Nickel (II) hydroxidstruktur, egenskaper, användningsområden, risker

De nickel (II) hydroxid Det är en grön kristallin oorganisk fast substans där nickelmetallen har ett oxidationsnummer på 2+. Dess kemiska formel är Ni (OH)_två. Det kan erhållas genom tillsats av alkaliska lösningar av kaliumhydroxid (KOH), natriumhydroxid (NaOH) eller ammoniumhydroxid (NH₄OH) droppvis till vattenlösningar av nickel (II) -salter, såsom nickel (II) klorid (NiCl2)_tvåeller nickel (II) nitrat (Ni (NO₃)_två).

Under sådana omständigheter fälls den ut som en voluminös grön gel som kristalliserar efter att ha stått länge. Dess kristaller har strukturen av brucit eller magnesiumhydroxid Mg (OH)_två.

I naturen, Ni (OH)_två finns i mineralet teofrastit (från engelska teofrastit), som först rapporterades 1981 när den hittades i norra Grekland.

Ni (OH)_två kristalliseras till två polymorfa faser, a- och β-fasen, vilket beror på hur den kristalliserats.

Det är lösligt i syror och skuggan av dess grönaktiga färg beror på utgångsnickelsaltet.

Den har länge använts som katod i uppladdningsbara alkaliska batterier. Det har tillämpning i elektrokatalys, vilket gör det till ett mycket användbart material i bränsleceller och elektrosyntes, bland flera applikationer.

Det utgör hälsorisker vid inandning, intag eller om det kommer i kontakt med huden eller ögonen. Det anses också vara ett cancerframkallande medel.

Artikelindex

• 1 Kristallstruktur
• 2 Elektronisk konfiguration
• 3 Nomenklatur
• 4 fastigheter
  • 4.1 Fysiskt tillstånd
  • 4.2 Molekylvikt
  • 4.3 Smältpunkt
  • 4.4 Densitet
  • 4.5 Löslighet
  • 4.6 Övriga egenskaper
• 5 användningsområden
  • 5.1 I batterier
  • 5.2 I analytiska tillämpningar
  • 5.3 Vid elektrokatalys av reaktioner
  • 5.4 I olika användningsområden
• 6 risker
• 7 Referenser

Kristallstruktur

Nickel (II) hydroxid kan kristallisera på två olika sätt: α-Ni (OH)_två och β-Ni (OH)_två.

Ni (OH) kristall_två har den sexkantiga strukturen av brucit (Mg (OH))_två). Den idealiska formen är NiO-lager_två i ett plant sexkantigt arrangemang av Ni-katjoner i oktaedrisk koordination med syre.

A-Ni (OH) -formen_två den kännetecknas av att den är en ganska amorf störd struktur med ett varierande interlaminärt utrymme, men som är större än i β-fasen. Detta förklaras eftersom det inom sin struktur presenterar flera arter som är isär mellan lagren, såsom H_tvåO, OH^-, SW₄^två- och CO₃^två-, beroende på startnickelsaltanjonen.

Β-Ni (OH)_två Den har också en skiktad struktur, men mycket enklare, ordnad och kompakt. Det interlaminära utrymmet är 4,60 A. OH-grupper är "fria", det vill säga de bildar inte vätebindningar..

Elektronisk konfiguration

I Ni (OH)_två Nickel är i oxidationsläget 2+, vilket innebär att dess yttersta skal saknar 2 elektroner. Elektronkonfigurationen för Ni^två+ är: [Ar] 3d⁸, där [Ar] är elektronkonfigurationen för ädelgasargonen.

I Ni (OH)_två, elektroner-d av Ni-atomerna ligger i mitten av en liten förvrängd oktaeder av O. Varje O-atom tar en elektron från en H och 1/3 av Ni-atomerna, vilket får varje Ni-atom att förlora 2 elektroner-d.

Ett enkelt sätt att representera det är som följer:

H-O^- Varken^{två+ -}ÅH

Nomenklatur

- Nickel (II) hydroxid

- Nickeldihydroxid

- Nickel (II) oxidmonohydrat

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Blågrön eller gulgrön kristallin fast substans.

Molekylvikt

92,708 g / mol.

Smältpunkt

230 ºC (smälter med sönderdelning).

Densitet

4,1 g / cm³ vid 20 ºC.

Löslighet

Praktiskt taget olöslig i vatten (0,00015 g / 100 g H_tvåELLER). Det är lättlösligt i syror. Det är också mycket lösligt i ammoniaklösningar (NH₃), eftersom med denna form komplex av blå-violett färg.

Andra egenskaper

Det är inte en amfotär förening. Detta betyder att det inte kan fungera som både en syra och en bas..

När Ni (OH)_två erhålls från lösningar av nickelklorid (NiCl_två) har en blågrön färg, medan den faller ut från lösningar av nickelnitrat (Ni (NO₃)_två) har en grön-gul färg.

Alfafasen (a-Ni (OH)_två) har elektrokemiska egenskaper större än beta-fasen. Detta beror på att det i alfa finns ett större antal elektroner tillgängliga för varje nickelatom..

Betaformen (β-Ni (OH)_två) har presenterat egenskaper hos en halvledartyp-sid.

Applikationer

I batterier

Långvarig användning av Ni (OH)_två det finns i batterier. 1904 använde Thomas Edison den tillsammans med sin oxid NiO (OH) som ett material för katoden av alkaliska batterier..

Den elektrokemiska kapaciteten hos Ni (OH) katoder_två det är direkt relaterat till morfologin och partiklarnas storlek. Ni (OH) nanopartiklar_två På grund av sin lilla storlek har de överlägset elektrokemiskt beteende och en högre protondiffusionskoefficient än större partiklar..

Det har använts i stor utsträckning som katodmaterial i många uppladdningsbara alkaliska batterier såsom nickel-kadmium, nickel-väte, nickel-järn, bland andra. Det har också använts i högpresterande superkondensatorer.

Reaktionen i dessa enheter involverar oxidation av Ni (OH)_två under laddningsfasen och minskningen av NiO (OH) under urladdningsfasen i den alkaliska elektrolyten:

Ni (OH)_två + Åh^- - och^- Ni Ni (OH) + H_tvåELLER

Denna ekvation är reversibel och kallas redoxövergången..

I analytiska tillämpningar

Α-Ni (OH)_två Det har använts för utveckling av elektrokemiska sensorer för bestämning av D-vitamin₃, eller kolekalciferol, en form av D-vitamin som kan erhållas genom att utsätta huden för solljus eller genom vissa livsmedel (äggula, komjölk, färsk lax och torskleverolja).

Användningen av hybridsensorer som innehåller α-Ni (OH)_två, tillsammans med grafenoxid och kiseldioxid, möjliggör kvantifiering av vitamin D₃ direkt i biologiska matriser.

Den orörda lamellstrukturen hos α-Ni (OH)_två underlättar inträde och utgång av joner i tomma strukturella utrymmen, vilket gynnar sensorns elektrokemiska reversibilitet.

Vid elektrokatalys av reaktioner

Redoxövergången mellan Ni (OH)_två och NiO (OH) har också använts vid katalytisk oxidation av många små organiska föreningar i alkalisk elektrolyt. Mekanismen för denna elektrokatalytiska oxidation är som följer:

Ni (OH)_två + Åh^- - och^- Ni Ni (OH) + H_tvåELLER

NiO (OH) + organisk förening → Ni (OH) 2 + produkt

Den organiska föreningen kan exempelvis vara glukos och produkten glukolakton.

Elektrokatalys av oxidationsreaktioner av små molekyler har tillämpning i bränsleceller, elektroanalys, elektrosyntes och elektrodnedbrytning.

I olika användningsområden

Dess elektrokatalytiska egenskaper har uppmärksammats för användning i fotokatalys, elektrokroma anordningar, adsorbenter och föregångare till nanostrukturer..

Dessutom har den en potentiell användning som ett pigment på grund av dess höga reflektans..

Risker

Vid uppvärmning till nedbrytning avger det giftiga gaser. Exponering för Ni (OH)_två innebär ett antal risker. Vid inandning är det irriterande för slemhinnan i övre luftvägarna, kan orsaka astma och kan orsaka lungfibros..

Om det kommer i kontakt med ögonen irriterar det konjunktiva membranet. I huden orsakar sensibilisering, sveda eller klåda och erytem, ​​vilket orsakar svår dermatit och hudallergier.

Det kan också påverka njurarna, mag-tarmkanalen, det neurologiska systemet och kan orsaka kardiovaskulär skada. Kan skada fostret hos gravida kvinnor.

Ni (OH)_två det är cancerframkallande. Det har associerats med risken för att utveckla näs- och lungcancer. Arbetarnas dödsfall på grund av cancer har rapporterats vid fabrikerna med nickelkadmiumbatterier.

Det har klassificerats som mycket giftigt för vattenlevande organismer, med långvariga skadliga effekter..

När det gäller växter finns det en viss motsägelse, för även om nickel är giftigt för växtlivet är det också ett viktigt mikronäringsämne för dess utveckling. Krävs i extremt små mängder för optimal växttillväxt.

Referenser

1. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Effekt av utfällningsmedel på strukturella, morfologiska och kolorimetriska egenskaper hos nickelhydroxidpartiklar. Colloid och gränssnittsvetenskaplig kommunikation. 23 (2019) 6-13. Återställd från sciencedirect.com.
3. Haoran Wang och Changjiang Song. (2019). Elektronisk och fononstruktur av nickelhydroxid: första principberäkningsstudie. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Återställd från link.springer.com.
4. National Library of Medicine. (2019). Nickelhydroxid. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Syntes och karakterisering av alfa-nickel (II) hydroxidpartiklar på organisk-oorganisk matris och dess tillämpning i en känslig elektrokemisk sensor för vitamin D-bestämning. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Återställd från sciencedirect.com.
6. Miao, Y. et al. (2014). Elektrokatalys och elektroanalys av nickel, dess oxider, hydroxider och oxihydroxider mot små molekyler. Biosensorer och bioelektronik. 53 (2014) 428-439. Återställd från sciencedirect.com.