Nikkel (II) hydroxidestructuur, eigenschappen, gebruik, risico's

De nikkel (II) hydroxide Het is een groene kristallijne anorganische vaste stof waarvan het nikkelmetaal een oxidatiegetal van 2+ heeft. De chemische formule is Ni (OH)_twee. Het kan worden verkregen door alkalische oplossingen van kaliumhydroxide (KOH), natriumhydroxide (NaOH) of ammoniumhydroxide (NH₄OH), druppelsgewijs in waterige oplossingen van nikkel (II) zouten, zoals nikkel (II) chloride (NiCl_twee), of nikkel (II) nitraat (Ni (NO₃​_twee​.

Onder dergelijke omstandigheden slaat het neer als een volumineuze groene gel die na lang staan ​​kristalliseert. De kristallen hebben de structuur van bruciet of magnesiumhydroxide Mg (OH)_twee.

In de natuur, Ni (OH)_twee komt voor in het mineraal theophrastiet (uit het Engels theofrastiet), die voor het eerst werd gemeld in 1981 toen het werd aangetroffen in Noord-Griekenland.

Ni (OH)_twee kristalliseert in twee polymorfe fasen, de α- en β-fase, die afhangt van de manier waarop het is gekristalliseerd.

Het is oplosbaar in zuren en de tint van zijn groenachtige kleur hangt af van het nikkelzout waarvan is uitgegaan.

Het wordt al lang gebruikt als kathode in oplaadbare alkalinebatterijen. Het wordt toegepast in elektrokatalyse, waardoor het een zeer nuttig materiaal is in brandstofcellen en elektrosynthese, naast verschillende toepassingen.

Het brengt gezondheidsrisico's met zich mee bij inademing, opname door de mond of bij contact met de huid of ogen. Het wordt ook als een kankerverwekkende stof beschouwd.

Artikel index

• 1 Kristalstructuur
• 2 Elektronische configuratie
• 3 Nomenclatuur
• 4 Eigenschappen
  • 4.1 Fysieke toestand
  • 4.2 Molecuulgewicht
  • 4.3 Smeltpunt
  • 4.4 Dichtheid
  • 4.5 Oplosbaarheid
  • 4.6 Overige eigenschappen
• 5 toepassingen
  • 5.1 In batterijen
  • 5.2 In analytische toepassingen
  • 5.3 Bij elektrokatalyse van reacties
  • 5.4 In verschillende toepassingen
• 6 Risico's
• 7 referenties

Kristal structuur

Nikkel (II) hydroxide kan op twee verschillende manieren kristalliseren: α-Ni (OH)_twee en β-Ni (OH)_twee.

Ni (OH) kristal_twee heeft de hexagonale structuur van bruciet (Mg (OH)_twee​De ideale vorm is NiO-lagen_twee in een vlakke zeshoekige opstelling van Ni-kationen in octaëdrische coördinatie met zuurstof.

De α-Ni (OH) -vorm_twee het wordt gekenmerkt doordat het een nogal amorfe ongeordende structuur is, met een variabele interlaminaire ruimte, maar die groter is dan in de β-fase. Dit wordt verklaard omdat het binnen zijn structuur verschillende soorten presenteert die tussen de lagen zijn verspreid, zoals H_tweeO, OH^-, SW₄^twee- en co₃^twee-, afhankelijk van het startende nikkelzoutanion.

Β-Ni (OH)_twee Het heeft ook een gelaagde structuur, maar veel eenvoudiger, overzichtelijker en compacter. De interlaminaire ruimte is 4,60 A. OH-groepen zijn "vrij", dat wil zeggen dat ze geen waterstofbruggen vormen..

Elektronische configuratie

In de Ni (OH)_twee Nikkel bevindt zich in de oxidatietoestand 2+, wat betekent dat er in de buitenste schil 2 elektronen ontbreken. De elektronenconfiguratie van Ni^twee+ is: [Ar] 3d⁸, waarbij [Ar] de elektronenconfiguratie is van het edelgas argon.

In de Ni (OH)_twee, elektronen-d van de Ni-atomen bevinden zich in het midden van een kleine vervormde octaëder van O.Elk O-atoom neemt één elektron van een H en 1/3 van de Ni-atomen, waardoor elk Ni-atoom 2 elektronen verliest-d.

Een eenvoudige manier om het voor te stellen is als volgt:

H-O^- Geen van beide^{twee+ -}OH

Nomenclatuur

- Nikkel (II) hydroxide

- Nikkeldihydroxide

- Nikkel (II) oxide monohydraat

Eigendommen

Fysieke toestand

Blauwgroene of geelgroene kristallijne vaste stof.

Molecuulgewicht

92,708 g / mol.

Smeltpunt

230 ºC (smelt bij ontleding).

Dichtheid

4,1 g / cm³ bij 20 ºC.

Oplosbaarheid

Vrijwel onoplosbaar in water (0.00015 g / 100 g H._tweeOF). Het is gemakkelijk oplosbaar in zuren. Het is ook goed oplosbaar in ammoniakoplossingen (NH₃), omdat met deze vorm complexen van blauwachtig-violette kleur.

Andere eigenschappen

Het is geen amfotere verbinding. Dit betekent dat het niet zowel als zuur als als base kan werken..

Wanneer de Ni (OH)_twee wordt verkregen uit oplossingen van nikkelchloride (NiCl_twee) heeft een blauwgroene kleur, terwijl als het neerslaat uit oplossingen van nikkelnitraat (Ni (NO₃​_twee) heeft een groengele kleur.

De alfafase (α-Ni (OH)_twee) heeft elektrochemische eigenschappen die groter zijn dan de bètafase. Dit komt omdat er in alfa een groter aantal elektronen beschikbaar is voor elk nikkelatoom..

De bètavorm (β-Ni (OH)_twee) heeft kenmerken van een halfgeleidertype gepresenteerd-p.

Toepassingen

In batterijen

Langdurig gebruik van Ni (OH)_twee het zit in batterijen. In 1904 gebruikte Thomas Edison het samen met zijn oxide NiO (OH) als materiaal voor de kathode van alkalinebatterijen..

De elektrochemische capaciteit van Ni (OH) kathoden_twee het is direct gerelateerd aan de morfologie en grootte van zijn deeltjes. Ni (OH) nanodeeltjes_twee Vanwege hun kleine formaat hebben ze superieur elektrochemisch gedrag en een hogere protondiffusiecoëfficiënt dan grotere deeltjes..

Het is op grote schaal gebruikt als kathodemateriaal in veel oplaadbare alkalinebatterijen zoals onder andere nikkel-cadmium, nikkel-waterstof, nikkel-ijzer. Het is ook gebruikt in hoogwaardige supercondensatoren.

De reactie in deze apparaten omvat de oxidatie van Ni (OH)_twee tijdens de oplaadfase en de reductie van NiO (OH) tijdens de ontladingsfase in de alkalische elektrolyt:

Ni (OH)_twee + Oh^- - en^- ⇔ NiO (OH) + H_tweeOF

Deze vergelijking is omkeerbaar en wordt de redox-overgang genoemd..

In analytische toepassingen

Α-Ni (OH)_twee Het is gebruikt voor de ontwikkeling van elektrochemische sensoren voor de bepaling van vitamine D₃, of cholecalciferol, een vorm van vitamine D die kan worden verkregen door de huid bloot te stellen aan zonlicht of via bepaalde voedingsmiddelen (eigeel, koemelk, verse zalm en levertraan).

Het gebruik van hybride sensoren die α-Ni (OH) bevatten_twee, samen met grafeenoxide en silica, maakt het kwantificeren van vitamine D mogelijk₃ rechtstreeks in biologische matrices.

Bovendien is de ongeordende lamellaire structuur van α-Ni (OH)_twee vergemakkelijkt de in- en uitgang van ionen in lege structurele ruimtes, wat de elektrochemische omkeerbaarheid van de sensor bevordert.

Bij elektrokatalyse van reacties

De redoxovergang tussen Ni (OH)_twee en NiO (OH) is ook gebruikt bij de katalytische oxidatie van veel kleine organische verbindingen in alkalische elektrolyt. Het mechanisme van deze elektrokatalytische oxidatie is als volgt:

Ni (OH)_twee + Oh^- - en^- ⇔ NiO (OH) + H_tweeOF

NiO (OH) + organische verbinding → Ni (OH) 2 + product

De organische verbinding kan bijvoorbeeld glucose zijn en het product glucolacton.

Elektrokatalyse van oxidatiereacties van kleine moleculen wordt toegepast in brandstofcellen, elektroanalyse, elektrosynthese en elektrodegradatie.

In verschillende toepassingen

De elektrokatalytische eigenschappen hebben de aandacht getrokken voor toepassingen in fotokatalyse, elektrochrome apparaten, adsorbentia en voorlopers van nanostructuren..

Bovendien heeft het een potentiële toepassing als pigment vanwege zijn hoge reflectie..

Risico's

Bij verhitting tot ontbinding, geeft het giftige gassen af. Blootstelling aan Ni (OH)_twee brengt een aantal risico's met zich mee. Bij inademing is het irriterend voor het slijmvlies van de bovenste luchtwegen, kan het astma veroorzaken en kan het longfibrose veroorzaken..

Als het in contact komt met de ogen, irriteert het het bindvliesvlies. In de huid veroorzaakt overgevoeligheid, branderig gevoel of jeuk en erytheem, met als gevolg ernstige dermatitis en huidallergieën.

Het kan ook de nieren, het maagdarmkanaal en het neurologische systeem aantasten en kan cardiovasculaire schade veroorzaken. Kan schade toebrengen aan de foetus van zwangere vrouwen.

Ni (OH)_twee het is kankerverwekkend. Het is in verband gebracht met het risico op het ontwikkelen van neus- en longkanker. Bij nikkel-cadmium-batterijfabrieken zijn sterfgevallen van werknemers als gevolg van kanker gemeld.

Het is geclassificeerd als zeer giftig voor in het water levende organismen, met langdurige schadelijke effecten..

Met betrekking tot planten is er een zekere tegenstrijdigheid, want hoewel nikkel giftig is voor het plantenleven, is het ook een essentiële micronutriënt voor de ontwikkeling ervan. Vereist in extreem kleine hoeveelheden voor een optimale plantengroei.

Referenties

1. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Effect van neerslagmiddelen op de structurele, morfologische en colorimetrische kenmerken van nikkelhydroxidedeeltjes. Colloid en Interface Science Communications. 23 (2019) 6-13. Opgehaald van sciencedirect.com.
3. Haoran Wang en Changjiang Song. (2019). Elektronische en fononstructuur van nikkelhydroxide: berekeningsstudie eerste principes. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Opgehaald van link.springer.com.
4. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Nikkel Hydroxyde. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Synthese en karakterisering van alfa-nikkel (II) hydroxidedeeltjes op organisch-anorganische matrix en de toepassing ervan in een gevoelige elektrochemische sensor voor vitamine D-bepaling. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Opgehaald van sciencedirect.com.
6. Miao, Y. et al. (2014). Elektrokatalyse en elektroanalyse van nikkel, zijn oxiden, hydroxiden en oxyhydroxiden naar kleine moleculen. Biosensoren en bio-elektronica. 53 (2014) 428-439. Opgehaald van sciencedirect.com.