- Struttura di cristallo
- Configurazione elettronica
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- solubilità
- Altre proprietà
- applicazioni
- Nelle batterie al nichel
- Nell'elettrocatalisi come catalizzatore rigenerabile
- Nei supercondensatori
- Nell'ossidazione di ioni metallici
- rischi
- Riferimenti
L' idrossido di nichel (III) è un composto inorganico in cui il metallo di nichel 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 dell'idrossido di nichel (III) Ni (OH) 3 , ma è stato possibile ottenere l'osso idrossido 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.
Struttura dell'ossido di nichel (III), NiO (OH). Blu = nichel, rosso = ossigeno, bianco = idrogeno. Autore: Smokefoot. Fonte: opera propria. Fonte: Wikipedia Commons
NiO (OH) può essere ottenuto per ossidazione di soluzioni di nitrato di nichel (II) (Ni (NO 3 ) 2 ) con cloro (Cl 2 ) o bromo (Br 2 ) in presenza di idrossido di potassio (KOH). Il nichel (III) oxoidrossido 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) 2 si trovano insieme nel funzionamento della maggior parte delle loro applicazioni, poiché entrambi fanno parte della stessa equazione di ossido. riduzione.
Essendo un composto di nichel, NiO (OH) presenta gli stessi rischi di altri sali di nichel, cioè irritazione della pelle o dermatiti e cancro.
Struttura di cristallo
Il nichel (III) oxoidrossido cristallizza in due forme: beta e gamma. La forma beta β-NiO (OH) ha una struttura molto simile a β-Ni (OH) 2 , 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) 2 . 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 4 se un elettrone dallo strato 3 d . La configurazione elettronica di Ni 3+ in NiO (OH) è: 3 d 7 , dove 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 un ossidrossido di nichel (II) e (III), Ni 3 O 2 (OH) 4 .
Si decompone a 140 ° C 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 2 O 2 ) e idrossido di sodio (NaOH) a 600 ºC e raffreddando in acqua gelata.
La fase gamma si decompone per riscaldamento a 138 ° C.
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:
Scarica:
Fe + 2NiO (OH) + H 2 O ⇔ Fe (OH) 2 + 2Ni (OH) 2
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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) 2 ⇔ β-NiO (OH) + H + + e -
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Invecchiamento ↑ ↓ Sovraccarico
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α-Ni (OH) 2 ⇔ 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 attiva di nichel".
Batterie ricaricabili al nichel. Autore: Superusergeneric. Fonte: opera propria. Fonte: Wikipedia Commons.
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.
Ottenere un acido carbossilico dall'ossidazione di un alcool catalizzato da NiO (OH). Fonte: originariamente da en.wikipedia. L'autore del caricamento originale era V8rik su en.wikipedia. Fonte: Wikipedia Commons
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 avviene 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 un mezzo alcalino. Durante il processo, Ni (OH) 2 si forma sulla superficie dell'anodo di nichel, che viene rapidamente ossidato a NiO (OH):
Ni (OH) 2 + OH - - e - ⇔ NiO (OH) + H 2 O
NiO (OH) reagisce con il substrato organico e si ottiene il prodotto organico desiderato, rigenerando Ni (OH) 2 :
NiO (OH) + composto organico → Ni (OH) 2 + prodotto
Man mano che Ni (OH) 2 si rigenera, 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) 2 sono materiali eccellenti per gli elettrodi dei supercondensatori (supercondensatori).
Ni (OH) 2 + OH - ⇔ NiO (OH) + H 2 O + e -
Hanno un'elevata capacità, un basso costo e, secondo alcune referenze, un basso impatto ambientale.
Condensatori in un circuito elettronico. Autore: PDPhotos. Fonte: Pixabay.
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
In soluzione, il nichel è più stabile come ione Ni 2+ , quindi non è usuale entrare in contatto con soluzioni Ni 3+ . Tuttavia, le precauzioni sono le stesse, poiché il nichel, sia esso metallico, in soluzione o sotto forma di suoi sali solidi, può provocare sensibilizzazione cutanea.
Si consiglia di utilizzare attrezzature 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 polvere di sale di nichel molto basse, tramite 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, nella categoria degli agenti cancerogeni per l'uomo.
Questo si basa su dati epidemiologici e sperimentali.
Riferimenti
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