KOBALT: STRUKTURA, LASTNOSTI, APLIKACIJE - KEMIJA - 2026

Kobalta je prehodna kovina, ki spada v skupino VIIIb periodnega sistema in S kemijski simbol Co je moder - sive (odvisno nečistote) je dalo vsej zemlji "-i skorje; čeprav njegova koncentracija komajda predstavlja 25 ppm ali 0,001%.

Ta kovina je bistveni element v sledeh v prehrani prežvekovalcev. Je tudi del jedra vitamina B ₁₂ , potrebnega za zorenje eritrocitov. Vitamin B ₁₂ ima strukturo, podobno skupini hemoglobina; toda s Co namesto Vere.

Vzorec kovinskega kobalta. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

V naravi kobalta običajno ne najdemo čistega, ampak znotraj kompleksnih mineralnih matric, kot so: kobaltit, skutterudit, eritrit itd. V teh mineralih se kobalt običajno kombinira z nikljem, železom ali arzenom.

Ime „kobalt“ izvira iz nemškega kobalta, ki je posledično izviral iz kobolta, imena, ki so ga rudarji dali mineralnim rudam, ki so proizvajale modra barvila in so imele malo kovin, ki so jih poznali; Rude, ki so jih, je treba omeniti, povzročile zastrupitev.

Kobalt najdemo v rudah, poleg niklja, železa in bakra, med drugimi kovinami. Zato ga ni mogoče dobiti čistega in za njegovo čiščenje je potrebno intenzivno rafiniranje, dokler uporaba ni praktična.

Odkril ga je švedski kemik Georg Brandt med leti 1730 in 1740. To je bila prva kovina, odkrita od prazgodovine. Brandt je poudaril, da je kobalt odgovoren za modri odtenek keramike in stekla; in ne bizmut, kot so verjeli do tedaj.

Kobalt ima 29 izotopov. ⁵⁹ Co je stabilna in predstavlja skoraj 100% izotopa kobalta; preostalih 28 so radioizotopi. Sem spadajo ⁶⁰ Co, ki se uporabljajo pri zdravljenju raka. Je magnetni element, ki ohranja svoj magnetizem pri visokih temperaturah. Ta lastnost mu je omogočila oblikovanje zlitin, kot je tako imenovani Alinco, ki se uporablja v zvočnikih, mikrofonih, radijskih rogovih itd.

Zgodovina

Antika

Kobalt so uporabljali že od 2.000 do 3.000 let pred našim štetjem, Egipčani, Perzijci in Kitajci so ga uporabljali pri izdelavi svojih skulptur in keramike. Modro obarvanost je bila tako cenjena v umetniških delih in uporabnih predmetih.

Egipčani (1550 - 1292 pr. N. Št.) So bili verjetno prvi, ki so kobaltu uporabljali kobalt, ki je steklu dal modro barvo.

Kobalt ni izoliran v rudah, ampak v prisotnosti mineralov z nikljem, bakrom in arzenom.

Pri poskusu taljenja bakra z nikljem je nastajal arzenov oksid, zelo strupen plin, ki je bil vzrok zastrupitve, ki so jo utrpeli rudarji.

Odkritje

Približno leta 1735 je kobalt odkril švedski kemik Georg Brandt, ki je spoznal, da je ravno kobalt kovina, ki je prispevala k modri obarvanosti keramike in stekla.

Bila je prva kovina, odkrita že iz antičnih časov. Od tega časa je človek uporabljal številne kovine, kot so železo, baker, srebro, kositer, zlato itd. V mnogih primerih ni znano, kdaj so jih začeli uporabljati.

Rudarska proizvodnja

V Evropi se je začelo prvo pridobivanje kobalta na svetu, Norveška pa je bila prvi proizvajalec kobaltovega modrega; spojina glinice in kobalta, pa tudi emajla (kobaltno prašno steklo), ki se uporablja kot pigment v keramiki in barvi.

Prevlado proizvodnje kobalta so zaradi odkritja nahajališč v teh državah preselili v Novo Kaledonijo (1864) in Kanado (1904), v regiji Ontario.

Kasneje je sedanja Demokratična republika Kongo (1913) zaradi odkritja velikih nahajališč v regiji Katanga postala vodilni svetovni proizvajalec kobalta. Trenutno je ta država skupaj s Kanado in Avstralijo eden glavnih proizvajalcev kobalta.

Medtem je ROC vodilni svetovni proizvajalec rafiniranega kobalta, ki kovino uvaža iz Demokratične republike Kongo za rafiniranje.

John Livinglood in Glenn Seaborg sta leta 1938 dosegla proizvodnjo v atomskem reaktorju s ⁶⁰ Co; Radioaktivni izotop, ki se v medicini uporablja za zdravljenje raka.

Struktura in elektronska konfiguracija kobalta

Kobalt, tako kot druge kovine, drži svoje atome skupaj skozi kovinsko vez. Sila in stiskanje sta taka, da vzpostavijo kovinski kristal, kjer je plimovanje elektronov in prevodnih pasov, ki pojasnjujejo njihove električne in toplotne prevodnosti.

Mikroskopsko analiziramo kristale kobalta, ugotovimo, da imajo kompaktno šesterokotno strukturo; obstajajo trikotniki atomov Co, razporejeni v slojih ABAB …, ki tvorijo trikotne prizme z interkaliranimi plastmi, ki pa predstavljajo šesti del šesterokotnika.

Ta struktura je prisotna pri večini vzorcev kobalta pri temperaturah pod 450 ° C. Ko pa se temperatura dvigne, se začne prehod med dvema kristalografskima fazama: kompaktno šesterokotno (hcp) in krovno usmerjeno kubiko (fcc, za njeno kratico v angleščini: face-centered cubic).

Prehod je počasen, zato se vsi šesterokotni kristali ne pretvorijo v kubične. Tako lahko kobalt pri visokih temperaturah ima obe kristalni strukturi; potem njegove lastnosti niso več homogene za vse kovine.

Velikost kristalnih kroglic

Kristalna struktura ni popolnoma popolna; lahko skriva nepravilnosti, ki definirajo kristalna zrna različnih velikosti. Manjši kot so, lažja je kovina ali goba. Ko pa so zrna velika, bo kovina postala trdna in trdna.

Podrobnosti s kobaltom so v tem, da ne samo zrna spremenijo zunanji videz kovine: tudi njena kristalna struktura. Pod 450 ° C naj bi prevladovala struktura hcp; ko pa so zrna majhna, kot v spužvem kobaltu, je prevladujoča struktura fcc.

Nasprotno se zgodi, kadar so zrna velika: fcc struktura prevladuje nad hcp. Smiselno je, ker so velika zrna težja in pritiskajo drug na drugega. Pri večjih pritiskih se atomi Co bolj kompaktno odločijo sprejeti strukturo hcp.

Pri visokih temperaturah (T> 1000 ° C) se pojavijo ravno opisani prehodi; vendar v primeru spužvastega kobalta majhen del njegovih kristalov postane šestkoten, večina pa še naprej kubična.

Stabilni hcp nanokristali

V španskem raziskovalnem delu (Peña O'shea V. et al., 2009) je bilo dokazano, da je mogoče sintetizirati šesterokotne nanokristale kobalta, ki lahko prenesejo temperature blizu 700 ° C, ne da bi pri tem prešli na fazo fcc.

V ta namen so raziskovalci zmanjša vzorce kobaltovega oksida s CO in H ₂ , ugotovitvijo, da HCP nanocrystals dolguje svojo stabilnost prevleko ogljikovih nano-vlaken.

Elektronska konfiguracija in oksidacijska stanja

Konfiguracija elektrona kobalta je:

3d ⁷ 4s ²

Zato lahko teoretično izgubi do devet elektronov iz svoje valenčne lupine; vendar se to ne zgodi (vsaj v normalnih pogojih), niti ne ^nastane kation Co ⁹⁺ .

Njegova oksidacijska stanja so: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, glavna + pa sta +2 in +3.

Lastnosti

Fizični videz

Trdna, sijoča, modro-siva kovina. Poliran kobalt je srebrno bele barve z modrikastim odtenkom.

Atomska teža

58.933 g / mol.

Atomska številka

27.

Periodična tabela

Gre za prehodno kovino, ki spada v skupino 9 (VIIIB), obdobje 4.

Tališče

1.768 K (1.495 ° C, 2.723 ° F).

Vrelišče

3200 K (2927 ° C, 5,301 ° F).

Gostota pri sobni temperaturi

8,90 g / cm ³ .

Vročina fuzije

16,06 kJ / mol.

Toplota izparevanja

377 kJ / mol.

Molarna kalorična zmogljivost

24,81 J / mol K

Hitrost zvoka

4.720 m / s (merjeno na kovinski palici).

Trdota

5,0 po Mohsovi lestvici.

Magnetizem

Je eden izmed treh feromagnetnih elementov pri sobni temperaturi. Kobaltni magneti ohranijo svoj magnetizem pri temperaturah, ki so višje od 1121 ° C (2.050 ° F).

Elektronegativnost

1,88 po Paulingovi lestvici.

Ionizacijska energija

Prva stopnja ionizacije: 740,4 kJ / mol.

Druga stopnja ionizacije: 1,648 kJ / mol.

Tretja stopnja ionizacije: 3.232 kJ / mol.

Atomski radio

125 popoldne.

Atomska prostornina

6,7 cm ³ / mol.

Reakcije

Kobalt se počasi raztaplja v razredčenih mineralnih kislinah. Ne kombinira se neposredno z vodikom ali dušikom, ampak se z ogrevanjem kombinira z ogljikom, fosforjem in žveplom. Na visoke temperature se veže na kisik, ki je prisoten v vodni pari.

Močno reagira s 15 M dušikovo kislino in tvori kobaltov nitrat, Co (NO ₃ ) ₂ . Šibko reagira s klorovodikovo kislino, da tvori kobaltov klorid, CoCl ₂ . Kobalt ne tvori hidridov.

Tako Co ⁺² kot Co ⁺³ tvorita številne koordinacijske komplekse, ki veljajo za eno od kovin z največjim številom teh kompleksov.

Prijave

Zlitine

Kobaltove zlitine se uporabljajo pri proizvodnji reaktivnih motorjev in plinskih turbinskih motorjev. Zlitina Alinco, sestavljena iz aluminija, niklja in kobalta, ima močne magnetne lastnosti. Magneti Alinco se uporabljajo v slušnih aparatih, kompasih in mikrofonih.

Tako imenovana orodja za rezanje so izdelana iz zlitin stellita, izdelanih iz kobalta, kroma in volframa. Superalne zlitine imajo tališče blizu temperature kobalta in jih odlikuje velika trdota, ki se uporabljajo pri izdelavi orodij z nizko ekspanzijo.

Keramika, skulpture in steklo

Očala očala s kobaltom. Vir: Pxhere.

Kobalt že od antičnih časov uporabljajo številne kulture, ki dajejo svojim umetnostnim in dekorativnim delom modri odtenek. V tem smislu so bili uporabljeni oksidi: kobalt, CoO in kobalt, Co ₃ O ₄ .

Poleg uporabe v proizvodnji keramike, kozarcev in emajlov se pri pripravi katalizatorjev uporabljajo kobaltovi oksidi.

Zdravniki

Kobalt-60 ( ⁶⁰ Co), radioaktivni izotop, ki oddaja beta (β) in gama (γ) sevanje, se uporablja pri zdravljenju raka. Γ sevanje je elektromagnetno sevanje, zato ima sposobnost prodiranja v tkiva in doseganja rakavih celic, kar omogoča njihovo izkoreninjenje.

Rakaste celice so celice, ki se hitro delijo, zaradi česar so bolj dovzetne za ionizirajoče sevanje, ki zadene njihovo jedro in poškoduje genetski material.

⁶⁰ Co, tako kot druge radioizotopov, ki se uporabljajo v sterilizacijo materialov, ki se uporabljajo v medicinski praksi.

Prav tako se kobalt uporablja pri izdelavi ortopedskih vsadkov, skupaj s titanom in nerjavnim jeklom. Velik del nadomestkov kolkov uporablja kobaltno-kromirana stegnenična stebla.

Alternativna energija

Kobalt se uporablja za izboljšanje zmogljivosti polnilnih baterij, saj ima koristno vlogo pri hibridnih vozilih.

Galvansko prekrivanje

Kobalt se uporablja za zagotavljanje kovinskih površin z dobrim zaključkom, ki jih ščiti pred oksidacijo. Kobaltov sulfat, na primer COSO ₄ , je glavna kobaltova spojina, ki se uporablja v tem pogledu.

V laboratorijih

Kobaltov klorid, COCl ₂ .6H ₂ O se uporablja kot indikator vlage v Desiccators. To je roza trdna snov, ki se ob hidraciji spremeni v modro barvo.

Biološka vloga

Kobalt je del aktivnega mesta vitamina B ₁₂ (cianokobalamin), ki sodeluje pri zorenju eritrocitov. Njegova odsotnost povzroča anemijo, za katero je značilen pojav v krvnem obtoku velikih eritrocitov, znanih kot megaloblasti.

Kje je

Zemeljska skorja

Kobalt je zelo razširjen po celotni zemeljski skorji; Čeprav je njegova koncentracija zelo nizka, ocenjujemo, da predstavlja 25 ppm zemeljske skorje. Medtem je v celotnem Osončju celotna osrednja koncentracija 4 ppm.

V majhnih količinah ga najdemo v nikelj-železovih kompleksih, saj so domači na Zemlji in meteoriti. Najdemo ga tudi v kombinaciji z drugimi elementi v jezerih, rekah, morjih, rastlinah in živalih.

Vitamin B

Poleg tega je bistven element za prehrano prežvekovalcev in je prisoten v vitaminu B ₁₂ , ki je potreben za zorenje eritrocitov. Kobalt v naravi običajno ni izoliran, vendar ga najdemo v različnih mineralih v kombinaciji z drugimi elementi.

Minerali

Kobaltovi minerali vključujejo naslednje: kobaltit v kombinaciji z arzenom in žveplom; eritrit, tvorjen z arzenom in hidriranim kobaltom; glaukodot, ki ga tvorijo kobalt, železo, arzen in žveplo; in skutterudit, ki ga tvorijo kobalt, nikelj in arzen.

Poleg tega lahko opazimo naslednje dodatne minerale kobalta: linnaelit, sklenino in heterogenit. Kobalt v mineralih spremljajo predvsem nikelj, arzen in železo.

Kobalt večino časa ne pridobivajo iz rud, ki ga vsebujejo, ampak je stranski produkt pridobivanja niklja, železa, arzena, bakra, mangana in srebra. Za pridobivanje in izolacijo kobalta iz teh mineralov je potreben zapleten postopek.

Reference

1. Wikipedija. (2019). Kobalt. Pridobljeno: en.wikipedia.org
2. A. Owen in D. Madoc Jone. (1954). Vpliv velikosti zrn na kristalno strukturo kobalta. Proc. Fizikalni 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 in José LG Fierro. (2009). Razvoj šestkotnih nano delcev kobalta, zaprtih pri visoki temperaturi. Kemija materialov 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, dr. (02. februar 2019). Kobaltna dejstva in fizikalne lastnosti. MiselCo. Pridobljeno: misel.com
5. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (8. junij 2019). Kobalt. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobalt. Pridobljeno: lookchem.com
7. Duckters. (2019). Elementi za otroke: kobalt. Pridobljeno: ducksters.com