НИКЕЛ (III) ХИДРОКСИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ, РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2025

В никел хидроксид (III) е неорганично съединение, където металът за никел има окисление на 3+. Химичната му формула е Ni (OH) ₃. Според консултираните източници досега не е било възможно да се провери наличието на никелов (III) хидроксид Ni (OH) ₃, но е възможно да се получи никелов (III) оксохидроксид, NiO (OH).

Никел (III) оксохидроксид NiO (OH) е черно кристално твърдо вещество, което кристализира в две форми: бета и гама форми. Най-често срещаната кристална форма на NiO (OH) е бета.

Структура на никелов (III) оксохидроксид, NiO (OH). Синьо = никел, червено = кислород, бяло = водород. Автор: Smokefoot. Източник: Собствена работа. Източник: Wikipedia Commons

NiO (ОН) може да се получи чрез окисление на никел (II) нитрат (Ni (NO ₃) ₂) с хлор (Cl ₂) или бром (Вг ₂) в присъствието на калиев хидроксид (КОН). Никел (III) оксохидроксид е много разтворим в киселини. Прилага се в никелови батерии, в суперкондензатори и като регенериращ катализатор.

Никел (III) оксохидроксид NiO (OH) и никел (II) хидроксид Ni (OH) ₂ се намират заедно при повечето от техните приложения, тъй като и двете са част от едно и също оксидно уравнение. намаление.

Като никелово съединение, NiO (OH) представлява същите рискове като другите никелови соли, тоест дразнене на кожата или дерматит и рак.

Кристална структура

Никел (III) оксохидроксид кристализира в две форми: бета и гама. Бета формата β-NiO (OH) има много подобна структура с β-Ni (OH) ₂, което изглежда логично, тъй като първата идва от окисляването на втората.

Формата гама γ-NiO (OH) е продукт на окисляване на никелов (II) хидроксид в неговата алфа форма, α-Ni (OH) ₂. Подобно на последния, гама има слоеста структура с йони на алкални метали, аниони и вода, разпръснати между слоевете.

Електронна конфигурация

В NiO (OH) никелът е в състояние на окисление 3+, което означава, че в най-външните му слоеве липсват 3 електрона, тоест два електрона липсват от слой 4 s и един електрон от слой 3 d, Електронната конфигурация на Ni ³⁺ в NiO (OH) е: 3 d ⁷, където е електронната конфигурация на благородния газов аргон.

номенклатура

- NiO (OH): никел (III) оксохидроксид

- Никел черен

Имоти

Физическо състояние

Черно кристално твърдо вещество.

разтворимост

NiO (OH) оксохидроксид е много разтворим в киселини. Гама-фазата се разтваря в сярна киселина с отделяне на кислород.

Други свойства

В гореща вода тя се превръща в никелов (II) и (III) оксохидроксид, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄.

Разлага се при 140 ° С в никелов (II) оксид (NiO), вода и кислород.

Фазата на гама (γ-NIO (OH)) могат да бъдат получени по различни начини, например, лечение на никел с стопена смес на натриев пероксид (Na ₂ O ₂) и натриев хидроксид (NaOH) при 600 ° С и охлаждане в замръзнала вода.

Гама-фазата се разлага при нагряване до 138 ° C.

Приложения

В никелови батерии

Никел-желязната батерия на Edison, в която KOH се използва като електролит, се основава на реакцията на никел (III) оксохидроксид с желязо:

Изтегли:

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

Заредете:

Това е обратима окислително-редукционна реакция.

Поредица от химически и електрохимични процеси протичат на анода на тези батерии. Ето един общ план:

Изтегли

β-Ni (OH) ₂ β β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

натоварване

Стареене ↑ ↓ Претоварване

Изтегли

α-Ni (OH) ₂ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

натоварване

В технологията на никеловите батерии никел (III) оксохидроксид NiO (OH) се нарича „никелова активна маса“.

Никел акумулаторни батерии. Автор: Superusergeneric. Източник: Собствена работа. Източник: Wikipedia Commons.

При електрокатализа като регенериращ се катализатор

NiO (OH) се използва успешно в електросинтезата на азопиразоли, чрез електрокаталитично окисляване на аминопиразоли. Доказана е и неговата полезност в синтеза на карбоксилни киселини, започващи от алкохоли или карбонилни съединения.

Получаване на карбоксилна киселина чрез окисляване на алкохол, катализиран от NiO (OH). Източник: Първоначално от en.wikipedia. Автор Оригиналният качител беше V8rik от en.wikipedia. Източник: Wikipedia Commons

Друг пример е количественото превръщане на хидроксиметилпиридин в пиридинкарбоксилова киселина. В този случай стоманеният или никеловият електрод, съответстващ на анода, е покрит със слой NiO (OH). Средата, в която се извършва електролизата, е алкална.

В тези реакции, NiO (OH) действа като редукционно-окислителен медиатор или "редокс" медиатор.

Електролизата се извършва в клетка с никелов анод и титаниев катод, в алкална среда. По време на процеса на повърхността на никеловия анод _{се образува} Ni (OH) ₂, който бързо се окислява до NiO (OH):

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

NiO (OH) взаимодейства с органичния субстрат и се получава желаният органичен продукт, регенериращ Ni (OH) ₂:

NiO (OH) + органично съединение → Ni (OH) ₂ + продукт

Докато регенерира Ni (OH) ₂, реакцията на катализа продължава.

Използването на NiO (OH) като електрокатализатор позволява получаването на органични съединения с ниски разходи и по екологичен начин.

В суперкондензатори

NiO (OH) заедно с Ni (OH) ₂ са отлични материали за суперкондензаторни електроди (суперкондензатори).

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

Те имат висок капацитет, ниска цена и, според някои справки, ниско въздействие върху околната среда.

Кондензатори в електронна верига. Автор: PDPhotos. Източник: Pixabay

Те обаче имат ниска проводимост. Това се решава чрез използване на наночастици от споменатите съединения, тъй като това увеличава повърхностната площ и намалява разстоянието, необходимо за дифузия, което осигурява висока скорост на пренос на електрони и / или йони.

При окисляване на метални йони

Едно от търговските приложения на никел (III) оксохидроксид се основава на способността му да окислява кобалтови (II) йони в разтвор до кобалт (III) йони.

Рискове

В разтвор никелът е по-стабилен като йон Ni ²⁺, поради което не е обичайно да влиза в контакт с разтвори на Ni ³⁺. Предпазните мерки обаче са същите, тъй като никелът, независимо дали е метален, в разтвор или под формата на твърди соли, може да причини чувствителност на кожата.

Препоръчително е да използвате защитно оборудване и дрехи, като щит за лице, ръкавици и предпазни обувки. Всичко това трябва да се използва винаги, когато има възможност за контакт с разтвори на никел.

Ако се появи дерматит, трябва да се лекува с лекар, за да се изключи, че е причинен от никел.

Що се отнася до възможността за вдишване, добра практика е концентрациите на прах от никелови соли да се поддържат във въздуха много ниски, чрез локална вентилация и при необходимост да се използва защита на дихателните пътища.

Всички никелови съединения са класифицирани от Международната агенция за изследвания на рака или IARC, в категорията на канцерогените за хората.

Това се основава на епидемиологични и експериментални данни.

Препратки

1. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV et al. Електросинтез на азопиразоли чрез окисляване на N-алкиламинопиразоли върху NiO (OH) анод във водна основа - Зелен метод за NN хомодвойка. Tetrahedron Letters. 59 (2018) 2741-2744. Възстановени от sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang и др. (2018). Материали на базата на никел за суперкондензатори. Материали днес. Възстановени от sciencedirect.com
4. Ettel, VA и Mosolu, MA (1977). Приготвяне на никел черен. Патент на САЩ № 4,006,216. 1 февруари 1977 г.
5. Scharbert, B. (1993). Метод за окисляване на хидроксиметилпиридинови производни до производни на пиридинкарбоксилова киселина при аноди на никелов оксид. US патент @ 5,259,933. 9 ноември 1993г.
6. Кирк-Отмер (1994). Енциклопедия на химическата технология. Том 17. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
7. Енциклопедия на индустриалната химия на Ullmann. (1990). Пето издание. Том A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. Макбрайн, Джеймс. (1997). Никелови хидроксиди. В Наръчник за материали за батерии. VCH издател. Възстановени от osti.gov.