NIKKEL (III) HIDROXID: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK, KOCKÁZATOK - KÉMIA - 2026

A (III) nikkel-hidroxid egy szervetlen vegyület, ahol a nikkel-fém oxidációs száma 3+. Kémiai képlete Ni (OH) ₃. A megkeresett források szerint eddig nem volt lehetséges ellenőrizni a nikkel (III) -hidroxid Ni (OH) ₃ létezését, de nikkel (III) -oxi-hidroxidot, NiO (OH) lehetett előállítani.

A nikkel (III) -oxi-hidroxid-NiO (OH) egy fekete kristályos szilárd anyag, amely két formában kristályosodik: a béta és a gamma. A NiO (OH) leggyakoribb kristályos formája a béta.

Nikkel (III) -oxi-hidroxid, NiO (OH) szerkezete. Kék = nikkel, piros = oxigén, fehér = hidrogén. Szerző: Füstláb. Forrás: Saját munka. Forrás: Wikipedia Commons

NiO (OH) nyerhető nikkel (II) -nitrát-oldatok (Ni (NO ₃) ₂) klórral (Cl ₂) vagy brómmal (Br ₂) oxidációjával kálium-hidroxid (KOH) jelenlétében. A nikkel (III) -oxi-hidroxid nagyon jól oldódik savakban. Alkalmazható nikkel-elemekben, szuperkondenzátorokban és regenerálható katalizátorként.

A nikkel (III) -oxi-hidroxid NiO (OH) és a nikkel (II) -hidroxid (Ni) (OH) _{2 alkalmazásuk} többségében találhatók együtt, mivel mindkettő ugyanazon oxid-egyenlet részét képezi. csökkentés.

Nikkel-vegyületként a NiO (OH) ugyanolyan kockázatot jelent, mint a többi nikkel-só, azaz bőrirritáció vagy dermatitis és rák.

Kristályszerkezet

A nikkel (III) -oxi-hidroxid két formában kristályosodik: béta és gamma. A β-NiO (OH) béta forma szerkezete nagyon hasonló a β-Ni (OH) _2-hez, ami logikusnak tűnik, mivel az előbbi az utóbbi oxidációjából származik.

A gamma-y-NiO (OH) forma a nikkel (II) -hidroxid oxidációs terméke alfa-formájában, α-Ni (OH) ₂. Az utóbbihoz hasonlóan a gamma rétegelt felépítésű, alkálifém-ionokkal, anionokkal és vízzel a rétegek között egymásba helyezve.

Elektronikus konfiguráció

A NiO (OH) -ban a nikkel 3+ oxidációs állapotban van, ami azt jelenti, hogy legkülső rétegeiből hiányzik 3 elektron, azaz két elektron hiányzik a 4 s rétegből és egy elektron a 3 d rétegből. A Ni ³⁺ NiO (OH) elektronikus konfigurációja: 3 d ⁷, ahol a nemesgáz argon elektronikus konfigurációja van.

Elnevezéstan

- NiO (OH): nikkel (III) -oxi-hidroxid

- Nikkel-fekete

Tulajdonságok

Fizikai állapot

Fekete kristályos szilárd anyag.

Oldhatóság

A NiO (OH) -oxi-hidroxid nagyon jól oldódik savakban. A gamma fázis feloldódik kénsavban az oxigén fejlődésével.

Egyéb tulajdonságok

Forró vízben nikkel (II) és (III) oxohidroxiddá, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ -vé válik.

Elbomlik 140 ° C-on nikkel (II) -oxiddá (NiO), vízré és oxigénné.

A gamma fázist (γ-NiO (OH)) különféle módszerekkel lehet előállítani, például nikkel kezelésére nátrium-peroxid (Na ₂ O ₂) és nátrium-hidroxid (NaOH) olvadt keverékével 600 ºC-on, majd lehűtéssel fagyott víz.

A gamma fázis 138 ° C-ra hevül.

Alkalmazások

Nikkel elemekben

Az Edison nikkel-vas akkumulátora, amelyben elektrolitként KOH-t használnak, a nikkel (III) -oxi-hidroxid és a vas reakcióján alapul:

Letöltés:

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

Betöltés:

Ez egy reverzibilis oxidációs-redukciós reakció.

Ezen akkumulátorok anódján kémiai és elektrokémiai folyamatok zajlanak. Itt van egy általános vázlat:

Letöltés

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Betöltés

Öregedés ↓ ↓ Túlterhelés

Letöltés

α-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Betöltés

A nikkel-akkumulátor-technológiában a nikkel (III) -oxi-hidroxid NiO (OH) -ot „nikkel aktív tömegnek” hívják.

Nikkel-újratölthető elemek. Szerző: Superusergeneric. Forrás: Saját munka. Forrás: Wikipedia Commons.

Elektrokatalízisben mint regenerálható katalizátor

A NiO (OH) -ot sikeresen használják az azopirazolok elektroszintézisében, az aminopirazolok elektrokatalitikus oxidációján keresztül. Használatát karbonsavak szintézisében alkoholokból vagy karbonilvegyületekből kiindulva szintén bebizonyították.

Karbonsav előállítása NiO (OH) által katalizált alkohol oxidációjával. Forrás: Eredetileg az en.wikipedia-ból. A szerző eredeti feltöltője V8rik volt az en.wikipedia webhelyen. Forrás: Wikipedia Commons

Egy másik példa a hidroxi-metil-piridin kvantitatív konverziója piridin-karbonsavvá. Ebben az esetben az anódnak megfelelő acél- vagy nikkel-elektródot NiO (OH) réteggel borítják. Az a közeg, amelyben az elektrolízis zajlik, lúgos.

Ezekben a reakciókban a NiO (OH) redukciós-oxidációs mediátorként, vagy "redox" mediátorként működik.

Az elektrolízist nikkel-anóddal és titán-katóddal ellátott cellában, lúgos közegben hajtják végre. A folyamat során Ni (OH) _{2 képződik} a nikkel-anód felületén, amely gyorsan oxidálódik NiO-ra (OH):

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

NiO (OH) reagál a szerves szubsztráttal, így kapjuk a kívánt szerves terméket, Ni (OH) ₂ regenerálásával:

NiO (OH) + szerves vegyület → Ni (OH) ₂ + termék

Amint a Ni (OH) ₂ regenerálódik, a katalizációs reakciót folytatjuk.

A NiO (OH) alkalmazása elektrokatalizátorként lehetővé teszi alacsony költségekkel és környezetbarát módon szerves vegyületek előállítását.

Szuperkondenzátorokban

A NiO (OH) és a Ni (OH) ₂ együtt kiváló anyag a szuperkondenzátor elektródákhoz (szuperkondenzátorok).

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

Magas kapacitással, alacsony költségekkel és néhány referencia szerint alacsony környezeti hatásúak.

Kondenzátorok elektronikus áramkörben. Szerző: PDPhotos. Forrás: Pixabay.

Ennek ellenére alacsony vezetőképességgel rendelkeznek. Ezt az említett vegyületek nanorészecskéinek alkalmazásával oldják meg, mivel ez növeli a felületet és csökkenti a diffúzióhoz szükséges távolságot, amely biztosítja az elektronok és / vagy ionok nagy átviteli sebességét.

Fémionok oxidációja során

A nikkel (III) -oxi-hidroxid egyik kereskedelmi alkalmazásának alapja az a képessége, hogy oldatban lévő kobalt (II) -ionokat kobalt (III) -ionokká oxidálja.

kockázatok

Oldatban a nikkel stabilabb, mint Ni ²⁺ ion, ezért nem szokás érintkezni Ni ³⁺ oldatokkal. Az óvintézkedések ugyanakkor megegyeznek, mivel a nikkel, akár fémes, akár oldatban vagy szilárd sója formájában, bőrérzékenységet okozhat.

Javasolt védőfelszerelést és ruházatot használni, például arcvédőt, kesztyűt és biztonsági cipőt. Mindezt minden alkalommal fel kell használni, amikor lehetőség van a nikkel-oldatokkal való érintkezésre.

Ha dermatitis jelentkezik, orvossal kell kezelni, hogy kizárja, hogy a nikkel okozza.

A belélegzés lehetőségét illetően helyes gyakorlat a levegőben lévő nikkel-sópor koncentrációjának nagyon alacsony szinten tartása, helyi szellőztetés útján, és szükség esetén légzőkészülék használata.

Az összes nikkelvegyületet a Nemzetközi Rákkutatási Ügynökség (IARC) az emberre gyakorolt ​​karcinogén kategóriába sorolja.

Ez epidemiológiai és kísérleti adatokon alapul.

Irodalom

1. Cotton, F. Albert és Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fejlett szervetlen kémia. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV et al. Az azopirazolok elektroszintézise N-alkilaminopirazolok NiO (OH) anódon történő oxidációjával vizes lúgban - Zöld módszer az NN homokcsatolásához. Tetraéder betűk. 59 (2018) 2741-2744. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
3. Liuyang, Zhang és mtsai. (2018). Nikkel-alapú anyagok szuperkondenzátorokhoz. Anyagok ma. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről
4. Ettel, VA és Mosolu, MA (1977). Nikkel-fekete előállítása. 4 006 216 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom. 1977. február 1.
5. Scharbert, B. (1993). Eljárás hidroxi-metil-piridin-származékok piridinkarbonsav-származékokká történő oxidálására nikkel-oxid-hidroxid-anódokon. 5 259 933 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom. 1993. november 9.
6. Kirk-Othmer (1994). Kémiai Technológia Enciklopédia. 17. kötet. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
7. Ullmann ipari kémia enciklopédia. (1990). Ötödik kiadás. A kötet 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikkel-hidroxidok. Az Akkumulátorok Kézikönyvében. VCH Publisher. Helyreállítva az osti.gov-tól.