NIKKEL (III) HYDROKSID: STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK, RISIKO - KJEMI - 2025

Den nikkel-hydroksyd (III) er en uorganisk forbindelse, karakterisert ved at nikkelmetallet har et oksidasjonstall på 3+. Den kjemiske formelen er Ni (OH) ₃ . I følge kildene som er konsultert, har det til nå ikke vært mulig å verifisere eksistensen av nikkel (III) hydroksyd Ni (OH) ₃ , men det har vært mulig å oppnå nikkel (III) oksohydroksyd, NiO (OH).

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

Struktur av nikkel (III) oksohydroksid, NiO (OH). Blått = nikkel, rødt = oksygen, hvitt = hydrogen. Forfatter: Smokefoot. Kilde: Eget arbeid. Kilde: Wikipedia Commons

NiO (OH) kan oppnås ved oksydasjon av nikkel (II) nitratoppløsninger (Ni (NO ₃ ) ₂ ) med klor (Cl ₂ ) eller brom (Br ₂ ) i nærvær av kaliumhydroksid (KOH). Nikkel (III) oksohydroksid er veldig løselig i syrer. Den har anvendelse i nikkelbatterier, i superkapsler og som en regenererbar katalysator.

Nikkel (III) oksohydroksyd NiO (OH) og nikkel (II) hydroksyd Ni (OH) ₂ finnes sammen i driften av de fleste av deres anvendelser, siden begge er en del av den samme oksydligningen. reduksjon.

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

Krystallstruktur

Nikkel (III) oksohydroksid krystalliserer seg i to former: beta og gamma. Betaformen β-NiO (OH) har en veldig lik struktur som β-Ni (OH) ₂ , noe som virker logisk siden førstnevnte kommer fra oksidasjonen av sistnevnte.

Gamma-y-NiO (OH) -formen er oksidasjonsproduktet av nikkel (II) hydroksyd i sin alfa-form, a-Ni (OH) ₂ . Som sistnevnte har gamma en lagdelt struktur med alkalimetallioner, anioner og vann ispedd mellom lagene.

Elektronisk konfigurasjon

I NiO (OH) er nikkel i 3+ oksidasjonstilstand, noe som betyr at dets ytterste lag mangler 3 elektroner, det vil si at to elektroner mangler fra lag 4 s og ett elektron fra lag 3 d . Den elektroniske konfigurasjonen av Ni ³⁺ i NiO (OH) er: 3 d ⁷ , hvor er den elektroniske konfigurasjonen av edelgass-argon.

nomenklatur

- NiO (OH): Nikkel (III) oksohydroksid

- Nikkelsvart

Egenskaper

Fysisk tilstand

Svart krystallinsk fast stoff.

løselighet

NiO (OH) oksohydroksid er veldig løselig i syrer. Gammafasen løses opp i svovelsyre med evolusjon av oksygen.

Andre egenskaper

I varmt vann blir det et nikkel (II) og (III) oksohydroksid, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Den spaltes ved 140 ° C til nikkel (II) oksid (NiO), vann og oksygen.

Den gamma-fase (γ-NiO (OH)) kan oppnås på forskjellige måter, for eksempel, behandling av nikkel med en smeltet blanding av natriumperoksyd (Na ₂ O ₂ ) og natriumhydroksyd (NaOH) ved 600 ° C og avkjøling i frosset vann.

Gamfasen spaltes ved oppvarming til 138 ° C.

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 ₂ O ⇔ Fe (OH) ₂ + 2Ni (OH) ₂

Laste:

Det er en reversibel oksydasjonsreduksjonsreaksjon.

En serie kjemiske og elektrokjemiske prosesser foregår ved anoden til disse batteriene. Her er en generell oversikt:

nedlasting

ß-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Laste

Aldring ↑ ↓ Overbelastning

nedlasting

α-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Laste

I nikkelbatteriteknologi kalles nikkel (III) oksohydroksid NiO (OH) "nikkelaktiv masse".

Oppladbare nikkelbatterier. Forfatter: Superusergeneric. Kilde: Eget arbeid. Kilde: Wikipedia Commons.

Ved elektrokatalyse som en regenererbar katalysator

NiO (OH) er blitt brukt med suksess i elektrosyntesen av azopyrazoler gjennom elektrokatalytisk oksidasjon av aminopyrazoler. Dets nytteverdi i syntesen av karboksylsyrer med utgangspunkt i alkoholer eller karbonylforbindelser har også blitt bevist.

Innhenting av en karboksylsyre ved oksydasjon av en alkohol katalysert av NiO (OH). Kilde: Opprinnelig fra en.wikipedia. Forfatter Original opplaster var V8rik på en.wikipedia. Kilde: Wikipedia Commons

Et annet eksempel er den kvantitative omdannelsen av hydroksymetylpyridin til en pyridinkarboksylsyre. I dette tilfellet er stål- eller nikkelelektroden som tilsvarer anoden dekket med et lag NiO (OH). Det mediet som elektrolysen foregår i er alkalisk.

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

Elektrolyse utføres i en celle med nikkelanode og titankatode, i et alkalisk medium. Under prosessen _dannes Ni (OH) ₂ på overflaten av nikkelanoden, som raskt oksideres til NiO (OH):

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

NiO (OH) reagerer med det organiske underlaget, og det ønskede organiske produktet oppnås, og regenererer Ni (OH) ₂ :

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

Når Ni (OH) ₂ regenererer, fortsetter katalysereaksjonen.

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

I superkapasatorer

NiO (OH) sammen med Ni (OH) ₂ er utmerkede materialer for superkapacitorelektroder (superkapacitorer).

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

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

Kondensatorer i en elektronisk krets. Forfatter: PDPhotos. Kilde: Pixabay.

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

I oksidasjon av metallioner

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

risiko

I løsning er nikkel mer stabilt som et Ni ²⁺ -ion , derfor er det ikke vanlig å komme i kontakt med Ni ³⁺ -løsninger . Imidlertid er forholdsreglene de samme, som nikkel, enten metall, i oppløsning eller i form av faste salter, kan forårsake hudsensibilisering.

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

Hvis dermatitt oppstår, bør det behandles med en 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 lavt, gjennom lokal ventilasjon, og å bruke åndedrettsvern når det er nødvendig.

Alle nikkelforbindelser er klassifisert av International Agency for Research on Cancer, eller IARC, i kategorien kreftfremkallende stoffer for 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, BV et al. Elektrosyntese av azopyrazoler via oksidasjon av N-alkylaminopyrazoler på en NiO (OH) -anode i vandig alkali - En grønn metode for NN-homokoppling. Tetrahedron Letters. 59 (2018) 2741-2744. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Nikkelbaserte materialer for superkapsler. Materialer i dag. Gjenopprettet fra sciencedirect.com
4. Engel, VA og Mosolu, MA (1977). Forberedelse av nikkel svart. US patent nr. 4 006 216. 1. februar 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Fremgangsmåte for oksidering av hydroksymetylpyridinderivater til pyridinkarboksylsyrederivater ved nikkeloksydhydroksydanoder. US patent nr. 5 259 933. 9. november 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 17. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
7. Ullmanns leksikon for industriell kjemi. (1990). Femte utgave. Bind A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikkelhydroksider. I håndbok for batterimateriell. VCH Publisher. Gjenopprettet fra osti.gov.