Struktura wodorotlenku kobaltu, właściwości i zastosowania

The wodorotlenek kobaltu to ogólna nazwa wszystkich związków, w których uczestniczą kationy kobaltu i anion OH^-. Wszystkie są natury nieorganicznej i mają wzór chemiczny Co (OH)_n, gdzie n jest równe wartościowości lub dodatniemu ładunkowi centrum metalu kobaltu.

Ponieważ kobalt jest metalem przejściowym z półpełnymi orbitalami atomowymi, za pomocą pewnego mechanizmu elektronowego jego wodorotlenki odzwierciedlają intensywne kolory z powodu interakcji Co-O. Te kolory, jak również struktury, zależą w dużym stopniu od ich ładunku i od gatunków anionowych, które konkurują z OH^-.

Kolory i struktury nie są takie same dla Co (OH)₂, the Co (OH)₃ lub dla CoO (OH). Chemia stojąca za wszystkimi tymi związkami jest przeznaczona do syntezy materiałów stosowanych w katalizie.

Z drugiej strony, chociaż mogą być złożone, tworzenie dużej ich części zaczyna się od podstawowego środowiska; jako dostarczany przez silną bazę NaOH. W związku z tym różne warunki chemiczne mogą utleniać kobalt lub tlen.

Indeks

• 1 Struktura chemiczna
  • 1.1 Kowalencja
  • 1.2 Jednostki koordynacyjne
• 2 Właściwości
  • 2.1 Wodorotlenek kobaltu (II)
  • 2.2 Wodorotlenek kobaltu (III)
• 3 Produkcja
• 4 zastosowania
  • 4.1 Synteza nanomateriałów
• 5 referencji

Struktura chemiczna

Jakie są struktury wodorotlenku kobaltu? Jego ogólny wzór Co (OH)_n jest interpretowany jonowo w następujący sposób: w sieci krystalicznej zajmowanej przez liczbę Coⁿ⁺, będzie n razy więcej anionów OH^- oddziaływanie z nimi elektrostatycznie. Tak więc dla Co (OH)₂ będzie dwóch OH^- dla każdego kationu Co²⁺.

Ale to nie wystarczy, aby przewidzieć, który układ krystaliczny zostaną przyjęte przez te jony. Rozumując siły culómbicas, Co³⁺ przyciąga OH z większą intensywnością^- w porównaniu do Co²⁺.

Fakt ten powoduje, że odległości lub wiązanie Co-OH (nawet o wysokim charakterze jonowym) skracają się. Ponadto, ponieważ oddziaływania są silniejsze, elektrony w zewnętrznych warstwach Co³⁺ przechodzą one energetyczną zmianę, która zmusza je do absorbowania fotonów o różnych długościach fali (ciało stałe ciemnieje).

Jednak takie podejście jest niewystarczające do wyjaśnienia zjawiska zmiany kolorów w zależności od struktury.

To samo dotyczy oksyhydroksydu kobaltu. Jego formuła CoO · OH jest interpretowana jako kation Co³⁺ oddziaływanie z anionem rdzy, LUB^2-, i OH^-. Związek ten stanowi podstawę do syntezy mieszanego tlenku kobaltu: Co₃O₄ [CoO · Co₂O₃].

Kowalencyjny

Wodorotlenki kobaltu można również wizualizować, chociaż mniej precyzyjnie, jako pojedyncze cząsteczki. The Co (OH)₂ można następnie narysować jako cząsteczkę liniową OH-Co-OH, a Co (OH)₃ jak płaski trójkąt.

W odniesieniu do CoO (OH), jego cząsteczka z tego podejścia byłaby rysowana jako O = Co-OH. Anion O^2- tworzy podwójne wiązanie z atomem kobaltu i kolejne proste wiązanie z OH^-.

Jednak interakcje między tymi cząsteczkami nie są wystarczająco silne, aby „uzbroić” złożone struktury tych wodorotlenków. Na przykład Co (OH)₂ może tworzyć dwie struktury polimerowe: alfa i beta.

Oba są laminarne, ale z różnymi porządkami jednostek, a także są zdolne do interkalacji małych anionów, takich jak CO₃^2-, między jego warstwami; co jest bardzo interesujące przy projektowaniu nowych materiałów z wodorotlenków kobaltu.

Jednostki koordynujące

Struktury polimerowe można lepiej wyjaśnić, rozważając ośmiościan koordynacji wokół centrów kobaltu. For the Co (OH)₂, ponieważ ma dwa aniony OH^- interakcja z Co²⁺, Potrzebuje czterech cząsteczek wody (jeśli zastosowano wodny roztwór NaOH), aby uzupełnić ośmiościan.

Tak więc Co (OH)₂ w rzeczywistości jest Co (H₂O)₄(OH)₂. Aby ten ośmiościan tworzył polimery, musi on być połączony za pomocą mostków tlenowych: (OH) (H₂O)₄Co-O-Co (H₂O)₄(OH) Złożoność strukturalna wzrasta w przypadku CoO (OH), a jeszcze bardziej w przypadku Co (OH)₃.

Właściwości

Wodorotlenek kobaltu (II)

-Wzór: Co (OH)₂.

-Masa molowa: 922,948 g / mol.

-Wygląd: czerwono-brązowy proszek lub czerwony proszek. Istnieje niestabilna niebieska postać formuły α-Co (OH)₂

-Gęstość: 3,597 g / cm³.

-Rozpuszczalność w wodzie: 3,2 mg / l (słabo rozpuszczalny).

-Rozpuszczalny w kwasach i amoniaku. Nierozpuszczalny w rozcieńczonych alkaliach.

-Temperatura topnienia: 168 ° C.

-Czułość: wrażliwa na powietrze.

-Stabilność: jest stabilna.

Wodorotlenek kobaltu (III)

-Wzór: Co (OH)₃

-Masa cząsteczkowa: 112,98 g / mol.

-Wygląd: dwie formy. Stabilny czarno-brązowy kształt i niestabilny ciemnozielony kształt z tendencją do ciemnienia.

Produkcja

Dodanie wodorotlenku potasu do roztworu azotanu kobaltu (II) powoduje pojawienie się niebiesko-fioletowego osadu, który po podgrzaniu staje się Co (OH)₂, to znaczy wodorotlenek kobaltu (II).

The Co (OH)₂ wytrąca się, gdy wodorotlenek metalu alkalicznego dodaje się do wodnego roztworu soli Co²⁺

Co²⁺     +        2 NaOH => Co (OH)₂      +         2 Na⁺

Używa

-Wykorzystywany jest do przygotowania katalizatorów do rafinacji ropy naftowej i przemysłu petrochemicznego. Ponadto stosuje się Co (OH)₂ w przygotowaniu soli kobaltu.

-Wodorotlenek kobaltu (II) jest stosowany do produkcji suszarek do farb i do produkcji elektrod akumulatorowych.

Synteza nanomateriałów

-Wodorotlenki kobaltu są surowcem do syntezy nanomateriałów o nowych strukturach. Na przykład z Co (OH)₂ Zaprojektowano nanokopy tego związku o dużej powierzchni do udziału jako katalizator w reakcjach utleniających. Te nanokopy są impregnowane na porowatych elektrodach z niklu lub krystalicznego węgla.

-Próbowano wdrożyć nanobary wodorotlenków węglanów z węglanem interkalowanym w ich warstwach. Wykorzystują reakcję oksydacyjną Co²⁺ do Co³⁺, udowodnienie, że jest to materiał o potencjalnych zastosowaniach elektrochemicznych.

-Badania zsyntetyzowały i scharakteryzowały, stosując techniki mikroskopowe, mieszane nanodyski tlenku kobaltu i tlenowodorotlenku, z utleniania odpowiednich wodorotlenków w niskich temperaturach.

Pręty, dyski i płatki wodorotlenku kobaltu ze strukturami w skali nanometrycznej otwierają drzwi do ulepszeń w świecie katalizy, a także wszystkich zastosowań dotyczących elektrochemii i maksymalnego wykorzystania energii elektrycznej w nowoczesnych urządzeniach.

Referencje

1. Clark J. (2015). Kobalt. Zaczerpnięte z: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Wodorotlenek kobaltu (II). Zrobiono z: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Kobaltowy. Wodorotlenek. Zaczerpnięte z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS i kol. (11 lipca 2017). Nanowłókna wodorotlenku kobaltu i ich zastosowanie jako superkondensatorów i katalizatorów wydzielania tlenu. Źródło: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao i X. P. Gao. (2008). Wydajność elektrochemiczna węglanowych nanoprętów wodorotlenku kobaltu. Listy elektrochemiczne i półprzewodnikowe, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens i Ray L. Frost. (2010). Synteza i charakterystyka wodorotlenku kobaltu, tlenowodorku kobaltu i nanodysków tlenku kobaltu. Źródło: pubs.acs.org