هيدروكسيد الكوبالت: الهيكل والخصائص والاستخدامات - كيمياء - 2025

و هيدروكسيد الكوبالت هو اسم عام لجميع المركبات حيث الكاتيونات الكوبالت وأنيون تشارك OH ^-. كلها غير عضوية بطبيعتها ، ولها الصيغة الكيميائية Co (OH) _n ، حيث n تساوي التكافؤ أو الشحنة الموجبة لمركز معدن الكوبالت.

نظرًا لأن الكوبالت عبارة عن معدن انتقالي به مدارات ذرية نصف ممتلئة ، فبواسطة بعض الآليات الإلكترونية ، تعكس هيدروكسيداتها ألوانًا مكثفة بسبب تفاعلات Co-O. هذه الألوان، فضلا عن الهياكل، وتعتمد اعتمادا كبيرا على عهدتهم وعلى الأنواع أنيوني أن تتنافس مع OH ^-.

المصدر: By Chemicalinterest ، من ويكيميديا ​​كومنز

الألوان والهياكل ليست هي نفسها بالنسبة لـ Co (OH) ₂ أو Co (OH) ₃ أو CoO (OH). تدخل الكيمياء وراء كل هذه المركبات في تركيب المواد المطبقة على التحفيز.

من ناحية أخرى ، على الرغم من أنها يمكن أن تكون معقدة ، فإن تكوين جزء كبير منها يبدأ من بيئة أساسية ؛ كما تم توفيره من قبل القاعدة القوية NaOH. وبالتالي ، يمكن أن تؤدي الظروف الكيميائية المختلفة إلى أكسدة الكوبالت أو الأكسجين.

التركيب الكيميائي

ما هي تراكيب هيدروكسيد الكوبالت؟ يتم تفسير صيغتها العامة Co (OH) _n أيونيًا على النحو التالي: في الشبكة البلورية التي يشغلها عدد من Co ^{n +} ، سيكون هناك n ضعف كمية أنيون OH ^- تتفاعل معها كهروستاتيكيًا. وبالتالي ، بالنسبة لـ Co (OH) _{2 ،} سيكون هناك اثنان OH ^- لكل Co ²⁺ كاتيون.

لكن هذا لا يكفي للتنبؤ بالنظام البلوري الذي ستتبناه هذه الأيونات. من خلال استنتاج قوى كولومبية ، يجذب Co ³⁺ OH بكثافة أكبر ^- مقارنة بـ Co ²⁺.

تتسبب هذه الحقيقة في تقصير المسافات أو رابطة Co-OH (حتى مع طابعها الأيوني العالي). أيضًا ، نظرًا لأن التفاعلات أقوى ، تخضع الإلكترونات الموجودة في الطبقات الخارجية لـ Co ³⁺ لتغيير نشط يجبرها على امتصاص الفوتونات ذات الأطوال الموجية المختلفة (المادة الصلبة تغمق).

ومع ذلك ، فإن هذا النهج غير كافٍ لتوضيح ظاهرة تغير ألوانها اعتمادًا على الهيكل.

وينطبق الشيء نفسه على أوكسي هيدروكسيد الكوبالت. يتم تفسير صيغته CoO · OH على أنها كاتيون Co ³⁺ يتفاعل مع أنيون أكسيد ، O ² ، و OH ^-. يمثل هذا المركب الأساس لتصنيع مختلط أكسيد الكوبالت: Co ₃ O ₄.

تساهمية

يمكن أيضًا تصور هيدروكسيدات الكوبالت ، وإن كانت أقل دقة ، كجزيئات فردية. يمكن بعد ذلك رسم Co (OH) ₂ كجزيء خطي OH - Co - OH ، و Co (OH) ₃ كمثلث مسطح.

فيما يتعلق بـ CoO (OH) ، سيتم رسم جزيءه من هذا النهج كـ O = Co - OH. يشكل الأنيون O ² رابطة مزدوجة مع ذرة الكوبالت ، ورابطة مفردة أخرى مع OH ^-.

ومع ذلك ، فإن التفاعلات بين هذه الجزيئات ليست قوية بما يكفي "لتسليح" الهياكل المعقدة لهذه الهيدروكسيدات. على سبيل المثال ، يمكن أن يشكل Co (OH) ₂ بنيتين بوليمريتين: alpha و beta.

كلاهما الصفحي ولكن مع ترتيب مختلف الوحدات، وأنها هي أيضا قادرة على الإقحام الأنيونات الصغيرة، مثل CO ₃ ^2- ، بين طبقاتها. التي لها أهمية كبيرة لتصميم مواد جديدة من هيدروكسيدات الكوبالت.

وحدات التنسيق

يمكن تفسير الهياكل البوليمرية بشكل أفضل من خلال التفكير في تنسيق ثماني السطوح حول مراكز الكوبالت. بالنسبة لـ Co (OH) ₂ ، نظرًا لأنه يحتوي على أنوني OH ^- يتفاعلان مع Co ²⁺ ، فإنه يحتاج إلى أربعة جزيئات ماء (إذا تم استخدام NaOH مائي) لإكمال المجسم الثماني.

وبالتالي ، فإن Co (OH) ₂ هو في الواقع Co (H ₂ O) ₄ (OH) ₂. لكي يتشكل هذا المجسم الثماني من البوليمرات ، يجب ربطه بجسور الأكسجين: (OH) (H ₂ O) ₄ Co - O - Co (H ₂ O) ₄ (OH). يزداد التعقيد الهيكلي في حالة CoO (OH) ، وحتى أكثر في Co (OH) ₃.

الخصائص

هيدروكسيد الكوبالت (II)

-الصيغة: Co (OH) ₂.

الكتلة المولية: 92.948 جم / مول.

-المظهر: مسحوق أحمر وردي أو مسحوق أحمر. يوجد شكل أزرق غير مستقر للصيغة α-Co (OH) ₂

- الكثافة: 3597 جم / سم ³.

- الذوبان في الماء: 3.2 ملغ / لتر (قليل الذوبان).

- قابل للذوبان في الأحماض والأمونيا. غير قابل للذوبان في القلويات المخففة.

نقطة الانصهار: 168 درجة مئوية.

- الحساسية: حساسة للهواء.

- الاستقرار: إنه مستقر.

هيدروكسيد الكوبالت (III)

-الصيغة: Co (OH) ₃

الكتلة الجزيئية: 112.98 جم / مول.

- المظهر: نوعان. شكل أسود بني مستقر وشكل أخضر غامق غير مستقر مع ميل للتغميق.

إنتاج

تؤدي إضافة هيدروكسيد البوتاسيوم إلى محلول نترات الكوبالت (II) إلى ظهور ترسب أزرق بنفسجي يتحول عند تسخينه إلى Co (OH) ₂ ، أي هيدروكسيد الكوبالت (II)).

يترسب Co (OH) ₂ عند إضافة هيدروكسيد فلز قلوي إلى محلول مائي من ملح Co ²⁺

Co ² + + 2 NaOH => Co (OH) ₂ + 2 Na ⁺

التطبيقات

- يستخدم في انتاج المحفزات لاستخدامها في تكرير النفط وفي صناعة البتروكيماويات. أيضًا ، _يستخدم Co (OH) ₂ في تحضير أملاح الكوبالت.

- يستخدم هيدروكسيد الكوبالت (II) في صناعة مجففات الدهان وفي صناعة أقطاب البطاريات.

توليف المواد النانوية

- هيدروكسيدات الكوبالت هي المادة الخام المستخدمة في تصنيع المواد النانوية ذات الهياكل الجديدة. على سبيل المثال ، من Co (OH) ₂ تم تصميم المناظير النانوية لهذا المركب ، مع مساحة سطح كبيرة للمشاركة كمحفز في التفاعلات المؤكسدة. يتم تشريب هذه المناظير النانوية على أقطاب من النيكل أو الكربون البلوري المسامي.

- تم السعي إلى تنفيذ نانو بار كربونات هيدروكسيد مع كربونات محصورة في طبقاتها. في نفوسهم ، يتم استخدام التفاعل التأكسدي لـ Co ²⁺ إلى Co ³⁺ ، مما يثبت أنه مادة ذات تطبيقات كهروكيميائية محتملة.

- قامت الدراسات بتجميع وتمييز ، باستخدام تقنيات الفحص المجهري ، أقراص نانوية لأكسيد الكوبالت المختلط وأوكسي هيدروكسيد من أكسدة الهيدروكسيدات المقابلة في درجات حرارة منخفضة.

تفتح القضبان والأقراص والرقائق من هيدروكسيد الكوبالت مع هياكل بمقاييس نانومترية الأبواب أمام التحسينات في عالم التحفيز وأيضًا لجميع التطبيقات المتعلقة بالكيمياء الكهربائية والاستفادة القصوى من الطاقة الكهربائية في الأجهزة الحديثة.

المراجع

1. كلارك ج. (2015). كوبالت. مأخوذة من: chemguide.co.uk
2. ويكيبيديا. (2018). هيدروكسيد الكوبالت (II). مأخوذة من: en.wikipedia.org
3. بوبكيم. (2018). كوبالتك. هيدروكسيد. مأخوذة من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & العقيد. (11 يوليو 2017). رقائق النانو هيدروكسيد الكوبالت وتطبيقها كمكثفات فائقة ومحفزات تطور الأكسجين. تم الاسترجاع من: ncbi.nlm.nih.gov
5. وو ، س. ليو ، إس إم ياو ، إكس بي جاو. (2008). الأداء الكهروكيميائي لنانورودس كربونات هيدروكسيد الكوبالت. الحروف الكهروكيميائية والحالة الصلبة ، 11 12 A215-A218.
6. جينغ يانغ وهونغوي ليو ووايدي إن مارتينز وراي إل فروست. (2010). تخليق وتوصيف هيدروكسيد الكوبالت ، أوكسي هيدروكسيد الكوبالت ، وأقراص نانوية لأكسيد الكوبالت. تم الاسترجاع من: pubs.acs.org