ГІДРОКСИД КОБАЛЬТУ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2024

Гідроксид кобальту це загальна назва для всіх з'єднань , в яких катіони кобальту і аніон ВІН , що беруть участь ^- . Всі вони мають неорганічну природу і мають хімічну формулу Co (OH) _n , де n дорівнює валентності або позитивному заряду центру металів кобальту.

Оскільки кобальт є перехідним металом із напівповними атомними орбіталями, то за деяким електронним механізмом його гідроксиди відображають інтенсивні кольори завдяки взаємодії Co-O. Ці кольори, як і структури, сильно залежать від їх заряду та від аніонних видів, що конкурують з ОН ^- .

Джерело: Від Chemicalinterest, від Wikimedia Commons

Кольори та структури неоднакові для Co (OH) ₂ , Co (OH) ₃ або для CoO (OH). Хімія, що стоїть за всіма цими сполуками, переходить у синтез матеріалів, що застосовуються для каталізу.

З іншого боку, хоча вони можуть бути складними, формування великої їх частини починається з базового середовища; як постачається сильною базою NaOH. Отже, різні хімічні умови можуть окислювати кобальт або кисень.

Хімічна структура

Які структури гідроксиду кобальту? Загальна його формула Co (OH) _n інтерпретується іонічно так: у кристалічній решітці, зайнятій рядом Co ^{n +} , буде в n рази більша кількість аніонів ОН ^- взаємодіючи з ними електростатично. Таким чином, для Co (OH) ₂ буде два ОН ^- для кожного катіона Co ²⁺ .

Але цього недостатньо, щоб передбачити, яку кристалічну систему приймуть ці іони. Розсуджуючи кулонічні сили, Co ³⁺ залучає ОН з більшою інтенсивністю ^- порівняно з Co ²⁺ .

Цей факт змушує відстані або зв'язок Co-OH (навіть при високому іонному характері) скорочуватися. Крім того, оскільки взаємодії сильніші, електрони у зовнішніх шарах Co ³⁺ зазнають енергетичної зміни, яка змушує їх поглинати фотони з різною довжиною хвилі (тверде тіло темніє).

Однак такого підходу недостатньо для з’ясування явища зміни їх кольору залежно від структури.

Те саме стосується оксигідроксиду кобальту. Його формула CoO · OH трактується як катіон Co ^{3+, що} взаємодіє з аніоном оксиду, O ^2– та OH ^- . Ця сполука є основою для синтезу змішаного оксиду кобальту: Co ₃ O ₄ .

Ковалентний

Гідроксиди кобальту також можна візуалізувати, хоча і менш точно, як окремі молекули. Co (OH) ₂ може бути намальована як лінійна молекула OH - Co - OH, а Co (OH) _{3 -} як плоский трикутник.

Що стосується CoO (OH), то його молекула з цього підходу буде виведена як O = Co - OH. Аніон O ^2– утворює подвійний зв’язок з атомом кобальту, а інший одинарний зв’язок з ОН ^- .

Однак взаємодії між цими молекулами недостатньо сильні, щоб "озброїти" складні структури цих гідроксидів. Наприклад, Co (OH) ₂ може утворювати дві полімерні структури: альфа і бета.

Обидва є ламінарними, але з різним упорядкуванням одиниць, і вони також здатні вбудовувати між своїми шарами невеликі аніони, такі як CO ₃ ^2– ; що представляє великий інтерес для проектування нових матеріалів з гідроксидів кобальту.

Координаційні підрозділи

Полімерні структури можна краще пояснити, розглядаючи координаційний октаедр навколо кобальтових центрів. Для Co (OH) ₂ , оскільки він має два аніони OH ^- взаємодіючи з Co ²⁺ , для заповнення октаедра йому потрібні чотири молекули води (якщо використовується водний NaOH).

Таким чином, Co (OH) ₂ насправді є Co (H ₂ O) ₄ (OH) ₂ . Щоб цей октаедр утворив полімери, його потрібно з'єднати кисневими містками: (OH) (H ₂ O) ₄ Co - O - Co (H ₂ O) ₄ (OH). Структурна складність зростає для випадку CoO (OH), а ще більше для Co (OH) ₃ .

Властивості

Кобальт (II) гідроксид

-Формула: Co (OH) ₂ .

-Молярна маса: 92,948 г / моль.

-Поява: рожево-червоний порошок або червоний порошок. Існує нестабільна синя форма формули α-Co (OH) ₂

-Густота: 3,597 г / см ³ .

-Розчинність у воді: 3,2 мг / л (слаборозчинна).

-Розчинні в кислотах та аміаку. Нерозчинний у розведеному лугу.

-Тіп плавлення: 168ºС.

-Чутливість: чутлива до повітря.

-Стабільність: стабільна.

Кобальт (III) гідроксид

-Формула: Co (OH) ₃

-Молекулярна маса: 112,98 г / моль.

-Поява: дві форми. Стійка чорно-коричнева форма і нестійка темно-зелена форма з тенденцією до потемніння.

Виробництво

Додавання гідроксиду калію до розчину нітрату кобальту (II) призводить до появи синьо-фіолетового осаду, який при нагріванні перетворюється на Co (OH) ₂ , тобто гідроксид кобальту (II) ).

Co (OH) ₂ випадає в осад, коли до водного розчину солі Co ²⁺ додають гідроксид лужного металу.

Co ²⁺ + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

Програми

-Використовується у виробництві каталізаторів для використання у переробці нафти та у нафтохімічній промисловості. Також Co (OH) _{2 використовується} при приготуванні солей кобальту.

-Кобальт (II) гідроксид застосовується при виробництві фарбосушарок і при виробництві акумуляторних електродів.

Синтез наноматеріалів

-Кобальт гідроксиди є сировиною для синтезу наноматеріалів з новими структурами. Наприклад, нанокопи цього сполуки Co (OH) ₂ були сконструйовані з великою площею поверхні для участі в якості каталізатора в окислювальних реакціях. Ці нанокопи просочені на пористих нікелевих або кристалічних вуглецевих електродах.

- Було здійснено пошук карбонатних нанобарвів гідроксиду з карбонатом, просоченим шарами. У них використовується окислювальна реакція Co ²⁺ до Co ³⁺ , яка виявляється матеріалом з потенційним електрохімічним застосуванням.

-Студії синтезували та характеризували, використовуючи методи мікроскопії, нанодиски змішаного оксиду кобальту та оксигідроксиду від окислення відповідних гідроксидів при низьких температурах.

Прутки, диски та пластівці гідроксиду кобальту зі структурами нанометричних масштабів відкривають двері для вдосконалень у світі каталізу, а також усіх застосувань, що стосуються електрохімії та максимального використання електричної енергії в сучасних пристроях.

Список літератури

1. Кларк Дж. (2015). Кобальт. Взято з: chemguide.co.uk
2. Вікіпедія. (2018). Кобальт (II) гідроксид. Взято з: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Кобальтичний. Гідроксид. Взято з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 липня 2017 р.). Нанофракції гідроксиду кобальту та їх застосування як суперконденсатори та каталізатори виділення кисню. Відновлено з: ncbi.nlm.nih.gov
5. Д. Ву, С. Лю, С. М. Яо та XP Гао. (2008). Електрохімічні характеристики нанородів карбонату гідроксиду кобальту. Електрохімічні та твердотільні листи, 11 12 A215-A218.
6. Цзин Ян, Гонгвей Лю, Уейд Н. Мартенс і Рей Л. Мороз. (2010). Синтез та характеристика гідроксиду кобальту, оксигідроксиду кобальту та нанодисків кобальтового оксиду. Відновлено: pubs.acs.org