- Chemische structuur
- Covalent
- Coördinatie-eenheden
- Eigendommen
- Kobalt (II) hydroxide
- Kobalt (III) hydroxide
- Productie
- Toepassingen
- Synthese van nanomaterialen
- Referenties
Het kobalthydroxide is de verzamelnaam voor alle verbindingen waarbij kobaltkationen en het anion OH betrokken zijn - . Ze zijn allemaal anorganisch van aard en hebben de chemische formule Co (OH) n , waarbij n gelijk is aan de valentie of positieve lading van het kobaltmetaalcentrum.
Omdat kobalt een overgangsmetaal is met halfvolle atomaire orbitalen, reflecteren de hydroxiden door een elektronisch mechanisme intense kleuren als gevolg van Co-O-interacties. Deze kleuren, evenals de structuren, zijn sterk afhankelijk van hun lading en van de anionische soorten die concurreren met de OH - .
Bron: door Chemicalinterest, van Wikimedia Commons
De kleuren en structuren zijn niet hetzelfde voor Co (OH) 2 , Co (OH) 3 of voor CoO (OH). De chemie achter al deze verbindingen gaat naar de synthese van materialen die worden toegepast voor katalyse.
Aan de andere kant, hoewel ze complex kunnen zijn, begint de vorming van de meeste vanuit een basale omgeving; zoals geleverd door de sterke basis NaOH. Daarom kunnen verschillende chemische omstandigheden kobalt of zuurstof oxideren.
Chemische structuur
Wat zijn de structuren van kobalthydroxide? De algemene formule Co (OH) n ionisch geïnterpreteerd als volgt: in een kristalrooster bezet door een aantal Co n + , zal er n maal die hoeveelheid anionen OH - interactie met hen elektrostatisch. Dus voor Co (OH) 2 zijn er twee OH - voor elk Co 2 + -kation .
Maar dit is niet genoeg om te voorspellen welk kristallijn systeem deze ionen zullen aannemen. Door te redeneren op basis van coulombische krachten, trekt Co 3+ OH met een grotere intensiteit aan - vergeleken met Co 2+ .
Dit feit zorgt ervoor dat de afstanden of de Co-OH-binding (zelfs met zijn hoge ionische karakter) korter worden. Omdat de interacties sterker zijn, ondergaan de elektronen in de buitenste lagen van Co 3+ een energetische verandering die hen dwingt fotonen met verschillende golflengten te absorberen (de vaste stof wordt donkerder).
Deze benadering is echter onvoldoende om het fenomeen van de verandering van hun kleuren afhankelijk van de structuur op te helderen.
Hetzelfde geldt voor kobaltoxyhydroxide. De formule CoO · OH wordt geïnterpreteerd als een co 3+ kation interactie met een oxide anion, O 2 en een OH - . Deze verbinding vormt de basis voor het synthetiseren van een gemengd kobaltoxide: Co 3 O 4 .
Covalent
Kobalthydroxiden kunnen ook worden gevisualiseerd, zij het minder nauwkeurig, als individuele moleculen. Co (OH) 2 kan dan worden getekend als een lineair OH - Co - OH-molecuul en Co (OH) 3 als een platte driehoek.
Met betrekking tot CoO (OH), zou het molecuul van deze benadering worden getekend als O = Co - OH. Het O 2– anion vormt een dubbele binding met het kobaltatoom, en nog een enkele binding met de OH - .
De interacties tussen deze moleculen zijn echter niet sterk genoeg om de complexe structuren van deze hydroxiden te "bewapenen". Co (OH) 2 kan bijvoorbeeld twee polymere structuren vormen: alfa en bèta.
Beide zijn laminair maar met verschillende ordening van de eenheden, en ze zijn ook in staat om kleine anionen, zoals CO 3 2– , tussen hun lagen te plaatsen; wat van groot belang is voor het ontwerp van nieuwe materialen uit kobalthydroxiden.
Coördinatie-eenheden
Polymere structuren kunnen beter worden verklaard door een coördinatie-octaëder rond de kobaltcentra te beschouwen. Omdat Co (OH) 2 twee OH-anionen heeft - in wisselwerking met Co 2+ , heeft het vier watermoleculen nodig (als waterig NaOH werd gebruikt) om de octaëder te voltooien.
Co (OH) 2 is dus eigenlijk Co (H 2 O) 4 (OH) 2 . Om deze octaëder polymeren te laten vormen, moet het worden verbonden door zuurstofbruggen: (OH) (H 2 O) 4 Co - O - Co (H 2 O) 4 (OH). De structurele complexiteit neemt toe voor het geval van CoO (OH), en zelfs nog meer voor Co (OH) 3 .
Eigendommen
Kobalt (II) hydroxide
-Formule: Co (OH) 2 .
-Molaire massa: 92,948 g / mol.
- Uiterlijk: rozerood poeder of rood poeder. Er is een onstabiele blauwe vorm met de formule α-Co (OH) 2
-Dichtheid: 3,597 g / cm 3 .
-Oplosbaarheid in water: 3,2 mg / l (slecht oplosbaar).
-Oplosbaar in zuren en ammoniak. Onoplosbaar in verdunde alkali.
-Smeltpunt: 168º C.
-Gevoeligheid: gevoelig voor lucht.
-Stabiliteit: het is stabiel.
Kobalt (III) hydroxide
-Formule: Co (OH) 3
-Moleculaire massa: 112,98 g / mol.
- Uiterlijk: twee vormen. Een stabiele zwartbruine vorm en een onstabiele donkergroene vorm met de neiging om donkerder te worden.
Productie
De toevoeging van kaliumhydroxide aan een oplossing van kobalt (II) nitraat resulteert in het verschijnen van een blauwviolet neerslag dat bij verhitting Co (OH) 2 wordt , dat wil zeggen kobalt (II) hydroxide ).
Co (OH) 2 slaat neer wanneer een alkalimetaalhydroxide wordt toegevoegd aan een waterige oplossing van een Co 2 + -zout
Co 2+ + 2 NaOH => Co (OH) 2 + 2 Na +
Toepassingen
-Het wordt gebruikt bij de productie van katalysatoren voor gebruik bij olieraffinage en in de petrochemische industrie. Ook wordt Co (OH) 2 gebruikt bij de bereiding van kobaltzouten.
-Kobalt (II) hydroxide wordt gebruikt bij de vervaardiging van verfdrogers en bij de vervaardiging van batterijelektroden.
Synthese van nanomaterialen
-Kobalthydroxiden zijn de grondstof voor de synthese van nanomaterialen met nieuwe structuren. Zo zijn er van Co (OH) 2 nanocopen van deze verbinding ontworpen, met een groot oppervlak om als katalysator deel te nemen aan oxidatieve reacties. Deze nanocopen zijn geïmpregneerd op poreuze nikkel- of kristallijne koolstofelektroden.
- Er is gezocht naar nanobaren van carbonaathydroxide met carbonaat ingeklemd in hun lagen. Daarin wordt de oxidatieve reactie van Co 2+ tot Co 3+ gebruikt , wat een materiaal blijkt te zijn met potentiële elektrochemische toepassingen.
-Studies hebben met behulp van microscopietechnieken nanodiskettes van gemengd kobaltoxide en oxyhydroxide gesynthetiseerd en gekarakteriseerd uit de oxidatie van de overeenkomstige hydroxiden bij lage temperaturen.
Staven, schijven en vlokken van kobalthydroxide met structuren op nanometrische schaal openen de deuren voor verbeteringen in de wereld van de katalyse en ook voor alle toepassingen op het gebied van elektrochemie en het maximale gebruik van elektrische energie in moderne apparaten.
Referenties
- Clark J. (2015). Kobalt. Genomen uit: chemguide.co.uk
- Wikipedia. (2018). Kobalt (II) hydroxide. Ontleend aan: en.wikipedia.org
- PubChem. (2018). Kobalt. Hydroxide. Ontleend aan: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Rovetta AAS & col. (11 juli 2017). Nanovlokken van kobalthydroxide en hun toepassing als supercondensatoren en katalysatoren voor zuurstofontwikkeling. Hersteld van: ncbi.nlm.nih.gov
- D. Wu, S. Liu, SM Yao en XP Gao. (2008). Elektrochemische prestaties van kobalthydroxidecarbonaat nanostaafjes. Elektrochemische en vaste letters, 11 12 A215-A218.
- Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens en Ray L. Frost. (2010). Synthese en karakterisering van kobalthydroxide, kobaltoxyhydroxide en kobaltoxide nanodiscs. Hersteld van: pubs.acs.org