KOBALTAS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PRITAIKYMAI - CHEMIJA - 2025

Kobalto yra pereinamasis metalas, priklausančių grupei, VIIIb periodinės lentelės ir kurio cheminis simbolis yra Co yra kietas mėlyna - pilka (priklausomai nuo priemaišų) nustatė, visoje žemėje 's plutos; nors jo koncentracija vargu ar sudaro 25 ppm arba 0,001%.

Šis metalas yra svarbus atrajotojų mitybos mikroelementas. Tai taip pat yra vitamino B ₁₂ branduolio dalis , reikalinga eritrocitų brendimui. Vitamino B ₁₂ struktūra panaši į hemo grupės hemoglobino struktūrą; bet su Co vietoj tikėjimo.

Metalinio kobalto pavyzdys. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Gamtoje kobaltas paprastai nėra grynas, o sudėtingose ​​mineralinėse matricose, tokiose kaip: kobalitas, skutteruditas, eritritas ir kt. Šiuose mineraluose kobaltas paprastai derinamas su nikliu, geležimi arba arsenu.

Pavadinimas „kobaltas“ yra kilęs iš vokiško kobalto, kuris savo ruožtu kilo iš kobolto - vardo, kurį kalnakasiai davė mineralinėms rūdoms, kurios gamino mėlynus dažus ir turėjo mažai žinomų metalų; Rūdos, kurias, verta paminėti, sukėlė apsinuodijimą.

Kobaltas, be kitų metalų, randamas rūdose, taip pat nikelio, geležies ir vario. Todėl jis negali būti gaunamas grynas ir norint jį išvalyti, reikia intensyvaus tobulinimo, kol jis bus praktiškai naudojamas.

Jį atrado švedų chemikas Georgas Brandtas 1730–1740 m. Tai buvo pirmasis metalas, atrastas nuo priešistorės. Brandtas atkreipė dėmesį, kad kobaltas buvo atsakingas už mėlyną keramikos ir stiklo atspalvį; o ne bismutas, kaip buvo manoma iki tol.

Kobaltas turi 29 izotopus. ⁵⁹ Co "yra stabili ir sudaro beveik 100% iš kobalto izotopų; likę 28 yra radioizotopai. Tai apima ⁶⁰ Co, naudojamų vėžiui gydyti. Tai yra magnetinis elementas, išsaugodamas savo magnetizmą aukštoje temperatūroje. Ši savybė leido jai sudaryti lydinius, tokius kaip vadinamasis Alinco, naudojamas garsiakalbiuose, mikrofonuose, radijo signaluose ir kt.

Istorija

Antika

Kobaltas buvo naudojamas dar 2000–3000 m. Pr. Kr., Egiptiečiai, persai ir kinų dinastijos jį naudojo gamindami savo skulptūras ir keramiką. Tai suteikė mėlyną spalvą, taip vertinamą meno kūriniuose ir naudojimo gaminiuose.

Egiptiečiai (1550–1292 m. Pr. Kr.) Tikriausiai buvo pirmieji žmonės, kurie naudojo kobaltą, norėdami suteikti stiklui mėlyną spalvą.

Kobaltas nėra išskirtas rūdose, bet esant mineralams su nikeliu, variu ir arsenu.

Bandant išlydyti varį nikeliu, buvo gaminamas arseno oksidas, labai nuodingos dujos, kurios buvo kalnakasių nuodijimo priežastis.

Atradimas

Maždaug 1735 m. Kobaltas buvo atrastas švedų chemiko Georgo Brandto, kuris suprato, kad būtent kobaltas yra metalas, suteikiantis mėlyną keramikos ir stiklo spalvą.

Tai buvo pirmasis metalas, atrastas nuo senų senovės. Nuo to laiko žmogus naudojo daugybę metalų, tokių kaip geležis, varis, sidabras, alavas, auksas ir kt. Daugeliu atvejų nežinoma, kada jie buvo pradėti naudoti.

Kalnakasybos produkcija

Europoje prasidėjo pirmoji kobalto kasyba pasaulyje, o Norvegija buvo pirmoji kobalto mėlynos spalvos gamintoja; aliuminio oksido ir kobalto junginys, taip pat emalis (kobalto stiklo milteliai), naudojamas kaip pigmentas keramikoje ir dažuose.

Kobbalto gamybos apimtys persikėlė į Naująją Kaledoniją (1864 m.) Ir Kanadą (1904 m.), Ontarijo regione, nes tose šalyse buvo rasta indėlių.

Vėliau dabartinė Kongo Demokratinė Respublika (1913 m.) Tapo pagrindine kobalto gamintoja pasaulyje dėl didelių indėlių atradimo Katangos regione. Šiuo metu ši šalis kartu su Kanada ir Australija yra viena pagrindinių kobalto gamintojų.

Tuo tarpu ROC yra pagrindinis pasaulyje rafinuoto kobalto gamintojas, importuojantis metalą iš Kongo Demokratinės Respublikos rafinuoti.

1938 m. John Livinglood ir Glenn Seaborg pasiekė gamybą ⁶⁰ Co atominiame reaktoriuje ; Radioaktyvus izotopas, naudojamas medicinoje vėžiui gydyti.

Kobalto struktūra ir elektronų konfigūracija

Kobaltas, kaip ir kiti metalai, palaiko savo atomus per metalinę jungtį. Jėga ir suspaudimas yra tokie, kad jie sukuria metalo kristalą, kuriame yra elektronų banga ir laidumo juostos, paaiškinančios jų elektrinį ir šilumos laidumą.

Mikroskopiškai analizuojant kobalto kristalus, bus nustatyta, kad jie turi kompaktišką šešiakampę struktūrą; yra CoAB atomų trikampiai, išdėstyti ABAB … sluoksniuose, sudarantys trikampio formos prizmes su sujungtais sluoksniais, kurie savo ruožtu žymi šeštąją šešiakampio dalį.

Tokia struktūra yra daugelyje kobalto mėginių esant žemesnei kaip 450 ° C temperatūrai. Tačiau, pakilus temperatūrai, prasideda perėjimas tarp dviejų kristalografinių fazių: kompaktiško šešiakampio (hcp) ir į veidą orientuoto kubo (fcc, akronimas angliškai: face-centered cubic).

Perėjimas vyksta lėtai, todėl ne visi šešiakampiai kristalai tampa kubiniai. Taigi aukštoje temperatūroje kobaltas gali turėti abi kristalines struktūras; ir tada jo savybės nebėra vienodos visam metalui.

Krištolo karoliukų dydis

Kristalų struktūra nėra visiškai tobula; jame gali būti nelygumų, kurie apibūdina skirtingo dydžio kristalinius grūdus. Kuo jie mažesni, tuo lengvesnis metalas ar kempinė. Kita vertus, kai grūdai yra dideli, metalas taps kietas ir kietas.

Kobalto detalė yra tai, kad ne tik grūdai keičia metalo išorinę išvaizdą, bet ir jo kristalinė struktūra. Esant žemesnei kaip 450ºC, turėtų vyrauti hcp struktūra; bet kai grūdai yra maži, kaip ir putojančiame kobalte, dominuojanti struktūra yra fcc.

Priešingai, kai grūdai yra dideli: fcc struktūra dominuoja virš hcp. Tai prasminga, nes dideli grūdai yra sunkesni ir daro didesnį spaudimą vienas kitam. Esant aukštesniam slėgiui, Co atomai kompaktiškiau pasirenka hcp struktūrą.

Esant aukštai temperatūrai (T> 1000ºC), vyksta tik aprašyti perėjimai; tačiau pūlingo kobalto atveju nedidelė jo kristalų dalis tampa šešiakampė, o dauguma ir toliau yra kubiniai.

Stabilūs hcp nanokristalai

Ispanijos tiriamajame darbe (Peña O'shea V. ir kt., 2009) buvo įrodyta, kad įmanoma susintetinti šešiakampius kobalto nanokristalus, galinčius atlaikyti artimą 700ºC temperatūrą, neperėjus į fcc fazę.

Norėdami tai padaryti, tyrėjai sumažino kobalto oksidų pavyzdžius kartu su CO ir H ₂ ir nustatė, kad hcp nanokristalų stabilumas priklauso nuo anglies nanopluošto dangos.

Elektroninė konfigūracija ir oksidacijos būsenos

Kobalto elektronų konfigūracija yra:

3d ⁷ 4s ²

Taigi teoriškai jis gali prarasti iki devynių elektronų iš savo valentinio apvalkalo; bet tai neįvyksta (bent jau normaliomis sąlygomis), taip pat nesudaromas Co ⁹⁺ katijonas .

Jo oksidacijos būsenos yra: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, pagrindinės yra +2 ir +3.

Savybės

Fizinė išvaizda

Tvirtas, blizgus, melsvai pilkas metalas. Poliruotas kobaltas yra sidabriškai baltas su melsvu atspalviu.

Atominis svoris

58,933 g / mol.

Atominis skaičius

27

Periodinė elementų lentelė

Tai pereinamasis metalas, priklausantis 9 grupei (VIIIB), 4 laikotarpiui.

Lydymosi temperatūra

1,768 K (1,495 ° C, 2,723 ° F).

Virimo taškas

3200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Tankis kambario temperatūroje

8,90 g / cm ³ .

Lydymosi šiluma

16,06 kJ / mol.

Garinimo šiluma

377 kJ / mol.

Molinė kalorinė talpa

24,81 J / mol K

Garso greitis

4720 m / s (matuojant ant metalinio strypo).

Kietumas

5.0 pagal Moho skalę.

Magnetizmas

Tai yra vienas iš trijų feromagnetinių elementų kambario temperatūroje. Kobalto magnetai išlaiko savo magnetizmą net 1,121ºC (2 050ºF) temperatūroje.

Elektronegatyvumas

1,88 pagal Paulingo skalę.

Jonizacijos energija

Pirmasis jonizacijos lygis: 740,4 kJ / mol.

Antrasis jonizacijos lygis: 1648 kJ / mol.

Trečiasis jonizacijos lygis: 3,232 kJ / mol.

Atominis radijas

125 val.

Atomo tūris

6,7 cm ³ / mol.

Reakcijos

Kobaltas lėtai ištirpsta praskiestose mineralinėse rūgštyse. Jis nėra tiesiogiai derinamas su vandeniliu ar azotu, tačiau kaitinant jis dera su anglimi, fosforu ir siera. Jis jungiasi su deguonimi, esančiu vandens garuose esant aukštai temperatūrai.

Aktyviai reaguoja su 15 M azoto rūgštimi, sudarydamas kobalto nitratą, Co (NO ₃ ) ₂ . Reaguoja silpnai su druskos rūgštimi, kad susidarytų kobalto chlorido, COCl ₂ . Kobaltas nesudaro hidridų.

Tiek Co ^+2, tiek Co ⁺³ sudaro daugybę koordinavimo kompleksų, laikomi vienu iš metalų, turinčių daugiausia šių kompleksų.

Programos

Lydiniai

Kobalto lydiniai naudojami reaktyvinių variklių ir dujų turbinų variklių gamyboje. Lydinys, vadinamas Alinco, sudarytas iš aliuminio, nikelio ir kobalto, pasižymi stipriomis magnetinėmis savybėmis. „Alinco“ magnetai naudojami klausos priemonėse, kompasuose ir mikrofonuose.

Vadinamieji pjovimo įrankiai gaminami iš stellito lydinių, pagamintų iš kobalto, chromo ir volframo. Superlengvųjų lydinių lydymosi temperatūra yra artima kobalto lydymosi temperatūrai ir pasižymi dideliu kietumu, jie naudojami gaminant mažai išsiplečiančius įrankius.

Keramika, skulptūros ir stiklas

Akiniai akiniai su kobaltu. Šaltinis: Pxhere.

Nuo seniausių laikų kobaltas buvo naudojamas daugybėje kultūrų, kad jų menai ir dekoratyviniai darbai taptų mėlynu atspalviu. Šia prasme buvo naudojami oksidai: kobaltas, CoO ir kobaltas, Co ₃ O ₄ .

Kobalto oksidai, be jų naudojimo gaminant keramiką, stiklus ir emalius, naudojami katalizatoriams gaminti.

Gydytojai

Kobalt-60 ( ⁶⁰ Co) - radioaktyvusis izotopas, skleidžiantis beta (β) ir gama (γ) spinduliuotę. Γ radiacija yra elektromagnetinė spinduliuotė, todėl ji turi galimybę įsiskverbti į audinius ir pasiekti vėžio ląsteles, tokiu būdu sudarydama sąlygas jas išnaikinti.

Vėžinės ląstelės yra ląstelės, kurios greitai dalijasi, todėl jos yra jautresnės jonizuojančiai radiacijai, kuri smogia į jų branduolį, pažeisdama genetinę medžiagą.

⁶⁰ Co., kaip ir kitų radioaktyviųjų izotopų, naudojamas medžiagų sterilizavimo, kurios yra naudojamos medicinos praktikoje.

Kobaltas, taip pat titanas ir nerūdijantis plienas, taip pat naudojamas gaminant ortopedinius implantus. Didelėje klubo sąnario endoprotezų dalyje yra šlaunikaulio kobalto-chromo stiebai.

Alternatyvi energija

Kobaltas naudojamas pagerinti įkraunamų baterijų veikimą, atliekant naudingą vaidmenį hibridinėse transporto priemonėse.

Galvanizacija

Kobaltas yra naudojamas metaliniams paviršiams padengti, kurių apdaila gerai apsaugo juos nuo oksidacijos. Pavyzdžiui, kobalto sulfatas, pavyzdžiui , CoSO ₄ , yra pagrindinis kobalto junginys, naudojamas šiuo atžvilgiu.

Laboratorijose

Cobaltous chloridas, COCl ₂ .6H ₂ O, yra naudojamas kaip drėgmės rodiklis Desiccators. Tai rausva kieta medžiaga, kuri drėkinant keičiasi į mėlyną spalvą.

Biologinis vaidmuo

Kobaltas yra aktyviosios vitamino B ₁₂ (cianokobalamino), kuris yra susijęs su eritrocitų brendimu, dalis. Jos nebuvimas sukelia mažakraujystę, kuriai būdingas didelių eritrocitų, žinomų kaip megaloblastai, kraujo apytaka.

Kur tai yra

Žemės pluta

Kobaltas yra plačiai paplitęs visoje žemės plutoje; nors jo koncentracija yra labai maža, vertinant, kad ji sudaro 25 ppm žemės plutos. Tuo tarpu visoje Saulės sistemoje santykinė jo koncentracija yra 4 ppm.

Mažais kiekiais jo randama nikelio-geležies kompleksuose, būdingiems žemei ir meteoritams. Jis taip pat randamas kartu su kitais elementais ežeruose, upėse, jūrose, augaluose ir gyvūnuose.

Vitaminas B

Be to, tai yra svarbus atrajotojų mitybos elementas ir jame yra vitamino B ₁₂ , reikalingo eritrocitų brendimui. Kobaltas gamtoje paprastai nėra išskirtas, bet randamas skirtinguose mineraluose kartu su kitais elementais.

Mineralai

Kobalto mineralai yra šie: kobaltitas kartu su arsenu ir siera; eritritas, susidaręs iš arseno ir hidrato kobalto; glaukodotas, sudarytas iš kobalto, geležies, arseno ir sieros; ir skutteruditą, kurį sudaro kobaltas, nikelis ir arsenas.

Be to, galima pastebėti šiuos papildomus kobalto mineralus: linnaelitą, emalį ir heterogenitą. Kobalte mineralus daugiausia sudaro nikelis, arsenas ir geležis.

Dažniausiai kobaltas nėra išgaunamas iš rūdų, kuriuose jo yra, bet yra nikelio, geležies, arseno, vario, mangano ir sidabro kasybos šalutinis produktas. Norint išgauti ir išskirti kobaltą iš šių mineralų, reikalingas sudėtingas procesas.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2019 m.). Kobaltas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. A. Owenas ir D. Madocas Jone'as. (1954). Grūdų dydžio įtaka kobalto kristalų struktūrai. Proc. Fizinis soc. B 67 456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
3. Víctor A. de la Peña O′Shea, Pilar Ramírez de la Piscina, Narcis Homs, Guillem Aromí ir José LG Fierro. (2009). Šešiakampių uždarų kobalto nanodalelių, stabilių esant aukštai temperatūrai, plėtra. Medžiagų chemija 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2019 m. Vasario 02 d.). Kobalto faktai ir fizinės savybės. „ThoughtCo“. Atgauta iš: thinkco.com
5. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2019 m. Birželio 8 d.). Kobaltas. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobaltas. Atkurta iš: lookchem.com
7. Ančiukai. (2019 m.). Elementai vaikams: kobaltas. Atkurta iš: ducksters.com