Estrutura, propriedades, usos, riscos do hidróxido de níquel (II)

O hidróxido de níquel (II) É um sólido inorgânico cristalino verde onde o metal níquel tem um número de oxidação de 2+. Sua fórmula química é Ni (OH)_dois. Pode ser obtido pela adição de soluções alcalinas de hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de sódio (NaOH) ou hidróxido de amônio (NH₄OH), gota a gota para soluções aquosas de sais de níquel (II), como cloreto de níquel (II) (NiCl_dois), ou nitrato de níquel (II) (Ni (NO₃)_dois).

Sob tais circunstâncias, ele precipita como um gel verde volumoso que cristaliza após um longo período de repouso. Seus cristais possuem estrutura de brucita ou hidróxido de magnésio Mg (OH)_dois.

Na natureza, Ni (OH)_dois é encontrado no mineral teofrastita (do inglês teofrastita), que foi relatado pela primeira vez em 1981, quando encontrado no norte da Grécia.

Ni (OH)_dois cristaliza em duas fases polimórficas, a fase α e β, que depende da forma como se cristalizou.

É solúvel em ácidos e a tonalidade de sua cor esverdeada depende do sal de níquel inicial.

Há muito que é usado como cátodo em baterias alcalinas recarregáveis. Tem aplicação em eletrocatálise, o que o torna um material muito útil em células a combustível e eletrossíntese, entre diversas aplicações..

Apresenta riscos para a saúde quando inalado, ingerido ou se entrar em contato com a pele ou os olhos. Também é considerado um agente cancerígeno.

Índice do artigo

• 1 estrutura de cristal
• 2 configuração eletrônica
• 3 Nomenclatura
• 4 propriedades
  • 4.1 Estado físico
  • 4.2 Peso molecular
  • 4.3 Ponto de fusão
  • 4.4 Densidade
  • 4.5 Solubilidade
  • 4.6 Outras propriedades
• 5 usos
  • 5.1 Em baterias
  • 5.2 Em aplicações analíticas
  • 5.3 Em eletrocatálise de reações
  • 5.4 Em vários usos
• 6 riscos
• 7 referências

Estrutura de cristal

O hidróxido de níquel (II) pode se cristalizar de duas maneiras diferentes: α-Ni (OH)_dois e β-Ni (OH)_dois.

Cristal de Ni (OH)_dois tem a estrutura hexagonal de brucita (Mg (OH)_dois) A forma ideal são as camadas de NiO_dois em um arranjo hexagonal planar de cátions Ni em coordenação octaédrica com oxigênio.

A forma α-Ni (OH)_dois caracteriza-se por ser uma estrutura desordenada bastante amorfa, com espaço interlaminar variável, mas maior do que na fase β. Isso se explica porque apresenta em sua estrutura várias espécies intercaladas entre as camadas, como H_doisO, OH^-, SW₄^dois- e companhia₃^dois-, dependendo do ânion sal de níquel inicial.

Β-Ni (OH)_dois Ele também tem uma estrutura em camadas, mas muito mais simples, ordenada e compacta. O espaço interlaminar é 4,60 A. Os grupos OH são "livres", ou seja, não formam ligações de hidrogênio..

Configuração eletronica

No Ni (OH)_dois O níquel está no estado de oxidação 2+, o que significa que faltam 2 elétrons em sua camada mais externa. A configuração eletrônica do Ni^dois+ é: [Ar] 3d⁸, onde [Ar] é a configuração eletrônica do gás nobre argônio.

No Ni (OH)_dois, elétrons-d dos átomos de Ni estão localizados no centro de um pequeno octaedro distorcido de O. Cada átomo de O leva um elétron de um H e 1/3 dos átomos de Ni, fazendo com que cada átomo de Ni perca 2 elétrons-d.

Uma maneira simples de representá-lo é a seguinte:

H-O^- Nem^{dois+ -}OH

Nomenclatura

- Hidróxido de níquel (II)

- Dihidróxido de níquel

- Monohidrato de óxido de níquel (II)

Propriedades

Estado físico

Sólido cristalino verde-azulado ou verde-amarelado.

Peso molecular

92,708 g / mol.

Ponto de fusão

230 ºC (derrete com decomposição).

Densidade

4,1 g / cm³ a 20 ºC.

Solubilidade

Praticamente insolúvel em água (0,00015 g / 100 g de H_doisOU). É facilmente solúvel em ácidos. Também é muito solúvel em soluções de amônia (NH₃), uma vez que com esta forma complexos de cor violeta-azulada.

Outras propriedades

Não é um composto anfotérico. Isso significa que ele não pode atuar tanto como ácido quanto como base..

Quando o Ni (OH)_dois é obtido a partir de soluções de cloreto de níquel (NiCl_dois) apresenta uma cor verde-azulada, enquanto se precipita a partir de soluções de nitrato de níquel (Ni (NO₃)_dois) tem uma cor verde-amarela.

A fase alfa (α-Ni (OH)_dois) tem propriedades eletroquímicas maiores do que a fase beta. Isso ocorre porque em alfa há um número maior de elétrons disponíveis para cada átomo de níquel..

A forma beta (β-Ni (OH)_dois) apresentou características de um tipo semicondutor-p.

Formulários

Em baterias

Uso mais antigo de Ni (OH)_dois está em baterias. Em 1904, Thomas Edison o utilizou junto com seu óxido NiO (OH) como material para o cátodo de baterias alcalinas..

A capacidade eletroquímica dos cátodos de Ni (OH)_dois está diretamente relacionado à morfologia e ao tamanho de suas partículas. Nanopartículas de Ni (OH)_dois Devido ao seu pequeno tamanho, eles têm comportamento eletroquímico superior e um coeficiente de difusão de prótons mais alto do que as partículas maiores..

Tem sido amplamente utilizado como um material catódico em muitas baterias alcalinas recarregáveis, como níquel-cádmio, níquel-hidrogênio, níquel-ferro, entre outras. Também tem sido usado em supercapacitores de alto desempenho.

A reação nesses dispositivos envolve a oxidação de Ni (OH)_dois durante a fase de carga e a redução de NiO (OH) durante a fase de descarga no eletrólito alcalino:

Ni (OH)_dois + Oh^- - e^- ⇔ NiO (OH) + H_doisOU

Essa equação é reversível e é chamada de transição redox..

Em aplicações analíticas

Α-Ni (OH)_dois Tem sido usado para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos para a determinação de vitamina D₃, ou colecalciferol, uma forma de vitamina D que pode ser obtida expondo a pele à luz solar ou através de alguns alimentos (gema de ovo, leite de vaca, salmão fresco e óleo de fígado de bacalhau).

O uso de sensores híbridos contendo α-Ni (OH)_dois, junto com óxido de grafeno e sílica, permite a quantificação de vitamina D₃ diretamente em matrizes biológicas.

Além disso, a estrutura lamelar desordenada de α-Ni (OH)_dois facilita a entrada e saída de íons em espaços estruturais vazios, o que favorece a reversibilidade eletroquímica do sensor.

Em eletrocatálise de reações

A transição redox entre Ni (OH)_dois e NiO (OH) também tem sido usado na oxidação catalítica de muitos compostos orgânicos pequenos em eletrólitos alcalinos. O mecanismo desta oxidação eletrocatalítica é o seguinte:

Ni (OH)_dois + Oh^- - e^- ⇔ NiO (OH) + H_doisOU

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

O composto orgânico pode ser, por exemplo, glicose e o produto glucolactona.

A eletrocatálise de reações de oxidação de pequenas moléculas tem aplicação em células a combustível, eletroanálise, eletrossíntese e eletrodegradação..

Em vários usos

Suas propriedades eletrocatalíticas têm chamado a atenção para usos em fotocatálise, dispositivos eletrocrômicos, adsorventes e precursores de nanoestruturas..

Além disso, tem potencial uso como pigmento devido à sua alta refletância..

Riscos

Se aquecido até a decomposição, emite gases tóxicos. Exposição ao Ni (OH)_dois apresenta vários riscos. Se inalado, é irritante para a membrana mucosa do trato respiratório superior, pode causar asma e fibrose pulmonar..

Se entrar em contato com os olhos, irrita a membrana conjuntiva. Na pele causa sensibilização, ardor ou coceira e eritema, causando dermatites graves e alergias cutâneas.

Também pode afetar os rins, o trato gastrointestinal, o sistema neurológico e pode causar danos cardiovasculares. Pode causar danos ao feto de mulheres grávidas.

Ni (OH)_dois é cancerígeno. Tem sido associada ao risco de desenvolver câncer nasal e de pulmão. Mortes de trabalhadores por câncer foram relatadas em fábricas de baterias de níquel-cádmio.

Foi classificado como muito tóxico para a vida aquática, com efeitos nocivos a longo prazo..

Em relação às plantas, há uma certa contradição, pois embora o níquel seja tóxico para a vida das plantas, também é um micronutriente essencial para o seu desenvolvimento. Necessário em quantidades extremamente pequenas para o crescimento ideal da planta.

Referências

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
2. Andrade, T.M. et al. (2018). Efeito de Agentes Precipitantes nas Características Estruturais, Morfológicas e Colorimétricas de Partículas de Hidróxido de Níquel. Colloid and Interface Science Communications. 23 (2019) 6-13. Recuperado de sciencedirect.com.
3. Haoran Wang e Changjiang Song. (2019). Estrutura eletrônica e de fônon do hidróxido de níquel: estudo de cálculos de primeiros princípios. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Recuperado de link.springer.com.
4. Biblioteca Nacional de Medicina. (2019). Níquel Hydroxyde. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
5. Canevari, T.C. (2014). Síntese e caracterização de partículas de hidróxido de alfa-níquel (II) em matriz orgânico-inorgânica e sua aplicação em sensor eletroquímico sensível para determinação de vitamina D. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Recuperado de sciencedirect.com.
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