Química

Hidróxido de cobalto: qué es, estructura química, propiedades y usos

¿Qué es el hidróxido de cobalto?

El hidróxido de cobalto es el nombre genérico para todos los compuestos donde participan cationes de cobalto y el anión OH–. Todos son de naturaleza inorgánica, y tiene por fórmula química Co(OH)n, donde n es igual a la valencia o carga positiva del centro metálico de cobalto.

Como el cobalto es un metal de transición con orbitales atómicos semillenos, mediante algún mecanismo electrónico sus hidróxidos reflejan intensos colores debido a las interacciones Co-O, que pueden ser rosa intenso o verde azulado.

Estos colores, así como las estructuras, dependen altamente de su carga y de las especies aniónicas que compiten con los OH–.

Los colores y estructuras no son iguales para el Co(OH)2, el Co(OH)3 o para el CoO(OH). La química detrás de todos estos compuestos se destina a la síntesis de materiales aplicados a la catálisis.

Por otro lado, aunque pueden ser complejos, la formación de gran parte de ellos parten de un medio básico, como el suministrado por la base fuerte NaOH. De allí que distintas condiciones químicas puedan oxidar al cobalto o al oxígeno.

Estructura química del hidróxido de cobalto

Su fórmula general Co(OH)n se interpreta iónicamente del siguiente modo: en una red cristalina ocupada por un número de Con+, habrá n veces esa cantidad de aniones OH– interaccionando con ellos electrostáticamente. Así, para el Co(OH)2 habrá dos OH– por cada catión Co2+.

Pero esto no basta para predecir cuál es el sistema cristalino que adoptarán dichos iones. Por razonamientos de fuerzas culómbicas, el Co3+ atrae con mayor intensidad a los OH– en comparación al Co2+.

Este hecho ocasiona que las distancias o el enlace Co–OH (aun con su alto carácter iónico) se acorte. Asimismo, debido a que las interacciones son más fuertes, los electrones de las capas externas del Co3+ experimentan un cambio energético que les obliga a absorber fotones con distintas longitudes de ondas (se oscurece el sólido).

No obstante, este enfoque resulta insuficiente para dar aclaraciones del fenómeno del cambio de sus colores en función de la estructura.

Ocurre lo mismo para el oxihidróxido de cobalto. Su fórmula CoO·OH se interpreta como un catión Co3+ interaccionando con un anión óxido, O2–, y un OH–. Este compuesto representa la base para sintetizar un óxido de cobalto mixto: Co3O4 [CoO·Co2O3].

Covalente

Los hidróxidos de cobalto también pueden ser visualizados, aunque menos precisos, como moléculas individuales. El Co(OH)2 puede entonces dibujarse como una molécula lineal OH–Co–OH, y el Co(OH)3 como un triángulo plano.

Con respecto al CoO(OH), su molécula desde este enfoque se dibujaría como O=Co–OH. El anión O2– forma un doble enlace con el átomo de cobalto, y otro enlace simple con el OH–.

Sin embargo, las interacciones entre estas moléculas no son lo suficientemente fuertes como para “armar” las complejas estructuras de estos hidróxidos. Por ejemplo, el Co(OH)2 puede formar dos estructuras poliméricas: la alfa y la beta.

Ambas son laminares pero con diferentes ordenamientos de las unidades, y además son capaces de intercalar aniones pequeños, como el CO32–, entre sus capas; lo cual resulta de gran interés para el diseño de nuevos materiales a partir de los hidróxidos de cobalto.

Unidades de coordinación

Las estructuras poliméricas pueden explicarse mejor si se considera un octaedro de coordinación en torno a los centros de cobalto. Para el Co(OH)2, como tiene dos aniones OH– interaccionando con Co2+, necesita de cuatro moléculas de agua (si se utilizó NaOH acuoso) para completar el octaedro.

Así, el Co(OH)2 es en realidad Co(H2O)4(OH)2. Para que este octaedro forme polímeros requiere enlazarse mediante puentes de oxígeno: (OH)(H2O)4Co–O–Co(H2O)4(OH). La complejidad estructural aumenta para el caso del CoO(OH), y aún más para el Co(OH)3.

Propiedades del hidróxido de cobalto

Hidróxido de cobalto (II)

-Fórmula: Co(OH)2.

-Masa molar: 92,948 g/mol.

-Apariencia: polvo roso-rojo o polvo rojo. Hay una forma azul inestable de fórmula α-Co(OH)2

-Densidad: 3,597 g/cm3.

-Solubilidad en el agua: 3,2 mg/l (poco soluble).

-Soluble en ácidos y en amonio. Insoluble en álcalis diluido.

-Punto de fusión: 168° C.

-Sensibilidad: sensitivo al aire.

-Estabilidad: es estable.

Hidróxido de cobalto (III)

-Fórmula: Co(OH)3

-Masa molecular: 112,98 g/mol.

-Apariencia: dos formas. Una forma negro-marrón estable y una forma verde oscura inestable con tendencia a oscurecerse.

Producción del hidróxido de cobalto

La adición de hidróxido de potasio a una solución de nitrato de cobalto (II), da como resultado la aparición de un precipitado de color azul-violeta que al ser calentado se convierte en Co(OH)2, es decir, hidróxido de cobalto (II).

El Co(OH)2 precipita cuando un hidróxido metálico alcalino es agregado a una solución acuosa de una sal de Co2+

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

Usos del hidróxido de cobalto

-Se usa en la elaboración de catalizadores para su utilización en la refinación del petróleo y en la industria petroquímica. Además, se utiliza el Co(OH)2 en la preparación de sales de cobalto.

-El hidróxido de cobalto (II) se emplea en la elaboración de secadores de pinturas y en la manufactura de electrodos de baterías.

Síntesis de nanomateriales

-Los hidróxidos de cobalto son la materia prima para la síntesis de nanomateriales con estructuras noveles. Por ejemplo, a partir del Co(OH)2 se han diseñado nanocopos de este compuesto, con gran área superficial para participar como catalizador en las reacciones oxidativas.

Estos nanocopos se impregnan sobre electrodos porosos de níquel o carbón cristalino.

-Se ha buscado implementar nanobarras de hidróxidos de carbonato con carbonato intercalado en sus capas. En ellos se aprovecha la reacción oxidativa del Co2+ a Co3+, demostrando ser un material con potenciales aplicaciones electroquímicas.

-Estudios han sintetizado y caracterizado, mediante técnicas de microscopía, nanodiscos de óxido de cobalto mixto y oxihidróxido, a partir de la oxidación de los correspondientes hidróxidos a bajas temperaturas.

Barras, discos y copos de hidróxido de cobalto con estructuras a escalas nanométricas, abren las puertas a mejoras dentro del mundo de la catálisis y, también, de todas las aplicaciones concernientes a la electroquímica y al aprovechamiento máximo de la energía eléctrica en modernos dispositivos.

Referencias

  1. Clark J. (2015). Cobalt. Tomado de: chemguide.co.uk
  2. Wikipedia (2018). Cobalt (II) hydroxide. Tomado de: en.wikipedia.org
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  5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao, and X. P. Gao. (2008). Electrochemical Performance of Cobalt Hydroxide Carbonate Nanorods. Electrochemical and Solid-State Letters, 11 12 A215-A218.
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