นิกเกิล (III) ไฮดรอกไซด์: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งานความเสี่ยง - เคมี - 2025

นิกเกิลไฮดรอกไซ (III)เป็นสารอนินทรีขัดแย้งโลหะนิกเกิลมีเลขออกซิเดชันของ 3+ สูตรทางเคมีของมันคือ Ni _(OH) 3 ตามแหล่งที่มาที่ปรึกษาจนถึงขณะนี้ยังไม่สามารถตรวจสอบการมีอยู่ของนิกเกิล (III) ไฮดรอกไซด์ Ni (OH) ₃ได้ แต่มีความเป็นไปได้ที่จะได้รับนิกเกิล (III) oxo-hydroxide, NiO (OH)

นิกเกิล (III) oxohydroxide NiO (OH) เป็นของแข็งผลึกสีดำที่ตกผลึกในสองรูปแบบ: เบต้าและรูปแบบแกมมา รูปแบบผลึกที่พบมากที่สุดของ NiO (OH) คือเบต้า

โครงสร้างของนิกเกิล (III) oxohydroxide, NiO (OH) สีน้ำเงิน = นิกเกิลสีแดง = ออกซิเจนสีขาว = ไฮโดรเจน ผู้แต่ง: Smokefoot ที่มา: งานของตัวเอง. ที่มา: Wikipedia Commons

NiO (OH) สามารถหาได้โดยการออกซิเดชั่นของสารละลายนิกเกิล (II) ไนเตรต (Ni (NO ₃ ) ₂ ) กับคลอรีน (Cl ₂ ) หรือโบรมีน (Br ₂ ) ต่อหน้าโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) นิกเกิล (III) oxohydroxide ละลายได้มากในกรด มันมีการประยุกต์ใช้ในแบตเตอรี่นิกเกิลในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สร้างใหม่ได้

นิกเกิล (III) ออกโซ - ไฮดรอกไซด์ NiO (OH) และนิกเกิล (II) ไฮดรอกไซด์ Ni (OH) ₂พบร่วมกันในการทำงานของการใช้งานส่วนใหญ่เนื่องจากทั้งสองเป็นส่วนหนึ่งของสมการออกไซด์เดียวกัน การลดลง

NiO (OH) เป็นสารประกอบของนิกเกิลมีความเสี่ยงเช่นเดียวกับเกลือนิกเกิลอื่น ๆ นั่นคือการระคายเคืองผิวหนังหรือผิวหนังอักเสบและมะเร็ง

โครงสร้างคริสตัล

นิกเกิล (III) oxohydroxide ตกผลึกในสองรูปแบบ: เบต้าและแกมมา รูปแบบเบต้าβ-NiO (OH) มีโครงสร้างที่คล้ายกันมากกับβ-Ni (OH) ₂ซึ่งดูเหมือนจะมีเหตุผลเนื่องจากในอดีตมาจากการเกิดออกซิเดชันของหลัง

แกมมาγ-NiO (OH) รูปแบบเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของนิกเกิล (II) ในรูปแบบไฮดรอกไซอัลฟาของα-Ni (OH) 2 แกมมามีโครงสร้างเป็นชั้น ๆ โดยมีไอออนของโลหะอัลคาไลแอนไอออนและน้ำสลับระหว่างชั้น

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

ใน NiO (OH) นิกเกิลอยู่ในสถานะออกซิเดชัน 3+ ซึ่งหมายความว่าชั้นนอกสุดไม่มีอิเล็กตรอน 3 ตัวนั่นคืออิเล็กตรอนสองตัวหายไปจากชั้น 4 วินาทีและอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากชั้น 3 d . การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของ Ni ³⁺ใน NiO (OH) คือ: 3 d ⁷การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอาร์กอนก๊าซมีตระกูลอยู่ที่ไหน

ศัพท์เฉพาะ

- NiO (OH): นิกเกิล (III) oxohydroxide

- นิกเกิลดำ

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ผลึกสีดำแข็ง

การละลาย

NiO (OH) oxohydroxide ละลายได้มากในกรด เฟสแกมมาละลายในกรดซัลฟิวริกด้วยวิวัฒนาการของออกซิเจน

คุณสมบัติอื่น ๆ

ในน้ำร้อนมันจะกลายเป็นนิกเกิล (II) และ (III) oxohydroxide, Ni ₃ O ₂ (OH) 4

มันสลายตัวที่ 140 ° C เป็นนิกเกิล (II) ออกไซด์ (NiO) น้ำและออกซิเจน

เฟสแกมมา (γ-NiO (OH)) สามารถหาได้หลายวิธีตัวอย่างเช่นการบำบัดนิกเกิลด้วยส่วนผสมที่หลอมละลายของโซเดียมเปอร์ออกไซด์ (Na ₂ O ₂ ) และโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่ 600 ° C และทำให้เย็นลงใน น้ำแช่แข็ง

เฟสแกมมาสลายตัวเมื่อได้รับความร้อนถึง 138 ° C

การประยุกต์ใช้งาน

ในแบตเตอรี่นิกเกิล

แบตเตอรี่นิกเกิลเหล็กของ Edison ซึ่ง KOH ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์นั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของนิกเกิล (III) oxohydroxide กับเหล็ก:

ดาวน์โหลด:

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

โหลด:

มันเป็นปฏิกิริยารีดักชันแบบย้อนกลับได้

ชุดของกระบวนการทางเคมีและไฟฟ้าเคมีเกิดขึ้นที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่เหล่านี้ นี่คือโครงร่างทั่วไป:

ดาวน์โหลด

β-Ni (OH) ₂ ⇔β-NiO (OH) + H ⁺ + จ^-

ภาระ

ความชรา↑↓เกิน

ดาวน์โหลด

α-Ni (OH) ₂ ⇔γ-NiO (OH) + H ⁺ + จ^-

ภาระ

ในเทคโนโลยีแบตเตอรี่นิกเกิลนิกเกิล (III) oxohydroxide NiO (OH) เรียกว่า "มวลนิกเกิลแอคทีฟ"

แบตเตอรี่แบบชาร์จนิกเกิล ผู้แต่ง: Superusergeneric ที่มา: งานของตัวเอง. ที่มา: Wikipedia Commons

ในการวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สร้างใหม่ได้

NiO (OH) ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าของ azopyrazoles ผ่านการออกซิเดชั่นด้วยไฟฟ้าของอะมิโนปิราซัล นอกจากนี้ยังมีการพิสูจน์ประโยชน์ในการสังเคราะห์กรดคาร์บอกซิลิกโดยเริ่มจากแอลกอฮอล์หรือสารประกอบคาร์บอนิล

การได้รับกรดคาร์บอกซิลิกโดยการออกซิเดชั่นของแอลกอฮอล์ที่เร่งปฏิกิริยาโดย NiO (OH) ที่มา: มาจาก en.wikipedia ผู้เขียนผู้อัปโหลดต้นฉบับคือ V8rik ที่ en.wikipedia ที่มา: Wikipedia Commons

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการแปลงเชิงปริมาณของไฮดรอกซีเมทิลไพริดีนไปเป็นกรดไพริดีนคาร์บอกซิลิก ในกรณีนี้เหล็กหรืออิเล็กโทรดนิกเกิลที่ตรงกับขั้วบวกจะถูกปกคลุมด้วยชั้นของ NiO (OH) ตัวกลางที่อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นเป็นอัลคาไลน์

ในปฏิกิริยาเหล่านี้ NiO (OH) ทำหน้าที่เป็นตัวกลางรีดิวซ์ออกซิเดชั่นหรือ "รีดอกซ์"

อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีขั้วบวกนิกเกิลและแคโทดไททาเนียมในตัวกลางที่เป็นด่าง ในระหว่างกระบวนการ Ni (OH) _{2 จะเกิดขึ้น}บนพื้นผิวของขั้วบวกนิกเกิลซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็น NiO (OH) อย่างรวดเร็ว:

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

NiO (OH) ทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นอินทรีย์และได้ผลิตภัณฑ์อินทรีย์ที่ต้องการโดยสร้าง Ni (OH) ขึ้นใหม่₂ :

NiO (OH) + สารประกอบอินทรีย์→ผลิตภัณฑ์ Ni (OH) ₂ +

เมื่อ Ni (OH) ₂เกิดใหม่ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไป

การใช้ NiO (OH) เป็นตัวกระตุ้นไฟฟ้าช่วยให้ได้สารประกอบอินทรีย์ที่มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ใน supercapacitors

NiO (OH) ร่วมกับ Ni (OH) ₂เป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับอิเล็กโทรด supercapacitor (supercapacitors)

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

มีความจุสูงต้นทุนต่ำและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำตามการอ้างอิงบางส่วน

ตัวเก็บประจุในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ผู้แต่ง: PDPhotos. ที่มา: Pixabay

อย่างไรก็ตามมีการนำไฟฟ้าต่ำ สิ่งนี้แก้ไขได้โดยใช้อนุภาคนาโนของสารประกอบดังกล่าวเนื่องจากจะเพิ่มพื้นที่ผิวและลดระยะทางที่จำเป็นสำหรับการแพร่กระจายซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าการถ่ายเทอิเล็กตรอนและ / หรือไอออนมีความเร็วสูง

ในการเกิดออกซิเดชันของไอออนโลหะ

หนึ่งในการใช้งานเชิงพาณิชย์ของนิกเกิล (III) oxohydroxide ขึ้นอยู่กับความสามารถในการออกซิไดซ์ไอออนโคบอลต์ (II) ในสารละลายโคบอลต์ (III) ไอออน

ความเสี่ยง

ในการแก้ปัญหา, นิกเกิลมีเสถียรภาพมากขึ้นเป็น Ni ²⁺ไอออนจึงไม่ได้เป็นเรื่องปกติที่จะเข้ามาติดต่อกับ Ni ³⁺การแก้ปัญหา อย่างไรก็ตามข้อควรระวังก็เหมือนกันเช่นเดียวกับนิกเกิลไม่ว่าจะเป็นโลหะในสารละลายหรือในรูปของเกลือที่เป็นของแข็งอาจทำให้เกิดอาการแพ้ที่ผิวหนังได้

ขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์และเสื้อผ้าป้องกันเช่นเกราะป้องกันใบหน้าถุงมือและรองเท้านิรภัย ทั้งหมดนี้ต้องใช้ทุกครั้งที่มีความเป็นไปได้ที่จะสัมผัสกับสารละลายนิกเกิล

หากผิวหนังอักเสบควรเข้ารับการรักษากับแพทย์เพื่อให้ออกกฎว่าเกิดจากนิกเกิล

เกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการหายใจเข้าไปควรรักษาระดับความเข้มข้นของฝุ่นเกลือนิกเกิลในอากาศให้ต่ำมากโดยการระบายอากาศเฉพาะที่และใช้อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจเมื่อจำเป็น

สารประกอบนิกเกิลทั้งหมดถูกจัดประเภทโดยองค์การระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็งหรือ IARC ในประเภทของสารก่อมะเร็งต่อมนุษย์

ขึ้นอยู่กับข้อมูลทางระบาดวิทยาและการทดลอง

อ้างอิง

1. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
2. Lyalin, BV และคณะ การสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าของ azopyrazoles โดยการออกซิเดชั่นของ N-alkylaminopyrazoles บนแอโนด NiO (OH) ในด่างในน้ำ - วิธีการสีเขียวสำหรับการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของ NN อักษร Tetrahedron 59 (2561) 2741-2744. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018) วัสดุที่ใช้นิกเกิลสำหรับซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ วัสดุวันนี้. กู้คืนจาก sciencedirect.com
4. Ettel, VA และ Mosolu, MA (1977) การเตรียมนิกเกิลดำ สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4,006,216 1 กุมภาพันธ์ 2520
5. Scharbert, B. (1993). กระบวนการออกซิไดซ์อนุพันธ์ไฮดรอกซีเมธิลไพริดีนเป็นอนุพันธ์ของกรดไพริดินีคาร์บอกซิลิกที่แอโนดนิกเกิลออกไซด์ไฮดรอกไซด์ สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 5,259,933 9 พฤศจิกายน 2536
6. เคิร์ก - โอ ธ เมอร์ (1994). สารานุกรมเทคโนโลยีเคมี. เล่ม 17. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
7. สารานุกรมเคมีอุตสาหกรรมของ Ullmann (1990) ฉบับที่ห้า เล่ม A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, เจมส์ (1997) นิกเกิลไฮดรอกไซด์ ในคู่มือวัสดุแบตเตอรี่ สำนักพิมพ์ VCH กู้คืนจาก osti.gov.