KOBALT: STRUKTURA, SVOJSTVA, PRIMJENA - KEMIJA - 2026

Kobalt je prijelazni metal koji pripada skupini VIIIB periodičkog a čija kemijski simbol Co je plavi - siva (ovisno nečistoće) pronađen je u zemlji „s kore; iako njegova koncentracija teško predstavlja 25 ppm ili 0,001%.

Ovaj metal je bitan element u tragovima u ishrani preživača. Također je dio jezgre vitamina B ₁₂, nužnog za sazrijevanje eritrocita. Vitamin B ₁₂ ima strukturu sličnu strukturi hemoglobina; ali s Co umjesto s Vjerom.

Uzorak metalnog kobalta. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

U prirodi se kobalt obično ne nalazi čist, već unutar složenih mineralnih matrica kao što su: kobaltit, skutterudit, eritrit itd. U tim mineralima kobalt se obično kombinira s niklom, željezom ili arsenom.

Naziv 'kobalt' dolazi od njemačkog kobalta, koji je zauzvrat poticao od kobolta, imena koje su rudari dali mineralnim rudama koje su proizvodile plave boje i imale su malo metala koje su poznavali; Rude koje su, vrijedno je spomenuti, uzrokovale trovanje.

Kobalt se nalazi u rudama, uz nikl, željezo i bakar, među ostalim metalima. Stoga se ne može dobiti čistim i zahtijeva intenzivno rafiniranje da bi se pročistilo dok njegova upotreba nije praktična.

Otkrio ga je švedski kemičar Georg Brandt između 1730. i 1740. To je bio prvi metal otkriven još od prapovijesti. Brandt je istaknuo da je kobalt odgovoran za plavi ton keramike i stakla; a ne bizmut, kao što se do tada vjerovalo.

Kobalt ima 29 izotopa. ⁵⁹ Co stabilna i predstavlja gotovo 100% izotopa kobalta; preostalih 28 su radioizotopi. Oni uključuju ⁶⁰ Co, koji se koristi u liječenju raka. To je magnetski element koji čuva svoj magnetizam na visokim temperaturama. Ovo svojstvo mu je omogućilo stvaranje legura kao što je tzv. Alinco, koje se koristi u zvučnicima, mikrofonima, radijskim rogovima itd.

Povijest

antika

Kobalt je korišten još od 2.000. do 3.000 godina prije Krista. Egipćani, Perzijci i kineske dinastije koristili su ga u izradi svojih skulptura i keramike. Pružao je plavu obojenost tako cijenjenu u umjetničkim djelima i uporabnim predmetima.

Egipćani (1550. - 1292. pr. Kr.) Vjerojatno su bili prvi ljudi koji su koristili kobalt dajući čaši njegovu plavu boju.

Kobalt nije izoliran u rudi, već u prisutnosti minerala s niklom, bakrom i arsenom.

Pri pokušaju topljenja bakra niklom stvarao se arsenikov oksid, vrlo otrovni plin koji je bio uzrok trovanja koji su pretrpjeli rudari.

Otkriće

Otprilike, 1735. godine, kobalt je otkrio švedski kemičar Georg Brandt, koji je shvatio da je kobalt upravo metal koji je doprinio plavoj obojenosti keramike i stakla.

Bio je to prvi metal otkriven još od davnina. Čovjek je od ovog vremena koristio brojne metale poput željeza, bakra, srebra, kositra, zlata itd. U mnogim slučajevima nije poznato kada su se počeli koristiti.

Rudarska proizvodnja

Prvo kopanje kobalta u svijetu započelo je u Europi, a Norveška je bila prvi proizvođač kobaltno plave boje; spoj glinice i kobalta, kao i emajl (stakleno kobaltno staklo), koji se koristi kao pigment u keramici i u boji.

Prevladavanje u proizvodnji kobalta preselilo se u Novu Kaledoniju (1864.) i Kanadu (1904.), u regiji Ontario zbog otkrića ležišta u tim zemljama.

Kasnije je sadašnja Demokratska Republika Kongo (1913.) postala vodeći svjetski proizvođač kobalta zbog otkrića velikih ležišta u regiji Katanga. Trenutno je ova država, zajedno s Kanadom i Australijom, jedan od glavnih proizvođača kobalta.

U međuvremenu, ROC je vodeći svjetski proizvođač rafiniranog kobalta koji uvozi metal iz Demokratske Republike Kongo na rafiniranje.

Godine 1938. John Livinglood i Glenn Seaborg postigli su proizvodnju u atomskom reaktoru od ⁶⁰ Co; Radioaktivni izotop koji se koristi u medicini za liječenje raka.

Struktura i konfiguracija elektrona kobalta

Kobalt, kao i drugi metali, drži svoje atome zajedno kroz metalnu vezu. Sila i kompresija su takvi da uspostavljaju metalni kristal, gdje postoji plima elektrona i provodnih pojasa koji objašnjavaju njihovu električnu i toplinsku provodljivost.

Mikroskopski analizirajući kristale kobalta, ustanovit će se da posjeduju kompaktnu šesterokutnu strukturu; postoje trokuti Co atoma raspoređeni u slojevima ABAB…, tvoreći trokutaste prizme s isprepletenim slojevima, koji zauzvrat predstavljaju šestinu šesterokutnika.

Ova struktura prisutna je za većinu uzoraka kobalta pri temperaturama ispod 450 ° C. Međutim, kada temperatura poraste, započinje prijelaz između dvije kristalografske faze: kompaktne šesterokutne (hcp) i kubne u središtu lica (fcc, za akronim na engleskom: face-centered cubic).

Prijelaz je spor, tako da se svi šesterokutni kristali ne okreću kubično. Dakle, pri visokim temperaturama kobalt može pokazati obje kristalne strukture; i tada njegova svojstva više nisu homogena za sav metal.

Kristalne kuglice veličine

Kristalna struktura nije potpuno savršena; može lučiti nepravilnosti koje definiraju kristalna zrna različitih veličina. Što su manje, metal je ili spužva lakši. S druge strane, kad su zrna velika, metal će postati čvrst i čvrst.

Detalji kobalta su u tome što ne samo zrna mijenjaju vanjski izgled metala, već i njegova kristalna struktura. Ispod 450 ° C struktura hcp trebala bi prevladavati; ali kada su zrna mala, kao u spužvastom kobaltu, dominantna struktura je fcc.

Suprotno se događa kada su zrna velika: fcc struktura dominira nad hcp. To ima smisla jer su krupna zrnca teža i vrše veći pritisak jedni na druge. Pri većim pritiscima, atomi Co više se kompaktni i odlučuju usvojiti hcp strukturu.

Pri visokim temperaturama (T> 1000 ° C) događaju se upravo opisani prijelazi; ali u slučaju spužvastog kobalta, mali dio njegovih kristala postaje šesterokutni, dok većina i dalje ostaje kubičan.

Stabilni hcp nanokristali

U španjolskom istraživačkom radu (Peña O'shea V. i sur., 2009.) pokazano je da je moguće sintetizirati šesterokutni nanokristal kobalta koji može podnijeti temperaturu blizu 700 ° C bez podvrgavanja prijelaza na fazu fcc.

Za to, istraživači su smanjene uzorke kobalt oksida s CO i H ₂, nalaz da HCP nanokristali dužna stabilnost na premazivanje nanovlaknima.

Elektronska konfiguracija i oksidacijska stanja

Konfiguracija elektrona kobalta je:

3d ⁷ 4s ²

Zbog toga teoretski može izgubiti do devet elektrona iz svoje valentne ljuske; ali to se ne događa (barem u normalnim uvjetima), niti ^nastaje kation Co ⁹⁺.

Njegova stanja oksidacije su: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, a glavna su ona +2 i +3.

Svojstva

Fizički izgled

Čvrsti, sjajni, plavo-sivi metal. Polirani kobalt je srebrno bijele boje sa plavkastim tonom.

Atomska težina

58.933 g / mol.

Atomski broj

27.

Periodni sustav elemenata

To je prijelazni metal koji pripada skupini 9 (VIIIB), razdoblje 4.

Talište

1.768 K (1.495 ° C, 2.723 ° F).

Vrelište

3200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Gustoća na sobnoj temperaturi

8,90 g / cm ³.

Toplina fuzije

16,06 kJ / mol.

Toplina isparavanja

377 kJ / mol.

Molarni kalorijski kapacitet

24,81 J / mol K

Brzina zvuka

4.720 m / s (mjereno na metalnoj šipki).

Tvrdoća

5,0 na Mohsovoj skali.

Magnetizam

To je jedan od tri feromagnetska elementa na sobnoj temperaturi. Kobaltni magneti zadržavaju svoj magnetizam na temperaturama većim od 1121ºC (2.050ºF).

Elektronegativnost

1,88 na Paulingovoj ljestvici.

Energija ionizacije

Prva razina ionizacije: 740,4 kJ / mol.

Druga razina ionizacije: 1,648 kJ / mol.

Treća razina ionizacije: 3.232 kJ / mol.

Atomski radio

125 sati.

Atomski volumen

6,7 cm ³ / mol.

reakcije

Kobalt se polako otapa u razrijeđenim mineralnim kiselinama. Ne kombinira se izravno s vodikom ili dušikom, već se zagrijavanjem kombinira s ugljikom, fosforom i sumporom. Veže se na kisik prisutan u vodenoj pari pri visokim temperaturama.

Snažno reagira s 15 M dušičnom kiselinom, tvoreći kobalt nitrat, Co (NO ₃) ₂. Reagira s klorovodičnom kiselinom slabo da se dobije kobalt klorid, COCl ₂. Kobalt ne tvori hidride.

I Co ⁺² i Co ⁺³ tvore brojne koordinacijske komplekse, smatrajući se jednim od metala s najvećim brojem ovih kompleksa.

Prijave

legure

Kobaltne legure koriste se u proizvodnji mlaznih motora i motora s plinskim turbinama. Legura nazvana Alinco, sastavljena od aluminija, nikla i kobalta, ima snažna magnetska svojstva. Alinco magneti koriste se u slušnim aparatima, kompasima i mikrofonima.

Takozvani alati za rezanje izrađeni su od slitina stelita, izrađenih od kobalta, kroma i volframa. Superalne legure imaju talište koje je blisko onome kobalta, a karakterizira ih velika tvrdoća, pa se koriste u proizvodnji alata s malim ekspanzijama.

Keramika, skulpture i staklo

Staklenke naočale s kobaltom. Izvor: Pxhere.

Kobalt je od davnina korišten od strane mnogih kultura dajući njihovim umjetničkim i dekorativnim djelima plavi ton. U tom smislu, korišteni su oksidi: kobalt, CoO i kobalt, Co ₃ O ₄.

Uz njihovu upotrebu u proizvodnji keramike, čaša i emajla, kobaltni oksidi koriste se u pripremi katalizatora.

liječnici

Kobalt-60 (⁶⁰ Co), radioaktivni izotop koji emitira beta (β) i gama (γ) zračenje, koristi se u liječenju raka. Γ zračenje je elektromagnetsko zračenje, pa ima sposobnost prodiranja u tkiva i do stanica raka, omogućujući tako njihovo iskorjenjivanje.

Stanice raka su stanice koje se brzo dijele, što ih čini podložnijima ionizirajućem zračenju koje udara u njihova jezgra, oštećujući genetski materijal.

⁶⁰ Co-a, kao i drugi radioizotopi, koristi se u sterilizaciji materijala koji se koriste u medicinskoj praksi.

Isto tako, kobalt se koristi u proizvodnji ortopedskih implantata, zajedno s titanom i nehrđajućim čelikom. Veliki dio nadomjestaka kukova koristi stabljike kobaltno-kromirane stegnenice.

Alternativna energija

Kobalt se koristi za poboljšanje performansi punjivih baterija, igrajući korisnu ulogu u hibridnim vozilima.

galvansko

Kobalt se koristi kako bi se metalnim površinama osigurala dobra završna obrada koja ih štiti od oksidacije. Na primjer, kobalt sulfat, COSO ₄, glavni je kobaltni spoj koji se koristi u ovom pogledu.

U laboratorijima

Kobalto klorid COCl ₂ _ 6H ₂ O, koristi se kao pokazatelj vlage u desiccators. To je ružičasta krutina koja se mijenja u plavu boju dok hidrira.

Biološka uloga

Kobalt je dio aktivnog mjesta vitamina B ₁₂ (cijanokobalamin) koji sudjeluje u sazrijevanju eritrocita. Njegova odsutnost uzrokuje anemiju karakteriziranu pojavom u krvotoku velikih eritrocita poznatih kao megaloblasti.

Gdje se nalazi

Zemljina kora

Kobalt je široko rasprostranjen po zemljinoj kori; iako je njegova koncentracija vrlo niska, procjenjujući da ona čini 25 ppm zemljine kore. U međuvremenu, u Sunčevom sustavu kao cjelini njegova relativna koncentracija iznosi 4 ppm.

U malim količinama nalazi se u nikal-željeznim kompleksima, a rodom je sa Zemlje i meteorita. Nalazi se i u kombinaciji s drugim elementima u jezerima, rijekama, morima, biljkama i životinjama.

Vitamin B

Uz to, bitan je element za ishranu preživača i prisutan je u vitaminu B ₁₂, potrebnom za sazrijevanje eritrocita. Kobalt obično nije izoliran u prirodi, ali se nalazi u različitim mineralima u kombinaciji s drugim elementima.

minerali

Kobaltni minerali uključuju sljedeće: kobaltit u kombinaciji s arsenom i sumporom; eritrit, formiran od arsena i hidriranog kobalta; glaucodot formiran od kobalta, željeza, arsena i sumpora; i skutterudit koji nastaje od kobalta, nikla i arsena.

Osim toga, mogu se primijetiti slijedeći dodatni minerali kobalta: linelelit, emajl i heterogenit. Kobalt prati minerale uglavnom od nikla, arsena i željeza.

Većinu vremena kobalt se ne izvlači iz ruda koje ga sadrže, već je nusproizvod kopanja nikla, željeza, arsena, bakra, mangana i srebra. Za ekstrakciju i izolaciju kobalta iz ovih minerala potreban je složen postupak.

Reference

1. Wikipedia. (2019). Kobalt. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
2. A. Owen i D. Madoc Jone. (1954). Utjecaj veličine zrna na kristalnu strukturu kobalta. Proc. Phys. 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 i José LG Fierro. (2009). Razvoj šesterokutnih nanočestica kobalta u stabilnoj temperaturi na visokim temperaturama. Kemija materijala 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, dr. Sc. (02. veljače 2019.). Kobaltne činjenice i fizička svojstva. ThoughtCo. Oporavilo od: misel.com
5. Urednici Encyclopaedia Britannica. (08. lipnja 2019.). Kobalt. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobalt. Oporavilo od: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Elementi za djecu: kobalt. Oporavilo od: ducksters.com