КОБАЛТОВ ХИДРОКСИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В кобалтов хидроксид е генеричното наименование за всички съединения, където кобалтови катиони и аниони ОН състоеше ^-. Всички те са неорганични по природа и имат химическа формула Co (OH) _n, където n е равна на валентността или положителния заряд на металния център на кобалта.

Тъй като кобалт е преходен метал с полу-пълни атомни орбитали, по някакъв електронен механизъм неговите хидроксиди отразяват интензивни цветове, дължащи се на взаимодействието на Co-O. Тези цветове, както и структурите са силно зависими от заряда им и от анионните видове, които се конкурират с ОН ^-.

Източник: От Chemicalinterest, от Wikimedia Commons

Цветовете и структурите не са еднакви за Co (OH) ₂, Co (OH) ₃ или за CoO (OH). Химията зад всички тези съединения отива в синтеза на материали, приложени за катализа.

От друга страна, въпреки че могат да бъдат сложни, формирането на повечето от тях започва от основна среда; както се доставя от силната основа NaOH. Следователно, различни химични условия могат да окисляват кобалт или кислород.

Химическа структура

Какви са структурите на кобалтовия хидроксид? Общата му формула Co (OH) _n се тълкува йонно по следния начин: в кристална решетка, заета от редица Co ^{n +}, ще има n пъти повече от това количество OH аниони ^- взаимодействайки с тях електростатично. По този начин за Co (OH) ₂ ще има две OH ^- за всеки катион Co ²⁺.

Но това не е достатъчно, за да се предвиди коя кристална система ще приемат тези йони. Чрез разсъждения на кулобичните сили, Co ³⁺ привлича OH с по-голяма интензивност ^- в сравнение с Co ²⁺.

Този факт води до скъсяване на разстоянията или връзката на Co-OH (дори със своя висок йонен характер). Освен това, тъй като взаимодействията са по-силни, електроните във външните слоеве на Co ³⁺ претърпяват енергийна промяна, която ги принуждава да абсорбират фотони с различна дължина на вълната (твърдото потъмнява).

Този подход обаче е недостатъчен за изясняване на феномена на промяната на техните цветове в зависимост от структурата.

Същото важи и за кобалтовия оксихидроксид. Формулата му CoO · OH се интерпретира като катион на Co ^3+, взаимодействащ с оксиден анион, O ^2– и OH ^-. Това съединение представлява основата за синтезиране на смесен кобалтов оксид: Co ₃ O ₄.

Ковалентна

Кобалтовите хидроксиди също могат да бъдат визуализирани, макар и по-малко прецизно, като отделни молекули. След това Co (OH) ₂ може да бъде нарисувана като линейна молекула OH - Co - OH и Co (OH) ₃ като плосък триъгълник.

По отношение на CoO (OH), неговата молекула от този подход ще бъде съставена като O = Co - OH. The O ^2- анион образува двойна връзка с кобалт атом и друг единична връзка с ОН ^-.

Взаимодействията между тези молекули обаче не са достатъчно силни, за да „въоръжат“ сложните структури на тези хидроксиди. Например, Co (OH) ₂ може да образува две полимерни структури: алфа и бета.

И двете са ламинарни, но с различна подредба на единиците, а също така са способни да преплитат малки аниони, като CO ₃ ^2–, между техните слоеве; което представлява голям интерес за проектирането на нови материали от хидроксиди на кобалт.

Координационни звена

Полимерните структури могат да бъдат обяснени по-добре, като се разгледа координатен октаедър около кобалтовите центрове. За Co (OH) ₂, тъй като има два OH аниона ^- взаимодействащи с Co ²⁺, за да попълни октаедъра, се нуждаят от четири водни молекули (ако се използва воден NaOH).

Така, Co (ОН) ₂ всъщност Co (H ₂ O) ₄ (ОН) ₂. За да може този октаедър да образува полимери, той трябва да бъде свързан с кислородни мостове: (OH) (H ₂ O) ₄ Co-O - Co (H ₂ O) ₄ (OH). Структурната сложност се увеличава за случая на CO (OH) и още повече за Co (OH) ₃.

Имоти

Кобалт (II) хидроксид

-Формула: Co (OH) ₂.

-Моларна маса: 92.948 g / mol.

-Виява: розово-червен прах или червен прах. Съществува нестабилна синя форма с формула α-Co (OH) ₂

Плътност: 3597 гр / см ³.

-Разтворимост във вода: 3,2 mg / l (слабо разтворим).

-Разтворим в киселини и амоняк. Неразтворим в разреден алкал.

-Точка на топене: 168 ° C

-Чувствителност: чувствителен към въздуха.

-Стабилност: стабилна е.

Кобалт (III) хидроксид

-Формула: Co (OH) ₃

-Молекулна маса: 112,98 g / mol.

-Поява: две форми. Стабилна черно-кафява форма и нестабилна тъмнозелена форма с тенденция към потъмняване.

производство

Добавянето на калиев хидроксид към разтвор на кобалт (II) нитрат води до появата на синьо-виолетова утайка, която при нагряване става Co (OH) ₂, тоест кобалт (II) хидроксид).

Co (OH) _{2 се} утаява, когато се добавя хидроксид на алкален метал към воден разтвор на сол на Со ²⁺

Co ²⁺ + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

Приложения

-Използва се при производството на катализатори за използване при рафиниране на нефт и в нефтохимическата промишленост. Също така Co (OH) _{2 се използва} при получаването на кобалтови соли.

-Кобалт (II) хидроксид се използва при производството на сушилни за боядисване и при производството на акумулаторни електроди.

Синтез на наноматериали

-Кобалтовите хидроксиди са суровината за синтеза на наноматериали с нови структури. Например, от Co (OH) ₂ нанокопи от това съединение са проектирани с голяма повърхност, която да участва като катализатор в окислителни реакции. Тези нанокопи са импрегнирани върху порести никелови или кристални въглеродни електроди.

-Потърсено е да се прилагат карбонатни хидроксидни нанобари с карбонатни сандвичи в техните слоеве. В тях се използва окислителната реакция на Co ²⁺ до Co ³⁺, която се оказва материал с потенциални електрохимични приложения.

-Студиите са синтезирали и характеризирали с помощта на микроскопични методи нанодиски от смесен кобалтов оксид и оксихидроксид от окисляването на съответните хидроксиди при ниски температури.

Баровете, дисковете и люспите на кобалтовия хидроксид със структури в нанометрични мащаби отварят вратите за подобрения в света на катализата, а също и за всички приложения, свързани с електрохимията и максималното използване на електрическата енергия в съвременните устройства.

Препратки

1. Кларк Дж. (2015). Cobalt. Взето от: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Кобалт (II) хидроксид. Взета от: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Cobaltic. Хидроксид. Взета от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 юли 2017 г.). Нанопластинки с кобалтов хидроксид и тяхното приложение като суперкондензатори и катализатори за отделяне на кислород. Възстановени от: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, SM Yao и XP Gao. (2008 г.). Електрохимични характеристики на кобалт хидроксид карбонат нанороди. Електрохимични и твърдописни писма, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens и Ray L. Frost. (2010 г.). Синтез и характеристика на кобалтовия хидроксид, кобалтовия оксихидроксид и нанодиските на кобалтовия оксид. Възстановено от: pubs.acs.org