NIKKELI (III) HYDROKSIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ, RISKIT - KEMIA - 2026

Nikkelihydroksidilla (III) on epäorgaaninen yhdiste, jossa nikkeli metalli on hapetusaste 3+. Sen kemiallinen kaava on Ni (OH) ₃. Kuultujen lähteiden mukaan tähän mennessä ei ole ollut mahdollista varmistaa nikkeli (III) hydroksidin Ni (OH) _{3 olemassaoloa}, mutta on ollut mahdollista saada nikkeli (III) oksohydroksidi, NiO (OH).

Nikkeli (III) oksohydroksidi NiO (OH) on musta kiteinen kiinteä aine, joka kiteytyy kahteen muotoon: beeta- ja gammamuotoihin. NiO: n (OH) yleisin kiteinen muoto on beeta.

Nikkeli (III) oksohydroksidin, NiO (OH) rakenne. Sininen = nikkeli, punainen = happi, valkoinen = vety. Kirjoittaja: Smokefoot. Lähde: Oma työ. Lähde: Wikipedia Commons

NiO (OH) voidaan saada hapettamalla nikkeli (II) nitraattiliuokset (Ni (NO ₃) ₂) kloorilla (Cl ₂) tai bromilla (Br ₂) kaliumhydroksidin (KOH) läsnä ollessa. Nikkeli (III) oksohydroksidi liukenee hyvin hapoihin. Sitä voidaan käyttää nikkeliparistoissa, superkondensaattoreissa ja uudistettavana katalysaattorina.

Nikkeli (III) oksohydroksidi NiO (OH) ja nikkeli (II) hydroksidi Ni (OH) ₂ löytyvät yhdessä suurimman osan sovelluksistaan, koska molemmat ovat osa samaa oksidiyhtälöä. vähentäminen.

Nikkeliyhdisteenä NiO (OH) aiheuttaa samat riskit kuin muut nikkelisuolat, ts. Ihon ärsytys tai dermatiitti ja syöpä.

Kristallirakenne

Nikkeli (III) oksohydroksidi kiteytyy kahdessa muodossa: beeta ja gamma. Beetamuodolla P-NiO (OH) on hyvin samanlainen rakenne kuin P-Ni (OH) _{2: lla}, mikä vaikuttaa loogiselta, koska ensim- mäinen johtuu jälkimmäisten hapetuksesta.

Gamma-y-NiO (OH) -muoto on nikkeli (II) hydroksidin hapetustuote sen alfa-muodossa, a-Ni (OH) ₂. Kuten jälkimmäinen, gammalla on kerrosrakenne, jossa alkalimetalli-ionit, anionit ja vesi ovat kerrosten välissä.

Sähköinen kokoonpano

NiO: ssa (OH) nikkeli on 3+ -hapetustilassa, mikä tarkoittaa, että sen uloimmista kerroksista puuttuu 3 elektronia, eli kaksi elektronia puuttuu kerroksesta 4 s ja yksi elektroni kerroksesta 3 d. Ni ³⁺: n elektroninen konfiguraatio NiO: ssa (OH) on: 3 d ⁷, missä on jalokaasun argonin elektroninen konfiguraatio.

nimistö

- NiO (OH): nikkeli (III) oksohydroksidi

- Nikkelimusta

ominaisuudet

Fyysinen tila

Musta kiteinen kiinteä aine.

Liukoisuus

NiO (OH) oksohydroksidi liukenee hyvin hapoihin. Gammafaasi liukenee rikkihappoon hapen kehittyessä.

Muut ominaisuudet

Kuumassa vedessä siitä tulee nikkeli (II) ja (III) oksohydroksidi, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄.

Se hajoaa 140 ° C: ssa nikkeli (II) oksidiksi (NiO), vedeksi ja happeksi.

Gammafaasi (γ-NiO (OH)) voidaan saada eri tavoin, esimerkiksi käsittelemällä nikkeliä sulalla natriumperoksidin (Na ₂ O ₂) ja natriumhydroksidin (NaOH) seoksella 600 ° C: ssa ja jäähdyttämällä jäätynyt vesi.

Gammafaasi hajoaa kuumentuessaan 138 ° C: seen.

Sovellukset

Nikkeliparistoissa

Edisonin nikkeli-rauta-akku, jossa KOH: ta käytetään elektrolyyttinä, perustuu nikkeli (III) oksohydroksidin reaktioon raudan kanssa:

Ladata:

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

Ladata:

Se on palautuva hapettumisen-pelkistysreaktio.

Näiden paristojen anodilla tapahtuu sarja kemiallisia ja sähkökemiallisia prosesseja. Tässä on yleinen ääriviiva:

ladata

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Ladata

Ikääntyminen ↓ ↓ Ylikuormitus

ladata

a-Ni (OH) _2- y-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Ladata

Nikkeliparitekniikassa nikkeli (III) oksohydroksidia NiO (OH) kutsutaan ”nikkelin aktiiviseksi massaksi”.

Ladattavat nikkeliparistot. Kirjoittaja: Superusergeneric. Lähde: Oma työ. Lähde: Wikipedia Commons.

Sähkökatalyysissä regeneroitavana katalysaattorina

NiO: ta (OH) on käytetty menestyksekkäästi atsopyratsolien sähkösynteesissä aminopyratsolien elektrokatalyyttisen hapetuksen kautta. Sen käyttökelpoisuus karboksyylihappojen synteesissä alkoholista tai karbonyyliyhdisteistä lähtien on myös todistettu.

Karboksyylihapon saaminen hapettamalla alkoholia, jota katalysoi NiO (OH). Lähde: Alun perin en.wikipediasta. Kirjoittajan alkuperäinen lähettäjä oli V8rik en.wikipediassa. Lähde: Wikipedia Commons

Toinen esimerkki on hydroksimetyylipyridiinin kvantitatiivinen muuntaminen pyridiinikarboksyylihapoksi. Tässä tapauksessa anodia vastaava teräs- tai nikkelielektrodi peitetään kerroksella NiO (OH). Alusta, jossa elektrolyysi tapahtuu, on alkalinen.

Näissä reaktioissa NiO (OH) toimii pelkistyshapetuksen välittäjänä tai "redox" -välittäjänä.

Elektrolyysi suoritetaan kennossa, jossa on nikkeli-anodi ja titaanikatodi, emäksisessä väliaineessa. Prosessin aikana nikkelianodin pinnalle _muodostuu Ni (OH) ₂, joka hapetetaan nopeasti NiO (OH):

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

NiO (OH) reagoi orgaanisen substraatin kanssa ja saadaan haluttu orgaaninen tuote regeneroimalla Ni (OH) ₂:

NiO (OH) + orgaaninen yhdiste → Ni (OH) ₂ + -tuote

Kun Ni (OH) ₂ regeneroituu, katalyysireaktio jatkuu.

NiO (OH): n käyttö sähkökatalysaattorina mahdollistaa orgaanisten yhdisteiden saamisen alhaisin kustannuksin ja ympäristöystävällisellä tavalla.

Superkondensaattoreissa

NiO (OH) yhdessä Ni (OH) _{2: n kanssa} ovat erinomaisia ​​materiaaleja superkondensaattorielektrodeihin (superkondensaattorit).

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

Niillä on korkea kapasitanssi, alhaiset kustannukset ja joidenkin viitteiden mukaan pienet ympäristövaikutukset.

Kondensaattorit elektronisessa piirissä. Kirjoittaja: PDPhotos. Lähde: Pixabay.

Niiden johtavuus on kuitenkin matala. Tämä ratkaistaan ​​käyttämällä mainittujen yhdisteiden nanohiukkasia, koska tämä lisää pinta-alaa ja pienentää diffuusioon tarvittavaa etäisyyttä, mikä varmistaa elektronien ja / tai ionien siirron nopeuden.

Metalli-ionien hapettumisessa

Yksi nikkeli (III) oksohydroksidin kaupallisista sovelluksista perustuu sen kykyyn hapettaa koboltti (II) -ionit liuoksessa koboltti (III) -ioniksi.

riskit

Liuoksessa nikkeli on stabiilimpi Ni ²⁺ -ionina, siksi ei ole tavallista joutua kosketuksiin Ni ³⁺ -liuosten kanssa. Varotoimenpiteet ovat kuitenkin samat, koska nikkeli, riippumatta siitä, onko metalli, liuoksessa tai kiinteiden suolojen muodossa, voi aiheuttaa ihon herkistymistä.

On suositeltavaa käyttää suojavarusteita ja vaatteita, kuten kasvonsuojainta, käsineitä ja turvakenkiä. Kaikkia näitä on käytettävä aina, kun on mahdollista joutua kosketuksiin nikkeliliuosten kanssa.

Jos ihottumaa ilmenee, se tulee hoitaa lääkärin kanssa, jotta voidaan sulkea pois nikkelin aiheuttama vaikutus.

Hengitysmahdollisuuden suhteen on hyvä käytäntö pitää nikkelisuolojen pölypitoisuudet ilmassa erittäin alhaisina, paikallisen ilmanvaihdon avulla ja käyttää tarvittaessa hengityksensuojaimia.

Kansainvälinen syöpätutkimusvirasto (IARC) luokittelee kaikki nikkeliyhdisteet ihmisille syöpää aiheuttavien aineiden luokkaan.

Tämä perustuu epidemiologisiin ja kokeellisiin tietoihin.

Viitteet

1. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV et ai. Atsopyratsolien sähkösynteesi hapettamalla N-alkyyliaminopyratsoleja NiO (OH) -anodilla vesipitoisessa emäksessä - Vihreä menetelmä NN-homoparistumiseen. Tetraedronikirjaimet. 59 (2018) 2741 - 2744. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et ai. (2018). Nikkelipohjaiset materiaalit superkondensaattoreille. Materiaalit tänään. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com
4. Ettel, VA ja Mosolu, MA (1977). Nikkelimustan valmistus. US-patentti nro 4 006 216. 1. helmikuuta 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Menetelmä hydroksimetyylipyridiinijohdannaisten hapettamiseksi pyridiinikarboksyylihappojohdannaisiksi nikkelioksidihydroksidianodeilla. US-patentti nro 5 259 933. 9. marraskuuta 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Kemiallisen tekniikan tietosanakirja. Osa 17. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
7. Ullmannin teollisuuskemian tietosanakirja. (1990). Viides painos. Nide A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Nikkelihydroksidit. Akkujen materiaalien käsikirja. VCH Publisher. Palautettu osti.gov: sta.