Nikkel (II) hydroxidstruktur, egenskaber, anvendelser, risici

Det nikkel (II) hydroxid Det er et grønt krystallinsk uorganisk fast stof, hvor nikkelmetallet har et oxidationsnummer på 2+. Dens kemiske formel er Ni (OH)_to. Det kan opnås ved tilsætning af alkaliske opløsninger af kaliumhydroxid (KOH), natriumhydroxid (NaOH) eller ammoniumhydroxid (NH₄OH), dråbevis til vandige opløsninger af nikkel (II) salte, såsom nikkel (II) chlorid (NiCl2)_to) eller nikkel (II) nitrat (Ni (NO₃)_to).

Under sådanne omstændigheder udfældes det som en voluminøs grøn gel, der krystalliserer efter stående i lang tid. Dens krystaller har strukturen af ​​brucit eller magnesiumhydroxid Mg (OH)_to.

I naturen, Ni (OH)_to findes i mineralet teophrastit (fra engelsk teofrastit), som først blev rapporteret i 1981, da den blev fundet i det nordlige Grækenland.

Ni (OH)_to krystalliserer i to polymorfe faser, α- og β-fasen, som afhænger af, hvordan den har krystalliseret.

Det er opløseligt i syrer, og skyggen af ​​dets grønlige farve afhænger af det udgående nikkelsalt.

Det har længe været brugt som en katode i genopladelige alkaliske batterier. Det har anvendelse i elektrokatalyse, hvilket gør det til et meget nyttigt materiale i brændselsceller og elektrosyntese blandt flere anvendelser.

Det udgør sundhedsrisici ved indånding, indtagelse eller hvis det kommer i kontakt med huden eller øjnene. Det betragtes også som et kræftfremkaldende middel.

Artikelindeks

• 1 Krystalstruktur
• 2 Elektronisk konfiguration
• 3 Nomenklatur
• 4 egenskaber
  • 4.1 Fysisk tilstand
  • 4.2 Molekylvægt
  • 4.3 Smeltepunkt
  • 4.4 Tæthed
  • 4.5 Opløselighed
  • 4.6 Andre egenskaber
• 5 anvendelser
  • 5.1 I batterier
  • 5.2 I analytiske anvendelser
  • 5.3 I elektrokatalyse af reaktioner
  • 5.4 I forskellige anvendelser
• 6 risici
• 7 Referencer

Krystalstruktur

Nikkel (II) hydroxid kan krystallisere på to forskellige måder: α-Ni (OH)_to og β-Ni (OH)_to.

Ni (OH) krystal_to har den sekskantede struktur af brucit (Mg (OH))_to). Den ideelle form er NiO-lag_to i et plan sekskantet arrangement af Ni-kationer i oktaedrisk koordination med ilt.

A-Ni (OH) -formen_to det er kendetegnet ved at være en temmelig amorf forstyrret struktur med et variabelt interlaminært rum, men som er større end i β-fasen. Dette forklares, fordi det inden for sin struktur adskiller flere arter, der er spredt mellem lagene, såsom H_toO, OH^-, SW₄^to- og CO₃^to-, afhængigt af startnikkel-saltanionen.

Β-Ni (OH)_to Det har også en lagdelt struktur, men meget enklere, ordnet og kompakt. Det interlaminære rum er 4,60 A. OH-grupper er "frie", dvs. de danner ikke hydrogenbindinger..

Elektronisk konfiguration

I Ni (OH)_to Nikkel er i 2+ oxidationstilstand, hvilket betyder, at dets yderste skal mangler 2 elektroner. Elektronkonfigurationen af ​​Ni^to+ er: [Ar] 3d⁸, hvor [Ar] er elektronkonfigurationen af ​​ædelgasargonen.

I Ni (OH)_to, elektroner-d af Ni-atomerne er placeret i midten af ​​en lille forvrænget oktaeder af O. Hvert O-atom tager en elektron fra et H og 1/3 af Ni-atomerne, hvilket får hvert Ni-atom til at miste 2 elektroner-d.

En enkel måde at repræsentere det på er som følger:

H-O^- Ingen af ​​dem^{to+ -}O-H

Nomenklatur

- Nikkel (II) hydroxid

- Nikkel dihydroxid

- Nikkel (II) oxidmonohydrat

Ejendomme

Fysisk tilstand

Blågrøn eller gulgrøn krystallinsk fast stof.

Molekylær vægt

92,708 g / mol.

Smeltepunkt

230 ºC (smelter med nedbrydning).

Massefylde

4,1 g / cm³ ved 20 ºC.

Opløselighed

Praktisk talt uopløselig i vand (0,00015 g / 100 g H_toELLER). Det er let opløseligt i syrer. Det er også meget opløseligt i ammoniakopløsninger (NH₃), da med denne form komplekser af blålig-violet farve.

Andre egenskaber

Det er ikke en amfoter forbindelse. Dette betyder, at det ikke kan fungere som både en syre og en base..

Når Ni (OH)_to fås fra opløsninger af nikkelchlorid (NiCl_to) har en blågrøn farve, medens den udfældes fra opløsninger af nikkelnitrat (Ni (NO₃)_to) har en grøn-gul farve.

Alfa-fasen (α-Ni (OH)_to) har elektrokemiske egenskaber, der er større end beta-fasen. Dette skyldes, at der i alfa er et større antal elektroner til rådighed for hvert nikkelatom..

Beta-formen (β-Ni (OH)_to) har præsenteret egenskaber ved en halvledertype-s.

Ansøgninger

I batterier

Længstvarende brug af Ni (OH)_to det er i batterier. I 1904 brugte Thomas Edison det sammen med dets oxid NiO (OH) som et materiale til katoden til alkaliske batterier..

Den elektrokemiske kapacitet af Ni (OH) katoder_to det er direkte relateret til morfologien og størrelsen af ​​dets partikler. Ni (OH) nanopartikler_to På grund af deres lille størrelse har de overlegen elektrokemisk opførsel og en højere protondiffusionskoefficient end større partikler..

Det er blevet brugt i vid udstrækning som et katodemateriale i mange genopladelige alkaliske batterier såsom nikkel-cadmium, nikkel-hydrogen, nikkel-jern, blandt andre. Det er også blevet brugt i højtydende superkondensatorer.

Reaktionen i disse enheder involverer oxidation af Ni (OH)_to under opladningsfasen og reduktion af NiO (OH) under afladningsfasen i den alkaliske elektrolyt:

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

Denne ligning er reversibel og kaldes redoxovergangen..

I analytiske applikationer

Α-Ni (OH)_to Det er blevet brugt til udvikling af elektrokemiske sensorer til bestemmelse af D-vitamin₃, eller cholecalciferol, en form for D-vitamin, der kan opnås ved at udsætte huden for sollys eller gennem nogle fødevarer (æggeblomme, komælk, frisk laks og torskeleverolie).

Anvendelse af hybridsensorer indeholdende α-Ni (OH)_to, sammen med grafenoxid og silica muliggør kvantificering af D-vitamin₃ direkte i biologiske matricer.

Desuden er den uordnede lamellære struktur af α-Ni (OH)_to letter ind- og udgang af ioner i tomme strukturelle rum, hvilket favoriserer den elektrokemiske reversibilitet af sensoren.

I elektrokatalyse af reaktioner

Redoxovergangen mellem Ni (OH)_to og NiO (OH) er også blevet anvendt til katalytisk oxidation af mange små organiske forbindelser i alkalisk elektrolyt. Mekanismen for denne elektrokatalytiske oxidation er som følger:

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

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

Den organiske forbindelse kan for eksempel være glucose og produktet glucolacton.

Elektrokatalyse af oxidationsreaktioner af små molekyler kan anvendes i brændselsceller, elektroanalyse, elektrosyntese og elektrodegradering.

I forskellige anvendelser

Dens elektrokatalytiske egenskaber har gjort opmærksom på anvendelser i fotokatalyse, elektrokromiske enheder, adsorbenter og forløbere for nanostrukturer..

Desuden har den en potentiel anvendelse som et pigment på grund af dens høje refleksion..

Risici

Hvis det opvarmes til nedbrydning, udsender det giftige gasser. Eksponering for Ni (OH)_to udgør en række risici. Ved indånding er det irriterende for slimhinden i de øvre luftveje, kan forårsage astma og kan forårsage lungefibrose..

Hvis det kommer i kontakt med øjnene, irriterer det konjunktivamembranen. I huden forårsager sensibilisering, forbrænding eller kløe og erytem, ​​der forårsager alvorlig dermatitis og hudallergi.

Det kan også påvirke nyrerne, mave-tarmkanalen, det neurologiske system og kan forårsage kardiovaskulær skade. Kan skade fosteret hos gravide kvinder.

Ni (OH)_to det er kræftfremkaldende. Det har været forbundet med risikoen for at udvikle næse- og lungekræft. Arbejdstageres dødsfald fra kræft er rapporteret på nikkel-cadmium-batterifabrikker.

Det er klassificeret som meget giftigt for vandlevende organismer med langvarige skadelige virkninger..

Med hensyn til planter er der en vis modsigelse, for selv om nikkel er giftigt for plantelivet, er det også et vigtigt mikronæringsstof for dets udvikling. Kræves i ekstremt små mængder for optimal plantevækst.

Referencer

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Virkning af udfældende stoffer på de strukturelle, morfologiske og kolorimetriske egenskaber ved nikkelhydroxidpartikler. Colloid og interface videnskabelig kommunikation. 23 (2019) 6-13. Gendannet fra sciencedirect.com.
3. Haoran Wang og Changjiang Song. (2019). Elektronisk og fononstruktur af nikkelhydroxid: første-princip beregningsundersøgelse. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Gendannet fra link.springer.com.
4. National Library of Medicine. (2019). Nikkelhydroxyde. Gendannet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Syntese og karakterisering af alfa-nikkel (II) hydroxidpartikler på organisk-uorganisk matrix og dets anvendelse i en følsom elektrokemisk sensor til vitamin D-bestemmelse. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Gendannet fra sciencedirect.com.
6. Miao, Y. et al. (2014). Elektrokatalyse og elektroanalyse af nikkel, dets oxider, hydroxider og oxyhydroxider mod små molekyler. Biosensorer og bioelektronik. 53 (2014) 428-439. Gendannet fra sciencedirect.com.