Structura hidroxidului de nichel (II), proprietăți, utilizări, riscuri

hidroxid de nichel (II) Este un solid anorganic cristalin verde în care nichelul metalic are un număr de oxidare de 2+. Formula sa chimică este Ni (OH)_Două. Se poate obține prin adăugarea de soluții alcaline de hidroxid de potasiu (KOH), hidroxid de sodiu (NaOH) sau hidroxid de amoniu (NH₄OH), prin picurare la soluții apoase de săruri de nichel (II), cum ar fi clorura de nichel (II) (NiCl_Două), sau nitrat de nichel (II) (Ni (NO₃)_Două).

În astfel de circumstanțe, precipită sub formă de gel verde voluminos care cristalizează după o perioadă lungă de timp. Cristalele sale au structura de brucită sau hidroxid de magneziu Mg (OH)_Două.

În natură, Ni (OH)_Două se găsește în mineralul teofrastit (din engleză teofrastita), care a fost raportat pentru prima dată în 1981 când a fost găsit în nordul Greciei.

Ni (OH)_Două cristalizează în două faze polimorfe, faza α și β, care depinde de modul în care a cristalizat.

Este solubil în acizi și nuanța culorii sale verzui depinde de sarea inițială de nichel.

A fost folosit de mult timp ca catod în bateriile alcaline reîncărcabile. Are aplicație în electrocataliză, ceea ce îl face un material foarte util în celulele de combustibil și electrosinteză, printre mai multe aplicații.

Prezintă riscuri pentru sănătate atunci când este inhalat, ingerat sau dacă intră în contact cu pielea sau ochii. De asemenea, este considerat un agent cancerigen.

Indice articol

• 1 Structură cristalină
• 2 Configurare electronică
• 3 Nomenclatură
• 4 Proprietăți
  • 4.1 Starea fizică
  • 4.2 Greutate moleculară
  • 4.3 Punct de topire
  • 4.4 Densitate
  • 4.5 Solubilitate
  • 4.6 Alte proprietăți
• 5 utilizări
  • 5.1 În baterii
  • 5.2 În aplicații analitice
  • 5.3 În electrocataliza reacțiilor
  • 5.4 În diverse utilizări
• 6 Riscuri
• 7 Referințe

Structură cristalină

Hidroxidul de nichel (II) poate cristaliza în două moduri diferite: α-Ni (OH)_Două și β-Ni (OH)_Două.

Cristal de Ni (OH)_Două are structura hexagonală a brucitei (Mg (OH)_Două). Forma ideală este straturile de NiO_Două într-un aranjament hexagonal plan al cationilor Ni în coordonare octaedrică cu oxigenul.

Forma α-Ni (OH)_Două se caracterizează prin a fi o structură dezordonată destul de amorfă, cu un spațiu interlaminar variabil, dar care este mai mare decât în ​​faza β. Acest lucru se explică deoarece prezintă în structura sa mai multe specii intercalate între straturi, cum ar fi H_DouăO, OH^-, SW₄^Două- și CO₃^Două-, în funcție de anionul de sare de nichel inițial.

Β-Ni (OH)_Două Are și o structură stratificată, dar mult mai simplă, ordonată și compactă. Spațiul interlaminar este de 4,60 A. Grupările OH sunt „libere”, adică nu formează legături de hidrogen..

Configurare electronică

În Ni (OH)_Două Nichelul se află în starea de oxidare 2+, ceea ce înseamnă că învelișul său exterior lipsește 2 electroni. Configurația electronică a Ni^Două+ este: [Ar] 3d⁸, unde [Ar] este configurația electronică a argonului cu gaz nobil.

În Ni (OH)_Două, electroni-d din atomii de Ni se află în centrul unui mic octaedru distorsionat al lui O. Fiecare atom de O ia un electron dintr-un H și 1/3 din atomii de Ni, determinând fiecare atom de Ni să piardă 2 electroni-d.

O modalitate simplă de a o reprezenta este după cum urmează:

H-O^- Nici^{Două+ -}OH

Nomenclatură

- Hidroxid de nichel (II)

- Dihidroxid de nichel

- Oxid de nichel (II) monohidrat

Proprietăți

Starea fizică

Solid cristal albastru-verde sau gălbui-verde.

Greutate moleculară

92,708 g / mol.

Punct de topire

230 ºC (se topește cu descompunerea).

Densitate

4,1 g / cm³ la 20 ° C.

Solubilitate

Practic insolubil în apă (0,00015 g / 100 g de H_DouăSAU). Este ușor solubil în acizi. De asemenea, este foarte solubil în soluții de amoniac (NH₃), deoarece cu această formă complexe de culoare albastru-violet.

Alte proprietăți

Nu este un compus amfoteric. Aceasta înseamnă că nu poate acționa atât ca acid, cât și ca bază..

Când Ni (OH)_Două se obține din soluții de clorură de nichel (NiCl_Două) prezintă o culoare verde-albăstrui, în timp ce dacă precipită din soluții de azotat de nichel (Ni (NO₃)_Două) are o culoare verde-galben.

Faza alfa (α-Ni (OH)_Două) are proprietăți electrochimice mai mari decât faza beta. Acest lucru se datorează faptului că în alfa există un număr mai mare de electroni disponibili pentru fiecare atom de nichel..

Forma beta (β-Ni (OH)_Două) a prezentat caracteristici ale unui tip semiconductor-p.

Aplicații

În baterii

Cea mai îndelungată utilizare a Ni (OH)_Două este în baterii. În 1904 Thomas Edison l-a folosit împreună cu oxidul său NiO (OH) ca material pentru catodul bateriilor alcaline..

Capacitatea electrochimică a catodilor Ni (OH)_Două este direct legată de morfologia și dimensiunea particulelor sale. Nanoparticule de Ni (OH)_Două Datorită dimensiunilor mici, au un comportament electrochimic superior și un coeficient de difuzie a protonului mai mare decât particulele mai mari..

A fost utilizat pe scară largă ca material catodic în multe baterii alcaline reîncărcabile precum nichel-cadmiu, nichel-hidrogen, nichel-fier, printre altele. A fost folosit și în supercondensatoare de înaltă performanță.

Reacția din aceste dispozitive implică oxidarea Ni (OH)_Două în timpul fazei de încărcare și reducerea NiO (OH) în timpul fazei de descărcare în electrolitul alcalin:

Ni (OH)_Două + Oh^- - și^- ⇔ NiO (OH) + H_DouăSAU

Această ecuație este reversibilă și se numește tranziție redox..

În aplicații analitice

Α-Ni (OH)_Două A fost utilizat pentru dezvoltarea de senzori electrochimici pentru determinarea vitaminei D.₃, sau colecalciferol, o formă de vitamina D care poate fi obținută prin expunerea pielii la lumina soarelui sau prin unele alimente (gălbenuș de ou, lapte de vacă, somon proaspăt și ulei de ficat de cod).

Utilizarea senzorilor hibrizi care conțin α-Ni (OH)_Două, împreună cu oxidul de grafen și silice, permite cuantificarea vitaminei D₃ direct în matrici biologice.

Mai mult, structura lamelară dezordonată a α-Ni (OH)_Două facilitează intrarea și ieșirea ionilor în spații structurale goale, ceea ce favorizează reversibilitatea electrochimică a senzorului.

În electrocataliza reacțiilor

Tranziția redox între Ni (OH)_Două și NiO (OH) a fost, de asemenea, utilizat în oxidarea catalitică a multor compuși organici mici din electroliți alcalini. Mecanismul acestei oxidări electrocatalitice este după cum urmează:

Ni (OH)_Două + Oh^- - și^- ⇔ NiO (OH) + H_DouăSAU

NiO (OH) + compus organic → Ni (OH) 2 + produs

Compusul organic poate fi, de exemplu, glucoza și produsul glucolactonă.

Electrocataliza reacțiilor de oxidare a moleculelor mici are aplicare în celulele de combustibil, electroanaliza, electrosinteza și electrodegradarea.

În diverse utilizări

Proprietățile sale electrocatalitice au atras atenția asupra utilizărilor în fotocataliză, dispozitive electrocromice, adsorbanți și precursori ai nanostructurilor..

Mai mult, are o utilizare potențială ca pigment datorită reflectanței sale ridicate..

Riscuri

Dacă este încălzit până la descompunere, emite gaze toxice. Expunerea la Ni (OH)_Două prezintă o serie de riscuri. Dacă este inhalat, este iritant pentru membrana mucoasă a căilor respiratorii superioare, poate provoca astm și poate provoca fibroză pulmonară..

Dacă intră în contact cu ochii, irită membrana conjunctivă. În piele provoacă sensibilizare, arsură sau mâncărime și eritem, provocând dermatite severe și alergii cutanate.

Poate afecta și rinichii, tractul gastro-intestinal, sistemul neurologic și poate provoca leziuni cardiovasculare. Poate dăuna fătului femeilor însărcinate.

Ni (OH)_Două este cancerigen. A fost asociat cu riscul de a dezvolta cancer nazal și pulmonar. Decesele lucrătorilor cauzate de cancer au fost raportate la fabricile de baterii de nichel-cadmiu.

A fost clasificat ca fiind foarte toxic pentru viața acvatică, cu efecte dăunătoare pe termen lung..

În ceea ce privește plantele, există o anumită contradicție, deoarece, deși nichelul este toxic pentru viața plantelor, acesta este, de asemenea, un micronutrient esențial pentru dezvoltarea acestuia. Necesar în cantități extrem de mici pentru o creștere optimă a plantelor.

Referințe

1. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. și colab. (2018). Efectul agenților precipitanți asupra caracteristicilor structurale, morfologice și colorimetrice ale particulelor de hidroxid de nichel. Comunicări științifice coloidale și de interfață. 23 (2019) 6-13. Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Haoran Wang și Changjiang Song. (2019). Structura electronică și fonică a hidroxidului de nichel: studiu de calcul al primelor principii. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Recuperat de pe link.springer.com.
4. Biblioteca Națională de Medicină. (2019). Hidroxid de nichel. Recuperat de la: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Sinteza și caracterizarea particulelor de hidroxid de alfa-nichel (II) pe matricea organico-anorganică și aplicarea acestuia într-un senzor electrochimic sensibil pentru determinarea vitaminei D. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Miao, Y. și colab. (2014). Electrocataliza și electroanaliza nichelului, oxizilor, hidroxizilor și oxihidroxizilor săi către molecule mici. Biosenzori și Bioelectronică. 53 (2014) 428-439. Recuperat de la sciencedirect.com.