Hidróxido de níquel (III): estructura, propiedades, usos, riesgos
El hidróxido de níquel (III) es un compuesto inorgánico donde el metal níquel posee un número de oxidación de 3+. Su fórmula química es Ni(OH)3. Según las fuentes consultadas, hasta ahora no se ha podido constatar la existencia del hidróxido de níquel (III) Ni(OH)3, pero sí se ha logrado obtener el oxo-hidróxido de níquel (III), NiO(OH).
El oxohidróxido de níquel (III) NiO(OH) es un sólido cristalino negro que cristaliza en dos formas: la forma beta y la gamma. La forma cristalina más común del NiO(OH) es la beta.
El NiO(OH) se puede obtener mediante la oxidación de soluciones de nitrato de níquel (II) (Ni(NO3)2) con cloro (Cl2) o bromo (Br2) en presencia de hidróxido de potasio (KOH). El oxohidróxido de níquel (III) es muy soluble en ácidos. Posee aplicación en las baterías de níquel, en supercondensadores y como catalizador regenerable.
El oxo-hidróxido de níquel (III) NiO(OH) y el hidróxido de níquel (II) Ni(OH)2 se encuentran unidos en el funcionamiento de la mayoría de sus aplicaciones, pues ambos forman parte de la misma ecuación de óxido-reducción.
Por ser un compuesto de níquel, el NiO(OH) presenta los mismos riesgos de otras sales de níquel, esto es, irritación de la piel o dermatitis y cáncer.
Índice del artículo
- 1 Estructura cristalina
- 2 Configuración electrónica
- 3 Nomenclatura
- 4 Propiedades
- 5 Usos
- 6 Riesgos
- 7 Referencias
El oxohidróxido de níquel (III) cristaliza en dos formas: la beta y la gamma. La forma beta β-NiO(OH) presenta una estructura muy similar al β-Ni(OH)2, lo cual parece lógico pues la primera proviene de la oxidación de esta última.
La forma gamma γ-NiO(OH) es el producto de oxidación del hidróxido de níquel (II) en su forma alfa, α-Ni(OH)2. Al igual que esta última, la gamma posee una estructura de capas con iones de metales alcalinos, aniones y agua intercalados entre las capas.
En el NiO(OH) el níquel se encuentra en el estado de oxidación 3+, lo que significa que le faltan 3 electrones a sus capas más externas, esto es, faltan dos electrones de la capa 4s y un electrón de la capa 3d. La configuración electrónica del Ni3+ en el NiO(OH) es: [Ar] 3d7, donde [Ar] es la configuración electrónica del gas noble argón.
– NiO(OH): Oxohidróxido de níquel (III)
– Negro de níquel
Sólido cristalino negro.
El oxohidróxido NiO(OH) es muy soluble en ácidos. La fase gamma se disuelve en ácido sulfúrico con evolución de oxígeno.
En agua caliente se convierte en un oxohidróxido de níquel (II) y (III), Ni3O2(OH)4.
Se descompone a 140 ºC en óxido de níquel (II) (NiO), agua y oxígeno.
La fase gamma (γ-NiO(OH)) se puede obtener de varias formas, por ejemplo, tratando níquel con una mezcla fundida de peróxido de sodio (Na2O2) e hidróxido de sodio (NaOH) a 600 ºC y enfriando en agua helada.
La fase gamma se descompone al calentar a 138 ºC.
La batería de níquel-hierro de Edison, en la cual se usa KOH como electrolito, se basa en la reacción del oxohidróxido de níquel (III) con hierro:
Descarga:
Fe + 2NiO(OH) + H2O ⇔ Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2
Carga:
Es una reacción de óxido-reducción reversible.
En el ánodo de estas baterías ocurre una serie de procesos químicos y electroquímicos. A continuación se presenta un esquema general:
Descarga
β-Ni(OH)2 ⇔ β-NiO(OH) + H+ + e–
Carga
Envejecimiento ↑ ↓ Sobrecarga
Descarga
α-Ni(OH)2 ⇔ γ-NiO(OH) + H+ + e–
Carga
En la tecnología de baterías de níquel, el oxohidróxido de níquel (III) NiO(OH) es denominado “masa activa de níquel”.
El NiO(OH) se ha empleado con éxito en la electrosíntesis de azopirazoles, mediante la oxidación electrocatalítica de aminopirazoles. También se ha comprobado su utilidad en la síntesis de ácidos carboxílicos partiendo de alcoholes o compuestos carbonílicos.
Otro ejemplo es el de la conversión cuantitativa de hidroximetilpiridina a un ácido piridinocarboxílico. En este caso, el electrodo de acero o de níquel correspondiente al ánodo se recubre con una capa de NiO(OH). El medio en el que se realiza la electrólisis es alcalino.
En estas reacciones el NiO(OH) actúa como mediador de reducción-oxidación, o mediador “redox”.
La electrólisis se realiza en una celda con ánodo de níquel y cátodo de titanio, en medio alcalino. Durante el proceso se forma Ni(OH)2 en la superficie del ánodo de níquel, el cual es oxidado rápidamente a NiO(OH):
Ni(OH)2 + OH–– e– ⇔ NiO(OH) + H2O
El NiO(OH) reacciona con el substrato orgánico y se obtiene el producto orgánico deseado, regenerándose el Ni(OH)2:
NiO(OH) + compuesto orgánico → Ni(OH)2 + producto
Al regenerarse el Ni(OH)2, se continúa con la reacción de catálisis.
La utilización del NiO(OH) como electrocatalizador permite obtener compuestos orgánicos con bajos costos y de manera ambientalmente amigable.
El NiO(OH) junto con el Ni(OH)2 constituyen excelentes materiales para los electrodos de supercondensadores (del inglés supercapacitors).
Ni(OH)2 + OH– ⇔ NiO(OH) + H2O + e–
Poseen una alta capacitancia, bajo costo y, según algunas referencias, bajo impacto ambiental.
Sin embargo, poseen baja conductividad. Esto se soluciona empleando nanopartículas de dichos compuestos, ya que así aumenta el área superficial y disminuye la distancia requerida para la difusión, lo que asegura una alta velocidad de transferencia de electrones y/o iones.
Una de las aplicaciones comerciales del oxohidróxido de níquel (III) se basa en su habilidad para oxidar iones cobalto (II) en solución a iones cobalto (III).
En solución el níquel es más estable como ión Ni2+, por lo tanto no es usual entrar en contacto con soluciones de Ni3+. Sin embargo, las precauciones son las mismas, pues el níquel, ya sea metálico, en solución o en forma de sus sales sólidas, puede causar sensibilización de la piel.
Es recomendable utilizar equipo y ropa protectora, tal como escudo facial, guantes y zapatos de seguridad. Todo esto debe ser utilizado cada vez que exista la posibilidad de entrar en contacto con soluciones de níquel.
Si ocurriese dermatitis, debe tratarse con un médico para descartar que sea causada por el níquel.
En cuanto a la posibilidad de inhalación, es buena práctica mantener muy bajas las concentraciones en aire de polvo de sales de níquel, mediante ventilación local, y utilizar protección respiratoria cuando sea necesario.
Todos los compuestos de níquel están clasificados por la Agencia Internacional de Investigación en Cáncer, o IARC (siglas del inglés International Agency for Research on Cancer), en la categoría de carcinógenos para el ser humano.
Esto está basado en datos epidemiológicos y experimentales.
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