- Kristal structuur
- Elektronische configuratie
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Oplosbaarheid
- Andere eigenschappen
- Toepassingen
- In nikkelbatterijen
- Bij elektrokatalyse als regenereerbare katalysator
- In supercondensatoren
- Bij oxidatie van metaalionen
- Risico's
- Referenties
Het nikkelhydroxide (III) is een anorganische verbinding waarin het nikkelmetaal een oxidatiegetal van 3+ heeft. De chemische formule is Ni (OH) 3 . Volgens de geraadpleegde bronnen was het tot nu toe niet mogelijk om het bestaan van nikkel (III) hydroxide Ni (OH) 3 te verifiëren , maar het was mogelijk om nikkel (III) oxo-hydroxide, NiO (OH) te verkrijgen.
Nikkel (III) oxohydroxide NiO (OH) is een zwarte kristallijne vaste stof die kristalliseert in twee vormen: de bèta- en de gammavorm. De meest voorkomende kristallijne vorm van NiO (OH) is bèta.
Structuur van nikkel (III) oxohydroxide, NiO (OH). Blauw = nikkel, rood = zuurstof, wit = waterstof. Auteur: Smokefoot. Bron: eigen werk. Bron: Wikipedia Commons
NiO (OH) kan worden verkregen door oxidatie van nikkel (II) nitraatoplossingen (Ni (NO 3 ) 2 ) met chloor (Cl 2 ) of broom (Br 2 ) in aanwezigheid van kaliumhydroxide (KOH). Nikkel (III) oxohydroxide is goed oplosbaar in zuren. Het wordt toegepast in nikkelbatterijen, in supercondensatoren en als regenereerbare katalysator.
Nikkel (III) oxo-hydroxide NiO (OH) en nikkel (II) hydroxide Ni (OH) 2 worden samen aangetroffen bij de uitvoering van de meeste van hun toepassingen, aangezien beide deel uitmaken van dezelfde oxidevergelijking. vermindering.
Omdat NiO (OH) een nikkelverbinding is, brengt het dezelfde risico's met zich mee als andere nikkelzouten, dat wil zeggen huidirritatie of dermatitis en kanker.
Kristal structuur
Nikkel (III) oxohydroxide kristalliseert in twee vormen: bèta en gamma. De bètavorm β-NiO (OH) heeft een zeer vergelijkbare structuur als β-Ni (OH) 2 , wat logisch lijkt aangezien de eerste afkomstig is van de oxidatie van de laatste.
De gamma γ-NiO (OH) -vorm is het oxidatieproduct van nikkel (II) hydroxide in zijn alfavorm, α-Ni (OH) 2 . Net als de laatste heeft gamma een gelaagde structuur met alkalimetaalionen, anionen en water die tussen de lagen zijn gestrooid.
Elektronische configuratie
In NiO (OH) bevindt nikkel zich in de 3+ oxidatietoestand, wat betekent dat de buitenste lagen 3 elektronen missen, dat wil zeggen dat er twee elektronen ontbreken in laag 4 s en één elektron in laag 3 d . De elektronische configuratie van Ni 3+ in NiO (OH) is: 3 d 7 , waar is de elektronische configuratie van het edelgas argon.
Nomenclatuur
- NiO (OH): nikkel (III) oxohydroxide
- Nikkel zwart
Eigendommen
Fysieke toestand
Zwarte kristallijne vaste stof.
Oplosbaarheid
NiO (OH) oxohydroxide is goed oplosbaar in zuren. De gamma-fase lost op in zwavelzuur onder vorming van zuurstof.
Andere eigenschappen
In heet water wordt het een nikkel (II) en (III) oxohydroxide, Ni 3 O 2 (OH) 4 .
Het ontleedt bij 140 ° C in nikkel (II) oxide (NiO), water en zuurstof.
De gamma-fase (γ-NiO (OH)) kan op verschillende manieren worden verkregen, bijvoorbeeld door nikkel te behandelen met een gesmolten mengsel van natriumperoxide (Na 2 O 2 ) en natriumhydroxide (NaOH) bij 600 ° C en af te koelen in bevroren water.
De gammafase ontleedt bij verhitting tot 138 ° C.
Toepassingen
In nikkelbatterijen
De nikkel-ijzerbatterij van Edison, waarin KOH als elektrolyt wordt gebruikt, is gebaseerd op de reactie van nikkel (III) oxohydroxide met ijzer:
Downloaden:
Fe + 2NiO (OH) + H 2 O ⇔ Fe (OH) 2 + 2Ni (OH) 2
Laden:
Het is een omkeerbare oxidatiereactie.
Aan de anode van deze batterijen vindt een reeks chemische en elektrochemische processen plaats. Hier is een algemeen overzicht:
Downloaden
β-Ni (OH) 2 ⇔ β-NiO (OH) + H + + e -
Laden
Veroudering ↑ ↓ Overbelasting
Downloaden
α-Ni (OH) 2 ⇔ γ-NiO (OH) + H + + e -
Laden
In de nikkelbatterijtechnologie wordt nikkel (III) oxohydroxide NiO (OH) "nikkel actieve massa" genoemd.
Nikkel oplaadbare batterijen. Auteur: Superusergeneric. Bron: eigen werk. Bron: Wikipedia Commons.
Bij elektrokatalyse als regenereerbare katalysator
NiO (OH) is met succes gebruikt bij de elektrosynthese van azopyrazolen, door de elektrokatalytische oxidatie van aminopyrazolen. Het nut ervan bij de synthese van carbonzuren uitgaande van alcoholen of carbonylverbindingen is ook bewezen.
Het verkrijgen van een carbonzuur door oxidatie van een alcohol gekatalyseerd door NiO (OH). Bron: oorspronkelijk van en.wikipedia. Auteur Oorspronkelijke uploader was V8rik op en.wikipedia. Bron: Wikipedia Commons
Een ander voorbeeld is de kwantitatieve omzetting van hydroxymethylpyridine in een pyridinecarbonzuur. In dit geval is de staal- of nikkelelektrode die overeenkomt met de anode bedekt met een laag NiO (OH). Het medium waarin de elektrolyse plaatsvindt is alkalisch.
Bij deze reacties werkt NiO (OH) als een reductie-oxidatie-mediator, of "redox" -mediator.
De elektrolyse wordt uitgevoerd in een cel met nikkelanode en titaniumkathode, in een alkalisch medium. Tijdens het proces wordt Ni (OH) 2 gevormd op het oppervlak van de nikkelanode, die snel wordt geoxideerd tot NiO (OH):
Ni (OH) 2 + OH - - e - ⇔ NiO (OH) + H 2 O
NiO (OH) reageert met het organische substraat en het gewenste organische product wordt verkregen, waarbij Ni (OH) 2 wordt geregenereerd :
NiO (OH) + organische verbinding → Ni (OH) 2 + product
Terwijl Ni (OH) 2 regenereert, wordt de katalyse-reactie voortgezet.
Het gebruik van NiO (OH) als elektrokatalysator maakt het mogelijk om tegen lage kosten en op een milieuvriendelijke manier organische verbindingen te verkrijgen.
In supercondensatoren
NiO (OH) samen met Ni (OH) 2 zijn uitstekende materialen voor supercondensatorelektroden (supercondensatoren).
Ni (OH) 2 + OH - ⇔ NiO (OH) + H 2 O + e -
Ze hebben een hoge capaciteit, lage kosten en, volgens sommige referenties, een lage impact op het milieu.
Condensatoren in een elektronisch circuit. Auteur: PDPhotos. Bron: Pixabay.
Ze hebben echter een lage geleidbaarheid. Dit wordt opgelost door nanodeeltjes van genoemde verbindingen te gebruiken, aangezien dit het oppervlak vergroot en de afstand die nodig is voor diffusie verkleint, wat zorgt voor een hoge overdrachtssnelheid van elektronen en / of ionen.
Bij oxidatie van metaalionen
Een van de commerciële toepassingen van nikkel (III) oxohydroxide is gebaseerd op het vermogen om kobalt (II) -ionen in oplossing tot kobalt (III) -ionen te oxideren.
Risico's
In oplossing is nikkel stabieler als een Ni 2+ -ion , daarom is het niet gebruikelijk om in contact te komen met Ni 3+ -oplossingen . De voorzorgsmaatregelen zijn echter dezelfde, aangezien nikkel, of het nu metallisch is, in oplossing of in de vorm van vaste zouten, huidsensibilisatie kan veroorzaken.
Het is raadzaam om beschermende uitrusting en kleding te gebruiken, zoals een gelaatsscherm, handschoenen en veiligheidsschoenen. Dit alles moet worden gebruikt wanneer er een mogelijkheid is om in contact te komen met nikkeloplossingen.
Als dermatitis optreedt, moet deze met een arts worden behandeld om uit te sluiten dat deze wordt veroorzaakt door nikkel.
Met betrekking tot de mogelijkheid van inademing, is het een goede gewoonte om de concentraties nikkelzoutstof in de lucht zeer laag te houden door middel van plaatselijke ventilatie, en indien nodig ademhalingsbescherming te gebruiken.
Alle nikkelverbindingen zijn door het International Agency for Research on Cancer, of IARC, geclassificeerd in de categorie kankerverwekkende stoffen voor mensen.
Dit is gebaseerd op epidemiologische en experimentele gegevens.
Referenties
- Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
- Lyalin, BV et al. Elektrosynthese van azopyrazolen via de oxidatie van N-alkylaminopyrazolen op een NiO (OH) anode in waterige alkali - Een groene methode voor NN-homokoppeling. Tetrahedron Letters. 59 (2018) 2741-2744. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Liuyang, Zhang, et al. (2018). Op nikkel gebaseerde materialen voor supercondensatoren. Materialen vandaag. Opgehaald van sciencedirect.com
- Ettel, VA en Mosolu, MA (1977). Voorbereiding van nikkelzwart. Amerikaans octrooi nr. 4,006,216. 1 februari 1977.
- Scharbert, B. (1993). Proces voor het oxideren van hydroxymethylpyridinederivaten tot pyridinecarbonzuurderivaten bij nikkeloxidehydroxideanodes. Amerikaans octrooischrift nr. 5.259.933. 9 november 1993.
- Kirk-Othmer (1994). Encyclopedie van chemische technologie. Deel 17. Vierde editie. John Wiley & Sons.
- Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Vijfde editie. Deel A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- McBreen, James. (1997). Nikkelhydroxiden. In Handbook of Battery Materials. VCH-uitgever. Opgehaald van osti.gov.