ניקל (III) הידרוקסיד: מבנה, תכונות, שימושים, סיכונים - כִּימִיָה - 2025

הידרוקסיד ניקל (III) הוא תרכובת אורגנית שבה המתכת ניקל יש מספר החמצון של 3+. הנוסחה הכימית שלה היא Ni (OH) ₃ . על פי המקורות בהם התייעץ, עד כה לא ניתן היה לאמת את קיומו של ניקל (III) הידרוקסיד Ni (OH) ₃ , אולם ניתן היה להשיג ניקל (III) אוקסו-הידרוקסיד, NiO (OH).

ניקל (III) oxohydroxide NiO (OH) הוא מוצק גבישי שחור המתגבש בשתי צורות: הבטא וצורות הגמא. הצורה הגבישית הנפוצה ביותר של NiO (OH) היא בטא.

מבנה ניקל (III) אוקסוהידרוקסיד, NiO (OH). כחול = ניקל, אדום = חמצן, לבן = מימן. מחבר: Smokefoot. מקור: עבודה משלו. מקור: Wikipedia Commons

ניתן להשיג NiO (OH) על ידי חמצון של תמיסות ניקל (II) חנקות (Ni (NO ₃ ) ₂ ) עם כלור (Cl ₂ ) או ברום (Br ₂ ) בנוכחות אשלגן הידרוקסיד (KOH). ניקל (III) אוקסוהידרוקסיד מסיס מאוד בחומצות. יש לו יישום בסוללות ניקל, במבני-על וכזרזול מתחדש.

ניקל (III) אוקסו-הידרוקסיד NiO (OH) וניקל (II) הידרוקסיד Ni (OH) ₂ נמצאים יחד בפעולה של מרבית היישומים שלהם, מכיוון ששניהם חלק מאותה משוואת תחמוצות. צִמצוּם.

בהיותו תרכובת ניקל, NiO (OH) מציג את אותם הסיכונים כמו מלחי ניקל אחרים, כלומר גירוי בעור או דרמטיטיס וסרטן.

מבנה קריסטל

ניקל (III) אוקסוהידרוקסיד מתגבש בשתי צורות: בטא וגמא. צורת הבטא β-NiO (OH) בעלת מבנה דומה מאוד ל- β-Ni (OH) ₂ , שנראה הגיוני מכיוון שהראשון מגיע מחמצון של האחרון.

צורת ה- y-NiO (OH) של הגמא היא תוצר החמצון של הידרוקסיד ניקל (II) בצורת האלפא שלו, α-Ni (OH) ₂ . כמו האחרון, לגמא יש מבנה שכבתי עם יוני מתכת אלקלי, אניונים ומים שזורים בין השכבות.

תצורה אלקטרונית

ב- NiO (OH), ניקל נמצא במצב החמצון 3+, מה שאומר ששכבותיו החיצוניות ביותר חסרות 3 אלקטרונים, כלומר שני אלקטרונים חסרים משכבה 4 ש 'ואלקטרון אחד משכבה 3 ד' . התצורה האלקטרונית של Ni ³⁺ ב- NiO (OH) היא: 3 d ⁷ , היכן התצורה האלקטרונית של ארגון הגז האצילי.

מִנוּחַ

- NiO (OH): ניקל (III) אוקסוהידרוקסיד

- ניקל שחור

נכסים

מצב פיזי

מוצק גבישי שחור.

מְסִיסוּת

NiO (OH) oxohydroxide מסיס מאוד בחומצות. שלב הגמא מתמוסס בחומצה גופרתית עם התפתחות חמצן.

נכסים אחרים

במים חמים הוא הופך לניקל (II) ו- (III) אוקסוהידרוקסיד, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

זה מתפרק ב -140 מעלות צלזיוס לתחמוצת ניקל (II) (NiO), מים וחמצן.

ניתן להשיג את שלב הגמא (γ-NiO (OH)) בדרכים שונות, למשל, טיפול ניקל בתערובת מותכת של נתרן פרוקסיד (Na ₂ O ₂ ) ונתרן הידרוקסיד (NaOH) בחום של 600 מעלות צלזיוס וקירור מים קפואים.

שלב הגמא מתפרק בחימום לחום של 138 מעלות צלזיוס.

יישומים

בסוללות ניקל

סוללת הניקל-ברזל של אדיסון, בה KOH משמש כאלקטרוליט, מבוססת על התגובה של אוקס-הידרוקסיד ניקל (III) עם ברזל:

הורד:

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

לִטעוֹן:

זוהי תגובה להפחתת חמצון הפיכה.

סדרה של תהליכים כימיים ואלקטרוכימיים מתרחשת באנודה של סוללות אלה. להלן מתווה כללי:

הורד

ß-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

לִטעוֹן

הזדקנות ↑ ↓ עומס יתר

הורד

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

לִטעוֹן

בטכנולוגיית סוללות ניקל, ניקל (III) oxohydroxide NiO (OH) מכונה "מסה פעילה ניקל".

סוללות נטענות ניקל. מחבר: Superusergeneric. מקור: עבודה משלו. מקור: Wikipedia Commons.

באלקטרקטליזה כזרז התחדשות

NiO (OH) שימש בהצלחה באלקטרוזינתזה של אזופירוזולות, באמצעות חמצון אלקטרוקאטלי של אמינופירוזולות. הוכח גם מועילותו בסינתזה של חומצות קרבוקסיליות החל מאלכוהולים או תרכובות קרבוניל.

השגת חומצה קרבוקסילית על ידי חמצון אלכוהול המוזרז על ידי NiO (OH). מקור: במקור מתוך en.wikipedia. המעלה המקורי של המחבר היה V8rik ב- en.wikipedia. מקור: Wikipedia Commons

דוגמא נוספת היא ההמרה הכמותית של הידרוקסימתילפירידין לחומצה פירידית קרבוקסילית. במקרה זה, האלקטרודה מפלדה או ניקל התואמת לאנודה מכוסה בשכבה של NiO (OH). המדיום בו מתרחשת האלקטרוליזה הוא אלקליין.

בתגובות אלה NiO (OH) משמש כמתווך להפחתת חמצון, או מתווך "redox".

אלקטרוליזה מתבצעת בתא עם אנודה ניקל וקתודה טיטניום, במדיום אלקליין. במהלך התהליך נוצר Ni (OH) ₂ על פני האנודה של הניקל המתחמצן במהירות ל- NiO (OH):

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

NiO (OH) מגיב עם המצע האורגני והתוצר האורגני הרצוי מתקבל, מחדש את Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + תרכובת אורגנית → מוצר Ni (OH) ₂ +

כאשר ה- Ni (OH) ₂ מתחדש, תגובת הקטליזה נמשכת.

השימוש ב- NiO (OH) כאלקטרו-קטליסט מאפשר להשיג תרכובות אורגניות בעלות נמוכה ובאופן ידידותי לסביבה.

במבני-על

NiO (OH) יחד עם Ni (OH) ₂ הם חומרים מצוינים לאלקטרודות של דוכני supercapacitor (supercapacitors).

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

יש להם קיבול גבוה, עלות נמוכה, ועל פי כמה הפניות, השפעה סביבתית נמוכה.

קבלים במעגל אלקטרוני. מחבר: PDPhotos. מקור: Pixabay.

עם זאת, יש להם מוליכות נמוכה. זה נפתר על ידי שימוש בחלקיקים ננו של תרכובות כאמור, מכיוון שזה מגדיל את שטח הפנים ומקטין את המרחק הנדרש לפיזור, מה שמבטיח מהירות גבוהה של העברת אלקטרונים ו / או יונים.

בחמצון של יוני מתכת

אחת היישומים המסחריים של ניקל (III) אוקסוהידרוקסיד מבוססת על יכולתו לחמצן יוני קובלט (II) בתמיסה ליוני קובלט (III).

סיכונים

בתמיסה, ניקל יציב יותר כיון Ni ²⁺ , ולכן אין זה רגיל לבוא במגע עם פתרונות Ni ³⁺ . עם זאת, אמצעי הזהירות זהים, כמו ניקל, בין אם מתכתי, בתמיסה או בצורה של מלחים מוצקים שלו, יכול לגרום לרגישות בעור.

רצוי להשתמש בציוד מגן ובגדים, כמו מגן פנים, כפפות ונעלי בטיחות. יש להשתמש בכל זה בכל פעם שיש אפשרות לבוא במגע עם פתרונות ניקל.

אם מתרחשת דרמטיטיס, יש לטפל ברופא כדי לשלול שהיא נגרמת על ידי ניקל.

באשר לאפשרות של שאיפה, כדאי להשתמש בריכוז הנישא באבק של מלח ניקל נמוך מאוד, באמצעות אוורור מקומי, ולהשתמש במיגון הנשימה בעת הצורך.

כל תרכובות הניקל מסווגות על ידי הסוכנות הבינלאומית לחקר סרטן, או IARC, בקטגוריית המסרטנים לבני אדם.

זה מבוסס על נתונים אפידמיולוגיים וניסויים.

הפניות

1. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
2. Lyalin, BV et al. אלקטרוזינתזה של אזופירוזולות באמצעות חמצון של N-alkylaminopyrazoles באנודה NiO (OH) באלקלי מימי - שיטה ירוקה לשכפול ביתי של NN. מכתבי טטרהדרון. 59 (2018) 2741-2744. התאושש מ- sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). חומרים מבוססי ניקל למוצרי-על. חומרים היום. התאושש מ- sciencedirect.com
4. איטל, וירג'יניה ומוסולו, תואר שני (1977). הכנת ניקל שחור. פטנט אמריקאי מס '4,006,216. 1 בפברואר 1977.
5. שרברט, ב '(1993). תהליך חמצון של נגזרות הידרוקסימתילפירידין לנגזרות חומצה פירידית-קרבוקסילית באנודות הידרוקסיד ניקל תחמוצת. הפטנט האמריקאי מספר 5,259,933. 9 בנובמבר 1993.
6. קירק-אחר (1994). אנציקלופדיה לטכנולוגיה כימית. כרך 17. המהדורה הרביעית. ג'ון וויילי ובניו.
7. אנציקלופדיה של כימיה תעשייתית של אולמן. (1990). מהדורה חמישית. כרך א 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. מקברן, ג'יימס. (1997). ניקל הידרוקסיד. בספר חומרי סוללה. מפרסם VCH. התאושש מ- osti.gov.