HIDRÓXIDO DE NÍQUEL (III): ESTRUTURA, PROPRIEDADES, USOS, RISCOS - QUÍMICA - 2025

O hidróxido de níquel (III) é um composto inorgânico em que 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 do hidróxido de níquel (III) Ni (OH) ₃, mas foi possível obter o 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.

Estrutura do oxo-hidróxido de níquel (III), NiO (OH). Azul = níquel, vermelho = oxigênio, branco = hidrogênio. Autor: Smokefoot. Fonte: Trabalho próprio. Fonte: Wikipedia Commons

O NiO (OH) pode ser obtido pela oxidação de soluções de nitrato de níquel (II) (Ni (NO ₃) ₂) com cloro (Cl ₂) ou bromo (Br ₂) 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) ₂ são encontrados juntos na operação da maioria de suas aplicações, uma vez que ambos 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.

Estrutura de cristal

O oxo-hidróxido de níquel (III) se cristaliza em duas formas: beta e gama. A forma beta β-NiO (OH) tem uma estrutura muito semelhante a β-Ni (OH) ₂, o que parece lógico, já que a primeira vem da oxidação da última.

A forma gama γ-NiO (OH) é o produto da oxidação do hidróxido de níquel (II) em sua forma alfa, α-Ni (OH) ₂. 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 da camada 4 se um elétron da camada 3 d. A configuração eletrônica do Ni ³⁺ em NiO (OH) é: 3 d ⁷, onde está a configuração eletrônica do gás nobre argônio.

Nomenclatura

- NiO (OH): oxo-hidróxido 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 um níquel (II) e (III) oxo-hidróxido, Ni ₃ O ₂ (OH) ₄.

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

A fase gama (γ-NiO (OH)) pode ser obtida de várias maneiras, por exemplo, tratando níquel com uma mistura fundida de peróxido de sódio (Na ₂ O ₂) e hidróxido de sódio (NaOH) a 600 ºC e resfriamento em água gelada.

A fase gama se decompõe no aquecimento a 138 ° C.

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:

Baixar:

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

Carga:

É uma reação reversível de oxidação-redução.

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

Baixar

β-Ni (OH) ₂ ⇔ β-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Carga

Envelhecimento ↑ ↓ Sobrecarga

Baixar

α-Ni (OH) ₂ ⇔ γ-NiO (OH) + H ⁺ + e ^-

Carga

Na tecnologia de bateria de níquel, o oxo-hidróxido de níquel (III) NiO (OH) é referido como “massa ativa de níquel”.

Pilhas recarregáveis ​​de níquel. Autor: Superusergeneric. Fonte: Trabalho próprio. Fonte: Wikipedia Commons.

Na 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.

Obtenção de um ácido carboxílico pela oxidação de um álcool catalisado por NiO (OH). Fonte: Originalmente de en.wikipedia. Autor O uploader original foi V8rik em en.wikipedia. Fonte: Wikipedia Commons

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 no qual a eletrólise ocorre é alcalino.

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

A eletrólise é realizada em célula com ânodo de níquel e cátodo de titânio, em meio alcalino. Durante o processo, Ni (OH) _{2 é formado} na superfície do ânodo de níquel, que é rapidamente oxidado a NiO (OH):

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

NiO (OH) reage com o substrato orgânico e o produto orgânico desejado é obtido, regenerando Ni (OH) ₂:

NiO (OH) + composto orgânico → Ni (OH) ₂ + produto

À medida que o Ni (OH) _{2 se} regenera, a reação de catálise continua.

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

Em supercapacitores

NiO (OH) junto com Ni (OH) ₂ são excelentes materiais para eletrodos de supercapacitores (supercapacitores).

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

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

Capacitores em um circuito eletrônico. Autor: PDPhotos. Fonte: Pixabay.

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

Em solução, o níquel é mais estável como íon Ni ²⁺, portanto, não é comum entrar em contato com soluções de Ni ³⁺. Porém, os cuidados são os mesmos, pois o níquel, seja ele 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 usado 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 pó 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 do Câncer, ou IARC, na categoria de carcinógenos para humanos.

Isso é baseado em dados epidemiológicos e experimentais.

Referências

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
2. Lyalin, BV et al. Eletrossíntese de azopirazóis através da oxidação de N-alquilaminopirazóis em um ânodo NiO (OH) em álcali aquoso - Um método verde para homoacoplamento NN. Letras de tetraedro. 59 (2018) 2741-2744. Recuperado de sciencedirect.com.
3. Liuyang, Zhang, et al. (2018). Materiais à base de níquel para supercapacitores. Materiais hoje. Recuperado de sciencedirect.com
4. Ettel, VA e Mosolu, MA (1977). Preparação de Níquel Negro. Patente US No. 4.006.216. 1 ° de fevereiro de 1977.
5. Scharbert, B. (1993). Processo para oxidar derivados de hidroximetilpiridina em derivados de ácido piridinocarboxílico em ânodos de óxido de níquel e hidróxido. Patente US No. 5.259.933. 9 de novembro de 1993.
6. Kirk-Othmer (1994). Enciclopédia de Tecnologia Química. Volume 17. Quarta edição. John Wiley & Sons.
7. Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann. (1990). Quinta edição. Volume A 17. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
8. McBreen, James. (1997). Hidróxidos de níquel. Em Handbook of Battery Materials. VCH Publisher. Recuperado de osti.gov.