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

Il idrossido di nichel (III) È un composto inorganico in cui il nichel metallico ha un numero di ossidazione di 3+. La sua formula chimica è Ni (OH)₃. Secondo le fonti consultate, fino ad ora non è stato possibile verificare l'esistenza di idrossido di nichel (III) Ni (OH)₃, ma è stato possibile ottenere ossidrossido di nichel (III), NiO (OH).

Il nichel (III) oxoidrossido NiO (OH) è un solido cristallino nero che cristallizza in due forme: le forme beta e gamma. La forma cristallina più comune di NiO (OH) è la beta.

NiO (OH) può essere ottenuto per ossidazione di soluzioni di nitrato di nichel (II) (Ni (NO₃)_Due) con cloro (cl_Due) o bromo (Br_Due) in presenza di idrossido di potassio (KOH). L'ossido di nichel (III) è molto solubile negli acidi. Trova applicazione nelle batterie al nichel, nei supercondensatori e come catalizzatore rigenerabile.

Nichel (III) osso idrossido NiO (OH) e nichel (II) idrossido Ni (OH)_Due sono uniti nel funzionamento della maggior parte delle loro applicazioni, poiché entrambi fanno parte della stessa equazione di riduzione dell'ossido.

Essendo un composto di nichel, NiO (OH) presenta gli stessi rischi di altri sali di nichel, cioè irritazione della pelle o dermatiti e cancro.

Indice articolo

• 1 Struttura in cristallo
• 2 Configurazione elettronica
• 3 Nomenclatura
• 4 Proprietà
  • 4.1 Stato fisico
  • 4.2 Solubilità
  • 4.3 Altre proprietà
• 5 Usi
  • 5.1 Nelle batterie al nichel
  • 5.2 Nell'elettrocatalisi come catalizzatore rigenerabile
  • 5.3 Nei supercondensatori
  • 5.4 Nell'ossidazione di ioni metallici
• 6 Rischi
• 7 Riferimenti

Struttura di cristallo

L'ossido di nichel (III) cristallizza in due forme: beta e gamma. La forma beta β-NiO (OH) ha una struttura molto simile a β-Ni (OH)_Due, il che sembra logico poiché il primo deriva dall'ossidazione del secondo.

La forma gamma γ-NiO (OH) è il prodotto di ossidazione dell'idrossido di nichel (II) nella sua forma alfa, α-Ni (OH)_Due. Come quest'ultimo, gamma ha una struttura a strati con ioni di metalli alcalini, anioni e acqua intervallati tra gli strati..

Configurazione elettronica

In NiO (OH), il nichel è nello stato di ossidazione 3+, il che significa che ai suoi strati più esterni mancano 3 elettroni, cioè due elettroni mancano dallo strato 4S e un elettrone dal guscio 3d. La configurazione elettronica di Ni³⁺ in NiO (OH) è: [Ar] 3d⁷, dove [Ar] è la configurazione elettronica del gas nobile argon.

Nomenclatura

- NiO (OH): ossidrossido di nichel (III)

- Nichel nero

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino nero.

Solubilità

Il NiO (OH) ossidrossido è molto solubile negli acidi. La fase gamma si dissolve in acido solforico con l'evoluzione dell'ossigeno.

Altre proprietà

In acqua calda diventa nichel (II) e (III) ossidrossido, Ni₃O_Due(OH)₄.

Si decompone a 140 ºC in ossido di nichel (II) (NiO), acqua e ossigeno.

La fase gamma (γ-NiO (OH)) può essere ottenuta in vari modi, ad esempio, trattando il nichel con una miscela fusa di perossido di sodio (Na_DueO_Due) e idrossido di sodio (NaOH) a 600 ºC e raffreddamento in acqua ghiacciata.

La fase gamma si decompone per riscaldamento a 138 ºC.

Applicazioni

Nelle batterie al nichel

La batteria al nichel-ferro di Edison, in cui viene utilizzato KOH come elettrolita, si basa sulla reazione dell'ossido di nichel (III) con il ferro:

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Fe + 2NiO (OH) + H_DueO ⇔ Fe (OH)_Due + 2Ni (OH)_Due

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È una reazione di riduzione dell'ossidazione reversibile.

All'anodo di queste batterie avvengono una serie di processi chimici ed elettrochimici. Ecco uno schema generale:

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β-Ni (OH)_Due       ⇔ β-NiO (OH) + H⁺ + e^-

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Invecchiamento ↑ ↓ Sovraccarico

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α-Ni (OH)_Due       ⇔ γ-NiO (OH) + H⁺ + e^-

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Nella tecnologia delle batterie al nichel, il nichel (III) ossidrossido di NiO (OH) è chiamato "massa di nichel attiva".

Nell'elettrocatalisi come catalizzatore rigenerabile

NiO (OH) è stato utilizzato con successo nell'elettrosintesi degli azopirazoli, attraverso l'ossidazione elettrocatalitica degli amminopirazoli. È stata inoltre dimostrata la sua utilità nella sintesi di acidi carbossilici a partire da alcoli o composti carbonilici..

Un altro esempio è la conversione quantitativa dell'idrossimetilpiridina in un acido piridinecarbossilico. In questo caso l'elettrodo in acciaio o nichel corrispondente all'anodo è ricoperto da uno strato di NiO (OH). Il mezzo in cui viene eseguita l'elettrolisi è alcalino.

In queste reazioni, NiO (OH) agisce come mediatore di riduzione-ossidazione, o mediatore "redox"..

L'elettrolisi viene eseguita in una cella con anodo di nichel e catodo di titanio, in mezzo alcalino. Ni (OH) si forma durante il processo_Due sulla superficie dell'anodo di nichel, che viene rapidamente ossidato a NiO (OH):

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

Il NiO (OH) reagisce con il substrato organico e si ottiene il prodotto organico desiderato, rigenerando il Ni (OH)_Due:

NiO (OH) + composto organico → Ni (OH)_Due + Prodotto

Come Ni (OH) si rigenera_Due, la reazione di catalisi viene continuata.

L'utilizzo del NiO (OH) come elettrocatalizzatore consente di ottenere composti organici con costi contenuti e in modo rispettoso dell'ambiente.

Nei supercondensatori

NiO (OH) insieme a Ni (OH)_Due realizzare ottimi materiali per gli elettrodi del supercondensatore. supercondensatori).

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

Hanno un'elevata capacità, un basso costo e, secondo alcune referenze, un basso impatto ambientale.

Tuttavia, hanno una bassa conduttività. Questo viene risolto utilizzando nanoparticelle di detti composti, poiché ciò aumenta la superficie e diminuisce la distanza richiesta per la diffusione, il che garantisce un'elevata velocità di trasferimento di elettroni e / o ioni..

Nell'ossidazione di ioni metallici

Una delle applicazioni commerciali dell'ossido di nichel (III) si basa sulla sua capacità di ossidare gli ioni cobalto (II) in soluzione in ioni cobalto (III)..

Rischi

Il nichel in soluzione è più stabile dello ione Ni^Due+, quindi non è usuale entrare in contatto con soluzioni di Ni³⁺. Tuttavia, le precauzioni sono le stesse, poiché il nichel, sia metallico, in soluzione o sotto forma di suoi sali solidi, può causare sensibilizzazione cutanea..

Si consiglia di utilizzare dispositivi e indumenti protettivi, come uno schermo facciale, guanti e scarpe di sicurezza. Tutto questo deve essere utilizzato ogni volta che esiste la possibilità di entrare in contatto con soluzioni di nichel..

Se si verifica la dermatite, deve essere trattata con un medico per escludere che sia causata dal nichel..

Per quanto riguarda la possibilità di inalazione, è buona norma mantenere le concentrazioni atmosferiche di polveri di sali di nichel molto basse, mediante ventilazione locale, e utilizzare protezioni respiratorie quando necessario..

Tutti i composti del nichel sono classificati dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro o IARC. Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro), nella categoria degli agenti cancerogeni per l'uomo.

Ciò si basa su dati epidemiologici e sperimentali.

Riferimenti

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, B.V. et al. Elettrosintesi di azopirazoli tramite ossidazione di N-alchilamminopirazoli su un anodo NiO (OH) in alcali acquosi - Un metodo verde per l'omocoupling N-N. Lettere di tetraedro. 59 (2018) 2741-2744. Recupero da sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Materiali a base di nichel per supercondensatori. Materiali oggi. Recupero da sciencedirect.com
4. Ettel, V.A. e Mosolu, M. A. (1977). Preparazione di Nickel Black. NOI. Brevetto n. 4,006,216. 1 febbraio 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Processo per ossidare derivati ​​dell'idrossimetilpiridina in derivati ​​dell'acido piridinecarbossilico agli anodi dell'idrossido di ossido di nichel. NOI. Brevetto n. 5,259,933. 9 novembre 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia della tecnologia chimica. Volume 17. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
7. Enciclopedia della chimica industriale di Ullmann. (1990). Quinta edizione. Volume A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Idrossidi di nichel. In Handbook of Battery Materials. Editore VCH. Recupero da osti.gov.