Struttura, proprietà, usi, rischi dell'idrossido di nichel (II)

Il idrossido di nichel (II) È un solido inorganico cristallino verde in cui il metallo di nichel ha un numero di ossidazione di 2+. La sua formula chimica è Ni (OH)_Due. Può essere ottenuto aggiungendo soluzioni alcaline di idrossido di potassio (KOH), idrossido di sodio (NaOH) o idrossido di ammonio (NH₄OH), goccia a goccia in soluzioni acquose di sali di nichel (II), come cloruro di nichel (II) (NiCl_Due) o nitrato di nichel (II) (Ni (NO₃)_Due).

In tali circostanze, precipita come un gel verde voluminoso che cristallizza dopo essere rimasto a lungo. I suoi cristalli hanno la struttura di brucite o idrossido di magnesio Mg (OH)_Due.

In natura, Ni (OH)_Due si trova nel minerale teofrastite (dall'inglese teofrastite), segnalata per la prima volta nel 1981 quando trovata nel nord della Grecia.

Ni (OH)_Due cristallizza in due fasi polimorfiche, la fase α e β, che dipende dal modo in cui si è cristallizzata.

È solubile in acidi e l'ombra del suo colore verdastro dipende dal sale di nichel di partenza.

È stato a lungo utilizzato come catodo nelle batterie alcaline ricaricabili. Ha applicazione nell'elettrocatalisi, che lo rende un materiale molto utile nelle celle a combustibile e nell'elettrosintesi, tra diverse applicazioni.

Presenta rischi per la salute se inalato, ingerito o se viene a contatto con la pelle o gli occhi. È anche considerato un agente cancerogeno.

Indice articolo

• 1 Struttura in cristallo
• 2 Configurazione elettronica
• 3 Nomenclatura
• 4 Proprietà
  • 4.1 Stato fisico
  • 4.2 Peso molecolare
  • 4.3 Punto di fusione
  • 4.4 Densità
  • 4.5 Solubilità
  • 4.6 Altre proprietà
• 5 Usi
  • 5.1 Nelle batterie
  • 5.2 Nelle applicazioni analitiche
  • 5.3 Nell'elettrocatalisi delle reazioni
  • 5.4 In vari usi
• 6 Rischi
• 7 Riferimenti

Struttura di cristallo

L'idrossido di nichel (II) può cristallizzare in due modi diversi: α-Ni (OH)_Due e β-Ni (OH)_Due.

Cristallo Ni (OH)_Due ha la struttura esagonale della brucite (Mg (OH)_Due). La forma ideale sono gli strati di NiO_Due in una disposizione esagonale planare di cationi Ni in coordinazione ottaedrica con l'ossigeno.

La forma α-Ni (OH)_Due si caratterizza per essere una struttura disordinata piuttosto amorfa, con uno spazio interlaminare variabile, ma maggiore che nella fase β. Ciò si spiega perché presenta all'interno della sua struttura diverse specie intervallate tra gli strati, come H_DueO, OH^-, SW₄^Due- e CO₃^Due-, a seconda dell'anione sale di nichel di partenza.

Β-Ni (OH)_Due Ha anche una struttura a strati, ma molto più semplice, ordinata e compatta. Lo spazio interlaminare è 4,60 A. I gruppi OH sono "liberi", cioè non formano legami idrogeno..

Configurazione elettronica

Nel Ni (OH)_Due Il nichel è nello stato di ossidazione 2+, il che significa che al suo guscio più esterno mancano 2 elettroni. La configurazione elettronica di Ni^Due+ è: [Ar] 3d⁸, dove [Ar] è la configurazione elettronica del gas nobile argon.

Nel Ni (OH)_Due, elettroni-d degli atomi di Ni si trovano al centro di un piccolo ottaedro distorto di O. Ogni atomo di O prende un elettrone da un H e 1/3 degli atomi di Ni, causando la perdita di 2 elettroni da parte di ciascun atomo di Ni-d.

Un modo semplice per rappresentarlo è il seguente:

H-O^- Nessuno dei due^{Due+ -}OH

Nomenclatura

- Idrossido di nichel (II)

- Diidrossido di nichel

- Ossido di nichel (II) monoidrato

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino blu-verde o verde-giallastro.

Peso molecolare

92,708 g / mol.

Punto di fusione

230 ºC (si scioglie con la decomposizione).

Densità

4,1 g / cm³ a 20 ºC.

Solubilità

Praticamente insolubile in acqua (0.00015 g / 100 g di H._DueO). È facilmente solubile in acidi. È anche molto solubile in soluzioni di ammoniaca (NH₃), poiché con questa forma complessi di colore viola bluastro.

Altre proprietà

Non è un composto anfotero. Ciò significa che non può agire sia come acido che come base..

Quando il Ni (OH)_Due è ottenuto da soluzioni di cloruro di nichel (NiCl_Due) presenta un colore verde-bluastro, mentre se precipita da soluzioni di nitrato di nichel (Ni (NO₃)_Due) ha un colore giallo-verde.

La fase alfa (α-Ni (OH)_Due) ha proprietà elettrochimiche maggiori della fase beta. Questo perché in alfa c'è un numero maggiore di elettroni disponibili per ogni atomo di nichel..

La forma beta (β-Ni (OH)_Due) ha presentato caratteristiche di un tipo a semiconduttore-p.

Applicazioni

Nelle batterie

Uso di lunga data di Ni (OH)_Due è nelle batterie. Nel 1904 Thomas Edison lo usò insieme al suo ossido NiO (OH) come materiale per il catodo delle batterie alcaline..

La capacità elettrochimica dei catodi Ni (OH)_Due è direttamente correlato alla morfologia e alla dimensione delle sue particelle. Nanoparticelle di Ni (OH)_Due A causa delle loro piccole dimensioni, hanno un comportamento elettrochimico superiore e un coefficiente di diffusione protonica più elevato rispetto alle particelle più grandi..

È stato ampiamente utilizzato come materiale catodico in molte batterie alcaline ricaricabili come nichel-cadmio, nichel-idrogeno, nichel-ferro, tra gli altri. È stato utilizzato anche nei supercondensatori ad alte prestazioni.

La reazione in questi dispositivi comporta l'ossidazione di Ni (OH)_Due durante la fase di carica e la riduzione di NiO (OH) durante la fase di scarica nell'elettrolita alcalino:

Ni (OH)_Due + Oh^- - e^- ⇔ NiO (OH) + H_DueO

Questa equazione è reversibile e viene chiamata transizione redox..

Nelle applicazioni analitiche

Α-Ni (OH)_Due È stato utilizzato per lo sviluppo di sensori elettrochimici per la determinazione della vitamina D.₃, o colecalciferolo, una forma di vitamina D che può essere ottenuta esponendo la pelle alla luce solare o attraverso alcuni alimenti (tuorlo d'uovo, latte vaccino, salmone fresco e olio di fegato di merluzzo).

L'uso di sensori ibridi contenenti α-Ni (OH)_Due, insieme all'ossido di grafene e alla silice, consente la quantificazione della vitamina D.₃ direttamente in matrici biologiche.

Inoltre, la struttura lamellare disordinata di α-Ni (OH)_Due facilita l'entrata e l'uscita degli ioni negli spazi strutturali vuoti, favorendo la reversibilità elettrochimica del sensore.

Nell'elettrocatalisi delle reazioni

La transizione redox tra Ni (OH)_Due e NiO (OH) è stato anche utilizzato nell'ossidazione catalitica di molti piccoli composti organici in elettrolita alcalino. Il meccanismo di questa ossidazione elettrocatalitica è il seguente:

Ni (OH)_Due + Oh^- - e^- ⇔ NiO (OH) + H_DueO

NiO (OH) + composto organico → Ni (OH) 2 + prodotto

Il composto organico può essere, ad esempio, glucosio e il prodotto glucolattone.

L'elettrocatalisi delle reazioni di ossidazione di piccole molecole trova applicazione nelle celle a combustibile, nell'elettroanalisi, nell'elettrosintesi e nell'elettrodegradazione.

In vari usi

Le sue proprietà elettrocatalitiche hanno attirato l'attenzione per usi in fotocatalisi, dispositivi elettrocromici, adsorbenti e precursori di nanostrutture..

Inoltre, ha un potenziale utilizzo come pigmento a causa della sua elevata riflettanza..

Rischi

Se riscaldato fino alla decomposizione, emette gas tossici. Esposizione a Ni (OH)_Due presenta una serie di rischi. Se inalato, è irritante per la mucosa delle prime vie respiratorie, può provocare asma e può causare fibrosi polmonare..

Se viene a contatto con gli occhi, irrita la membrana della congiuntiva. Nella pelle provoca sensibilizzazione, bruciore o prurito ed eritema, provocando gravi dermatiti e allergie cutanee.

Può anche interessare i reni, il tratto gastrointestinale, il sistema neurologico e può causare danni cardiovascolari. Può causare danni al feto delle donne in gravidanza.

Ni (OH)_Due è cancerogeno. È stato associato al rischio di sviluppare il cancro nasale e polmonare. Sono state segnalate morti di lavoratori per cancro presso fabbriche di batterie al nichel-cadmio.

È stato classificato come molto tossico per la vita acquatica, con effetti dannosi a lungo termine..

Per quanto riguarda le piante, c'è una certa contraddizione, perché sebbene il nichel sia tossico per la vita vegetale, è anche un micronutriente essenziale per il suo sviluppo. Richiesto in quantità estremamente ridotte per una crescita ottimale delle piante.

Riferimenti

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Effetto degli agenti precipitanti sulle caratteristiche strutturali, morfologiche e colorimetriche delle particelle di idrossido di nichel. Colloidi e comunicazioni scientifiche dell'interfaccia. 23 (2019) 6-13. Recupero da sciencedirect.com.
3. Haoran Wang e Changjiang Song. (2019). Struttura elettronica e fononica dell'idrossido di nichel: studio di calcolo dei primi principi. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Recuperato da link.springer.com.
4. Biblioteca nazionale di medicina. (2019). Idrossido di nichel. Estratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Sintesi e caratterizzazione di particelle di idrossido di alfa-nichel (II) su matrice organico-inorganica e sua applicazione in un sensore elettrochimico sensibile per la determinazione della vitamina D. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Recupero da sciencedirect.com.
6. Miao, Y. et al. (2014). Elettrocatalisi ed elettroanalisi del nichel, dei suoi ossidi, idrossidi e ossidrossidi verso piccole molecole. Biosensori e bioelettronica. 53 (2014) 428-439. Recupero da sciencedirect.com.