NICKEL (III) -HYDROXID: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN, RISIKEN - CHEMIE - 2025

Das Nickelhydroxid (III) ist eine anorganische Verbindung, wobei das Nickelmetall eine Oxidationszahl von 3+ aufweist. Seine chemische Formel lautet Ni (OH) ₃ . Den konsultierten Quellen zufolge war es bisher nicht möglich, die Existenz von Nickel (III) -hydroxid Ni (OH) ₃ zu überprüfen , aber es war möglich, Nickel (III) -oxohydroxid NiO (OH) zu erhalten.

Nickel (III) -oxohydroxid NiO (OH) ist ein schwarzer kristalliner Feststoff, der in zwei Formen kristallisiert: der Beta-Form und der Gamma-Form. Die häufigste kristalline Form von NiO (OH) ist Beta.

Struktur von Nickel (III) -oxohydroxid, NiO (OH). Blau = Nickel, Rot = Sauerstoff, Weiß = Wasserstoff. Autor: Smokefoot. Quelle: Eigene Arbeit. Quelle: Wikipedia Commons

NiO (OH) kann durch Oxidation von Nickel (II) -nitratlösungen (Ni (NO ₃ ) ₂ ) mit Chlor (Cl ₂ ) oder Brom (Br ₂ ) in Gegenwart von Kaliumhydroxid (KOH) erhalten werden. Nickel (III) oxohydroxid ist in Säuren sehr gut löslich. Es findet Anwendung in Nickelbatterien, in Superkondensatoren und als regenerierbarer Katalysator.

Nickel (III) -oxohydroxid NiO (OH) und Nickel (II) -hydroxid Ni (OH) ₂ werden bei den meisten ihrer Anwendungen zusammen gefunden, da beide Teil derselben Oxidgleichung sind. die Ermäßigung.

Als Nickelverbindung birgt NiO (OH) die gleichen Risiken wie andere Nickelsalze, dh Hautreizungen oder Dermatitis und Krebs.

Kristallstruktur

Nickel (III) -oxohydroxid kristallisiert in zwei Formen: Beta und Gamma. Die Beta-Form β-NiO (OH) hat eine sehr ähnliche Struktur wie β-Ni (OH) ₂ , was logisch erscheint, da erstere aus der Oxidation der letzteren stammt.

Die Gamma-γ-NiO (OH) -Form ist das Oxidationsprodukt von Nickel (II) -hydroxid in seiner Alpha-Form, α-Ni (OH) ₂ . Wie letzteres hat Gamma eine Schichtstruktur mit Alkalimetallionen, Anionen und Wasser, die zwischen den Schichten verteilt sind.

Elektronische Konfiguration

In NiO (OH) befindet sich Nickel im Oxidationszustand 3+, was bedeutet, dass in seinen äußersten Schichten 3 Elektronen fehlen, dh zwei Elektronen fehlen in Schicht 4 s und ein Elektron in Schicht 3 d . Die elektronische Konfiguration von Ni ³⁺ in NiO (OH) ist: 3 d ⁷ , wobei die elektronische Konfiguration des Edelgases Argon ist.

Nomenklatur

- NiO (OH): Nickel (III) -oxohydroxid

- Nickelschwarz

Eigenschaften

Körperlicher Status

Schwarzer kristalliner Feststoff.

Löslichkeit

NiO (OH) -Oxohydroxid ist in Säuren sehr gut löslich. Die Gammaphase löst sich unter Sauerstoffentwicklung in Schwefelsäure.

Andere Eigenschaften

In heißem Wasser wird es zu einem Nickel (II) - und (III) -Oxohydroxid, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄ .

Es zersetzt sich bei 140 ° C in Nickel (II) -oxid (NiO), Wasser und Sauerstoff.

Die Gammaphase (γ-NiO (OH)) kann auf verschiedene Weise erhalten werden, beispielsweise durch Behandeln von Nickel mit einer geschmolzenen Mischung aus Natriumperoxid (Na ₂ O ₂ ) und Natriumhydroxid (NaOH) bei 600 ° C und Abkühlen gefrorenes Wasser.

Die Gammaphase zersetzt sich beim Erhitzen auf 138 ° C.

Anwendungen

In Nickelbatterien

Edisons Nickel-Eisen-Batterie, in der KOH als Elektrolyt verwendet wird, basiert auf der Reaktion von Nickel (III) -oxohydroxid mit Eisen:

Herunterladen:

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

Belastung:

Es ist eine reversible Oxidations-Reduktions-Reaktion.

An der Anode dieser Batterien finden eine Reihe chemischer und elektrochemischer Prozesse statt. Hier ist ein allgemeiner Überblick:

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β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Belastung

Altern ↑ ↓ Überlastung

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α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Belastung

In der Nickelbatterietechnologie wird Nickel (III) -oxohydroxid NiO (OH) als "Nickel-Aktivmasse" bezeichnet.

Wiederaufladbare Nickelbatterien. Autor: Superusergeneric. Quelle: Eigene Arbeit. Quelle: Wikipedia Commons.

Bei der Elektrokatalyse als regenerierbarer Katalysator

NiO (OH) wurde erfolgreich bei der Elektrosynthese von Azopyrazolen durch elektrokatalytische Oxidation von Aminopyrazolen eingesetzt. Seine Nützlichkeit bei der Synthese von Carbonsäuren ausgehend von Alkoholen oder Carbonylverbindungen wurde ebenfalls nachgewiesen.

Erhalten einer Carbonsäure durch Oxidation eines durch NiO (OH) katalysierten Alkohols. Quelle: Ursprünglich aus en.wikipedia. Autor Ursprünglicher Uploader war V8rik bei en.wikipedia. Quelle: Wikipedia Commons

Ein weiteres Beispiel ist die quantitative Umwandlung von Hydroxymethylpyridin in eine Pyridincarbonsäure. In diesem Fall ist die der Anode entsprechende Stahl- oder Nickelelektrode mit einer Schicht aus NiO (OH) bedeckt. Das Medium, in dem die Elektrolyse stattfindet, ist alkalisch.

Bei diesen Reaktionen wirkt NiO (OH) als Reduktions-Oxidations-Mediator oder "Redox" -Mediator.

Die Elektrolyse wird in einer Zelle mit Nickelanode und Titankathode in einem alkalischen Medium durchgeführt. Während des Prozesses _{bildet sich} auf der Oberfläche der Nickelanode Ni (OH) ₂ , das schnell zu NiO (OH) oxidiert wird:

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

NiO (OH) reagiert mit dem organischen Substrat und das gewünschte organische Produkt wird erhalten, wobei Ni (OH) ₂ regeneriert wird :

NiO (OH) + organische Verbindung → Ni (OH) ₂ + Produkt

Während sich Ni (OH) ₂ regeneriert, wird die Katalyse fortgesetzt.

Die Verwendung von NiO (OH) als Elektrokatalysator ermöglicht die kostengünstige und umweltfreundliche Gewinnung organischer Verbindungen.

In Superkondensatoren

NiO (OH) zusammen mit Ni (OH) ₂ sind ausgezeichnete Materialien für Superkondensatorelektroden (Superkondensatoren).

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

Sie haben eine hohe Kapazität, niedrige Kosten und nach einigen Referenzen eine geringe Umweltbelastung.

Kondensatoren in einer elektronischen Schaltung. Autor: PDPhotos. Quelle: Pixabay.

Sie haben jedoch eine geringe Leitfähigkeit. Dies wird durch Verwendung von Nanopartikeln dieser Verbindungen gelöst, da dies die Oberfläche vergrößert und den für die Diffusion erforderlichen Abstand verringert, was eine hohe Geschwindigkeit des Elektronen- und / oder Ionentransfers gewährleistet.

Bei der Oxidation von Metallionen

Eine der kommerziellen Anwendungen von Nickel (III) -oxohydroxid basiert auf seiner Fähigkeit, Cobalt (II) -Ionen in Lösung zu Cobalt (III) -Ionen zu oxidieren.

Risiken

In Lösung ist Nickel als Ni ²⁺ -Ion stabiler , daher ist es nicht üblich, mit Ni ³⁺ -Lösungen in Kontakt zu kommen . Die Vorsichtsmaßnahmen sind jedoch dieselben, da Nickel, ob metallisch, in Lösung oder in Form seiner festen Salze, eine Hautsensibilisierung verursachen kann.

Es wird empfohlen, Schutzausrüstung und Kleidung wie einen Gesichtsschutz, Handschuhe und Sicherheitsschuhe zu verwenden. All dies muss immer dann verwendet werden, wenn die Möglichkeit besteht, mit Nickellösungen in Kontakt zu kommen.

Wenn Dermatitis auftritt, sollte sie mit einem Arzt behandelt werden, um auszuschließen, dass sie durch Nickel verursacht wird.

In Bezug auf die Möglichkeit des Einatmens ist es empfehlenswert, die Konzentrationen von Nickelsalzstaub in der Luft durch lokale Belüftung sehr niedrig zu halten und bei Bedarf Atemschutz zu verwenden.

Alle Nickelverbindungen werden von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) in die Kategorie der Karzinogene für den Menschen eingestuft.

Dies basiert auf epidemiologischen und experimentellen Daten.

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