Nikkel (III) hydroksydstruktur, egenskaper, bruksområder, risiko

De nikkel (III) hydroksid Det er en uorganisk forbindelse hvor nikkelmetall har et oksidasjonsnummer på 3+. Dens kjemiske formel er Ni (OH)₃. Ifølge kildene som ble konsultert, har det hittil ikke vært mulig å verifisere eksistensen av nikkel (III) hydroksid Ni (OH)₃, men det har vært mulig å oppnå nikkel (III) okso-hydroksyd, NiO (OH).

Nikkel (III) oksohydroksid NiO (OH) er et svart krystallinsk fast stoff som krystalliserer i to former: beta- og gamma-formene. Den vanligste krystallinske formen av NiO (OH) er beta.

NiO (OH) kan oppnås ved oksidasjon av nikkel (II) nitratløsninger (Ni (NO₃)_tomed klor (Cl_to) eller brom (Br_to) i nærvær av kaliumhydroksid (KOH). Nikkel (III) okshydroksid er veldig løselig i syrer. Den kan brukes i nikkelbatterier, i superkondensatorer og som en regenererbar katalysator.

Nikkel (III) okso-hydroksyd NiO (OH) og nikkel (II) hydroksid Ni (OH)_to er forenet i driften av de fleste av deres applikasjoner, siden begge er en del av den samme oksydreduksjonsligningen.

Å være en nikkelforbindelse, gir NiO (OH) de samme risikoene som andre nikkelsalter, det vil si hudirritasjon eller dermatitt og kreft.

Artikkelindeks

• 1 Krystallstruktur
• 2 Elektronisk konfigurasjon
• 3 Nomenklatur
• 4 eiendommer
  • 4.1 Fysisk tilstand
  • 4.2 Løselighet
  • 4.3 Andre egenskaper
• 5 bruksområder
  • 5.1 I nikkelbatterier
  • 5.2 I elektrokatalyse som en regenererbar katalysator
  • 5.3 I superkondensatorer
  • 5.4 Ved oksidasjon av metallioner
• 6 Risiko
• 7 Referanser

Krystallstruktur

Nikkel (III) oksohydroksyd krystalliserer i to former: beta og gamma. Beta-formen β-NiO (OH) har en veldig lik struktur som β-Ni (OH)_to, som virker logisk siden førstnevnte kommer fra oksidasjon av sistnevnte.

Gamma γ-NiO (OH) -formen er oksidasjonsproduktet av nikkel (II) hydroksid i sin alfa-form, α-Ni (OH)_to. I likhet med sistnevnte har gamma en lagdelt struktur med alkalimetallioner, anioner og vann ispedd lagene..

Elektronisk konfigurasjon

I NiO (OH) er nikkel i oksidasjonstilstanden 3+, noe som betyr at de ytterste lagene mangler 3 elektroner, det vil si to elektroner mangler fra lag 4s og et elektron fra skall 3d. Elektronkonfigurasjonen til Ni³⁺ i NiO (OH) er det: [Ar] 3d⁷, hvor [Ar] er elektronkonfigurasjonen til edelgass-argonen.

Nomenklatur

- NiO (OH): Nikkel (III) oksohydroksid

- Nikkel svart

Eiendommer

Fysisk tilstand

Svart krystallinsk fast stoff.

Løselighet

NiO (OH) oksohydroksid er veldig løselig i syrer. Gamma-fasen oppløses i svovelsyre med oksygenutvikling.

Andre egenskaper

I varmt vann blir det nikkel (II) og (III) oksohydroksid, Ni₃ELLER_to(ÅH)₄.

Den brytes ned ved 140 ° C i nikkel (II) oksid (NiO), vann og oksygen.

Gamma-fasen (y-NiO (OH)) kan oppnås på forskjellige måter, for eksempel ved å behandle nikkel med en smeltet blanding av natriumperoksid (Na2)._toELLER_to) og natriumhydroksyd (NaOH) ved 600 ° C og avkjøling i isvann.

Gamma-fasen brytes ned ved oppvarming til 138 ºC.

applikasjoner

I nikkelbatterier

Edisons nikkel-jernbatteri, der KOH brukes som elektrolytt, er basert på reaksjonen av nikkel (III) oksohydroksid med jern:

Nedlasting:

Fe + 2NiO (OH) + H_toO ⇔ Fe (OH)_to + 2Ni (OH)_to

Laste:

Det er en reversibel oksidasjonsreduksjonsreaksjon.

En rekke kjemiske og elektrokjemiske prosesser finner sted ved anoden til disse batteriene. Her er en generell oversikt:

nedlasting

β-Ni (OH)_to       ⇔ β-NiO (OH) + H⁺ + og^-

                                                 Laste

Aldring ↑ ↓ Overbelastning

nedlasting

α-Ni (OH)_to       ⇔ γ-NiO (OH) + H⁺ + og^-

                                                Laste

I nikkelbatteriteknologi kalles nikkel (III) oksohydroksid NiO (OH) "aktiv nikkelmasse".

I elektrokatalyse som en regenererbar katalysator

NiO (OH) har blitt brukt med suksess i elektrosyntese av azopyrazoler, gjennom elektrokatalytisk oksidasjon av aminopyrazoler. Dens nytteverdighet i syntesen av karboksylsyrer med utgangspunkt i alkoholer eller karbonylforbindelser er også bevist..

Et annet eksempel er den kvantitative omdannelsen av hydroksymetylpyridin til en pyridinkarboksylsyre. I dette tilfellet dekkes stål- eller nikkelelektroden som tilsvarer anoden med et lag NiO (OH). Mediumet der elektrolysen utføres er alkalisk.

I disse reaksjonene fungerer NiO (OH) som en reduksjons-oksidasjonsformidler, eller "redoks" -formidler..

Elektrolysen utføres i en celle med nikkelanode og titankatode, i et alkalisk medium. Ni (OH) dannes under prosessen_to på overflaten av nikkelanoden, som raskt oksyderes til NiO (OH):

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

NiO (OH) reagerer med det organiske substratet og ønsket organiske produkt oppnås, og regenererer Ni (OH)_to:

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

Når Ni (OH) regenererer_to, katalysereaksjonen fortsettes.

Bruk av NiO (OH) som en elektrokatalysator gjør det mulig å oppnå organiske forbindelser med lave kostnader og på en miljøvennlig måte.

I superkondensatorer

NiO (OH) sammen med Ni (OH)_to lage gode materialer for superkondensatorelektroder. superkondensatorer).

Ni (OH)_to + Åh^-  ⇔ NiO (OH) + H_toO + e^-

De har høy kapasitans, lave kostnader og, ifølge noen referanser, lav miljøpåvirkning.

Imidlertid har de lav ledningsevne. Dette løses ved å bruke nanopartikler av nevnte forbindelser, siden dette øker overflatearealet og reduserer avstanden som kreves for diffusjon, noe som sikrer en høy hastighet for overføring av elektroner og / eller ioner..

Ved oksidasjon av metallioner

En av de kommersielle anvendelsene av nikkel (III) oksohydroksid er basert på dets evne til å oksidere kobolt (II) -ioner i løsning til kobolt (III) -ioner..

Risiko

Nikkel i løsning er mer stabil som Ni-ion^to+, derfor er det ikke vanlig å komme i kontakt med Ni-løsninger³⁺. Forholdsregler er imidlertid de samme, da nikkel, enten det er metallisk, i oppløsning eller i form av faste salter, kan forårsake hudsensibilisering..

Det anbefales å bruke verneutstyr og klær, som ansiktsskjerm, hansker og vernesko. Alt dette må brukes når det er mulig å komme i kontakt med nikkelløsninger..

Hvis dermatitt oppstår, bør det behandles med lege for å utelukke at det er forårsaket av nikkel..

Når det gjelder muligheten for innånding, er det god praksis å holde luftbårne konsentrasjoner av nikkelsaltstøv veldig lave, ved hjelp av lokal ventilasjon, og å bruke åndedrettsvern når det er nødvendig..

Alle nikkelforbindelser er klassifisert av International Agency for Research on Cancer, eller IARC. International Agency for Research on Cancer), i kategorien kreftfremkallende stoffer til mennesker.

Dette er basert på epidemiologiske og eksperimentelle data.

Referanser

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, B.V. et al. Elektrosyntese av azopyrazoler via oksidasjon av N-alkylaminopyrazoler på en NiO (OH) anode i vandig alkali - En grønn metode for N-N homokobling. Tetrahedron Letters. 59 (2018) 2741-2744. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Nikkelbaserte materialer for superkondensatorer. Materialer i dag. Gjenopprettet fra sciencedirect.com
4. Ettel, V.A. og Mosolu, M. A. (1977). Klargjøring av nikkel svart. OSS. Patent nr. 4 006 216. 1. februar 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Fremgangsmåte for oksidering av hydroksymetylpyridinderivater til pyridinkarboksylsyrederivater ved nikkeloksydhydroksydanoder. OSS. Patent nr. 5,259,933. 9. november 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Volum 17. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
7. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Femte utgave. Volum A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikkelhydroksider. I håndbok for batterimateriell. VCH Publisher. Gjenopprettet fra osti.gov.