Structuur, eigenschappen en toepassingen van kobalthydroxide

2153
Simon Doyle

De kobalthydroxide is de verzamelnaam voor alle verbindingen waaraan kobaltkationen en het OH-anion deelnemen-. 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 [publiek domein], van Wikimedia Commons

Kleuren en structuren zijn niet hetzelfde voor Co (OH)twee, Co (OH)3 of voor CoO (OH). De chemie achter al deze verbindingen is bedoeld voor de synthese van materialen die worden toegepast voor katalyse.

Aan de andere kant, hoewel ze complex kunnen zijn, begint de vorming van een groot deel ervan vanuit een basale omgeving; zoals geleverd door de sterke basis NaOH. Daarom kunnen verschillende chemische omstandigheden kobalt of zuurstof oxideren..

Artikel index

  • 1 Chemische structuur
    • 1.1 Covalent
    • 1.2 Coördinatie-eenheden
  • 2 Eigenschappen
    • 2.1 Kobalt (II) hydroxide
    • 2.2 Kobalt (III) hydroxide
  • 3 Productie
  • 4 toepassingen
    • 4.1 Synthese van nanomaterialen
  • 5 referenties

Chemische structuur

Wat zijn de structuren van kobalthydroxide? De algemene formule Co (OH)n wordt ionisch als volgt geïnterpreteerd: in een kristalrooster bezet door een aantal Con+, er zullen n keer zoveel OH-anionen zijn- interactie met hen elektrostatisch. Dus voor Co (OH)twee er zullen twee OH zijn- voor elke Co kationtwee+.

Maar dit is niet genoeg om te voorspellen welk kristallijn systeem deze ionen zullen aannemen. Door te redeneren van coulombische krachten, heeft de Co3+ trekt OH sterker aan- vergeleken met Cotwee+.

Dit feit zorgt ervoor dat de afstanden of de Co-OH-binding (zelfs met zijn hoge ionische karakter) worden verkort. Omdat de interacties sterker zijn, zijn de elektronen in de buitenste schillen van Co3+ ze ondergaan 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 kleurverandering afhankelijk van de structuur op te helderen..

Hetzelfde geldt voor kobaltoxyhydroxide. De formule CoO OH wordt geïnterpreteerd als een Co-kation3+ interactie met een oxide-anion, Otwee-, en een OH-. Deze verbinding vormt de basis voor het synthetiseren van een gemengd kobaltoxide: Co3OF4 [CoO · CotweeOF3​.

Covalent

Kobalthydroxiden kunnen ook worden gevisualiseerd, zij het minder nauwkeurig, als individuele moleculen. Co (OH)twee kan dan worden getekend als een lineair OH-Co-OH-molecuul en de Co (OH)3 als een platte driehoek.

Met betrekking tot CoO (OH), zou het molecuul van deze benadering worden getekend als O = Co-OH. Anion Otwee- 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". Bijvoorbeeld Co (OH)twee kan twee polymere structuren vormen: alfa en bèta.

Beide zijn laminair maar met verschillende ordeningen van de eenheden, en ze zijn ook in staat om kleine anionen in te voegen, zoals CO3twee-, tussen zijn lagen; 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. Voor Co (OH)twee, omdat het twee OH-anionen heeft- interactie met Cotwee+, je hebt vier watermoleculen nodig (als waterige NaOH werd gebruikt) om de octaëder te voltooien.

Dus Co (OH)twee is eigenlijk Co (HtweeOF)4(OH)twee. Om deze octaëder polymeren te laten vormen, moet het worden verbonden door zuurstofbruggen: (OH) (HtweeOF)4Co-O-Co (H.tweeOF)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)twee.

-Molaire massa: 92,948 g / mol.

-Uiterlijk: rozerood poeder of rood poeder. Er is een onstabiele blauwe vorm met de formule α-Co (OH)twee

-Dichtheid: 3,597 g / cm3.

-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

-Molecuulmassa: 112,98 g / mol.

-Uiterlijk: twee manieren. 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) wordt.twee, d.w.z. kobalt (II) hydroxide.

Co (OH)twee slaat neer wanneer een alkalimetaalhydroxide wordt toegevoegd aan een waterige oplossing van een Co-zouttwee+

Cotwee+     +        2 NaOH => Co (OH)twee      +         2 Na+

Toepassingen

-Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van katalysatoren voor gebruik bij olieraffinage en in de petrochemische industrie. Bovendien wordt Co (OH) gebruikttwee bij de bereiding van kobaltzouten.

-Kobalt (II) hydroxide wordt gebruikt bij de fabricage van verfdrogers en bij de fabricage van batterijelektroden.

Nanomateriaal synthese

-Kobalthydroxiden zijn de grondstof voor de synthese van nanomaterialen met nieuwe structuren. Bijvoorbeeld van Co (OH)twee nanocopen van deze verbinding zijn 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 naar gestreefd om carbonaathydroxide nanostaafjes te implementeren met carbonaat ingeklemd in hun lagen. Ze profiteren van de oxidatieve reactie van Cotwee+ aan Co3+, blijkt een materiaal te zijn met potentiële elektrochemische toepassingen.

-Studies hebben met behulp van microscopietechnieken nanodisks van gemengd kobaltoxide en oxyhydroxide gesynthetiseerd en gekarakteriseerd door de oxidatie van de overeenkomstige hydroxiden bij lage temperaturen..

Staven, schijven en vlokken van kobalthydroxide met structuren op nanometrische schaal openen de deur naar verbeteringen binnen de wereld van de katalyse en ook van alle toepassingen met betrekking tot elektrochemie en het maximale gebruik van elektrische energie in moderne apparaten.

Referenties

  1. Clark J. (2015). Kobalt. Genomen uit: chemguide.co.uk
  2. Wikipedia. (2018). Kobalt (II) hydroxide. Genomen uit: en.wikipedia.org
  3. PubChem. (2018). Kobalt. Hydroxide. Genomen uit: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Rovetta AAS & col. (11 juli 2017). Nanovlokken van kobalthydroxide en hun toepassing als supercondensatoren en katalysatoren voor zuurstofontwikkeling. Hersteld van: ncbi.nlm.nih.gov
  5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao en X. P. Gao. (2008). Elektrochemische prestaties van nanostaafjes van kobalthydroxidecarbonaat. Elektrochemische en vaste letters, 11 12 A215-A218.
  6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens en Ray L. Frost. (2010). Synthese en karakterisering van nanodiscs van kobalthydroxide, kobaltoxyhydroxide en kobaltoxide. Hersteld van: pubs.acs.org

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.