjon av Ni (OH)_to under ladefasen og reduksjon av NiO (OH) under utladningsfasen i den alkaliske elektrolytten:

Ni (OH)_to + Åh^- - og^- ⇔ NiO (OH) + H_toELLER

Denne ligningen er reversibel og kalles redoksovergang..

I analytiske applikasjoner

Α-Ni (OH)_to Det har blitt brukt til utvikling av elektrokjemiske sensorer for bestemmelse av vitamin D₃, eller kolekalsiferol, en form for vitamin D som kan oppnås ved å utsette huden for sollys eller gjennom noen matvarer (eggeplomme, kumelk, fersk laks og tran).

Bruk av hybridsensorer som inneholder α-Ni (OH)_to, sammen med grafenoksid og silisiumdioksyd, tillater kvantifisering av vitamin D₃ direkte i biologiske matriser.

Videre er den uordnede lamellstrukturen til α-Ni (OH)_to forenkler inn- og utgang av ioner i tomme strukturelle rom, noe som favoriserer den elektrokjemiske reversibiliteten til sensoren.

I elektrokatalyse av reaksjoner

Redoksovergangen mellom Ni (OH)_to og NiO (OH) har også blitt brukt i katalytisk oksidasjon av mange små organiske forbindelser i alkalisk elektrolytt. Mekanismen for denne elektrokatalytiske oksidasjonen er som følger:

Ni (OH)_to + Åh^- - og^- ⇔ NiO (OH) + H_toELLER

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

Den organiske forbindelsen kan for eksempel være glukose og produktet glukolakton.

Elektrokatalyse av oksidasjonsreaksjoner av små molekyler har anvendelse i brenselceller, elektroanalyse, elektrosyntese og elektrodegradering.

I forskjellige bruksområder

Dens elektrokatalytiske egenskaper har trukket oppmerksomhet for bruk i fotokatalyse, elektrokromiske enheter, adsorbenter og forløpere for nanostrukturer..

Videre har den en potensiell bruk som pigment på grunn av dens høye refleksjon..

Risiko

Hvis det oppvarmes til nedbrytning, avgir det giftige gasser. Eksponering for Ni (OH)_to presenterer en rekke risikoer. Ved innånding er det irriterende for slimhinnen i øvre luftveier, kan forårsake astma og kan forårsake lungefibrose..

Hvis det kommer i kontakt med øynene, irriterer det konjunktivamembranen. I huden forårsaker sensibilisering, svie eller kløe og erytem, ​​forårsaker alvorlig dermatitt og hudallergi.

Det kan også påvirke nyrene, mage-tarmkanalen, det nevrologiske systemet og kan forårsake kardiovaskulær skade. Kan skade fosteret hos gravide kvinner.

Ni (OH)_to det er kreftfremkallende. Det har vært forbundet med risikoen for å utvikle nese- og lungekreft. Arbeidernes dødsfall fra kreft er rapportert på nikkel-kadmium-batterifabrikker.

Det har blitt klassifisert som svært giftig for vannlevende organismer, med langvarige skadelige effekter..

Når det gjelder planter, er det en viss motsetning, for selv om nikkel er giftig for plantelivet, er det også et viktig mikronæringsstoff for dets utvikling. Påkrevd i ekstremt små mengder for optimal plantevekst.

Referanser

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Effekt av nedbørsmidler på strukturelle, morfologiske og kolorimetriske egenskaper av nikkelhydroksidpartikler. Kolloid og grensesnitt vitenskapelig kommunikasjon. 23 (2019) 6-13. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Haoran Wang og Changjiang Song. (2019). Elektronisk og fononstruktur av nikkelhydroksid: første prinsipps beregningsstudie. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Gjenopprettet fra link.springer.com.
4. National Library of Medicine. (2019). Nikkelhydroksyd. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Syntese og karakterisering av alfa-nikkel (II) hydroksidpartikler på organisk-uorganisk matrise og anvendelse i en sensitiv elektrokjemisk sensor for vitamin D-bestemmelse. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
6. Miao, Y. et al. (2014). Elektrokatalyse og elektroanalyse av nikkel, dets oksider, hydroksider og oksyhydroksider mot små molekyler. Biosensorer og bioelektronikk. 53 (2014) 428-439. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.