KOBOLT: STRUKTUR, EGENSKAPER, APPLIKASJONER - KJEMI - 2026

Den kobolt er et overgangsmetall tilhørende gruppe VIIIB i det periodiske system og hvis kjemiske symbol er Co er en blå - grå (avhengig forurensninger) funnet i hele jord 's skorpen; selv om konsentrasjonen neppe representerer 25 ppm eller 0,001% av den.

Dette metallet er et essensielt sporstoff i ernæringen til drøvtyggere. Det er også en del av kjernen av vitamin B ₁₂ , nødvendig for modning av erytrocytter. Vitamin B ₁₂ har en struktur som tilsvarer strukturen i hemgruppen av hemoglobin; men med Co i stedet for tro.

Metallisk koboltprøve. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements

I naturen er vanligvis ikke kobolt ren, men innenfor komplekse mineralmatriser som: kobaltitt, skutteruditt, erytritt, etc. I disse mineralene er kobolt vanligvis kombinert med nikkel, jern eller arsen.

Navnet 'kobolt' kommer fra den tyske kobolt, som igjen stammer fra kobolt, navnet som gruvearbeidere ga til mineralmalmer som produserte blå fargestoffer og hadde få metaller som de kjente; Malmer som, det er verdt å nevne, forårsaket dem forgiftning.

Kobolt finnes i malmer sammen med nikkel, jern og kobber, blant andre metaller. Derfor kan det ikke oppnås rent, og krever intens raffineringsarbeid for å rense det før bruken er praktisk.

Det ble oppdaget av den svenske kjemikeren Georg Brandt, mellom 1730 og 1740. Det var det første metallet som ble oppdaget siden forhistorien. Brandt påpekte at kobolt var ansvarlig for den blå fargen i keramikk og glass; og ikke vismut, slik man trodde før den gang.

Kobolt har 29 isotoper. Den ⁵⁹ Co er stabil og representerer nesten 100% av de isotoper av kobolt; de resterende 28 er radioisotoper. Disse inkluderer ⁶⁰ Co, brukt i behandling av kreft. Det er et magnetisk element som bevarer magnetismen ved høye temperaturer. Denne egenskapen har tillatt den å danne legeringer som den såkalte Alinco, brukt i høyttalere, mikrofoner, radiohorn osv.

Historie

antikken

Kobolt ble brukt så langt tilbake som 2000 til 3000 år f.Kr. Egypterne, perserne og kinesiske dynastier brukte det til å lage skulpturer og keramikk. Det ga den blå fargen som er så verdsatt i kunstverk og gjenstander.

Egypterne (1550 - 1292 f.Kr.) var sannsynligvis de første menneskene som brukte kobolt for å gi glass sin blåfarge.

Kobolt er ikke isolert i malmer, men i nærvær av mineraler med nikkel, kobber og arsen.

Når man prøvde å smelte kobber med nikkel, ble det produsert arsenoksyd, en veldig giftig gass som var årsaken til forgiftningen som gruvearbeiderne led.

Oppdagelse

Kobolt ble oppdaget omtrent i år 1735 av den svenske kjemikeren Georg Brandt, som innså at kobolt, nettopp, var metallet som bidro til den blå fargen i keramikk og glass.

Det var det første metallet som ble oppdaget siden antikken. Siden denne tiden brukte mennesket mange metaller som jern, kobber, sølv, tinn, gull, etc. I mange tilfeller er det ukjent når de begynte å bli brukt.

Gruveproduksjon

Den første koboltbrytningen i verden begynte i Europa, med Norge som den første produsenten av koboltblå; en forbindelse av aluminiumoksyd og kobolt, samt emalje (pulverisert koboltglass), brukt som pigment i keramikk og i maling.

Overvekt i produksjonen av kobolt flyttet til Ny-Caledonia (1864) og Canada (1904), i Ontario-regionen på grunn av oppdagelsen av forekomster i disse landene.

Senere ble den nåværende demokratiske republikken Kongo (1913) verdens ledende produsent av kobolt på grunn av oppdagelsen av store forekomster i Katanga-regionen. For tiden er dette landet, sammen med Canada og Australia, en av de viktigste koboltprodusentene.

I mellomtiden er ROC verdens ledende produsent av raffinert kobolt, og importerer metallet fra Den demokratiske republikken Kongo for raffinering.

I 1938 oppnådde John Livinglood og Glenn Seaborg produksjon i en ⁶⁰ Co- atomreaktor ; En radioaktiv isotop som brukes i medisin for å behandle kreft.

Struktur og elektronkonfigurasjon av kobolt

Kobolt, som andre metaller, holder atomene sammen gjennom den metalliske bindingen. Kraften og kompresjonen er slik at de etablerer en metallisk krystall, der det er et tidevann av elektroner og ledningsbånd som forklarer deres elektriske og termiske konduktiviteter.

Ved mikroskopisk analyse av koboltkrystaller vil det være funnet at de har en kompakt sekskantet struktur; det er trekanter av Co-atomer anordnet i ABAB … lag, og danner trekantede prismer med sammenkalte lag, som igjen representerer den sjette delen av en sekskant.

Denne strukturen er til stede for de fleste koboltprøver ved temperaturer under 450 ºC. Når temperaturen stiger, begynner imidlertid en overgang mellom to krystallografiske faser: den kompakte sekskantede (hcp) og den ansiktssentrerte kubikken (fcc, for sitt akronym på engelsk: ansiktssentrert kubikk).

Overgangen er treg, så ikke alle sekskantede krystaller blir kubiske. Ved høye temperaturer kan således kobolt utvise begge krystallinske strukturer; og da er dens egenskaper ikke lenger homogene for alt metall.

Krystallperler størrelse

Krystallstrukturen er ikke helt perfekt; den kan inneholde uregelmessigheter, som definerer krystallkorn i forskjellige størrelser. Jo mindre de er, jo lettere er metallet eller svamplignende. På den annen side, når kornene er store, vil metallet bli solid og solid.

Detaljene med kobolt er at ikke bare kornene endrer det ytre utseendet til metallet: også dets krystallinske struktur. Under 450 ºC bør hcp-strukturen dominere; men når kornene er små, som i svampete kobolt, er den dominerende strukturen fcc.

Det motsatte oppstår når kornene er store: fcc-strukturen dominerer over hcp. Det er fornuftig siden store korn er tyngre og legger større press på hverandre. Ved høyere trykk kompakterer Co-atomene mer og velger å ta i bruk hcp-strukturen.

Ved høye temperaturer (T> 1000 ºC) skjer overgangene akkurat beskrevet; men når det gjelder svampig kobolt, blir en liten del av krystallene hansheksagonale, mens de fleste fortsetter å være kubiske.

Stabile hcp nanokrystaller

I et spansk forskningsarbeid (Peña O'shea V. et al., 2009) ble det demonstrert at det var mulig å syntetisere sekskantede kobolt-nanokrystaller som er i stand til å motstå temperaturer nær 700 ºC uten å gjennomgå overganger til fcc-fasen.

For å gjøre dette reduserte forskerne prøver av koboltoksider med CO og H ₂ , og fant ut at hcp-nanokrystallene skyldte stabiliteten til et belegg av karbon-nanofibre.

Elektronisk konfigurasjon og oksidasjonstilstander

Elektronkonfigurasjonen til kobolt er:

3d ⁷ 4s ²

Den kan derfor teoretisk miste opptil ni elektroner fra valensskallet; men dette skjer ikke (i alle fall under normale forhold), og heller ikke Co ⁹⁺ kation .

Dens oksidasjonstilstander er: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, hvor +2 og +3 er de viktigste.

Egenskaper

Fysisk utseende

Massivt, glansfullt, blågrått metall. Polert kobolt er sølvfarget med en blåaktig fargetone.

Atomvekt

58,933 g / mol.

Atomnummer

27.

Periodiske tabell

Det er et overgangsmetall som tilhører gruppe 9 (VIIIB), periode 4.

Smeltepunkt

1,768 K (1 495 ° C, 2,723 ° F).

Kokepunkt

3.200 K (2.927 ° C, 5.301 ° F).

Tetthet ved romtemperatur

8,90 g / cm ³ .

Fusjonsvarme

16,06 kJ / mol.

Fordampingsvarme

377 kJ / mol.

Molær kalorikapasitet

24,81 J / mol K

Lydens hastighet

4.720 m / s (målt på en metallstang).

hardhet

5,0 på Mohs-skalaen.

magnetisme

Det er et av de tre ferromagnetiske elementene i romtemperatur. Koboltmagneter beholder magnetismen sin ved temperaturer så høye som 1121 ºC.

elektro

1,88 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsnivå: 740,4 kJ / mol.

Andre ioniseringsnivå: 1.648 kJ / mol.

Tredje ioniseringsnivå: 3.232 kJ / mol.

Atomradio

125 kl.

Atomvolum

6,7 cm ³ / mol.

reaksjoner

Kobolt løses sakte opp i fortynnede mineralsyrer. Det kombineres ikke direkte med hydrogen eller nitrogen, men det kombineres med karbon, fosfor og svovel ved oppvarming. Det binder seg til oksygenet som er til stede i vanndamp ved høye temperaturer.

Reagerer kraftig med 15 M salpetersyre, og danner koboltnitrat, Co (NO ₃ ) ₂ . Reagerer svakt med saltsyre til dannelse av kobolt-klorid, CoCl ₂ . Kobolt danner ikke hydrider.

Både Co ⁺² og Co ⁺³ danner en rekke koordinasjonskomplekser, og anses som en av metallene med det høyeste antallet av disse kompleksene.

applikasjoner

legeringer

Koboltlegeringer brukes til fremstilling av jetmotorer og gassturbinmotorer. En legering kalt Alinco, består av aluminium, nikkel og kobolt, har sterke magnetiske egenskaper. Alinco-magneter brukes i høreapparater, kompasser og mikrofoner.

De såkalte kutteverktøyene er laget med stellittlegeringer, laget av kobolt, krom og wolfram. Superlegeringer har et smeltepunkt nær kobolt, og er preget av deres store hardhet og blir brukt til fremstilling av verktøy med lav ekspansjon.

Keramikk, skulpturer og glass

Glassglass med kobolt. Kilde: Pxhere.

Siden antikken har kobolt blitt brukt av en rekke kulturer for å gi kunst og dekorative verk en blå fargetone. I denne forstand er oksider blitt brukt: kobolt, CoO og kobolt, Co ₃ O ₄ .

I tillegg til deres bruk i fremstilling av keramikk, glass og emaljer, brukes koboltoksider til fremstilling av katalysatorer.

leger

Cobalt-60 ( ⁶⁰ Co), en radioaktiv isotop som avgir beta (β) og gamma (γ) stråling, brukes til behandling av kreft. Γ stråling er elektromagnetisk stråling, så den har muligheten til å trenge inn i vev og nå kreftceller, og dermed tillate deres utryddelse.

Kreftceller er celler som deler seg med høy hastighet, noe som gjør dem mer mottagelige for ioniserende stråling som treffer deres kjerne og skader genetisk materiale.

Den ⁶⁰ Co, i likhet med andre radioaktive isotoper, er brukt i den sterilisering av materialer som er brukt i medisinsk praksis.

På samme måte brukes kobolt til fremstilling av ortopediske implantater, sammen med titan og rustfritt stål. En stor del av hofteutskiftningene bruker stamme av koboltkrom.

Alternativ energi

Kobolt brukes til å forbedre ytelsen til oppladbare batterier, og spiller en nyttig rolle i hybridbiler.

galvanisering

Kobolt brukes til å gi metalloverflater en god finish som beskytter dem mot oksidasjon. Koboltsulfat, COSOs ₄ , for eksempel, er den viktigste koboltforbindelse som anvendes i denne forbindelse.

I laboratorier

Kobolt-klorid, CoCl ₂ .6H ₂ O, anvendes som en fuktighetsindikator i desiccators. Det er et rosa fast stoff som skifter til en blå farge når den hydrerer.

Biologisk rolle

Kobolt er en del av det aktive stedet for vitamin B ₁₂ (cyanocobalamin) som er involvert i modningen av erytrocytter. Fraværet forårsaker en anemi som er preget av utseendet i blodsirkulasjonen til store erytrocytter kjent som megaloblaster.

Hvor befinner det seg

jordskorpe

Kobolt er vidt distribuert over jordskorpen; selv om konsentrasjonen er veldig lav, beregner den at den utgjør 25 ppm av jordskorpen. I solsystemet som helhet er den relative konsentrasjonen 4 ppm.

Det finnes i små mengder i nikkel-jernkompleksene, og er hjemmehørende i Jorden og i meteoritter. Det finnes også i kombinasjon med andre elementer i innsjøer, elver, hav, planter og dyr.

Vitamin B

I tillegg er det et essensielt element for ernæring av drøvtyggere og er til stede i vitamin B ₁₂ , nødvendig for modning av erytrocytter. Kobolt er vanligvis ikke isolert i naturen, men finnes i forskjellige mineraler kombinert med andre elementer.

mineraler

Koboltmineraler inkluderer følgende: koboltitt, i kombinasjon med arsen og svovel; erytritt, dannet av arsen og hydrert kobolt; glaukodotten dannet av kobolt, jern, arsen og svovel; og skutteruditten dannet av kobolt, nikkel og arsen.

I tillegg kan følgende ekstra koboltmineraler noteres: linnaelitt, emalje og heterogenitt. Kobolt ledsages i mineraler hovedsakelig av nikkel, arsen og jern.

Det meste av tiden blir ikke kobolt utvunnet fra malmene som inneholder den, men er et biprodukt fra gruvedrift av nikkel, jern, arsen, kobber, mangan og sølv. En kompleks prosess er nødvendig for å trekke ut og isolere kobolt fra disse mineralene.

referanser

1. Wikipedia. (2019). Kobolt. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
2. A. Owen og D. Madoc Jone. (1954). Effekt av kornstørrelse på krystallstrukturen av kobolt. 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 og José LG Fierro. (2009). Utvikling av sekskantede kobolt-nanopartikler stabilt ved høy temperatur. Chemistry of Materials 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (02. februar 2019). Koboltfakta og fysiske egenskaper. ThoughtCo. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
5. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (8. juni 2019). Kobolt. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
6. Sigma-Aldrich. (2008). Kobolt. Gjenopprettet fra: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Elementer for barn: kobolt. Gjenopprettet fra: ducksters.com