Štruktúra, vlastnosti a použitie hydroxidu kobaltu

hydroxid kobaltu je všeobecný názov pre všetky zlúčeniny, na ktorých sa podieľajú katiónové katióny a OH anión^-. Všetky sú anorganickej povahy a majú chemický vzorec Co (OH)_n, kde n je rovné valencii alebo kladnému náboju v centre kovového kobaltu.

Keďže kobalt je prechodný kov s polovičnými atómovými orbitálmi, pomocou niektorých elektronických mechanizmov odrážajú jeho hydroxidy intenzívne farby v dôsledku interakcií Co-O. Tieto farby, rovnako ako štruktúry, závisia vysoko od ich náboja a od aniónových druhov, ktoré súťažia s OH^-.

Farby a štruktúry nie sú rovnaké pre Co (OH)₂, Co (OH)₃ alebo pre CoO (OH). Chémia všetkých týchto zlúčenín je určená na syntézu materiálov aplikovaných na katalýzu.

Na druhej strane, hoci môžu byť zložité, vznik veľkej časti z nich vychádza zo základného prostredia; ako ten dodávaný silnou bázou NaOH. Preto rôzne chemické podmienky môžu oxidovať kobalt alebo kyslík.

index

• 1 Chemická štruktúra
  • 1.1 Kovalent
  • 1.2 Koordinačné jednotky
• 2 Vlastnosti
  • 2.1 Hydroxid kobaltnatý (II)
  • 2.2 Hydroxid kobaltnatý (III)
• 3 Výroba
• 4 Použitie
  • 4.1 Syntéza nanomateriálov
• 5 Referencie

Chemická štruktúra

Aké sú štruktúry hydroxidu kobaltu? Všeobecný vzorec Co (OH)_n je interpretovaný iónovo nasledovne: v kryštálovej mriežke obsadenej Co číslomⁿ⁺, bude n-násobok množstva OH aniónov^- s nimi elektrostaticky. Takže pre Co (OH)₂ budú tam dve OH^- pre každý katión Co²⁺.

To však nestačí na to, aby sme predpovedali, ktorý kryštalický systém tieto ióny prijmú. Úvahy o culómbicas silách, Co³⁺ priťahuje OHs s väčšou intenzitou^- v porovnaní s Co²⁺.

Táto skutočnosť spôsobuje skrátenie vzdialeností alebo väzbu Co-OH (dokonca s jej vysokým iónovým charakterom). Tiež, pretože interakcie sú silnejšie, elektróny vo vonkajších vrstvách Co³⁺ podstúpia energetickú zmenu, ktorá ich núti absorbovať fotóny s rôznymi vlnovými dĺžkami (tuhá látka tmavne).

Tento prístup však nepostačuje na objasnenie fenoménu zmeny farieb v závislosti od štruktúry.

To isté platí pre oxyhydroxid kobaltu. Jeho vzorec CoO-OH je interpretovaný ako katión Co³⁺ interakciu s aniontom hrdze, OR^2-, a OH^-. Táto zlúčenina predstavuje základ pre syntézu zmesného oxidu kobaltu: Co₃O₄ [CoO · Co₂O₃].

kovalentná

Hydroxidy kobaltu môžu byť tiež vizualizované, aj keď menej presné, ako jednotlivé molekuly. Co (OH)₂ ako lineárna molekula OH-Co-OH a Co (OH)₃ ako plochý trojuholník.

Pokiaľ ide o CoO (OH), jeho molekula z tohto prístupu by bola nakreslená ako O = Co-OH. Anión O^2- tvorí dvojitú väzbu s atómom kobaltu a ďalšiu jednoduchú väzbu s OH^-.

Interakcie medzi týmito molekulami však nie sú dostatočne silné na to, aby „komplexovali“ komplexné štruktúry týchto hydroxidov. Napríklad Co (OH)₂ môžu tvoriť dve polymérne štruktúry: alfa a beta.

Obidve sú laminárne, ale s rôznym usporiadaním jednotiek a sú tiež schopné interkalárnych malých aniónov, ako je napríklad CO₃^2-, medzi jeho vrstvami; čo je veľmi zaujímavé pre návrh nových materiálov z hydroxidov kobaltu.

Koordinačné jednotky

Polymerické štruktúry možno lepšie vysvetliť uvažovaním oktaedronu koordinácie okolo centier kobaltu. Pre Co (OH)₂, ako má dva OH anióny^- interakciu s Co²⁺, Na dokončenie oktaedronu potrebujú štyri molekuly vody (ak sa použil vodný NaOH).

Takže Co (OH)₂ je vlastne Co (H₂O)₄(OH)₂. Aby tento oktaedr tvoril polyméry, musí byť spojený pomocou kyslíkových mostíkov: (OH) (H₂O)₄Co-O-Co (H₂O)₄(OH). Štrukturálna zložitosť sa zvyšuje pre prípad CoO (OH) a ešte viac pre Co (OH)₃.

vlastnosti

Hydroxid kobaltnatý (II)

-Vzorec: Co (OH)₂.

-Molárna hmotnosť: 92,948 g / mol.

-Vzhľad: červenohnedý prášok alebo červený prášok. Existuje nestabilná modrá forma vzorca a-Co (OH)₂

-Hustota: 3,597 g / cm³.

-Rozpustnosť vo vode: 3,2 mg / l (slabo rozpustný).

-Rozpustný v kyselinách av amoniaku. Nerozpustný v zriedenej alkálii.

-Teplota topenia: 168 ° C.

-Citlivosť: citlivá na vzduch.

-Stabilita: je stabilná.

Hydroxid kobaltnatý (III)

-Vzorec: Co (OH)₃

-Molekulová hmotnosť: 112,98 g / mol.

-Vzhľad: dve formy. Stabilný čierno-hnedý tvar a nestabilný tmavozelený tvar s tendenciou stmavnúť.

výroba

Pridanie hydroxidu draselného k roztoku dusičnanu kobaltnatého má za následok vznik modro-fialovej zrazeniny, ktorá sa po zahriatí stane Co (OH).₂, to znamená hydroxid kobaltu (II).

Co (OH)₂ precipituje, keď sa k vodnému roztoku Co soli pridá hydroxid alkalického kovu²⁺

ko²⁺     +        2 NaOH => Co (OH)₂      +         2 Na⁺

aplikácie

-Používa sa pri príprave katalyzátorov na použitie pri rafinácii ropy av petrochemickom priemysle. Okrem toho sa použije Co (OH)₂ pri príprave solí kobaltu.

-Hydroxid kobaltnatý (II) sa používa pri výrobe sušičov farieb a pri výrobe elektród batérií.

Syntéza nanomateriálov

-Hydroxidy kobaltu sú surovinou pre syntézu nanomateriálov s novými štruktúrami. Napríklad z Co (OH)₂ nanokopy tejto zlúčeniny boli navrhnuté s veľkým povrchom, aby sa zúčastnili ako katalyzátor pri oxidačných reakciách. Tieto nanokopy sú impregnované na poréznych elektródach niklu alebo kryštalického uhlíka.

-Bolo zistené, že je potrebné implementovať nanobary karbonátových hydroxidov s uhličitanom, ktoré sú interkalované v ich vrstvách. Využívajú oxidačnú reakciu Co²⁺ Co³⁺, ako materiál s potenciálnymi elektrochemickými aplikáciami.

-Štúdie sa syntetizovali a charakterizovali pomocou mikroskopických techník, zmesových oxidov kobaltu a oxyhydroxidových nanodiskov, z oxidácie zodpovedajúcich hydroxidov pri nízkych teplotách.

Tyčinky, disky a vločky s kobaltovými hydroxidmi so štruktúrami v nanometrických mierkach, otvárajú dvere zlepšeniam vo svete katalýzy a tiež všetkých aplikácií týkajúcich sa elektrochémie a maximálneho využitia elektrickej energie v moderných zariadeniach.

referencie

1. Clark J. (2015). Cobalt. Prevzaté z: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Hydroxid kobaltnatý. Prevzaté z: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Cobaltic. Hydroxid. Prevzaté z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11. júla 2017). Nano-vločky hydroxidu kobaltnatého a ich použitie ako superkondenzátory a katalyzátory vývoja kyslíka. Zdroj: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao a X. P. Gao. (2008). Elektrochemické vlastnosti uhličitanu uhličitého kobaltnatého Nanorods. Elektrochemické a pevné látky, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens a Ray L. Frost. (2010). Syntéza a charakterizácia hydroxidu kobaltnatého, hydroxidu kobaltnatého a oxidu kobaltnatého Nanodiscs. Zdroj: pubs.acs.org