Estrutura, propriedades, usos, riscos do hidróxido de níquel (III)

O hidróxido de níquel (III) É um composto inorgânico onde o níquel metálico tem um número de oxidação de 3+. Sua fórmula química é Ni (OH)₃. Segundo fontes consultadas, até o momento não foi possível verificar a existência de hidróxido de níquel (III) Ni (OH)₃, mas foi possível obter oxo-hidróxido de níquel (III), NiO (OH).

Oxohidróxido de níquel (III) NiO (OH) é um sólido cristalino preto que cristaliza em duas formas: as formas beta e gama. A forma cristalina mais comum de NiO (OH) é beta.

NiO (OH) pode ser obtido pela oxidação de soluções de nitrato de níquel (II) (Ni (NO₃)_dois) com cloro (Cl_dois) ou bromo (Br_dois) na presença de hidróxido de potássio (KOH). O oxo-hidróxido de níquel (III) é muito solúvel em ácidos. Tem aplicação em baterias de níquel, em supercapacitores e como catalisador regenerável.

Oxo-hidróxido de níquel (III) NiO (OH) e hidróxido de níquel (II) Ni (OH)_dois estão unidos na operação da maioria de suas aplicações, uma vez que ambas fazem parte da mesma equação óxido-redução..

Por ser um composto de níquel, o NiO (OH) apresenta os mesmos riscos de outros sais de níquel, ou seja, irritação cutânea ou dermatite e câncer.

Índice do artigo

• 1 estrutura de cristal
• 2 configuração eletrônica
• 3 Nomenclatura
• 4 propriedades
  • 4.1 Estado físico
  • 4.2 Solubilidade
  • 4.3 Outras propriedades
• 5 usos
  • 5.1 Em baterias de níquel
  • 5.2 Em eletrocatálise como um catalisador regenerável
  • 5.3 Em supercapacitores
  • 5.4 Na oxidação de íons metálicos
• 6 riscos
• 7 referências

Estrutura de cristal

O oxo-hidróxido de níquel (III) cristaliza em duas formas: beta e gama. A forma beta β-NiO (OH) tem uma estrutura muito semelhante a β-Ni (OH)_dois, o que parece lógico, uma vez que o primeiro vem da oxidação do último.

A forma gama γ-NiO (OH) é o produto da oxidação do hidróxido de níquel (II) em sua forma alfa, α-Ni (OH)_dois. Como o último, gama tem uma estrutura em camadas com íons de metais alcalinos, ânions e água intercalados entre as camadas..

Configuração eletronica

No NiO (OH), o níquel está no estado de oxidação 3+, o que significa que suas camadas mais externas estão sem 3 elétrons, ou seja, faltam dois elétrons na camada 4s e um elétron da camada 3d. A configuração eletrônica do Ni³⁺ em NiO (OH) é: [Ar] 3d⁷, onde [Ar] é a configuração eletrônica do gás nobre argônio.

Nomenclatura

- NiO (OH): Oxohidróxido de níquel (III)

- Níquel preto

Propriedades

Estado físico

Sólido cristalino preto.

Solubilidade

O oxohidróxido de NiO (OH) é muito solúvel em ácidos. A fase gama se dissolve em ácido sulfúrico com evolução de oxigênio.

Outras propriedades

Em água quente torna-se níquel (II) e (III) oxo-hidróxido, Ni₃OU_dois(OH)₄.

Ele se decompõe a 140 ºC em óxido de níquel (II) (NiO), água e oxigênio.

A fase gama (γ-NiO (OH)) pode ser obtida de várias maneiras, por exemplo, tratando o níquel com uma mistura fundida de peróxido de sódio (Na_doisOU_dois) e hidróxido de sódio (NaOH) a 600 ºC e resfriamento em água gelada.

A fase gama se decompõe ao aquecer a 138 ºC.

Formulários

Em baterias de níquel

A bateria de níquel-ferro de Edison, na qual KOH é usado como eletrólito, é baseada na reação do oxo-hidróxido de níquel (III) com o ferro:

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Fe + 2NiO (OH) + H_doisO ⇔ Fe (OH)_dois + 2Ni (OH)_dois

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É uma reação reversível de oxidação-redução.

Uma série de processos químicos e eletroquímicos ocorrem no ânodo dessas baterias. Aqui está um esboço geral:

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

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Envelhecimento ↑ ↓ Sobrecarga

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

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Na tecnologia de bateria de níquel, o oxo-hidróxido de níquel (III) NiO (OH) é chamado de "massa de níquel ativa".

Em eletrocatálise como um catalisador regenerável

O NiO (OH) tem sido utilizado com sucesso na eletrossíntese de azopirazóis, por meio da oxidação eletrocatalítica de aminopirazóis. Sua utilidade na síntese de ácidos carboxílicos a partir de álcoois ou compostos carbonílicos também foi comprovada..

Outro exemplo é a conversão quantitativa de hidroximetilpiridina em um ácido piridinocarboxílico. Neste caso, o eletrodo de aço ou níquel correspondente ao ânodo é coberto com uma camada de NiO (OH). O meio em que a eletrólise é realizada é alcalino.

Nessas reações, o NiO (OH) atua como um mediador de redução-oxidação, ou mediador "redox"..

A eletrólise é realizada em uma célula com ânodo de níquel e cátodo de titânio, em meio alcalino. Ni (OH) é formado durante o processo_dois na superfície do ânodo de níquel, que é rapidamente oxidado a NiO (OH):

Ni (OH)_dois + Oh^- - e^- ⇔ NiO (OH) + H_doisOU

O NiO (OH) reage com o substrato orgânico e o produto orgânico desejado é obtido, regenerando o Ni (OH)_dois:

NiO (OH) + composto orgânico → Ni (OH)_dois + produtos

À medida que Ni (OH) regenera_dois, a reação de catálise é continuada.

A utilização do NiO (OH) como eletrocatalisador permite a obtenção de compostos orgânicos com baixo custo e de forma ecologicamente correta..

Em supercondensadores

NiO (OH) junto com Ni (OH)_dois são excelentes materiais para eletrodos de supercapacitor. supercapacitores).

Ni (OH)_dois + Oh^-  ⇔ NiO (OH) + H_doisO + e^-

Possuem alta capacitância, baixo custo e, segundo algumas referências, baixo impacto ambiental.

No entanto, eles têm baixa condutividade. Isso é resolvido com a utilização de nanopartículas dos referidos compostos, uma vez que aumenta a área superficial e diminui a distância necessária para a difusão, o que garante uma alta velocidade de transferência de elétrons e / ou íons..

Na oxidação de íons metálicos

Uma das aplicações comerciais do oxo-hidróxido de níquel (III) é baseada em sua capacidade de oxidar íons cobalto (II) em solução para íons cobalto (III)..

Riscos

O níquel em solução é mais estável como o íon Ni^dois+, portanto, não é comum entrar em contato com soluções de Ni³⁺. Porém, os cuidados são os mesmos, pois o níquel, seja metálico, em solução ou na forma de seus sais sólidos, pode causar sensibilização da pele..

É aconselhável o uso de equipamentos e vestimentas de proteção, como protetor facial, luvas e calçados de segurança. Tudo isso deve ser utilizado sempre que houver a possibilidade de entrar em contato com soluções de níquel..

Se ocorrer dermatite, ela deve ser tratada com um médico para descartar que seja causada pelo níquel..

Em relação à possibilidade de inalação, é boa prática manter as concentrações de poeira de sais de níquel no ar muito baixas, por meio de ventilação local, e usar proteção respiratória quando necessário..

Todos os compostos de níquel são classificados pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer, ou IARC. Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer), na categoria de carcinógenos para humanos.

Isso é baseado em dados epidemiológicos e experimentais.

Referências

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5. Scharbert, B. (1993). Processo para oxidar derivados de hidroximetilpiridina em derivados de ácido piridinocarboxílico em ânodos de óxido de níquel e hidróxido NÓS. Patente No. 5.259.933. 9 de novembro de 1993.
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