Hidróxido de níquel (II): estructura, propiedades, usos, riesgos
El hidróxido de níquel (II) es un sólido inorgánico cristalino verde donde el metal níquel posee un número de oxidación de 2+. Su fórmula química es Ni(OH)2. Puede obtenerse añadiendo soluciones alcalinas de hidróxido de potasio (KOH), hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de amonio (NH4OH), gota a gota a soluciones acuosas de sales de níquel (II), como cloruro de níquel (II) (NiCl2), o nitrato de níquel (II) (Ni(NO3)2).
En tales circunstancias, precipita en forma de un gel verde voluminoso que cristaliza luego de permanecer en reposo por un tiempo prolongado. Sus cristales poseen la estructura de la brucita o hidróxido de magnesio Mg(OH)2.
En la naturaleza, el Ni(OH)2 se encuentra en el mineral teofrastita (del inglés theophrastite), el cual fue reportado por primera vez en 1981 al ser encontrado al norte de Grecia.
El Ni(OH)2 cristaliza en dos fases polimórficas, la fase α y la β, lo que depende de la forma en que ha cristalizado.
Es soluble en ácidos y el tono de su coloración verdosa depende de la sal de níquel de partida.
Se ha empleado desde hace tiempo como cátodo de baterías alcalinas recargables. Tiene aplicación en electrocatálisis, lo que lo convierte en un material muy útil en celdas de combustible y electrosíntesis, entre varias aplicaciones.
Presenta riesgos para la salud al ser inhalado, ingerido o si entra en contacto con piel u ojos. Además es considerado un agente carcinogénico.
Índice del artículo
- 1 Estructura cristalina
- 2 Configuración electrónica
- 3 Nomenclatura
- 4 Propiedades
- 5 Usos
- 6 Riesgos
- 7 Referencias
El hidróxido de níquel (II) puede cristalizar de dos maneras diferentes: α-Ni(OH)2 y β-Ni(OH)2.
El cristal de Ni(OH)2 tiene la estructura hexagonal de la brucita (Mg(OH)2). La forma ideal es de capas de NiO2 en un arreglo hexagonal planar de cationes Ni en coordinación octaédrica con el oxígeno.
La forma α-Ni(OH)2 se caracteriza por ser una estructura desordenada más bien amorfa, con un espacio interlaminar variable, pero que es mayor que en la fase β. Esto se explica porque presenta dentro de su estructura varias especies intercaladas entre las capas, tales como H2O, OH–, SO42- y CO32-, dependiendo del anión de la sal de níquel de partida.
La β-Ni(OH)2 presenta también una estructura de capas, pero mucho más simple, ordenada y compacta. El espacio interlaminar es de 4,60 A. Los grupos OH se encuentran “libres”, esto es, no forman enlaces de hidrógeno.
En el Ni(OH)2 el níquel se encuentra en el estado de oxidación 2+, lo que significa que le faltan 2 electrones a su capa más externa. La configuración electrónica del Ni2+ es: [Ar] 3d8, donde [Ar] es la configuración electrónica del gas noble argón.
En el Ni(OH)2, los electrones-d de los átomos de Ni se encuentran localizados en el centro de un pequeño octaedro distorsionado de O. Cada átomo de O toma un electrón de un H y 1/3 de los átomos de Ni, causando que cada átomo de Ni pierda 2 electrones-d.
Una forma sencilla de representarlo es la siguiente:
H—O– Ni2+–O—H
– Hidróxido de níquel (II)
– Dihidróxido de níquel
– Monohidrato de óxido de níquel (II)
Sólido cristalino verde azulado o verde amarillento.
92,708 g/mol.
230 ºC (funde con descomposición).
4,1 g/cm3 a 20 ºC.
Prácticamente insoluble en agua (0,00015 g/100 g de H2O). Es fácilmente soluble en ácidos. También es muy soluble en soluciones de amoníaco (NH3), pues con este forma complejos de color violeta azulado.
No es un compuesto anfótero. Esto significa que no puede actuar como ácido y como base.
Cuando el Ni(OH)2 se obtiene de soluciones de cloruro de níquel (NiCl2) presenta una coloración verde-azulada, mientras que si se precipita de soluciones de nitrato de níquel (Ni(NO3)2) presenta una coloración verde-amarillosa.
La fase alfa (α-Ni(OH)2) posee propiedades electroquímicas mayores que la fase beta. Esto se debe a que en la alfa hay un mayor número de electrones disponibles por cada átomo de níquel.
La forma beta (β-Ni(OH)2) ha presentado características de un semiconductor tipo-p.
El uso de más larga data del Ni(OH)2 es en baterías. En 1904 Thomas Edison lo usaba junto con su óxido NiO(OH) como material para el cátodo de baterías alcalinas.
La capacidad electroquímica de los cátodos de Ni(OH)2 está directamente relacionada con la morfología y tamaño de sus partículas. Las nanopartículas de Ni(OH)2 por su pequeño tamaño poseen un comportamiento electroquímico superior y un mayor coeficiente de difusión de protones que las partículas más grandes.
Ha tenido un amplio uso como material de cátodo en muchas baterías alcalinas recargables como las de níquel-cadmio, níquel-hidrógeno, níquel-hierro, entre otras. También se ha empleado en súper-capacitores de alto desempeño.
La reacción en estos dispositivos implica la oxidación del Ni(OH)2 durante la fase de carga y la reducción del NiO(OH) durante la fase de descarga en el electrolito alcalino:
Ni(OH)2 + OH–– e– ⇔ NiO(OH) + H2O
Esta ecuación es reversible y es denominada transición redox.
El α-Ni(OH)2 ha sido usado para el desarrollo de sensores electroquímicos para la determinación de Vitamina D3, o colecalciferol, una forma de Vitamina D que puede obtenerse por la exposición de la piel a la luz del sol o a través de algunos alimentos (yema de huevo, leche de vaca, salmón fresco y aceite de hígado de bacalao).
La utilización de sensores híbridos que contienen α-Ni(OH)2, junto a óxido de grafeno y sílice, permite realizar cuantificación de la vitamina D3 directamente en matrices biológicas.
Además, la estructura laminar desordenada del α-Ni(OH)2 facilita la entrada y salida de iones en espacios estructurales vacíos, lo que favorece la reversibilidad electroquímica del sensor.
La transición redox entre el Ni(OH)2 y el NiO(OH) se ha empleado también en la oxidación catalítica de muchos compuestos orgánicos de pequeño tamaño en electrolito alcalino. El mecanismo de esta oxidación electrocatalítica es la siguiente:
Ni(OH)2 + OH–– e– ⇔ NiO(OH) + H2O
NiO(OH) + compuesto orgánico → Ni(OH)2 + producto
El compuesto orgánico puede ser, por ejemplo, glucosa y el producto glucolactona.
La electrocatálisis de reacciones de oxidación de pequeñas moléculas tiene aplicación en celdas de combustible, electroanálisis, electrosíntesis y electrodegradación.
Sus propiedades electrocatalíticas han llamado la atención para usos en fotocatálisis, dispositivos electrocrómicos, adsorbentes y precursores de nanoestructuras.
Además, tiene un uso potencial como pigmento debido a su alta reflectancia.
Si se calienta hasta su descomposición emite gases tóxicos. La exposición al Ni(OH)2 presenta una serie de riesgos. Si se inhala resulta irritante a la membrana mucosa del tracto respiratorio superior, puede producir asma y puede generar fibrosis pulmonar.
Si entra en contacto con los ojos irrita la membrana conjuntiva. En la piel causa sensibilización, ardor o picazón y eritemas, provocando dermatitis severa y alergias cutáneas.
También puede afectar los riñones, el tracto gastrointestinal, el sistema neurológico y puede producir daño cardiovascular. Puede ocasionar daños al feto de mujeres embarazadas.
El Ni(OH)2 es carcinógeno. Se ha asociado al riesgo de desarrollo de cáncer nasal y de los pulmones. Se han reportado muertes de trabajadores por cáncer en fábricas de baterías de níquel-cadmio.
Ha sido clasificado como muy tóxico para la vida acuática, con efectos dañinos a largo plazo.
Con respecto a las plantas, existe cierta contradicción, pues aunque el níquel es tóxico para la vida vegetal, también es un micronutriente esencial para su desarrollo. Se requiere en cantidades extremadamente pequeñas para un óptimo crecimiento de las plantas.
- Cotton, F. Albert and Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Andrade, T.M. et al. (2018). Effect of Precipitating Agents on the Structural, Morphological, and Colorimetric Characteristics of Nickel Hydroxide Particles. Colloid and Interface Science Communications. 23 (2019) 6-13. Recuperado de sciencedirect.com.
- Haoran Wang and Changjiang Song. (2019). Electronic and phonon structure of nickel hydroxide: first-principles calculation study. Eur. Phys. J. B (2019) 92:37. Recuperado de link.springer.com.
- National Library of Medicine. (2019). Nickel Hydroxyde. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Canevari, T.C. (2014). Synthesis and characterization of alfa-nickel (II) hydroxide particles on organic-inorganic matrix and its application in a sensitive electrochemical sensor for vitamin D determination. Electrochimica Acta 147 (2014) 688-695. Recuperado de sciencedirect.com.
- Miao, Y. et al. (2014). Electrocatalysis and electroanalysis of nickel, its oxides, hydroxides and oxyhydroxides toward small molecules. Biosensors and Bioelectronics. 53 (2014) 428-439. Recuperado de sciencedirect.com.