- Structure chimique
- Covalent
- Unités de coordination
- Propriétés
- Hydroxyde de cobalt (II)
- Hydroxyde de cobalt (III)
- Production
- Applications
- Synthèse de nanomatériaux
- Références
L' hydroxyde de cobalt est le nom générique de tous les composés dans lesquels les cations de cobalt et l'anion OH sont impliqués -. 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 métallique du cobalt.
Comme le cobalt est un métal de transition avec des orbitales atomiques à moitié pleines, ses hydroxydes réfléchissent par un mécanisme électronique des couleurs intenses en raison des interactions Co-O. Ces couleurs, ainsi que les structures, sont fortement dépendantes de leur charge et des espèces anioniques qui rivalisent avec les OH -.
Source: Par Chemicalinterest, de Wikimedia Commons
Les couleurs et les structures ne sont pas les mêmes pour Co (OH) 2, Co (OH) 3 ou pour CoO (OH). La chimie derrière tous ces composés entre dans la synthèse des matériaux appliqués à la catalyse.
En revanche, bien qu'ils puissent être complexes, la formation d'une grande partie d'entre eux part d'un environnement basique; tel que fourni par la base forte NaOH. Par conséquent, différentes conditions chimiques peuvent oxyder le cobalt ou l'oxygène.
Structure chimique
Quelles sont les structures de l'hydroxyde de cobalt? Sa formule générale Co (OH) n s'interprète ioniquement comme suit: dans un réseau cristallin occupé par un certain nombre de Co n +, il y aura n fois cette quantité d'anions OH - interagissant avec eux électrostatiquement. Ainsi, pour Co (OH) 2, il y aura deux OH - pour chaque cation Co 2+.
Mais cela ne suffit pas pour prédire quel système cristallin ces ions adopteront. En raisonnant des forces de Coulomb, Co 3+ attire OH avec une plus grande intensité - par rapport à Co 2+.
Ce fait provoque un raccourcissement des distances ou de la liaison Co-OH (même avec son caractère ionique élevé). De plus, parce que les interactions sont plus fortes, les électrons des couches externes de Co 3+ 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 clarifier le phénomène du changement de leurs couleurs en fonction de la structure.
Il en va de même pour l'oxyhydroxyde de cobalt. Sa formule CoO · OH est interprétée comme un cation Co 3+ interagissant avec un anion oxyde, O 2– et un OH -. Ce composé représente la base de la synthèse d'un oxyde mixte de cobalt: Co 3 O 4.
Covalent
Les hydroxydes de cobalt peuvent également être visualisés, quoique moins précisément, sous forme de molécules individuelles. 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 tirée comme O = Co - OH. L'anion O 2– forme une double liaison avec l'atome de cobalt et une autre liaison simple avec l'OH -.
Cependant, les interactions entre ces molécules ne sont pas suffisamment fortes pour «armer» les structures complexes de ces hydroxydes. Par exemple, Co (OH) 2 peut former deux structures polymériques: alpha et bêta.
Les deux sont laminaires mais avec un ordre différent des unités, et ils sont également capables d'intercaler de petits anions, tels que le CO 3 2–, entre leurs 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 en considérant un octaèdre de coordination autour des centres de cobalt. Pour Co (OH) 2, comme il a deux anions OH - interagissant avec Co 2+, il a besoin de quatre molécules d'eau (si NaOH aqueux a été utilisé) pour compléter l'octaèdre.
Ainsi, Co (OH) 2 est en fait Co (H 2 O) 4 (OH) 2. Pour que cet octaèdre forme des polymères, il doit être lié par des ponts oxygène: (OH) (H 2 O) 4 Co - O - Co (H 2 O) 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.
- Masse molaire: 92,948 g / mol.
-Apparence: poudre rouge rosé ou poudre rouge. Il existe une forme bleue instable de formule α-Co (OH) 2
-Densité: 3597 g / cm 3.
-Solubilité dans l'eau: 3,2 mg / l (légèrement soluble).
-Soluble dans les acides et l'ammoniaque. Insoluble dans un alcali dilué.
-Point de fusion: 168 ° C
-Sensibilité: sensible à l'air.
-Stabilité: elle est stable.
Hydroxyde de cobalt (III)
-Formule: Co (OH) 3
-Masse moléculaire: 112,98 g / mol.
-Apparence: deux formes. Une forme brun noir stable et une forme vert foncé instable avec une tendance à s'assombrir.
Production
L'ajout d'hydroxyde de potassium à une solution de nitrate de cobalt (II) entraîne l'apparition d'un précipité bleu-violet qui, lorsqu'il est chauffé, devient Co (OH) 2, c'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 Co 2+
Co 2+ + 2 NaOH => Co (OH) 2 + 2 Na +
Applications
-Il est utilisé dans la production de catalyseurs destinés au raffinage du pétrole et à l'industrie pétrochimique. De plus, Co (OH) 2 est utilisé dans la préparation de sels de cobalt.
-L'hydroxyde de cobalt (II) est utilisé dans la fabrication de séchoirs à peinture et dans la fabrication d'électrodes de batterie.
Synthèse de nanomatériaux
-Les hydroxydes de cobalt sont la matière première pour la synthèse de nanomatériaux avec de nouvelles structures. Par exemple, à partir de Co (OH) 2, des nanocopes de ce composé ont été conçus, avec une grande surface spécifique pour participer en tant que catalyseur aux réactions d'oxydation. Ces nanocopes sont imprégnés sur des électrodes poreuses en nickel ou en carbone cristallin.
-Il a été cherché à mettre en œuvre des nanobars d'hydroxyde de carbonate avec du carbonate pris en sandwich dans leurs couches. En eux, la réaction oxydative du Co 2+ en Co 3+ est utilisée, se révélant être un matériau avec des applications électrochimiques potentielles.
-Des études ont synthétisé et caractérisé, au moyen de techniques de microscopie, des nanodisques d'oxyde de cobalt mixte et d'oxyhydroxyde, à partir de l'oxydation des hydroxydes correspondants à basse température.
Les barres, disques et paillettes d'hydroxyde de cobalt avec des structures à l'échelle nanométrique, ouvrent les portes à des améliorations dans le monde de la catalyse et, aussi, de toutes les applications concernant l'électrochimie et l'utilisation maximale de l'énergie électrique dans les appareils modernes.
Références
- Clark J. (2015). Cobalt. Tiré de: chemguide.co.uk
- Wikipédia. (2018). Hydroxyde de cobalt (II). Tiré de: en.wikipedia.org
- PubChem. (2018). Cobaltique. Hydroxyde. Tiré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Rovetta AAS et col. (11 juillet 2017). Nanoflocons d'hydroxyde de cobalt et leur application comme supercondensateurs et catalyseurs de dégagement d'oxygène. Récupéré de: ncbi.nlm.nih.gov
- D. Wu, S. Liu, SM Yao et XP Gao. (2008). Performance électrochimique des nanorods carbonates d'hydroxyde de cobalt. Lettres électrochimiques et à semi-conducteurs, 11 12 A215-A218.
- Jing Yang, Hongwei Liu, Wayde N. Martens et Ray L. Frost. (2010). Synthèse et caractérisation des nanodisques d'hydroxyde de cobalt, d'oxyhydroxyde de cobalt et d'oxyde de cobalt. Récupéré de: pubs.acs.org