النيكل (3) هيدروكسيد: التركيب ، الخصائص ، الاستخدامات ، المخاطر - كيمياء - 2026

و هيدروكسيد النيكل (III) هو مركب غير العضوية فيه المعدن النيكل لديه عدد أكسدة 3+. صيغته الكيميائية هي Ni (OH) ₃. وفقًا للمصادر التي تم الرجوع إليها ، لم يكن من الممكن حتى الآن التحقق من وجود النيكل (III) هيدروكسيد Ni (OH) ₃ ، ولكن كان من الممكن الحصول على النيكل (III) oxo-hydroxide ، NiO (OH).

النيكل (III) oxohydroxide NiO (OH) عبارة عن مادة صلبة بلورية سوداء تتبلور في شكلين: أشكال بيتا وغاما. الشكل البلوري الأكثر شيوعًا لـ NiO (OH) هو بيتا.

هيكل أوكسوهيدروكسيد النيكل (III) ، NiO (OH). أزرق = نيكل ، أحمر = أكسجين ، أبيض = هيدروجين. المؤلف: Smokefoot. المصدر: العمل الخاص. المصدر: ويكيبيديا كومنز

يمكن الحصول على NiO (OH) عن طريق أكسدة محاليل نترات النيكل (II) (Ni (NO ₃) ₂) بالكلور (Cl ₂) أو البروم (Br ₂) في وجود هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). أوكسوهيدروكسيد النيكل (III) قابل للذوبان في الأحماض. لها تطبيقات في بطاريات النيكل ، في المكثفات الفائقة وكمحفز قابل للتجديد.

تم العثور على النيكل (III) oxo-hydroxide NiO (OH) والنيكل (II) هيدروكسيد Ni (OH) ₂ معًا في تشغيل معظم تطبيقاتهما ، نظرًا لأن كلاهما جزء من نفس معادلة الأكسيد. تخفيض.

لكونه مركب نيكل ، فإن NiO (OH) يعرض نفس المخاطر مثل أملاح النيكل الأخرى ، أي تهيج الجلد أو التهاب الجلد والسرطان.

هيكل بلوري

يتبلور أوكسوهيدروكسيد النيكل (III) في شكلين: بيتا وغاما. شكل بيتا β-NiO (OH) له هيكل مشابه جدًا لـ β-Ni (OH) ₂ ، والذي يبدو منطقيًا لأن الأول يأتي من أكسدة الأخير.

شكل جاما γ-NiO (OH) هو ناتج أكسدة النيكل (II) هيدروكسيد في شكل ألفا ، α-Ni (OH) ₂. مثل الأخيرة ، فإن جاما لها بنية ذات طبقات مع أيونات فلزية قلوية وأنيونات وماء متناثر بين الطبقات.

التكوين الإلكترونية

في NiO (OH) ، يكون النيكل في حالة الأكسدة 3+ ، مما يعني أن طبقاته الخارجية تفتقد 3 إلكترونات ، أي أن إلكترونين مفقودان من الطبقة 4 ق وإلكترون واحد من الطبقة 3 د. تكوين الإلكترون لـ Ni ³⁺ في NiO (OH) هو: 3 d ⁷ ، أين التكوين الإلكتروني لغاز الأرجون النبيل.

التسمية

- NiO (OH): أوكسوهيدروكسيد النيكل (III)

- نيكل أسود

الخصائص

الحالة الفيزيائية

صلبة بلورية سوداء.

الذوبان

أوكسوهيدروكسيد NiO (OH) قابل للذوبان في الأحماض. مرحلة جاما تذوب في حامض الكبريتيك مع تطور الأكسجين.

خصائص أخرى

في الماء الساخن يصبح نيكل (II) و (III) oxohydroxide ، Ni ₃ O ₂ (OH) ₄.

يتحلل عند 140 درجة مئوية إلى أكسيد النيكل (II) (NiO) والماء والأكسجين.

يمكن الحصول على طور جاما (γ-NiO (OH)) بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، معالجة النيكل بمزيج منصهر من بيروكسيد الصوديوم (Na ₂ O ₂) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) عند 600 درجة مئوية والتبريد في مياه مجمدة.

تتحلل مرحلة جاما عند التسخين إلى 138 درجة مئوية.

التطبيقات

في بطاريات النيكل

تعتمد بطارية إديسون المصنوعة من النيكل والحديد ، والتي يتم فيها استخدام KOH كإلكتروليت ، على تفاعل أوكسوهيدروكسيد النيكل (III) مع الحديد:

تحميل:

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

حمل:

إنه تفاعل عكسي للأكسدة والاختزال.

تحدث سلسلة من العمليات الكيميائية والكهروكيميائية عند القطب الموجب لهذه البطاريات. هنا مخطط عام:

تحميل

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

حمل

الشيخوخة ↑ ↓ الزائد

تحميل

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

حمل

في تكنولوجيا بطاريات النيكل ، يطلق على أكسيد النيكل (III) oxohydroxide NiO (OH) "الكتلة النشطة للنيكل".

بطاريات نيكل قابلة لإعادة الشحن. المؤلف: Superusergeneric. المصدر: العمل الخاص. المصدر: ويكيبيديا كومنز.

في التحفيز الكهربائي كمحفز قابل للتجديد

تم استخدام NiO (OH) بنجاح في التخليق الكهربائي للأزوبيرازول ، من خلال الأكسدة التحفيزية للأمينوبيرازول. كما تم إثبات فائدته في تخليق الأحماض الكربوكسيلية بدءًا من الكحول أو مركبات الكربونيل.

الحصول على حمض الكربوكسيل عن طريق أكسدة الكحول المحفز بواسطة NiO (OH). المصدر: الأصل من en.wikipedia. المؤلف الأصلي رافع كان V8rik في en.wikipedia. المصدر: ويكيبيديا كومنز

مثال آخر هو التحويل الكمي لهيدروكسي ميثيل بيريدين إلى حمض بيريدين كربوكسيليك. في هذه الحالة ، يتم تغطية القطب الكهربائي المصنوع من الفولاذ أو النيكل المقابل للأنود بطبقة من NiO (OH). الوسط الذي يحدث فيه التحليل الكهربائي هو قلوي.

في هذه التفاعلات ، يعمل NiO (OH) كوسيط تقليل الأكسدة ، أو وسيط "الأكسدة والاختزال".

يتم إجراء التحليل الكهربائي في خلية بها أنود نيكل وكاثود التيتانيوم ، في وسط قلوي. أثناء العملية ، _يتشكل Ni (OH) ₂ على سطح أنود النيكل ، والذي يتأكسد بسرعة إلى NiO (OH):

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

يتفاعل NiO (OH) مع الركيزة العضوية ويتم الحصول على المنتج العضوي المطلوب ، مما يؤدي إلى تجديد Ni (OH) ₂:

NiO (OH) + مركب عضوي → Ni (OH) ₂ + منتج

مع تجديد Ni (OH) ₂ ، يستمر تفاعل التحفيز.

يسمح استخدام NiO (OH) كمحفز كهربائي بالحصول على مركبات عضوية بتكاليف منخفضة وبطريقة صديقة للبيئة.

في المكثفات الفائقة

NiO (OH) مع Ni (OH) ₂ هي مواد ممتازة للأقطاب الكهربائية ذات المكثف الفائق (المكثفات الفائقة).

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

لديهم سعة عالية ، وتكلفة منخفضة ، ووفقًا لبعض المراجع ، تأثير بيئي منخفض.

المكثفات في الدائرة الإلكترونية. المؤلف: PDPhotos. المصدر: Pixabay.

ومع ذلك ، لديهم موصلية منخفضة. يتم حل ذلك باستخدام الجسيمات النانوية للمركبات المذكورة ، لأن هذا يزيد من مساحة السطح ويقلل المسافة المطلوبة للانتشار ، مما يضمن سرعة عالية في نقل الإلكترونات و / أو الأيونات.

في أكسدة أيونات المعادن

يعتمد أحد التطبيقات التجارية لأكسوهيدروكسيد النيكل (III) على قدرته على أكسدة أيونات الكوبالت (II) في محلول أيونات الكوبالت (III).

المخاطر

في المحلول ، يكون النيكل أكثر ثباتًا مثل أيون Ni ²⁺ ، لذلك ليس من المعتاد أن يتلامس مع حلول Ni ³⁺. ومع ذلك ، فإن الاحتياطات هي نفسها ، حيث أن النيكل ، سواء كان معدنًا أو في شكل محلول أو في شكل أملاح صلبة ، يمكن أن يسبب حساسية للجلد.

يُنصح باستخدام معدات وملابس واقية ، مثل واقي الوجه والقفازات وأحذية الأمان. يجب استخدام كل هذا كلما كان هناك احتمال للتلامس مع محاليل النيكل.

في حالة حدوث التهاب الجلد ، يجب معالجته مع الطبيب لاستبعاد أنه ناجم عن النيكل.

فيما يتعلق بإمكانية الاستنشاق ، فمن الممارسات الجيدة الحفاظ على تركيزات غبار ملح النيكل في الهواء منخفضة جدًا ، من خلال التهوية الموضعية ، واستخدام حماية الجهاز التنفسي عند الضرورة.

تصنف الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) جميع مركبات النيكل في فئة المواد المسرطنة للإنسان.

هذا يعتمد على البيانات الوبائية والتجريبية.

المراجع

1. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
2. ليالين ، بي في وآخرون. التركيب الكهربائي للأزوبيرازول عن طريق أكسدة N-alkylaminopyrazoles على أنود NiO (OH) في قلوي مائي - طريقة خضراء للاقتران المتجانس NN. رسائل تيتراهيدرون. 59 (2018) 2741-2744. تعافى من sciencedirect.com.
3. Liuyang ، Zhang ، وآخرون. (2018). المواد القائمة على النيكل للمكثفات الفائقة. المواد اليوم. تعافى من sciencedirect.com
4. إتل ، فيرجينيا وموسولو ، ماساتشوستس (1977). تحضير النيكل الأسود. براءة الاختراع الأمريكية رقم 4،006،216. 1 فبراير 1977.
5. شاربرت ، ب. (1993). عملية أكسدة مشتقات هيدروكسي ميثيل بيريدين إلى مشتقات حمض بيريدين كاربوكسيليك في أنودات هيدروكسيد أكسيد النيكل. براءة الاختراع الأمريكية رقم 5،259،933. 9 نوفمبر 1993.
6. كيرك أوتمير (1994). موسوعة التكنولوجيا الكيميائية. المجلد 17. الطبعة الرابعة. جون وايلي وأولاده.
7. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية. (1990). الطبعه الخامسة. المجلد أ 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. ماك برين ، جيمس. (1997). هيدروكسيدات النيكل. في كتيب مواد البطارية. ناشر VCH. تعافى من osti.gov.