NIĶEĻA (III) HIDROKSĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS, RISKI - ĶĪMIJA - 2025

Niķeļa hidroksīds (III) ir neorganisks savienojums atšķiras ar to, niķeļa metāls ir oksidēšanas skaits 3+. Tās ķīmiskā formula ir Ni (OH) ₃ . Saskaņā ar aptaujātajiem avotiem līdz šim nav bijis iespējams pārliecināties par niķeļa (III) hidroksīda Ni (OH) ₃ esamību , bet ir bijis iespējams iegūt niķeļa (III) oksohidroksīdu, NiO (OH).

Niķeļa (III) oksohidroksīds NiO (OH) ir melna kristāliska cieta viela, kas kristalizējas divās formās: beta un gamma formās. Visizplatītākā NiO (OH) kristāliskā forma ir beta.

Niķeļa (III) oksohidroksīda, NiO (OH) struktūra. Zils = niķelis, sarkans = skābeklis, balts = ūdeņradis. Autors: Smokefoot. Avots: pašu darbs. Avots: Wikipedia Commons

NiO (OH) var iegūt, oksidējot niķeļa (II) nitrātu šķīdumus (Ni (NO ₃ ) ₂ ) ar hloru (Cl ₂ ) vai bromu (Br ₂ ) kālija hidroksīda (KOH) klātbūtnē. Niķeļa (III) oksohidroksīds ļoti labi šķīst skābēs. To var izmantot niķeļa akumulatoros, superkondensatoros un kā reģenerējamu katalizatoru.

Niķeļa (III) oksohidroksīds NiO (OH) un niķeļa (II) hidroksīds Ni (OH) ₂ ir atrodami kopā lielākajā daļā to lietojumu, jo abi ir daļa no viena un tā paša oksīda vienādojuma. samazināšana.

Būdams niķeļa savienojums, NiO (OH) rada tādus pašus riskus kā citi niķeļa sāļi, tas ir, ādas kairinājumu vai dermatītu un vēzi.

Kristāla struktūra

Niķeļa (III) oksohidroksīds izkristalizējas divās formās: beta un gamma. Beta formā β-NiO (OH) ir ļoti līdzīga struktūra kā β-Ni (OH) ₂ , kas šķiet loģiski, jo pirmais rodas no pēdējo oksidācijas.

Gamma γ-NiO (OH) forma ir niķeļa (II) hidroksīda oksidācijas produkts alfa formā, α-Ni (OH) ₂ . Tāpat kā pēdējam, gammai ir slāņveida struktūra ar sārmu metālu joniem, anjoniem un ūdeni, kas atrodas starp slāņiem.

Elektroniskā konfigurācija

NiO (OH) niķelis ir 3+ oksidācijas stāvoklī, kas nozīmē, ka tā ārējiem slāņiem trūkst 3 elektronu, tas ir, diviem elektroniem trūkst 4. slāņa un vienam elektronam no 3. slāņa . Ni ³⁺ elektroniskā konfigurācija NiO (OH) ir: 3 d ⁷ , kur ir cēlgāzes argona elektroniskā konfigurācija.

Nomenklatūra

- NiO (OH): niķeļa (III) oksohidroksīds

- niķelis melns

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Melna kristāliska cieta viela.

Šķīdība

NiO (OH) oksohidroksīds ļoti labi šķīst skābēs. Gamma fāze izšķīst sērskābē, attīstoties skābeklim.

Citas īpašības

Karstā ūdenī tas kļūst par niķeļa (II) un (III) oksohidroksīdu, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Tas 140 ° C temperatūrā sadalās niķeļa (II) oksīdā (NiO), ūdenī un skābeklī.

Gamma fāzi (γ-NiO (OH)) var iegūt dažādos veidos, piemēram, apstrādājot niķeli ar izkausētu nātrija peroksīda (Na ₂ O ₂ ) un nātrija hidroksīda (NaOH) maisījumu 600 ° C temperatūrā un atdzesējot. saldēts ūdens.

Gama fāze sadalās karsējot līdz 138 ° C.

Lietojumprogrammas

Niķeļa baterijās

Edisona niķeļa-dzelzs akumulators, kurā kā elektrolītu izmanto KOH, ir balstīts uz niķeļa (III) oksohidroksīda reakciju ar dzelzi:

Lejupielādēt:

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

Slodze:

Tā ir atgriezeniska oksidācijas-reducēšanās reakcija.

Pie šo bateriju anoda notiek virkne ķīmisko un elektroķīmisko procesu. Šeit ir vispārīgs izklāsts:

Lejupielādēt

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Slodze

Novecošana ↓ ↓ Pārslodze

Lejupielādēt

α-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Slodze

Niķeļa akumulatoru tehnoloģijā niķeļa (III) oksohidroksīds NiO (OH) tiek saukts par “niķeļa aktīvo masu”.

Niķeļa uzlādējamās baterijas. Autors: Superusergeneric. Avots: pašu darbs. Avots: Wikipedia Commons.

Elektrokatalizācijā kā reģenerējams katalizators

NiO (OH) ir veiksmīgi izmantots azopirazolu elektrosintēzē, izmantojot aminopirazolu elektrokatalītisko oksidāciju. Ir pierādīta arī tā lietderība karbonskābju sintēzē, sākot no spirtiem vai karbonilsavienojumiem.

Karbonskābes iegūšana, oksidējot spirtu, ko katalizē NiO (OH). Avots: Sākotnēji no en.wikipedia. Autora oriģinālais augšupielādētājs bija V8rik vietnē en.wikipedia. Avots: Wikipedia Commons

Vēl viens piemērs ir hidroksimetilpiridīna kvantitatīvā pārveidošana par piridīna karbonskābi. Šajā gadījumā anodam atbilstošais tērauda vai niķeļa elektrods ir pārklāts ar NiO (OH) slāni. Barotne, kurā notiek elektrolīze, ir sārmaina.

Šajās reakcijās NiO (OH) darbojas kā reducēšanas-oksidācijas mediators jeb "redokss" mediators.

Elektrolīze tiek veikta šūnā ar niķeļa anodu un titāna katodu sārmainā vidē. Procesa laikā Niķeļa anoda virsmā _veidojas Ni (OH) ₂ , kas ātri oksidējas par NiO (OH):

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

NiO (OH) reaģē ar organisko substrātu un tiek iegūts vēlamais organiskais produkts, reģenerējot Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + organiskais savienojums → Ni (OH) ₂ + produkts

Kad Ni (OH) ₂ reģenerējas, katalīzes reakcija tiek turpināta.

NiO (OH) kā elektrokatalizatora izmantošana ļauj iegūt organiskos savienojumus ar zemām izmaksām un videi draudzīgā veidā.

Superkondensatoros

NiO (OH) kopā ar Ni (OH) ₂ ir lieliski materiāli superkondensatoru elektrodiem (superkondensatori).

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

Viņiem ir augsta kapacitāte, zemas izmaksas un, pēc dažām atsauksmēm, zema ietekme uz vidi.

Kondensatori elektroniskā shēmā. Autors: PDPhotos. Avots: Pixabay.

Tomēr tiem ir zema vadītspēja. Tas tiek atrisināts, izmantojot minēto savienojumu nanodaļiņas, jo tas palielina virsmas laukumu un samazina difūzijai nepieciešamo attālumu, kas nodrošina lielu elektronu un / vai jonu pārnešanas ātrumu.

Metālu jonu oksidācijā

Viens no niķeļa (III) oksohidroksīda komerciālajiem lietojumiem ir balstīts uz tā spēju oksidēt kobalta (II) jonus šķīdumā līdz kobalta (III) joniem.

Riski

Šķīdumā niķelis ir stabilāks kā Ni ²⁺ jons , tāpēc nav ierasts saskarties ar Ni ³⁺ šķīdumiem . Tomēr piesardzības pasākumi ir tādi paši, jo niķelis, neatkarīgi no tā, vai tas ir metālisks, šķīdumā vai to cieto sāļu veidā, var izraisīt ādas sensibilizāciju.

Ieteicams lietot aizsarglīdzekļus un apģērbu, piemēram, sejas aizsargu, cimdus un drošības apavus. Tas viss ir jāizmanto ikreiz, kad ir iespēja nonākt saskarē ar niķeļa šķīdumiem.

Ja rodas dermatīts, tas jāārstē ar ārstu, lai izslēgtu, ka tā cēlonis ir niķelis.

Runājot par iespēju ieelpot, ir laba prakse uzturēt niķeļa sāls putekļu koncentrāciju gaisā ļoti zemā līmenī, izmantojot vietējo ventilāciju, un vajadzības gadījumā lietot elpošanas ceļu aizsarglīdzekļus.

Visus niķeļa savienojumus Starptautiskā vēža pētījumu aģentūra (IARC) klasificē cilvēkiem kancerogēnu kategorijā.

Tas ir balstīts uz epidemioloģiskiem un eksperimentāliem datiem.

Atsauces

1. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
2. Lyalin, BV et al. Azopirazolu elektrosintēze, N-alkilaminopirazolu oksidējot uz NiO (OH) anoda ūdens sārmos - Zaļā metode NN homokomponēšanai. Tetraedru burti. 59 (2018) 2741-2744. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Materiāli uz niķeļa bāzes superkondensatoriem. Materiāli šodien. Atgūts no vietnes sciencedirect.com
4. Ettel, VA un Mosolu, MA (1977). Niķeļa melnā sagatavošana. ASV patents Nr. 4,006,216. 1977. gada 1. februāris.
5. Scharbert, B. (1993). Hidroksimetilpiridīna atvasinājumu oksidēšanas process par piridīna karbonskābes atvasinājumiem pie niķeļa oksīda hidroksīda anodiem. ASV patents Nr. 5 259 933. 1993. gada 9. novembris.
6. Kirk-Othmer (1994). Ķīmiskās tehnoloģijas enciklopēdija. 17. sējums. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
7. Ulmana rūpnieciskās ķīmijas enciklopēdija. (1990). Piektais izdevums. A sējums 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. Makberns, Džeimss. (1997). Niķeļa hidroksīdi. Akumulatoru materiālu rokasgrāmatā. VCH izdevējs. Atgūts no osti.gov.