Structura, proprietățile și utilizările hidroxidului de cobalt

hidroxid de cobalt este numele generic pentru toți compușii în care participă cationii de cobalt și anionul OH^-. Toate sunt de natură anorganică și au formula chimică Co (OH)_n, unde n este egal cu valența sau sarcina pozitivă a centrului metalului de cobalt.

Deoarece cobaltul este un metal de tranziție cu orbitale atomice jumătate, prin intermediul unui mecanism electronic, hidroxizii acestuia reflectă culori intense din cauza interacțiunilor Co-O. Aceste culori, precum și structurile, depind în mare măsură de încărcătura lor și de speciile anionice care concurează cu OH^-.

Culorile și structurile nu sunt aceleași pentru Co (OH)₂, Co (OH)₃ sau pentru CoO (OH). Chimia din spatele tuturor acestor compuși este destinată sintezei materialelor aplicate la cataliză.

Pe de altă parte, deși pot fi complexe, formarea unei mari părți a acestora pornește de la un mediu de bază; ca cea furnizată de baza puternică de NaOH. Prin urmare, diferite condiții chimice pot oxida cobaltul sau oxigenul.

index

• 1 Structura chimică
  • 1.1 Covalent
  • 1.2 Unități de coordonare
• 2 Proprietăți
  • 2.1. Hidroxidul de cobalt (II)
  • 2.2. Hidroxidul de cobalt (III)
• 3 Producție
• 4 Utilizări
  • 4.1 Sinteza nanomaterialelor
• 5 Referințe

Structura chimică

Care sunt structurile hidroxidului de cobalt? Formula sa generală Co (OH)_n este interpretată ionic în modul următor: într-o rețea cristalină ocupată de un număr Co^{n +}, va exista de n ori acea cantitate de anioni OH^- interacționând cu ele electrostatic. Deci, pentru Co (OH)₂ vor exista două OH^- pentru fiecare cation Co²⁺.

Dar, acest lucru nu este suficient pentru a prezice ceea ce este sistemul cristalin pe care acești ioni îl vor adopta. Prin raționamentul forțelor culombe, Co³⁺ atrage OH cu intensitate mai mare^- comparativ cu Co²⁺.

Acest fapt determină scurtarea distanțelor sau a legăturii Co-OH (chiar și cu caracterul său ionic ridicat). De asemenea, deoarece interacțiunile sunt mai puternice, electronii din straturile exterioare ale Co³⁺ ele suferă o schimbare energetică care îi forțează să absoarbă fotoni cu diferite lungimi de undă (întunericul solid).

Cu toate acestea, această abordare este insuficientă pentru a clarifica fenomenul schimbării culorilor în funcție de structură.

Același lucru este valabil și pentru oxihidroxidul de cobalt. Formula lui CoO · OH este interpretată ca un cation Co³⁺ interacționând cu un anion de rugină, SAU^2-, și un OH^-. Acest compus reprezintă baza pentru sinteza unui oxid mixt de cobalt: Co₃O₄ [CoO · Co₂O₃].

covalentă

Hidroxizii de cobalt pot fi de asemenea vizualizați, deși mai puțin exacți, ca molecule individuale. Co (OH)₂ poate fi apoi trasată ca o moleculă liniară OH-Co-OH și Co (OH)₃ ca un triunghi plat.

În ceea ce privește CoO (OH), molecula sa din această abordare ar fi trasă ca O = Co-OH. Anionul O^2- formează o legătură dublă cu atomul de cobalt și o altă legătură simplă cu OH^-.

Cu toate acestea, interacțiunile dintre aceste molecule nu sunt suficient de puternice pentru a "armoniza" structurile complexe ale acestor hidroxizi. De exemplu, Co (OH)₂ Poate forma două structuri polimerice: alfa și beta.

Ambele sunt laminare, dar cu ordonări diferite ale unităților și sunt, de asemenea, capabile de anioni mici intercalari, cum ar fi CO₃^2-, între straturile sale; care este de mare interes pentru proiectarea de noi materiale din hidroxizi de cobalt.

Unități de coordonare

Structurile polimerice pot fi explicate mai bine dacă se ia în considerare un octaedru de coordonare în jurul centrelor de cobalt. Pentru Co (OH)₂, deoarece are două anioni OH^- interacționând cu Co²⁺, are nevoie de patru molecule de apă (dacă s-a folosit NaOH apos) pentru a completa octaedrul.

Astfel, Co (OH)₂ este de fapt Co (H₂O)₄(OH)₂. Pentru acest octaedron pentru a forma polimeri necesită legarea prin intermediul punților de oxigen: (OH) (H₂O)₄Co-O-Co (H.₂O)₄(OH). Complexitatea structurală crește în cazul CoO (OH), și chiar mai mult pentru Co (OH)₃.

proprietăţi

Hidroxid de cobalt (II)

-Formula: Co (OH)₂.

- Rata molară: 92,948 g / mol.

-Appearance: pulbere roșu-maroniu sau pulbere roșie. Există o formă albastră instabilă cu formula α-Co (OH)₂

Densitate: 3,597 g / cm³.

-Solubilitate în apă: 3,2 mg / l (slab solubil).

-Soluble în acizi și în amoniu. Insolubil în alcalii diluate.

- Punct de fuziune: 168º C.

Sensibilitate: sensibil la aer.

-Stabilitatea: este stabilă.

Hidroxidul de cobalt (III)

-Formula: Co (OH)₃

- Mobilitate moleculară: 112,98 g / mol.

-Appearance: două forme. O formă stabilă de culoare brun-negru și o formă verde închisă instabilă, cu tendința de a se întuneca.

producere

Adăugarea hidroxidului de potasiu într-o soluție de nitrat de cobalt (II) are ca rezultat un precipitat albastru-violet care, atunci când este încălzit, devine Co (OH)₂, adică hidroxid de cobalt (II).

Co (OH)₂ precipită când se adaugă un hidroxid de metal alcalin la o soluție apoasă de sare Co²⁺

co²⁺ + 2 NaOH => Co (OH)₂ + 2 Na⁺

aplicații

- Se folosește la prepararea catalizatorilor pentru utilizarea în rafinarea petrolului și în industria petrochimică. În plus, se utilizează Co (OH)₂ în prepararea sărurilor de cobalt.

- Hidroxidul de cobalt (II) este utilizat la fabricarea uscătoarelor de vopsea și la fabricarea electrozi pentru baterii.

Sinteza nanomaterialelor

-Hidroxizii de cobalt sunt materia primă pentru sinteza nanomaterialelor cu structuri noi. De exemplu, din Co (OH)₂ nanocopii acestui compus au fost proiectați, cu o suprafață mare de suprafață, pentru a participa ca un catalizator în reacțiile oxidative. Aceste nanocopi sunt impregnați pe electrozi poroși de nichel sau carbon cristalin.

- Am căutat să punem în aplicare nanobari de hidroxizi de carbonat cu carbonat intercalat în straturile lor. Aceștia profită de reacția oxidativă a Co²⁺ la Co³⁺, dovedind a fi un material cu aplicații electrochimice potențiale.

-Studiile au sintetizat și caracterizat, prin tehnici de microscopie, nanodiscuri amestecate de oxid de cobalt și oxihidroxid, de la oxidarea hidroxizilor corespunzători la temperaturi scăzute.

Barele, discurile și fulgii de hidroxid de cobalt cu structuri la scară nanometrică deschid ușile pentru îmbunătățiri în lumea catalizei și, de asemenea, toate aplicațiile privind electrochimia și utilizarea maximă a energiei electrice în dispozitivele moderne.

referințe

1. Clark J. (2015). Cobalt. Luat de la: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Cobalt (II) hidroxid. Luată de la: en.wikipedia.org
3. Extract. (2018). Cobaltic. Hydroxide. Luat de la: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 iulie 2017). Nanoflabile de hidroxid de cobalt și aplicarea lor ca supercapacitori și catalizatori de evoluție a oxigenului. Adus de la: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao și X. P. Gao. (2008). Performanța electrochimică a nanorodului carbonat de hidroxid de cobalt. Scrisori electrochimice și solid-state, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens și Ray L. Frost. (2010). Sinteza și caracterizarea hidroxidului de cobalt, a oxihidroxidului de cobalt și a nanodiscurilor de oxid de cobalt. Adus de la: pubs.acs.org