Structure, propriétés et utilisations de l'hydroxyde de cobalt

Le hydroxyde de cobalt est le nom générique de tous les composés auxquels participent les cations de cobalt et les anions OH^-. Tous sont de nature inorganique et ont la formule chimique Co (OH)_n, où n est égal à la valence ou à la charge positive du centre du cobalt.

Étant donné que le cobalt est un métal de transition avec des orbitales atomiques à moitié pleines, au moyen d’un mécanisme électronique, ses hydroxydes reflètent des couleurs intenses dues aux interactions de Co-O. Ces couleurs, ainsi que les structures, dépendent fortement de leur charge et des espèces anioniques qui rivalisent avec les OH^-.

Les couleurs et les structures ne sont pas les mêmes pour Co (OH)₂, le Co (OH)₃ ou pour le CoO (OH). La chimie derrière tous ces composés est destinée à la synthèse de matériaux appliqués à la catalyse.

D'un autre côté, bien qu'elles puissent être complexes, la formation d'une grande partie d'entre elles part d'un environnement de base; comme celui fourni par la base forte de NaOH. Par conséquent, différentes conditions chimiques peuvent oxyder le cobalt ou l'oxygène.

Index

• 1 structure chimique
  • 1.1 Covalent
  • 1.2 Unités de coordination
• 2 propriétés
  • 2.1 Hydroxyde de cobalt (II)
  • 2.2 Hydroxyde de cobalt (III)
• 3 production
• 4 utilisations
  • 4.1 Synthèse de nanomatériaux
• 5 références

Structure chimique

Quelles sont les structures de l'hydroxyde de cobalt? Sa formule générale Co (OH)_n est interprétée ioniquement de la manière suivante: dans un réseau cristallin occupé par un numéro de Co^{n +}, il y aura n fois cette quantité d'anions OH^- interagir avec eux électrostatiquement. Donc, pour le Co (OH)₂ il y aura deux OH^- pour chaque cation²⁺.

Mais cela ne suffit pas à prédire quel est le système cristallin que ces ions adopteront. Par raisonnement des forces culómbicas, le Co³⁺ attire les OH avec plus d'intensité^- par rapport à Co²⁺.

Ce fait entraîne la réduction des distances ou de la liaison Co-OH (même avec son caractère ionique élevé). En outre, parce que les interactions sont plus fortes, les électrons dans les couches externes de la Co³⁺ ils subissent un changement énergétique qui les oblige à absorber des photons de différentes longueurs d'onde (le solide s'assombrit).

Cependant, cette approche est insuffisante pour donner des éclaircissements sur le phénomène de changement de couleur en fonction de la structure.

La même chose est vraie pour l'oxyhydroxyde de cobalt. Sa formule CoO · OH est interprétée comme un cation Co³⁺ interagissant avec un anion de rouille, OU^2-et un OH^-. Ce composé représente la base de la synthèse d'un oxyde de cobalt mixte: Co₃O₄ [CoO · Co₂O₃].

Covalent

Les hydroxydes de cobalt peuvent également être visualisés, bien que moins précis, en tant que molécules individuelles. Le Co (OH)₂ peut alors être dessiné comme une molécule linéaire OH-Co-OH, et Co (OH)₃ comme un triangle plat.

En ce qui concerne CoO (OH), sa molécule issue de cette approche serait représentée par O = Co-OH. L'anion O^2- forme une double liaison avec l'atome de cobalt et une autre liaison simple avec le OH^-.

Cependant, les interactions entre ces molécules ne sont pas assez fortes pour "armer" les structures complexes de ces hydroxydes. Par exemple, le Co (OH)₂ Il peut former deux structures polymères: alpha et bêta.

Les deux sont laminaires mais avec des classements différents des unités et sont également capables de petits anions intercalaires, tels que le CO₃^2-, entre ses couches; ce qui est d'un grand intérêt pour la conception de nouveaux matériaux à partir d'hydroxydes de cobalt.

Unités de coordination

Les structures polymères peuvent être mieux expliquées si l'on considère un octaèdre de coordination autour des centres de cobalt. Pour le co (OH)₂, comme il a deux anions OH^- interagir avec Co²⁺, il a besoin de quatre molécules d’eau (si une solution aqueuse de NaOH a été utilisée) pour compléter l’octaèdre.

Ainsi, la Co (OH)₂ est en fait Co (H₂O)₄(OH)₂. Pour que cet octaèdre forme des polymères, il faut une liaison au moyen de ponts d'oxygène: (OH) (H₂O)₄Co-O-Co (H₂O)₄(OH) La complexité structurelle augmente pour le cas de CoO (OH), et encore plus pour Co (OH)₃.

Propriétés

Hydroxyde de cobalt (II)

-Formule: Co (OH)₂.

-Molaire: 92,948 g / mol.

-Apparence: poudre rouge-brun ou poudre rouge. Il existe une forme bleue instable de la formule α-Co (OH)₂

-Densité: 3,597 g / cm³.

-Solubilité dans l'eau: 3,2 mg / l (peu soluble).

-Soluble en acides et en ammonium. Insoluble dans les alcalis dilués.

- Point de fusion: 168º C.

Sensibilité: sensible à l'air.

-Stabilité: est stable.

Hydroxyde de cobalt (III)

-Formule: Co (OH)₃

Mobilité moléculaire: 112,98 g / mol.

-Apparence: deux formes. Une forme brun-noir stable et une forme vert foncé instable avec une tendance à foncer.

La production

L'ajout d'hydroxyde de potassium à une solution de nitrate de cobalt (II) entraîne l'apparition d'un précipité bleu violet qui, chauffé, devient du Co (OH).₂c'est-à-dire l'hydroxyde de cobalt (II).

Le Co (OH)₂ précipite lorsqu'un hydroxyde de métal alcalin est ajouté à une solution aqueuse d'un sel de Co²⁺

Co²⁺ + 2 NaOH => Co (OH)₂ + 2 Na⁺

Utilise

-Il est utilisé dans la préparation de catalyseurs pour son utilisation dans le raffinage du pétrole et dans l'industrie pétrochimique. De plus, Co (OH) est utilisé₂ dans la préparation des sels de cobalt.

L'hydroxyde de cobalt (II) est utilisé dans la fabrication de séchoirs à peinture et dans la fabrication d'électrodes de batteries.

Synthèse de nanomatériaux

-Les hydroxydes de cobalt sont la matière première pour la synthèse de nanomatériaux avec des structures originales. Par exemple, de Co (OH)₂ Des nanocopes de ce composé ont été conçus avec une grande surface pour participer en tant que catalyseur aux réactions oxydatives. Ces nanocopes sont imprégnés d'électrodes poreuses de nickel ou de carbone cristallin.

-Nous avons cherché à mettre en œuvre des nanobars d'hydroxydes de carbonates avec des carbonates intercalés dans leurs couches. Ils profitent de la réaction oxydative de la Co²⁺ à Co³⁺, se révélant être un matériau avec des applications électrochimiques potentielles.

-Les études ont synthétisé et caractérisé, par des techniques de microscopie, des nanodisques mixtes d'oxyde de cobalt et d'oxyhydroxyde, à partir de l'oxydation des hydroxydes correspondants à basse température.

Les barreaux, disques et hydroxyde de cobalt s'écaillent avec des structures à l'échelle nanométrique, ouvrent la voie à des améliorations dans le monde de la catalyse et de toutes les applications concernant l'électrochimie et l'utilisation maximale de l'énergie électrique dans les appareils modernes.

Références

1. Clark J. (2015). Cobalt Tiré de: chemguide.co.uk
2. Wikipedia. (2018). Hydroxyde de cobalt (II). Tiré de: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018). Cobaltic. Hydroxyde Tiré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS & col. (11 juillet 2017). Nanoflakes d'hydroxyde de cobalt et leur application en tant que supercondensateurs et catalyseurs de dégagement d'oxygène. Récupéré de: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao et X. P. Gao. (2008). Performance électrochimique des nanorodes de carbonate d'hydroxyde de cobalt. Lettres électrochimiques et à semi-conducteurs, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens et Ray L. Frost. (2010). Synthèse et caractérisation de l'hydroxyde de cobalt, de l'oxyhydroxyde de cobalt et des nanodisques d'oxyde de cobalt. Récupéré de: pubs.acs.org