Estrutura, propriedades e usos do hidróxido de cobalto

O hidróxido de cobalto é o nome genérico para todos os compostos onde os cátions cobalto e o anião OH participam^-. Todos são de natureza inorgânica e têm a fórmula química Co (OH)_n, onde n é igual à valência ou carga positiva do centro de metal cobalto.

Como o cobalto é um metal de transição com orbitais atômicos meio cheios, por meio de algum mecanismo eletrônico, seus hidróxidos refletem cores intensas devido às interações Co-O. Essas cores, assim como as estruturas, dependem muito de sua carga e das espécies aniônicas que competem com o OH^-.

Cores e estruturas não são as mesmas para Co (OH)₂, o Co (OH)₃ ou para o CoO (OH). A química subjacente a todos estes compostos destina-se à síntese de materiais aplicados à catálise.

Por outro lado, embora possam ser complexos, a formação de grande parte deles parte de um ambiente básico; como o fornecido pela forte base de NaOH. Assim, diferentes condições químicas podem oxidar cobalto ou oxigênio.

Índice

• 1 estrutura química
  • 1.1 Covalente
  • 1.2 Unidades de coordenação
• 2 Imóveis
  • 2.1 Hidróxido de cobalto (II)
  • 2.2 hidróxido de cobalto (III)
• 3 Produção
• 4 usos
  • 4.1 Síntese de nanomateriais
• 5 referências

Estrutura química

Quais são as estruturas do hidróxido de cobalto? Sua fórmula geral Co (OH)_n é interpretado ionicamente da seguinte maneira: em uma rede cristalina ocupada por um número Co^{n +}, haverá n vezes essa quantidade de aniões OH^- interagindo com eles eletrostaticamente. Então, para o Co (OH)₂ haverá dois OH^- para cada cation Co²⁺.

Mas isso não é suficiente para prever qual é o sistema cristalino que esses íons irão adotar. Por raciocínio das forças culómbicas, o Co³⁺ atrai os OHs com maior intensidade^- em comparação com Co²⁺.

Esse fato faz com que as distâncias ou a ligação Co-OH (mesmo com seu alto caráter iônico) diminuam. Além disso, como as interações são mais fortes, os elétrons nas camadas externas da Co³⁺ eles sofrem uma mudança energética que os força a absorver fótons com diferentes comprimentos de onda (o sólido escurece).

No entanto, essa abordagem é insuficiente para esclarecer o fenômeno da mudança de cores dependendo da estrutura.

O mesmo vale para o oxihidróxido de cobalto. Sua fórmula CoO · OH é interpretada como uma c³⁺ interagindo com um ânion ferrugem, OU^2-e um OH^-. Este composto representa a base para sintetizar um óxido de cobalto misturado: Co₃O₄ [CoO · Co₂O₃].

Covalente

Os hidróxidos de cobalto também podem ser visualizados, embora menos precisos, como moléculas individuais. O Co (OH)₂ pode então ser desenhado como uma molécula linear OH-Co-OH, e Co (OH)₃ como um triângulo plano.

Com respeito a CoO (OH), sua molécula desta abordagem seria desenhada como O = Co-OH. O anião O^2- forma uma ligação dupla com o átomo de cobalto, e outra ligação simples com o OH^-.

No entanto, as interações entre essas moléculas não são fortes o suficiente para "armar" as estruturas complexas desses hidróxidos. Por exemplo, o Co (OH)₂ Pode formar duas estruturas poliméricas: alfa e beta.

Ambos são laminares, mas com diferentes ordenações das unidades, e também são capazes de pequenos ânions intercalares, como CO₃^2-entre suas camadas; que é de grande interesse para o design de novos materiais a partir de hidróxidos de cobalto.

Unidades de coordenação

As estruturas poliméricas podem ser melhor explicadas se um octaedro de coordenação ao redor dos centros de cobalto for considerado. Para o Co (OH)₂, como tem dois ânions OH^- interagindo com Co²⁺, precisa de quatro moléculas de água (se foi utilizada NaOH aquosa) para completar o octaedro.

Assim, o Co (OH)₂ é na verdade Co (H₂O)₄(OH)₂. Para este octaedro formar polímeros, ele requer ligação por meio de pontes de oxigênio: (OH) (H₂O)₄Co-O-Co (H₂O)₄(OH) A complexidade estrutural aumenta para o caso de CoO (OH), e ainda mais para Co (OH)₃.

Propriedades

Hidróxido de cobalto (II)

-Fórmula: Co (OH)₂.

Taxa de molar: 92.948 g / mol.

-Aparência: pó vermelho-marrom ou pó vermelho. Há uma forma azul instável da fórmula α-Co (OH)₂

-Densidade: 3,597 g / cm³.

-Solubilidade em água: 3,2 mg / l (pouco solúvel).

-Solúvel em ácidos e em amônio. Insolúvel em álcalis diluídos.

Ponto de fusão: 168º C.

Sensibilidade: sensível ao ar.

-Estabilidade: é estável.

Hidróxido de cobalto (III)

-Fórmula: Co (OH)₃

Mobilidade molecular: 112,98 g / mol.

-Aparência: dois formulários. Uma forma estável preto-marrom e uma forma verde escura instável, com tendência a escurecer.

Produção

A adição de hidróxido de potássio a uma solução de nitrato de cobalto (II) resulta no aparecimento de um precipitado azul-violeta que, quando aquecido, se transforma em Co (OH)₂, isto é, hidróxido de cobalto (II).

O Co (OH)₂ precipita quando um hidróxido de metal alcalino é adicionado a uma solução aquosa de um sal de Co²⁺

Co²⁺ + 2 NaOH => Co (OH)₂ + 2 Na⁺

Usos

-É usado na preparação de catalisadores para seu uso no refino de petróleo e na indústria petroquímica. Além disso, Co (OH) é usado₂ na preparação de sais de cobalto.

-O hidróxido de cobalto (II) é usado na fabricação de secadores de tinta e na fabricação de eletrodos de bateria.

Síntese de nanomateriais

Os hidróxidos de cobalto são a matéria-prima para a síntese de nanomateriais com estruturas novas. Por exemplo, de Co (OH)₂ Nanocopes deste composto foram projetados, com uma grande área de superfície para participar como um catalisador em reações oxidativas. Esses nanocopes são impregnados em eletrodos porosos de níquel ou carbono cristalino.

-Temos procurado implementar nanobars de hidróxidos de carbonato com carbonato intercalado em suas camadas. Eles aproveitam a reação oxidativa do Co²⁺ Co³⁺, provando ser um material com potenciais aplicações eletroquímicas.

-Estudos sintetizaram e caracterizaram, por técnicas de microscopia, nanodiscos mistos de óxido de cobalto e oxihidróxido, a partir da oxidação dos hidróxidos correspondentes a baixas temperaturas.

Barras, discos e flocos de hidróxido de cobalto com estruturas em escala nanométrica, abrem as portas para melhorias dentro do mundo da catálise e, também, de todas as aplicações relacionadas à eletroquímica e ao uso máximo de energia elétrica em aparelhos modernos.

Referências

1. Clark J. (2015). Cobalto Retirado de: chemguide.co.uk
2. Wikipédia. (2018) Hidróxido de cobalto (II). Retirado de: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2018) Cobaltico Hidróxido. Retirado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Rovetta AAS e col. (11 de julho de 2017). Nanoflakes de hidróxido de cobalto e sua aplicação como supercapacitores e catalisadores de evolução de oxigênio. Retirado de: ncbi.nlm.nih.gov
5. D. Wu, S. Liu, S. M. Yao e X. P. Gao. (2008). Desempenho Eletroquímico de Nanorods de Carbonato de Hidróxido de Cobalto. Eletroquímica e Solid State Letters, 11 12 A215-A218.
6. Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens e Ray L. Frost. (2010). Síntese e Caracterização de Nanodiscos de Hidróxido de Cobalto, Oxi-hidróxido de Cobalto e Óxido de Cobalto. Retirado de: pubs.acs.org