โคบอลต์ไฮดรอกไซด์: โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งาน - เคมี - 2025

ไฮดรอกไซโคบอลต์เป็นชื่อทั่วไปสำหรับสารทั้งหมดที่มีประจุบวกและประจุลบโคบอลต์ที่เกี่ยวข้อง OH - ทั้งหมดเป็นอนินทรีย์ในธรรมชาติและมีสูตรเคมี Co (OH) _nโดยที่ n เท่ากับวาเลนซ์หรือประจุบวกของศูนย์โลหะโคบอลต์

เนื่องจากโคบอลต์เป็นโลหะทรานซิชันที่มีออร์บิทัลอะตอมครึ่งหนึ่งโดยกลไกทางอิเล็กทรอนิกส์ไฮดรอกไซด์จะสะท้อนสีที่เข้มข้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของ Co-O สีเหล่านี้เช่นเดียวกับโครงสร้างที่มีความสูงขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายของพวกเขาและในชนิดประจุลบที่แข่งขันกับ OH -

ที่มา: โดย Chemicalinterest จาก Wikimedia Commons

สีและโครงสร้างไม่เหมือนกันสำหรับ Co (OH) ₂ , Co (OH) ₃หรือสำหรับ CoO (OH) เคมีที่อยู่เบื้องหลังสารประกอบเหล่านี้จะนำไปสู่การสังเคราะห์วัสดุที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยา

ในทางกลับกันแม้ว่าจะมีความซับซ้อน แต่การก่อตัวของส่วนใหญ่เริ่มจากสภาพแวดล้อมพื้นฐาน ตามที่จัดหาโดย NaOH ฐานที่แข็งแกร่ง ดังนั้นสภาวะทางเคมีที่แตกต่างกันสามารถออกซิไดซ์โคบอลต์หรือออกซิเจนได้

โครงสร้างทางเคมี

โครงสร้างของโคบอลต์ไฮดรอกไซด์คืออะไร? สูตรทั่วไปของมัน Co (OH) _nถูกแปลความหมายด้วยไอออนิกดังนี้: ในตาข่ายคริสตัลที่ถูกครอบครองโดย Co ^{n + จำนวน}หนึ่งจะมีแอนไอออน OH จำนวนเป็น n เท่า^-มีปฏิกิริยากับพวกมันด้วยไฟฟ้าสถิต ดังนั้นสำหรับ Co (OH) ₂จะมีสอง OH ^-สำหรับแต่ละ Co ²⁺ไอออนบวก

แต่นี่ยังไม่เพียงพอที่จะคาดเดาได้ว่าจะใช้ไอออนของระบบผลึกใด โดยเหตุผลของกองกำลัง Coulombic ร่วม³⁺ดึงดูด OH ที่มีความรุนแรงมากขึ้น^-เมื่อเทียบกับ Co 2+

ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ระยะทางหรือพันธะ Co-OH (แม้จะมีลักษณะไอออนิกสูง) สั้นลง นอกจากนี้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์มีความแข็งแกร่งมากขึ้นอิเล็กตรอนในชั้นนอกของ Co ^{3+ จึง}ได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมีพลังซึ่งบังคับให้พวกมันดูดซับโฟตอนที่มีความยาวคลื่นต่างกัน (ของแข็งมืดลง)

อย่างไรก็ตามวิธีนี้ไม่เพียงพอที่จะชี้แจงปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงของสีขึ้นอยู่กับโครงสร้าง

เช่นเดียวกับโคบอลต์ออกซีไฮดรอกไซด์ สูตร COO · OH ถูกตีความว่าเป็นร่วม³⁺ไอออนบวกมีปฏิสัมพันธ์กับไอออนออกไซด์ O ^2-และ OH - สารนี้แสดงให้เห็นถึงพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์ออกไซด์โคบอลต์ผสม: Co ₃ O 4

โควาเลนต์

โคบอลต์ไฮดรอกไซด์ยังสามารถมองเห็นได้แม้ว่าจะมีความแม่นยำน้อยกว่าในแต่ละโมเลกุล จากนั้นสามารถวาดCo (OH) ₂เป็นโมเลกุล OH - Co - OH เชิงเส้นและ Co (OH) ₃เป็นสามเหลี่ยมแบน

ในส่วนที่เกี่ยวกับ CoO (OH) โมเลกุลของมันจากวิธีนี้จะถูกดึงออกมาเป็น O = Co - OH The O ^2-ไอออนรูปแบบพันธะคู่กับอะตอมโคบอลต์และอีกพันธบัตรเดียวกับ OH -

อย่างไรก็ตามปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเหล่านี้ไม่แข็งแรงพอที่จะ "แขน" โครงสร้างที่ซับซ้อนของไฮดรอกไซด์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น Co (OH) ₂สามารถสร้างโครงสร้างพอลิเมอร์ได้ 2 แบบ ได้แก่ อัลฟาและเบต้า

ทั้งสองเป็นแบบลามินาร์ แต่มีลำดับของหน่วยที่แตกต่างกันและยังสามารถแลกเปลี่ยนประจุลบขนาดเล็กได้เช่น CO ₃ ^2–ระหว่างชั้นของมัน ซึ่งเป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับการออกแบบวัสดุใหม่จากโคบอลต์ไฮดรอกไซด์

หน่วยประสานงาน

โครงสร้างพอลิเมอร์สามารถอธิบายได้ดีขึ้นโดยพิจารณาจากรูปแปดเหลี่ยมประสานรอบ ๆ ศูนย์โคบอลต์ สำหรับ Co (OH) ₂เนื่องจากมีแอนไอออน OH สองตัว^{- เมื่อทำ}ปฏิกิริยากับ Co ²⁺จึงต้องการโมเลกุลของน้ำสี่โมเลกุล (ถ้าใช้ NaOH ในน้ำ) เพื่อให้รูปแปดเหลี่ยมสมบูรณ์

ดังนั้น Co (OH) ₂เป็นจริง Co (H ₂ O) ₄ (OH) 2 สำหรับรูปแปดเหลี่ยมนี้ในการสร้างโพลีเมอร์จำเป็นต้องเชื่อมโยงด้วยสะพานออกซิเจน: (OH) (H ₂ O) ₄ Co - O - Co (H ₂ O) ₄ (OH) โครงสร้างซับซ้อนมากขึ้นสำหรับกรณีของคู (OH) และมากยิ่งขึ้นสำหรับ CO (OH) 3

คุณสมบัติ

โคบอลต์ (II) ไฮดรอกไซด์

- สูตร: Co (OH) ₂ .

- มวลโมเลกุล: 92.948 ก. / โมล

- ลักษณะที่ปรากฏ: ผงสีแดงอมชมพูหรือผงสีแดง สูตรα-Co (OH) ₂มีสีน้ำเงินที่ไม่เสถียร

- ความหนาแน่น: 3,597 g / cm ³ .

- ความสามารถในการละลายในน้ำ: 3.2 มก. / ล. (ละลายได้เล็กน้อย)

- ละลายในกรดและแอมโมเนีย ไม่ละลายในด่างเจือจาง

- จุดหลอมเหลว: 168º C.

- ความไว: ไวต่ออากาศ

- ความเสถียร: มีเสถียรภาพ

โคบอลต์ (III) ไฮดรอกไซด์

- สูตร: Co (OH) ₃

- มวลโมเลกุล: 112.98 ก. / โมล

- ลักษณะที่ปรากฏ: สองรูปแบบ รูปร่างสีน้ำตาลดำที่มั่นคงและรูปร่างสีเขียวเข้มที่ไม่แน่นอนและมีแนวโน้มที่จะมืดลง

การผลิต

การเติมโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ลงในสารละลายโคบอลต์ (II) ไนเตรตส่งผลให้เกิดการตกตะกอนสีน้ำเงิน - ม่วงซึ่งเมื่อได้รับความร้อนจะกลายเป็น Co (OH) ₂นั่นคือโคบอลต์ (II) ไฮดรอกไซด์ )

Co (OH) ₂ตกตะกอนเมื่อเติมไฮดรอกไซด์โลหะอัลคาไลน์ลงในสารละลายเกลือ Co ²⁺

Co ²⁺ + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

การประยุกต์ใช้งาน

- ใช้ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อใช้ในการกลั่นน้ำมันและในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี นอกจากนี้ Co (OH) _{2 ยังใช้}ในการเตรียมเกลือโคบอลต์

- โคบอลต์ (II) ไฮดรอกไซด์ใช้ในการผลิตเครื่องอบสีและในการผลิตอิเล็กโทรดแบตเตอรี่

การสังเคราะห์วัสดุนาโน

- โคบอลต์ไฮดรอกไซด์เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์วัสดุนาโนที่มีโครงสร้างใหม่ ตัวอย่างเช่นจาก Co (OH) ₂นาโนโคปของสารประกอบนี้ได้รับการออกแบบโดยมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่เพื่อเข้าร่วมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาออกซิเดชั่น นาโนโคปเหล่านี้ชุบบนอิเล็กโทรดนิกเกิลหรือคาร์บอนที่มีรูพรุน

- มีการพยายามใช้นาโนบาร์คาร์บอเนตไฮดรอกไซด์โดยมีคาร์บอเนตประกบอยู่ในชั้นของมัน ในพวกเขาใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของ Co ²⁺ถึง Co ³⁺ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าเป็นวัสดุที่มีศักยภาพในการใช้งานทางเคมีไฟฟ้า

- การศึกษาได้สังเคราะห์และกำหนดลักษณะโดยใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์นาโนดิสค์ของโคบอลต์ออกไซด์ผสมและออกซีไฮดรอกไซด์จากการออกซิเดชั่นของไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้องที่อุณหภูมิต่ำ

แท่งแผ่นและเกล็ดของโคบอลต์ไฮดรอกไซด์ที่มีโครงสร้างในระดับนาโนเมตริกเปิดประตูสู่การปรับปรุงในโลกแห่งการเร่งปฏิกิริยาและการใช้งานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเคมีไฟฟ้าและการใช้พลังงานไฟฟ้าสูงสุดในอุปกรณ์สมัยใหม่

อ้างอิง

1. คลาร์กเจ. (2015). โคบอลต์. นำมาจาก: chemguide.co.uk
2. วิกิพีเดีย (2018) โคบอลต์ (II) ไฮดรอกไซด์ นำมาจาก: en.wikipedia.org
3. PubChem (2018) Cobaltic ไฮดรอกไซ นำมาจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 กรกฎาคม 2560). โคบอลต์ไฮดรอกไซด์นาโนเฟลกและการประยุกต์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และตัวเร่งปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจน ดึงมาจาก: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, SM Yao และ XP Gao (2008) ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของโคบอลต์ไฮดรอกไซด์คาร์บอเนตนาโนรอด Electrochemical and Solid-State Letters, 11 12 A215-A218
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens และ Ray L. Frost (2010) การสังเคราะห์และลักษณะเฉพาะของโคบอลต์ไฮดรอกไซด์โคบอลต์ออกซีไฮดรอกไซด์และโคบอลต์ออกไซด์นาโนดิส สืบค้นจาก: pubs.acs.org