ГІДРОКСИД НІКЕЛЮ (III): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ, РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Гідроксиду нікелю (III) , являє собою неорганічну сполуку , де нікель - метал має ступінь окислення 3+. Його хімічна формула - Ni (OH) ₃ . За даними джерел, які консультувались, до цих пір не вдалося перевірити наявність нікель (III) гідроксиду Ni (OH) ₃ , але вдалося отримати нікель (III) оксо-гідроксид, NiO (OH).

Нікель (III) оксогідроксид NiO (OH) - це чорне кристалічне тверде речовина, яке кристалізується у двох формах: бета та гамма. Найпоширенішою кристалічною формою NiO (OH) є бета.

Структура оксогідроксиду нікелю (III), NiO (OH). Синій = нікель, червоний = кисень, білий - водень. Автор: Smokefoot. Джерело: Власна робота. Джерело: Wikipedia Commons

NiO (OH) може бути отриманий шляхом окислення розчинів нікелю (II) нітратів (Ni (NO ₃ ) ₂ ) хлором (Cl ₂ ) або бромом (Br ₂ ) у присутності гідроксиду калію (KOH). Оксогідроксид нікелю (III) дуже розчинний у кислотах. Він має застосування в нікелевих акумуляторах, в суперконденсаторах і як відновлювальний каталізатор.

Нікель (III) оксо-гідроксид NiO (OH) та нікель (II) гідроксид Ni (OH) ₂ зустрічаються разом у процесі більшості застосувань, оскільки обидва є частиною одного оксидного рівняння. скорочення.

Будучи сполукою нікелю, NiO (OH) становить ті ж ризики, що й інші солі нікелю, тобто подразнення шкіри або дерматити та рак.

Кристалічна структура

Оксогідроксид нікелю (III) кристалізується у двох формах: бета і гамма. Бета-форма β-NiO (OH) має дуже схожу структуру з β-Ni (OH) ₂ , що здається логічним, оскільки перша походить від окислення другої.

Форма гамма γ-NiO (OH) - продукт окислення гідроксиду нікелю (II) у своїй альфа-формі, α-Ni (OH) ₂ . Як і останні, гама має шарувату структуру з іонами лужних металів, аніонами та водою, що перемежовуються між шарами.

Електронна конфігурація

У NiO (OH) нікель перебуває у стані окислення 3+, а це означає, що у його зовнішніх шарах відсутні 3 електрони, тобто два електрони відсутні у шарі 4 с та один електрон із шару 3 д . Електронна конфігурація Ni ³⁺ в NiO (OH) становить: 3 d ⁷ , де електронна конфігурація благородного газового аргону.

Номенклатура

- NiO (OH): оксогідроксид нікелю (III)

- Нікель чорний

Властивості

Фізичний стан

Чорне кристалічне тверде речовина.

Розчинність

Оксогідроксид NiO (OH) дуже розчинний у кислотах. Гамма-фаза розчиняється в сірчаній кислоті з виділенням кисню.

Інші властивості

У гарячій воді він перетворюється на нікель (II) та (III) оксогідроксид, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Розкладається при 140 ° С на оксид нікелю (II) (NiO), воду та кисень.

Гамма-фазу (γ-NiO (OH)) можна отримати різними способами, наприклад, обробляючи нікель розплавленою сумішшю перекису натрію (Na ₂ O ₂ ) та гідроксидом натрію (NaOH) при температурі 600 ° С і охолоджуючи в заморожена вода.

Гама-фаза розкладається при нагріванні до 138 ° C.

Програми

У нікелевих батареях

Нікелево-залізний акумулятор Едісона, в якому KOH використовується як електроліт, заснований на реакції оксигідроксиду нікелю (III) з залізом:

Завантажити:

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

Завантажте:

Це оборотна реакція відновлення окислення.

На аноді цих батарей відбувається низка хімічних та електрохімічних процесів. Ось загальний контур:

Завантажити

β-Ni (OH) ₂ β β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Навантаження

Старіння ↑ ↓ Перевантаження

Завантажити

α-Ni (OH) ₂ γ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Навантаження

У технології нікелевих акумуляторів нікель (III) оксогідроксид NiO (OH) називають «нікелевою активною масою».

Нікелеві акумуляторні батареї. Автор: Superusergeneric. Джерело: Власна робота. Джерело: Wikipedia Commons.

В електрокаталізі як регенерується каталізатор

NiO (OH) успішно використовується в електросинтезі азопіразолів за рахунок електрокаталітичного окислення амінопіразолів. Також доведена його корисність у синтезі карбонових кислот, починаючи з спиртів або карбонільних сполук.

Отримання карбонової кислоти окисленням спирту, каталізованого NiO (OH). Джерело: Родом із en.wikipedia. Оригінальним завантажувачем автор був V8rik в en.wikipedia. Джерело: Wikipedia Commons

Інший приклад - кількісна конверсія гідроксиметилпіридину в піридинкарбонову кислоту. У цьому випадку сталевий або нікелевий електрод, відповідний аноду, покритий шаром NiO (OH). Середовище, в якому відбувається електроліз, - лужне.

У цих реакціях NiO (OH) виступає як медіатор відновлення-окислення, або "окислювально-відновний" медіатор.

Електроліз проводять у комірці з нікелевим анодом та титановим катодом, у лужному середовищі. Під час процесу на поверхні нікелевого анода _{утворюється} Ni (OH) ₂ , який швидко окислюється до NiO (OH):

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

NiO (OH) вступає в реакцію з органічним субстратом і отримують бажаний органічний продукт, регенеруючи Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + органічна сполука → Ni (OH) ₂ + продукт

У міру відновлення Ni (OH) ₂ реакція каталізу продовжується.

Використання NiO (OH) в якості електрокаталізатора дозволяє отримувати органічні сполуки з низькими витратами та екологічно чистим способом.

У суперконденсаторах

NiO (OH) разом з Ni (OH) ₂ є чудовими матеріалами для електродів суперконденсаторів (суперконденсаторів).

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

Вони мають високу ємність, низьку вартість і, за деякими посиланнями, низький вплив на навколишнє середовище.

Конденсатори в електронній схемі. Автор: PDPhotos. Джерело: Pixabay.

Однак вони мають низьку провідність. Це вирішується за допомогою наночастинок зазначених сполук, оскільки це збільшує площу поверхні та зменшує відстань, необхідне для дифузії, що забезпечує високу швидкість передачі електронів та / або іонів.

При окисленні іонів металів

Одне з комерційних застосувань оксогідроксиду нікелю (III) засноване на його здатності окислювати іони кобальту (II) у розчині до іонів кобальту (III).

Ризики

У розчині нікель є більш стійким як іон Ni ²⁺ , тому не зазвичай вступати в контакт з розчинами Ni ³⁺ . Однак запобіжні заходи такі ж, як нікель, металевий, у розчині чи у вигляді твердих солей, може спричинити сенсибілізацію шкіри.

Рекомендується використовувати захисні засоби та одяг, наприклад, щит для обличчя, рукавички та захисне взуття. Все це необхідно використовувати, коли є можливість контактувати з розчинами нікелю.

Якщо виникає дерматит, слід звернутися до лікаря, щоб виключити, що він викликаний нікелем.

Що стосується можливості інгаляції, то належним чином зберігати в повітрі концентрації нікелевого сольового пилу дуже низькими, через місцеву вентиляцію, та використовувати захист дихальних шляхів при необхідності.

Всі сполуки нікелю класифікуються Міжнародним агентством з досліджень раку або IARC до категорії канцерогенів для людини.

Це ґрунтується на епідеміологічних та експериментальних даних.

Список літератури

1. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
2. Lyalin, BV та ін. Електросинтез азопіразолів за допомогою окислення N-алкиламинопиразолов на аноді NiO (OH) у водному лугу - зелений метод гомостимуляції NN. Листи тетраедра. 59 (2018) 2741-2744. Відновлено з sciencedirect.com.
3. Люян, Чжан та ін. (2018). Матеріали на основі нікелю для суперконденсаторів. Матеріали сьогодні. Відновлено з sciencedirect.com
4. Ettel, VA та Mosolu, MA (1977). Приготування нікелю чорного кольору Патент США №4,006,216. 1 лютого 1977 року.
5. Шарберт, Б. (1993). Спосіб окислення похідних гідроксиметилпіридину до похідних піридинкарбонової кислоти на анодах гідроксиду оксиду нікелю. Патент США №5,259,933. 9 листопада 1993 року.
6. Кірк-Отмер (1994). Енциклопедія хімічної технології. Том 17. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
7. Енциклопедія промислової хімії Уллмана. (1990). П'яте видання. Том А 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. Макберін, Джеймс. (1997). Гідроксиди нікелю. У посібнику з акумуляторних матеріалів. Видавець VCH. Відновлено з osti.gov.