КОБАЛТ: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, ПРИМЈЕНА - ХЕМИЈА - 2025

Цобалт је транзиција металом припада групи ВИИИБ периодног система и чији хемијски симбол је Цо је добар плаве - сиви (зависно примеса) наћи широм земље 'с цруст; иако његова концентрација тешко представља 25 ппм или 0,001%.

Овај метал је битан елемент у траговима у исхрани преживача. Такође је део језгре витамина Б ₁₂ , неопходног за сазревање еритроцита. Витамин Б ₁₂ има структуру сличну структури хем групе хемоглобина; али са Цо уместо Вере.

Узорак металног кобалта. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената

У природи се кобалт обично не налази чист, већ унутар сложених минералних матрица као што су: кобалтит, скуттерудит, еритрит, итд. У овим минералима кобалт се обично комбинује са никлом, гвожђем или арсеном.

Назив 'кобалт' долази од немачког кобалта, који заузврат потиче од коболта, имена које су рудари давали минералним рудама које су производиле плаве боје и имале су мало метала које су познавали; Руде које су, вреди напоменути, изазвале су њихово тровање.

Кобалт се налази у рудама, уз никл, гвожђе и бакар, између осталих метала. Стога се не може добити чист и захтева интензивно рафинирање да би се прочистило док његова употреба није практична.

Открио га је шведски хемичар Георг Брандт између 1730. и 1740. То је био први метал откривен још од праисторије. Брандт је истакао да је кобалт одговоран за плаву нијансу керамике и стакла; а не бизмут, као што се до тада веровало.

Кобалт има 29 изотопа. ⁵⁹ Цо је стабилна и представља скоро 100% од изотопа кобалта; преосталих 28 су радиоизотопи. Они укључују ⁶⁰ Цо, који се користе у лечењу рака. То је магнетни елемент који чува свој магнетизам на високим температурама. Ово својство му је омогућило формирање легура као што је тзв. Алинцо, које се користе у звучницима, микрофонима, радио роговима итд.

Историја

Антика

Кобалт је коришћен још од 2.000 до 3.000 година пре нове ере Египћани, Перзијци и Кинеске династије користили су га у изради својих скулптура и керамике. Пружао је плаву обојеност тако цењену у уметничким делима и предметима коришћења.

Египћани (1550. - 1292. пре нове ере) вероватно су били први људи који су користили кобалт дајући чаши његову плаву боју.

Кобалт није изолован у руди, већ у присуству минерала са никлом, бакром и арсеном.

При покушају топљења бакра никлом, стваран је арсеников оксид, веома отровни гас који је био узрок тровања који су претрпели рудари.

Откриће

Кобалт је открио отприлике 1735. године шведски хемичар Георг Брандт, који је схватио да је кобалт тачно метал који је пружао плаву обојеност керамике и стакла.

То је био први метал откривен још од давних времена. Од овог времена човек је користио бројне метале попут гвожђа, бакра, сребра, коситра, злата итд. У многим случајевима није познато када су се почели користити.

Рударска производња

Прво копање кобалта у свету почело је у Европи, а Норвешка је била први произвођач кобалтно плаве боје; једињење глинице и кобалта, као и емајл (стаклено кобалтно стакло), које се користи као пигмент у керамици и у боји.

Превладавање у производњи кобалта преселило се у Нову Каледонију (1864) и Канаду (1904), у региону Онтарио због открића лежишта у тим земљама.

Касније је тренутна Демократска Република Конго (1913) постала водећи светски произвођач кобалта због открића великих лежишта у региону Катанга. Тренутно је ова држава, заједно са Канадом и Аустралијом, један од главних произвођача кобалта.

У међувремену, РОЦ је водећи светски произвођач рафинираног кобалта, који увози метал из Демократске Републике Конго на рафинацију.

1938. Јохн Ливинглоод и Гленн Сеаборг постигли су производњу у атомском реактору од ⁶⁰ Цо; Радиоактивни изотоп који се користи у медицини за лечење рака.

Структура и конфигурација електрона кобалта

Кобалт, као и други метали, држи своје атоме заједно кроз металну везу. Сила и компресија су такви да успостављају метални кристал, где постоји плима електрона и проводних појаса који објашњавају њихове електричне и топлотне проводљивости.

Микроскопски анализирајући кристале кобалта, откриће се да поседују компактну шестерокутну структуру; постоје троуглови Цо атома распоређени у АБАБ … слојевима, који формирају трокутасте призме са испреплетеним слојевима, који заузврат представљају шестину шестерокутника.

Ова структура је присутна код већине узорака кобалта на температурама испод 450ºЦ. Међутим, када температура порасте, започиње прелаз између две кристалографске фазе: компактне шестерокутне (хцп) и кубне усредсређене на лице (фцц, за њен акроним на енглеском: фаце-центеред цубиц).

Прелаз је спор, тако да се сви шестерокутни кристали не окрећу кубично. Дакле, при високим температурама кобалт може показати обе кристалне структуре; и тада његова својства више нису хомогена за сав метал.

Кристалне куглице величине

Кристална структура није потпуно савршена; може да скрива неправилности које дефинишу кристална зрна различитих величина. Што су мање, метал је или спужва лакши. С друге стране, када су зрна велика, метал ће постати чврст и чврст.

Детаљи кобалта су у томе што не само зрна модификују спољни изглед метала, већ и његову кристалну структуру. Испод 450ºЦ структура хцп треба да преовлађује; али када су зрна мала, као у спужвастом кобалту, доминантна структура је фцц.

Супротно се дешава када су зрна крупна: фцц структура доминира над хцп. То има смисла јер су велика зрна згуснута и врше већи притисак једни на друге. При већим притисцима, Цо атоми се компактније одлучују да усвоје хцп структуру.

При високим температурама (Т> 1000 ° Ц) догађају се управо описани прелази; али у случају спужвастог кобалта, мали део његових кристала постаје шестерокутни, док већина и даље остаје кубична.

Стабилни хцп нанокристали

У шпанском истраживачком раду (Пена О'схеа В. ет ал., 2009) показано је да је могуће синтетизовати шестерокутне нанокристале кобалта који могу издржати температуре близу 700 ° Ц, а да не пређу на фазу фцц.

Да би то урадили, истраживачи смањена узорке кобалт оксида са ЦО и Х ₂ , сматрајући да су ХЦП Нанокристали дугује своју стабилност слојем угљеника нановлакана.

Електронска конфигурација и оксидациона стања

Конфигурација електрона кобалта је:

3д ⁷ 4с ²

Због тога теоретски може изгубити до девет електрона из своје валентне љуске; али то се не догађа (барем у нормалним условима), нити се ^{формира катио} Цо ⁹⁺ .

Његова стања оксидације су: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, а главна су +2 и +3.

Својства

Физичка присутност

Чврсти, сјајни, плаво-сиви метал. Полирани кобалт је сребрно беле боје са плавкастим тоном.

Атомска маса

58.933 г / мол.

Атомски број

27.

Периодни систем

То је прелазни метал који припада групи 9 (ВИИИБ), период 4.

Тачка топљења

1,768 К (1,495 ° Ц, 2,723 ° Ф).

Тачка кључања

3200 К (2927 ° Ц, 5,301 ° Ф).

Густина на собној температури

8,90 г / цм ³ .

Топлина фузије

16,06 кЈ / мол.

Топлина испаравања

377 кЈ / мол.

Моларни калоријски капацитет

24,81 Ј / мол К

Брзина звука

4.720 м / с (мерено на металној шипки).

Тврдоћа

5,0 на Мохсовој скали.

Магнетизам

То је један од три феромагнетска елемента на собној температури. Кобалтни магнети задржавају свој магнетизам на температурама већим од 1121ºЦ (2.050ºФ).

Електронегативност

1,88 по Паулинг-овој скали.

Енергија јонизације

Први ниво јонизације: 740,4 кЈ / мол.

Други ниво јонизације: 1,648 кЈ / мол.

Трећи ниво јонизације: 3.232 кЈ / мол.

Атомски радио

125 пм.

Атомска запремина

6,7 цм ³ / мол.

Реакције

Кобалт се полако раствара у разблаженим минералним киселинама. Не комбинује се директно са водоником или азотом, већ се греје угљеником, фосфором и сумпором грејањем. Веже се на кисеоник присутан у воденој води на високим температурама.

Снажно реагује са 15 М азотном киселином, формирајући кобалт нитрат, Цо (НО ₃ ) ₂ . Реагује слабо са хлороводоничном киселином да се формира кобалт хлорид, ЦОЦЛ ₂ . Кобалт не формира хидриде.

И Цо ⁺² и Цо ⁺³ формирају бројне координационе комплексе, сматрајући се једним од метала са највећим бројем ових комплекса.

Апликације

Легуре

Кобалтне легуре користе се у производњи млазних мотора и мотора са турбинским гасом. Легура названа Алинцо, састављена од алуминијума, никла и кобалта, има снажна магнетна својства. Алинцо магнети користе се у слушним апаратима, компасима и микрофонима.

Такозвани алати за резање израђени су од легура стелитита, направљених од кобалта, хрома и волфрама. Супералне легуре имају тачку топљења блиску ономе кобалта, а карактерише их велика тврдоћа, па се користе у производњи алата са малим експанзијама.

Керамика, скулптуре и стакло

Наочаре наочаре са кобалтом. Извор: Пкхере.

Кобалт је од давнина кориштен од стране многих култура дајући њиховим уметничким и декоративним делима плави тон. У том смислу, коришћени су оксиди: кобалт, ЦоО и кобалт, Цо ₃ О ₄ .

Поред њихове употребе у производњи керамике, чаша и емајла, у производњи катализатора користе се кобалтни оксиди.

Лекари

Кобалт-60 ( ⁶⁰ Цо), радиоактивни изотоп који емитује бета (β) и гама (γ) зрачење, користи се у лечењу рака. Γ зрачење је електромагнетно зрачење, па има могућност продирања у ткива и доспевања до ћелија рака, омогућавајући тако њихово искорјењивање.

Ћелије рака су ћелије које се брзо деле, што их чини подложнијима јонизујућем зрачењу које удара у њихово језгро, оштећујући генетски материјал.

⁶⁰ Ко, као и други радиоизотопа, користи се за стерилизацију материјала који се користе у медицинској пракси.

Слично томе, кобалт се користи у производњи ортопедских имплантата, заједно са титаном и нерђајућим челиком. Велики део надомјестака кукова користи стабљике кобалтно-хромне стабљике.

Алтернативна енергија

Кобалт се користи за побољшање перформанси пуњивих батерија, играјући корисну улогу у хибридним возилима.

Галванско посуђивање

Кобалт се користи да би се металним површинама обезбедио добар финиш који их штити од оксидације. На пример , кобалтни сулфат, ЦОСО ₄ , је главно једињење кобалта које се користи у овом погледу.

У лабораторијама

Кобалт хлорида, ЦОЦИ ₂ .6Х ₂ О, се користи као индикатор влаге у десикатора. То је ружичаста чврста супстанца која се мења у плаву боју док хидрира.

Биолошка улога

Кобалт је део активног места витамина Б ₁₂ (цијанокобаламин) који учествује у сазревању еритроцита. Његово одсуство изазива анемију коју карактерише појава у крвотоку великих еритроцита познатих као мегалобласти.

Где се налази

земља кора

Кобалт је широко распрострањен широм земљине коре; иако је његова концентрација веома ниска, процењујући да она чини 25 ппм земљине коре. У међувремену, у Сунчевом систему у цјелини његова релативна концентрација је 4 ппм.

У малим количинама налази се у никло-гвозденим комплексима, а рођен је на Земљи и у метеоритима. Такође се налази у комбинацији са другим елементима у језерима, рекама, морима, биљкама и животињама.

Витамин Б

Штавише, то је битан елемент за преживара исхрану и присутан витамина Б ₁₂ , неопходни за сазревање еритроцита. Кобалт у природи обично није изолован, али се налази у различитим минералима у комбинацији са другим елементима.

Минерали

Кобалтни минерали укључују следеће: кобалтит у комбинацији са арсеном и сумпором; еритрит, формиран арсеном и хидрираним кобалтом; глауцодот формиран од кобалта, гвожђа, арсена и сумпора; и скуттерудит формиран од кобалта, никла и арсена.

Поред тога, могу се приметити следећи додатни минерали кобалта: линелелит, емајл и хетерогенит. Кобалт прати минерале углавном од никла, арсена и гвожђа.

Већину времена кобалт се не извлачи из руда које га садрже, већ је нуспроизвод ископавања никла, гвожђа, арсена, бакра, мангана и сребра. За вађење и изоловање кобалта из ових минерала потребан је сложен поступак.

Референце

1. Википедиа. (2019). Кобалт. Опоравак од: ен.википедиа.орг
2. А. Овен и Д. Мадоц Јоне. (1954). Утицај величине зрна на кристалну структуру кобалта. Проц. Соц. Б 67 456. дои.орг/10.1088/0370-1301/67/6/302
3. Вицтор А. де ла Пена О'Схеа, Пилар Рамирез де ла Писцина, Нарцис Хомс, Гуиллем Ароми и Јосе ЛГ Фиерро. (2009). Развој шестерокутних наночестица кобалта са стабилном температуром на високим температурама. Хемија материјала 21 (23), 5637-5643. ДОИ: 10.1021 / цм900845х.
4. Др Анне Марие Хелменстине (02. фебруара 2019.). Кобалтне чињенице и физичка својства. ТхоугхтЦо. Опоравак од: тхинкцо.цом
5. Уредници Енцицлопаедиа Британница. (08. јуна 2019.). Кобалт. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
6. Лоокцхем. (2008). Кобалт. Опоравак од: лоокцхем.цом
7. Дуцктерс. (2019). Елементи за децу: кобалт. Опоравак од: дуцкстерс.цом