ГИДРОКСИД НИКЕЛЯ (III): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Гидроксида никеля (III) , представляет собой неорганическое соединение , где никель - металл имеет степень окисления 3+. Его химическая формула - Ni (OH) ₃ . Согласно источникам, к которым проводились консультации, до сих пор не удавалось проверить наличие гидроксида никеля (III) Ni (OH) ₃ , но было возможно получить оксогидроксид никеля (III), NiO (OH).

Оксогидроксид никеля (III) NiO (OH) представляет собой черное кристаллическое твердое вещество, которое кристаллизуется в двух формах: бета- и гамма-формах. Наиболее распространенной кристаллической формой NiO (OH) является бета.

Структура оксогидроксида никеля (III), NiO (OH). Синий = никель, красный = кислород, белый = водород. Автор: Smokefoot. Источник: собственная работа. Источник: Wikipedia Commons

NiO (OH) может быть получен окислением растворов нитрата никеля (II) (Ni (NO ₃ ) ₂ ) хлором (Cl ₂ ) или бромом (Br ₂ ) в присутствии гидроксида калия (KOH). Оксогидроксид никеля (III) хорошо растворяется в кислотах. Он используется в никелевых батареях, суперконденсаторах и в качестве регенерируемого катализатора.

Оксогидроксид никеля (III) NiO (OH) и гидроксид никеля (II) Ni (OH) ₂ вместе используются в большинстве их применений, поскольку оба являются частью одного оксидного уравнения. снижение.

Будучи соединением никеля, NiO (OH) представляет те же риски, что и другие соли никеля, то есть раздражение кожи, дерматит и рак.

Кристальная структура

Оксогидроксид никеля (III) кристаллизуется в двух формах: бета и гамма. Бета-форма β-NiO (OH) имеет структуру, очень похожую на β-Ni (OH) ₂ , что кажется логичным, поскольку первая образуется в результате окисления второй.

Гамма-форма γ-NiO (OH) представляет собой продукт окисления гидроксида никеля (II) в его альфа-форме, α-Ni (OH) ₂ . Подобно последнему, гамма имеет слоистую структуру с вкраплениями ионов щелочных металлов, анионов и воды между слоями.

Электронная конфигурация

В NiO (OH) никель находится в степени окисления 3+, что означает, что в его самых внешних слоях отсутствуют 3 электрона, то есть два электрона отсутствуют в слое 4 s и один электрон из слоя 3 d. , Электронная конфигурация Ni ³⁺ в NiO (OH): 3 d ⁷ , где - электронная конфигурация благородного газа аргона.

Номенклатура

- NiO (OH): оксогидроксид никеля (III)

- Никель черный

свойства

Физическое состояние

Черное кристаллическое твердое вещество.

Растворимость

Оксогидроксид NiO (OH) хорошо растворяется в кислотах. Гамма-фаза растворяется в серной кислоте с выделением кислорода.

Другие свойства

В горячей воде он превращается в оксогидроксид никеля (II) и (III), Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Он разлагается при 140 ° C на оксид никеля (II) (NiO), воду и кислород.

Гамма-фаза (γ-NiO (OH)) может быть получена различными способами, например, обработкой никеля расплавленной смесью пероксида натрия (Na ₂ O ₂ ) и гидроксида натрия (NaOH) при 600 ° C и охлаждением в замороженная вода.

Гамма-фаза разлагается при нагревании до 138 ° C.

Приложения

В никелевых батареях

Никель-железная батарея Эдисона, в которой в качестве электролита используется КОН, основана на реакции оксогидроксида никеля (III) с железом:

Скачать:

Fe + 2NiO (OH) + H ₂ O ⇔ Fe (OH) ₂ + 2Ni (OH) ₂

Загрузить:

Это обратимая реакция окисления-восстановления.

На аноде этих батарей происходит ряд химических и электрохимических процессов. Вот общий план:

Скачать

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

нагрузка

Старение ↑ ↓ Перегрузка

Скачать

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

нагрузка

В технологии никелевых аккумуляторов оксогидроксид никеля (III) NiO (OH) называют «активной массой никеля».

Никелевые аккумуляторные батареи. Автор: Superusergeneric. Источник: собственная работа. Источник: Wikipedia Commons.

В электрокатализе в качестве регенерируемого катализатора

NiO (OH) успешно используется в электросинтезе азопиразолов посредством электрокаталитического окисления аминопиразолов. Его полезность в синтезе карбоновых кислот, исходя из спиртов или карбонильных соединений, также доказана.

Получение карбоновой кислоты окислением спирта, катализируемым NiO (OH). Источник: взято из en.wikipedia. Автор Первоначально загрузил V8rik из en.wikipedia. Источник: Wikipedia Commons

Другой пример - количественное превращение гидроксиметилпиридина в пиридинкарбоновую кислоту. В этом случае стальной или никелевый электрод, соответствующий аноду, покрывается слоем NiO (OH). Среда, в которой происходит электролиз, щелочная.

В этих реакциях NiO (OH) действует как медиатор восстановления-окисления или «окислительно-восстановительный» медиатор.

Электролиз проводят в ячейке с никелевым анодом и титановым катодом в щелочной среде. Во время процесса на поверхности никелевого анода _{образуется} Ni (OH) ₂ , который быстро окисляется до NiO (OH):

Ni (OH) ₂ + OH ^- - e ^- ⇔ NiO (OH) + H ₂ O

NiO (OH) реагирует с органическим субстратом и получается желаемый органический продукт, регенерируя Ni (OH) ₂ :

NiO (OH) + органическое соединение → Ni (OH) ₂ + продукт

По мере регенерации Ni (OH) ₂ реакция катализа продолжается.

Использование NiO (OH) в качестве электрокатализатора позволяет получать органические соединения с низкими затратами и экологически безопасным способом.

В суперконденсаторах

NiO (OH) вместе с Ni (OH) ₂ - отличные материалы для электродов суперконденсаторов (суперконденсаторов).

Ni (OH) ₂ + OH ^- ⇔ NiO (OH) + H ₂ O + e ^-

Они обладают высокой емкостью, невысокой стоимостью и, по некоторым данным, низким воздействием на окружающую среду.

Конденсаторы в электронной схеме. Автор: PDPhotos. Источник: Pixabay.

Однако они обладают низкой проводимостью. Это решается путем использования наночастиц указанных соединений, поскольку это увеличивает площадь поверхности и уменьшает расстояние, необходимое для диффузии, что обеспечивает высокую скорость переноса электронов и / или ионов.

При окислении ионов металлов

Одно из коммерческих применений оксогидроксида никеля (III) основано на его способности окислять ионы кобальта (II) в растворе до ионов кобальта (III).

риски

В растворе никель более стабилен как ион Ni ²⁺ , поэтому он обычно не контактирует с растворами Ni ³⁺ . Однако меры предосторожности такие же, поскольку никель, металлический, в растворе или в форме его твердых солей, может вызвать сенсибилизацию кожи.

Рекомендуется использовать защитное снаряжение и одежду, например, маску для лица, перчатки и защитную обувь. Все это необходимо использовать всякий раз, когда есть возможность контакта с растворами никеля.

При возникновении дерматита следует проконсультироваться с врачом, чтобы исключить, что он вызван никелем.

Что касается возможности вдыхания, рекомендуется поддерживать очень низкую концентрацию пыли солей никеля в воздухе с помощью местной вентиляции и при необходимости использовать средства защиты органов дыхания.

Все соединения никеля классифицируются Международным агентством по изучению рака (IARC) в категорию канцерогенов для человека.

Это основано на эпидемиологических и экспериментальных данных.

Ссылки

1. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
2. Лялин Б.В. и соавт. Электросинтез азопиразолов путем окисления N-алкиламинопиразолов на аноде NiO (OH) в водной щелочи - зеленый метод гомосочетания NN. Буквы тетраэдра. 59 (2018) 2741-2744. Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Люян, Чжан и др. (2018). Материалы для суперконденсаторов на основе никеля. Материалы сегодня. Получено с sciencedirect.com
4. Эттель, В.А., Мосолу, М.А. (1977). Приготовление никелевой черноты. Патент США № 4 006 216. 1 февраля 1977 г.
5. Шарберт, Б. (1993). Процесс окисления производных гидроксиметилпиридина до производных пиридинкарбоновой кислоты на анодах гидроксида никеля. Патент США № 5,259,933. 9 ноября 1993 г.
6. Кирк-Отмер (1994). Энциклопедия химической технологии. Том 17. Издание четвертое. Джон Вили и сыновья.
7. Энциклопедия промышленной химии Ульмана. (1990). Пятое издание. Том A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. Макбрин, Джеймс. (1997). Гидроксиды никеля. В Справочнике материалов для батарей. Издательство ВЧ. Восстановлено с osti.gov.