Δομή, ιδιότητες και χρήσεις υδροξειδίου του κοβαλτίου

Το υδροξείδιο του κοβαλτίου είναι το γενικό όνομα για όλες τις ενώσεις στις οποίες συμμετέχουν κατιόντα κοβαλτίου και ανιόν ΟΗ^-. Όλα είναι ανόργανης φύσης και έχουν τον χημικό τύπο Co (OH)_n, όπου το η είναι ίσο με το σθένος ή θετικό φορτίο του κέντρου μεταλλικού κοβαλτίου.

Δεδομένου ότι το κοβάλτιο είναι μεταβατικό μέταλλο με ημι-πλήρη ατομικά τροχιακά, μέσω κάποιου ηλεκτρονικού μηχανισμού, τα υδροξείδια αυτού αντανακλούν έντονα χρώματα λόγω αλληλεπιδράσεων Co-O. Αυτά τα χρώματα, καθώς και οι δομές, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το φορτίο τους και από τα ανιονικά είδη που ανταγωνίζονται με τον OH^-.

Τα χρώματα και οι δομές δεν είναι τα ίδια για Co (OH)₂, το Co (OH)₃ ή για το CoO (OH). Η χημεία πίσω από όλες αυτές τις ενώσεις προορίζεται για τη σύνθεση υλικών που εφαρμόζονται στην κατάλυση.

Από την άλλη πλευρά, παρόλο που μπορεί να είναι περίπλοκο, ο σχηματισμός ενός μεγάλου μέρους τους αρχίζει από ένα βασικό περιβάλλον. όπως αυτή που παρέχεται από την ισχυρή βάση NaOH. Ως εκ τούτου, διαφορετικές χημικές συνθήκες μπορούν να οξειδώσουν το κοβάλτιο ή το οξυγόνο.

Ευρετήριο

• 1 Χημική δομή
  • 1.1 Ομοιογενές
  • 1.2 Μονάδες συντονισμού
• 2 Ιδιότητες
  • 2.1 Υδροξείδιο του κοβαλτίου (II)
  • 2.2 Υδροξείδιο του κοβαλτίου (III)
• 3 Παραγωγή
• 4 Χρήσεις
  • 4.1 Σύνθεση νανοϋλικών
• 5 Αναφορές

Χημική δομή

Ποιες είναι οι δομές του υδροξειδίου του κοβαλτίου; Ο γενικός τύπος Co (OH)_n ερμηνεύεται ιοντικά ως εξής: σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα που καταλαμβάνεται από έναν αριθμό Coⁿ⁺, θα υπάρχουν n φορές εκείνη η ποσότητα ανιόντων ΟΗ^- αλληλεπιδρώντας με αυτά ηλεκτροστατικά. Έτσι, για το Co (OH)₂ θα υπάρχουν δύο OH^- για κάθε κατιόν Co²⁺.

Αλλά αυτό δεν αρκεί για να προβλέψουμε ποιο κρυσταλλικό σύστημα θα υιοθετήσουν αυτά τα ιόντα. Με τη συλλογιστική των δυνάμεων culómbicas, η Co³⁺ προσελκύει τα OHs με μεγαλύτερη ένταση^- σε σύγκριση με το Co²⁺.

Αυτό το γεγονός προκαλεί τη μείωση των αποστάσεων ή του δεσμού Co-OH (ακόμη και με τον υψηλό ιοντικό χαρακτήρα του). Επίσης, επειδή οι αλληλεπιδράσεις είναι ισχυρότερες, τα ηλεκτρόνια στα εξωτερικά στρώματα του Co³⁺ Μπορούν να υποβληθούν σε αλλαγή ενέργειας που τους αναγκάζει να απορροφούν φωτόνια με διαφορετικά μήκη κύματος (οι στερεές σκουραίνει).

Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση είναι ανεπαρκής για να αποσαφηνίσει το φαινόμενο της αλλαγής χρώματος ανάλογα με τη δομή.

Το ίδιο ισχύει και για το οξυϋδροξείδιο του κοβαλτίου. Ο τύπος του CoO · OH ερμηνεύεται ως κατιόν Co³⁺ αλληλεπιδρώντας με ένα ανιόν σκουριάς, Ή^2-, και ένα OH^-. Αυτή η ένωση αντιπροσωπεύει τη βάση για τη σύνθεση ενός μικτού οξειδίου κοβαλτίου: Co₃Ο₄ [CoO · Co₂Ο₃].

Covalent

Τα υδροξείδια του κοβαλτίου μπορούν επίσης να εμφανιστούν, αν και λιγότερο ακριβή, ως μεμονωμένα μόρια. Το Co (ΟΗ)₂ μπορεί στη συνέχεια να σχεδιαστεί ως γραμμικό μόριο ΟΗ-Οο-ΟΗ και Co (ΟΗ)₃ σαν ένα επίπεδο τρίγωνο.

Όσον αφορά το CoO (OH), το μόριο του από αυτή την προσέγγιση θα έλθει ως O = Co-OH. Το ανιόν Ο^2- σχηματίζει έναν διπλό δεσμό με το άτομο κοβαλτίου και έναν άλλο απλό δεσμό με το ΟΗ^-.

Ωστόσο, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των μορίων δεν είναι αρκετά ισχυρή για να «χέρι» τις πολύπλοκες δομές αυτών των υδροξειδίων. Για παράδειγμα, το Co (OH)₂ μπορούν να σχηματίσουν δύο πολυμερείς δομές: το άλφα και το βήτα.

Και οι δύο είναι στρωτή, αλλά με διαφορετικά συστήματα μονάδων, και είναι σε θέση να παρεμβάλλονται μικρά ανιόντα όπως CO₃^2-, μεταξύ των στρωμάτων του. η οποία παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για το σχεδιασμό νέων υλικών από υδροξείδια κοβαλτίου.

Μονάδες συντονισμού

Οι πολυμερικές δομές μπορούν να εξηγηθούν καλύτερα με την εξέταση ενός οκταεδρικού συντονισμού γύρω από τα κέντρα του κοβαλτίου. Για το Co (OH)₂, καθώς έχει δύο ανιόντα ΟΗ^- αλληλεπιδρώντας με το Co²⁺, Χρειάζεται τέσσερα μόρια νερού (εάν χρησιμοποιήθηκε υδατικό ΝθΟΗ) για να ολοκληρωθεί το οκταεδρόν.

Έτσι, το Co (OH)₂ είναι στην πραγματικότητα Co (H₂Ο)₄(ΟΗ)₂. Για να σχηματιστεί αυτό το οκταέδρον πολυμερή, πρέπει να συνδεθεί με γέφυρες οξυγόνου: (ΟΗ) (Η₂Ο)₄Co-O-Co (Η₂Ο)₄(ΟΗ) Η δομική πολυπλοκότητα αυξάνεται για την περίπτωση CoO (OH), και ακόμη περισσότερο για Co (OH)₃.

Ιδιότητες

Το υδροξείδιο του κοβαλτίου (II)

-Τύπος: Co (OH)₂.

-Μοριακή μάζα: 92,948 g / mol.

-Εμφάνιση: κόκκινη-καστανή σκόνη ή κόκκινη σκόνη. Υπάρχει μια ασταθής μπλε μορφή του τύπου α-Co (OH)₂

-Πυκνότητα: 3,597 g / cm³.

-Διαλυτότητα στο νερό: 3,2 mg / l (ελάχιστα διαλυτή).

-Διαλυτό σε οξέα και αμμώνιο. Αδιάλυτο σε αραιωμένα αλκάλια.

-Σημείο τήξεως: 168 ° C.

-Ευαισθησία: ευαίσθητη στον αέρα.

-Σταθερότητα: είναι σταθερό.

Το υδροξείδιο του κοβαλτίου (III)

-Τύπος: Co (OH)₃

-Μοριακή μάζα: 112,98 g / mol.

-Εμφάνιση: δύο μορφές. Ένα σταθερό μαύρο-καφέ σχήμα και ένα ασταθές σκούρο πράσινο σχήμα με την τάση να σκουραίνει.

Παραγωγή

Η προσθήκη υδροξειδίου του καλίου σε ένα διάλυμα νιτρικού κοβαλτίου (II), έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός κατακρημνιστή μπλε-ιώδους το οποίο, όταν θερμαίνεται, γίνεται Co (OH)₂, δηλαδή το υδροξείδιο του κοβαλτίου (II).

Το Co (ΟΗ)₂ καταβυθίζεται όταν προστίθεται υδροξείδιο αλκαλιμετάλλου σε υδατικό διάλυμα άλατος Co²⁺

Co²⁺     +        2 ΝαΟΗ => Οο (ΟΗ)₂      +         2 Na⁺

Χρησιμοποιεί

-Χρησιμοποιείται στην παρασκευή καταλυτών για χρήση στον εξευγενισμό του πετρελαίου και στη βιομηχανία πετροχημικών. Επιπλέον, χρησιμοποιείται Co (OH)₂ στην παρασκευή αλάτων κοβαλτίου.

-Το υδροξείδιο του κοβαλτίου (II) χρησιμοποιείται στην κατασκευή ξηραντικών βαφών και στην κατασκευή ηλεκτροδίων μπαταρίας.

Σύνθεση νανοϋλικών

-Τα υδροξείδια του κοβαλτίου είναι η πρώτη ύλη για τη σύνθεση νανοϋλικών με νέες κατασκευές. Για παράδειγμα, από Co (OH)₂ νανοκóπια αυτής της ένωσης έχουν σχεδιαστεί, με μεγάλη επιφάνεια για να συμμετέχουν ως καταλύτης σε οξειδωτικές αντιδράσεις. Αυτά τα νανοκόπια εμποτίζονται σε πορώδη ηλεκτρόδια νικελίου ή κρυσταλλικού άνθρακα.

-Δεν επεδίωξε να εφαρμόσει νανοράβδους ανθρακικό υδροξείδια παρεμβάλλονται με ανθρακικό στρώματά του. Επωφελούνται από την οξειδωτική αντίδραση του Co²⁺ στο Co³⁺, αποδεικνύοντας ότι είναι ένα υλικό με πιθανές ηλεκτροχημικές εφαρμογές.

-Μελέτες συνθέτουν και χαρακτηρίζουν, χρησιμοποιώντας τεχνικές μικροσκοπίας, μεικτά νανοδίσματα οξειδίου κοβαλτίου και οξυϋδροξειδίου, από την οξείδωση των αντίστοιχων υδροξειδίων σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Οι ράβδοι, οι δίσκοι και οι νιφάδες υδροξειδίου του κοβαλτίου με δομές σε νανομετρικές κλίμακες ανοίγουν τις πόρτες για βελτιώσεις στον κόσμο της κατάλυσης και επίσης για όλες τις εφαρμογές που αφορούν την ηλεκτροχημεία και τη μέγιστη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγχρονες συσκευές.

Αναφορές

1. Clark J. (2015). Κοβάλτιο. Από: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Υδροξείδιο κοβαλτίου (II). Λαμβάνεται από: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Cobaltic. Υδροξείδιο. Από: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 Ιουλίου 2017). Οι νανοφλάκες υδροξειδίου του κοβαλτίου και η εφαρμογή τους ως υπερκατασκευαστές και καταλύτες εξέλιξης οξυγόνου. Ανακτήθηκε από: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. Μ. Yao, και Χ. Ρ. Gao. (2008). Ηλεκτροχημική απόδοση των νανοσωματιδίων ανθρακικού υδροξειδίου του κοβαλτίου. Ηλεκτροχημικά και γράμματα στερεάς κατάστασης, 11 12 A215-A218.
6. Τζινγκ Γιανγκ, Χονγκουέ Λιού, Γουέιντ Ν. Μάρτενς και Ρέι Λ. Φρόστη. (2010). Σύνθεση και Χαρακτηρισμός των Κοβάλτιο υδροξειδίου, Κοβάλτιο οξυ-υδροξείδιο, και Cobalt Oxide Nanodiscs. Ανακτήθηκε από: pubs.acs.org