ГИДРОКСИД КОБАЛЬТА: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

Гидроксид кобальта это общее название для всех соединений , в которых катионы кобальта и анион ОН , участвующих ^- . Все они неорганические по своей природе и имеют химическую формулу Co (OH) _n , где n равно валентному или положительному заряду металлического центра кобальта.

Поскольку кобальт является переходным металлом с наполовину полными атомными орбиталями, по некоторому электронному механизму его гидроксиды отражают интенсивные цвета из-за взаимодействий Co-O. Эти цвета, а также структура сильно зависят от их заряда и от анионных частиц, которые конкурируют с ОН ^- .

Источник: по Chemicalinterest, из Wikimedia Commons.

Цвета и структура не одинаковы для Co (OH) ₂ , Co (OH) ₃ или CoO (OH). Химия, лежащая в основе всех этих соединений, заключается в синтезе материалов, применяемых для катализа.

С другой стороны, хотя они могут быть сложными, формирование большей их части начинается с базовой среды; поставляемый сильным основанием NaOH. Следовательно, различные химические условия могут окислять кобальт или кислород.

Химическая структура

Каковы структуры гидроксида кобальта? Его общая формула Co (OH) _n ионно интерпретируется следующим образом: в кристаллической решетке, занятой определенным количеством Co ^{n +} , будет в n раз больше анионов OH ^- взаимодействующих с ними электростатически. Таким образом, для Co (OH) ₂ будет два OH ^- на каждый катион Co ²⁺ .

Но этого недостаточно, чтобы предсказать, какую кристаллическую систему примут эти ионы. По рассуждениям кулоновских сил, Co ³⁺ привлекает OH с интенсивностью больше ^- по сравнению с Co ²⁺ .

Этот факт приводит к сокращению расстояний или связи Co-OH (даже при ее высоком ионном характере). Кроме того, поскольку взаимодействия сильнее, электроны во внешних слоях Co ³⁺ претерпевают энергетическое изменение, которое заставляет их поглощать фотоны с разными длинами волн (твердое тело темнеет).

Однако этого подхода недостаточно для выяснения явления изменения их цвета в зависимости от структуры.

То же самое и с оксигидроксидом кобальта. Его формула CoO · OH интерпретируется как катион Co ^3+, взаимодействующий с оксидным анионом O ^2– и OH ^- . Это соединение представляет собой основу для синтеза смешанного оксида кобальта: Co ₃ O ₄ .

Ковалентная

Гидроксиды кобальта также можно визуализировать, хотя и менее точно, как отдельные молекулы. Тогда Co (OH) ₂ можно изобразить в виде линейной молекулы OH - Co - OH, а Co (OH) _{3 -} в виде плоского треугольника.

Что касается СоО (ОН), его молекула при таком подходе будет изображена как О = Со - ОН. Анион O ^2– образует двойную связь с атомом кобальта и еще одну одинарную связь с ОН ^- .

Однако взаимодействия между этими молекулами недостаточно сильны, чтобы «вооружить» сложные структуры этих гидроксидов. Например, Co (OH) ₂ может образовывать две полимерные структуры: альфа и бета.

Оба являются ламинарными, но с разным порядком звеньев, и они также способны внедрять небольшие анионы, такие как CO ₃ ^2– , между своими слоями; что представляет большой интерес для создания новых материалов из гидроксидов кобальта.

Координационные подразделения

Полимерные структуры можно лучше объяснить, рассматривая координационный октаэдр вокруг центров кобальта. Для Co (OH) ₂ , поскольку он имеет два аниона OH ^- взаимодействующих с Co ²⁺ , ему нужны четыре молекулы воды (если использовался водный NaOH), чтобы завершить октаэдр.

Таким образом, Co (OH) ₂ на самом деле является Co (H ₂ O) ₄ (OH) ₂ . Чтобы этот октаэдр образовал полимеры, он должен быть связан кислородными мостиками: (OH) (H ₂ O) ₄ Co - O - Co (H ₂ O) ₄ (OH). Сложность структуры возрастает в случае CoO (OH) и даже больше для Co (OH) ₃ .

свойства

Гидроксид кобальта (II)

-Формула: Co (OH) ₂ .

-Молярная масса: 92,948 г / моль.

-Внешний вид: розовато-красный порошок или красный порошок. Существует нестабильная синяя форма формулы α-Co (OH) ₂

-Плотность: 3,597 г / см ³ .

-Растворимость в воде: 3,2 мг / л (малорастворимый).

-Растворим в кислотах и ​​аммиаке. Нерастворим в разбавленной щелочи.

-Точка плавления: 168º C.

-Чувствительность: чувствительна к воздуху.

-Стабильность: стабильно.

Гидроксид кобальта (III)

-Формула: Co (OH) ₃

-Молекулярная масса: 112,98 г / моль.

-Внешний вид: две формы. Устойчивая черно-коричневая форма и неустойчивая темно-зеленая форма с тенденцией к потемнению.

производство

Добавление гидроксида калия к раствору нитрата кобальта (II) приводит к появлению сине-фиолетового осадка, который при нагревании превращается в Co (OH) ₂ , то есть гидроксид кобальта (II). ).

Co (OH) ₂ осаждается при добавлении гидроксида щелочного металла к водному раствору соли Co ^2+.

Co ²⁺ + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

Приложения

-Он используется в производстве катализаторов для нефтепереработки и нефтехимической промышленности. Также Co (OH) _{2 используется} при получении солей кобальта.

-Гидроксид кобальта (II) используется в производстве сушилок для краски и электродах для аккумуляторов.

Синтез наноматериалов

-Гидроксиды кобальта являются сырьем для синтеза наноматериалов с новой структурой. Например, из Co (OH) _{2 были} созданы нанокопии этого соединения с большой площадью поверхности для участия в качестве катализатора в окислительных реакциях. Эти нанокопы пропитаны электродами из пористого никеля или кристаллического углерода.

- Были предприняты попытки реализовать нанобары гидроксида карбоната с зажатым в их слоях карбонатом. В них используется окислительная реакция Co ²⁺ до Co ³⁺ , что доказывает, что это материал с потенциальными электрохимическими применениями.

-Исследования синтезировали и охарактеризовали, используя методы микроскопии, нанодиски смешанного оксида и оксигидроксида кобальта, полученные в результате окисления соответствующих гидроксидов при низких температурах.

Слитки, диски и хлопья гидроксида кобальта со структурой в нанометровом масштабе открывают двери для улучшений в мире катализа, а также для всех приложений, касающихся электрохимии и максимального использования электрической энергии в современных устройствах.

Ссылки

1. Кларк Дж. (2015). Кобальт. Взято с: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Гидроксид кобальта (II). Взято с: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Кобальтовый. Гидроксид. Взято с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Rovetta AAS & col. (11 июля 2017 г.). Наночешки гидроксида кобальта и их применение в качестве суперконденсаторов и катализаторов выделения кислорода. Получено с: ncbi.nlm.nih.gov
5. Д. Ву, С. Лю, С. М. Яо и Х. П. Гао. (2008). Электрохимические характеристики наностержней карбоната гидроксида кобальта. Электрохимические и твердотельные письма, 11 12 A215-A218.
6. Цзин Ян, Хунвэй Лю, Вэйд Н. Мартенс и Рэй Л. Фрост. (2010). Синтез и характеристика нанодисков гидроксида, оксигидроксида кобальта и оксида кобальта. Получено с: pubs.acs.org