Koboltstruktur, egenskaper, applikasjoner

Han kobolt Det er et overgangsmetall som tilhører gruppe VIIIB i det periodiske tabellen og hvis kjemiske symbol er CO. Det er et gråaktig blått faststoff (avhengig av dets urenheter), funnet gjennom jordskorpen; Selv om konsentrasjonen knapt representerer 25 ppm eller 0,001 % av det samme.

Dette metallet er et essensielt spor i ernæringen av drøvtyggere. Det er også en del av vitamin B -kjernen₁₂, nødvendig for modning av erytrocyttene. Vitamin b₁₂ Den presenterer en struktur som ligner på hemoglobinhemokruppen; Men med CO i stedet for tro.

Metallisk koboltprøve. Kilde: Hi-res Images ofchemical Elements [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

I naturen er kobolt vanligvis ikke funnet ren, men innenfor de komplekse matriser av mineraler som: koboltitt, Skutterudite, erythrita, etc. I disse mineralene er kobolt vanligvis kombinert med nikkel, jern eller arsen.

Navnet på 'Cobalt' kommer fra den tyske Kobalt, som igjen avledet fra Kobolt, et navn som gruvearbeiderne ga til mineralene til mineraler som produserte blå fargelegging og hadde få metaller som de kjente; Menas som, det er verdt å nevne, forårsaket dem forgiftning.

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

Det ble oppdaget av den svenske kjemikeren Georg Brandt, mellom 1730 og 1740. Det utgjorde det første metallet som ble oppdaget fra forhistorien. Brandt sa at kobolt var ansvarlig for den blå fargen på keramikk og glass; Og ikke vismut, som trodde til da.

Kobolt har 29 isotoper. Han ⁵⁹CO er stabil og representerer nesten 100 % av koboltisotoper; De resterende 28 er radioisotoper. Disse inkluderer Al ⁶⁰CO, brukt i kreftbehandling. Det er et magnetisk element som holder magnetismen ved høy temperatur. Denne eiendommen har tillatt deg.

[TOC]

Historie

Antikken

Kobolt ble brukt i tider så fjernt som 2.000 til 3.000 år a.C. Egypterne, perserne og de kinesiske dynastiene brukte det i utdyping av skulpturer og keramikk. Han bidro med den blå fargen så verdsatt i kunstverkene og bruksartiklene.

Sannsynligvis egypterne (1550 - 1292 a.C.) De var den første byen som brukte kobolt til å trykke sin blå farge.

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

Når du prøvde kobber med nikkel, ble arsenoksid produsert, en veldig giftig gass som var årsaken til forgiftningen som gruvearbeiderne led.

Oppdagelse

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

Det var det første metallet som ble oppdaget siden eldgamle tider. Mannen siden denne tiden brukte mange metaller som jern, kobber, sølv, tinn, gull osv. ... I mange tilfeller er det ukjent når de begynte å bruke.

Gruveproduksjon

Den første gruveutnyttelsen av kobolt i verden begynte i Europa, den første koboltblå produsenten var Norge; En forbindelse av aluminiumoksyd og kobolt, i tillegg til emalje (koboltglasspulver), brukt som pigment i keramikk og maleri.

Kan tjene deg: natriumfosfat: struktur, egenskaper, syntese, bruk

Overvekt i produksjonen av kobolt, flyttet til Nueva Caledonia (1864) og Canada (1904), i Ontario -regionen for oppdagelsen av innskudd i disse landene.

Deretter ble den nåværende demokratiske republikken Kongo (1913) den første verdens koboltprodusent for oppdagelsen av store forekomster i Katanga -regionen. For øyeblikket er dette landet sammen med Canada og Australia en av de viktigste koboltprodusentene.

I mellomtiden er den kinesiske republikken den første verdensomspennende produsenten av raffinert kobolt, siden metallimporten fra Den demokratiske republikken Kongo for sin raffinering.

I 1938 oppnådde John Livinglood og Glenn Seaborg produksjonen i en atomreaktor av ⁶⁰Co; Radioaktiv isotop brukt i medisin i kreftbehandling.

Struktur og elektronisk konfigurasjon av kobolt

Kobolt, som andre metaller, holder atomene sammen gjennom metallbindingen. Styrken og komprimeringen er slik at de etablerer en metallkrystall, der det er et tidevann av elektroner og drivende bånd som forklarer deres elektriske og termiske konduktiviteter.

Mikroskopisk analyse av koboltkrystaller vil det bli funnet å ha en kompakt sekskantet struktur; Det er trekanter med Co -atomer anordnet i ABAB -lag ..., og danner trekantede prismer med interkalerte lag, som igjen representerer den sjette delen av en sekskant.

Denne strukturen er til stede for de fleste koboltprøver ved lavere temperaturer på 450 ºC. Når temperaturen stiger, begynner imidlertid en overgang mellom to krystallografiske faser: den kompakte sekskantede (HCP) og kubikk sentrert i ansiktet (FCC, for sitt forkortelse på engelsk: Ansiktsentrert kubikk).

Overgangen er treg, så ikke alle sekskantede krystaller blir kubikk. Ved høye temperaturer kan kobolt således utvise begge krystallinske strukturer; Og så slutter egenskapene å være homogen for hele metallet.

Krystallinske korn

Den krystallinske strukturen er ikke helt perfekt; Det kan huse uregelmessigheter, som definerer krystallinske korn i forskjellige størrelser. Jo mindre, metallet vil være lettere eller som om det var en svamp. 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 aspektet av metallet: også dets krystallinske struktur. Under 450 ºC skal HCP -strukturen dominere; Men når kornene er små, som i den svampete kobolt, er den dominerende strukturen FCC.

Det motsatte oppstår når kornene er store: Mestre FCC -strukturen på HCP. Det er fornuftig siden store korn er tyngre og utøver større trykk blant dem. Ved større trykk komprimeres Co -atomer mer og velger å ta i bruk HCP -strukturen.

Ved høye temperaturer (T> 1000 ºC) oppstår de nybeskrevne overgangene; Men når det gjelder svampaktig kobolt, blir en liten del av krystaller sekskantet, mens de fleste fortsetter å være kubikk.

Stabile HCP -nanokrystaller

I et spansk forskningsarbeid (Peña O'Shea v. og kål., 2009), ble det vist at sekskantede koboltnanokrystaller kunne syntetiseres i stand til å støtte temperaturer nær 700 ºC uten å lide overganger til FCC -fasen.

For å gjøre dette reduserte forskerne prøver av koboltoksider med CO og H₂, Å finne at HCP -nanokrystaller skyldte sin stabilitet til et karbon nanofiber belegg.

Kan tjene deg: Kloroksid (III): egenskaper, struktur, bruk

Elektronisk konfigurasjon og oksidasjonstilstander

Den elektroniske konfigurasjonen av kobolt er:

[AR] 3D⁷4s²

Det kan derfor teori å miste opptil ni elektroner av valenslaget; Men dette skjer ikke (i det minste under normale forhold), og er heller ikke kationformene⁹⁺.

Oksidasjonstilstandene dine er: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, å være +2 og +3 hoved.

Egenskaper

Fysisk utseende

Solid metall, skinnende, gråaktig blå. Den polerte kobolt er sølvhvit med en blå 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 ºC, 2.723 ºF).

Kokepunkt

3.200 K (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Tetthet ved romtemperatur

8,90 g/cm³.

Fusjonsvarme

16.06 kJ/mol.

Fordampningsvarme

377 kJ/mol.

Molar kalorikapasitet

24,81 J/mol · K

Lydhastighet

4.720 m/s (målt i en metallstang).

Hardhet

5.0 på MOHS -skalaen.

Magnetisme

Det er et av de tre ferromagnetiske elementene ved omgivelsestemperatur. Koboltmagneter beholder magnetismen ved temperaturer så høye som 1.121 ºC (2.050 ºF).

Elektronegativitet

1.88 på Pauling -skalaen.

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsnivå: 740,4 kJ/mol.

Andre ioniseringsnivå: 1.648 kJ/mol.

Tredje ioniseringsnivå: 3.232 kJ/mol.

Atomisk radio

Kl. 12.

Atomisk volum

6,7 cm³/mol.

Reaksjoner

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

Reagerer praktisk talt med 15 m salpetersyre, og danner koboltnitrat, CO (nei₃)₂. Reagerer svakt med saltsyre for å danne koboltklorid, COCl₂. Kobolt danner ikke hydros.

Begge co⁺² som co⁺³ De danner mange koordineringskomplekser, med tanke på et av metaller med det største antallet av disse kompleksene.

applikasjoner

Legeringer

Koboltlegeringer brukes til fremstilling av reaksjonsmotorer og i gassturbinmotorer. En legering kalt Alinco, dannet av aluminium, nikkel og kobolt, har sterkt magnetiske egenskaper. Alinco -magneter brukes i hodetelefoner, kompass og mikrofoner.

De så -kallede skjæreverktøyene er laget med legeringer av Estelitas, konstituert med kobolt, krom og wolfram. Superaleaciones har et smeltepunkt nær kobolt, og er preget av deres store hardhet, og blir brukt i utdypingen av lave ekspansjonsverktøy.

Keramikk, skulpturer og glass

Koboltglassglass. Kilde: Pxhere.

Siden eldgamle tider har kobolt blitt brukt av en rekke kulturer for å gi en blå farge til sine kunstverk og dekorative. I denne forstand har oksider blitt brukt: kobaltos, og koboltisk, co₃ENTEN₄.

I tillegg til bruken i fremstilling av keramikk, glass og emaljer, brukes koboltoksider i katalysatorforberedelse.

Leger

Kobolt-60 (⁶⁰CO), en radioaktiv isotop som avgir beta (β) og rekkevidde (γ) stråling, brukes i kreftbehandling. Y Stråling er elektromagnetisk stråling, så den har evnen til å trenge gjennom vev og nå kreftceller, og tillater dermed deres utryddelse.

Kreftceller er celler som er delt i høy hastighet, noe som gjør dem mer utsatt for ioniserende stråling som påvirker kjernen deres, og skader genetisk materiale.

Kan tjene deg: væskedampbalanse

Han ⁶⁰CO, som andre radioisotoper, brukes i sterilisering av materialer som brukes i medisinsk praksis.

På samme måte brukes kobolt i utdypingen av ortopediske implantater, sammen med titan og rustfritt stål. En stor del av hofteutskiftninger, bruk femoral krom-kobalto stilker.

Alternativ energi

Kobolt brukes til å forbedre ytelsen til oppladbare batterier, og utfører en nyttig funksjon i hybridbiler.

Galvanoplastikk

Kobolt brukes til å gi metalloverflater en god finish som beskytter dem mot oksidasjon. Koboltsulfat, coso₄, For eksempel er det den viktigste koboltforbindelsen som brukes i denne forbindelse.

I laboratorier

Cobaltos klorid, Cocl₂.6H₂Eller, det brukes som en fuktsindikator i tørkemaskiner. Det er et rosa fast stoff som endrer seg blått når det hydrerer.

Biologisk papir

Kobolt er en del av det aktive stedet for vitamin B₁₂ (Cyanocobalamine) involvert i modning av erytrocytter. Fraværet har sin opprinnelse som er preget av utseendet i blodsirkulasjonen av store erytrocytter kjent som megaloblaster.

Hvor befinner det seg

jordskorpe

Kobolt er vidt distribuert over jordskorpen; Selv om konsentrasjonen er veldig lav, og estimerer at den utgjør 25 ppm av jordskorpen. I mellomtiden, i solsystemet sammen er den relative konsentrasjonen 4 ppm.

Det finnes i små mengder i nikkel-hydrro-kompleksene, og er hjemmehørende i jorden og meteorittene. På samme måte er det i kombinasjon med andre elementer i innsjøer, elver, hav, planter og dyr.

Vitamin b₁₂

I tillegg er det et essensielt element for drøvtyggende ernæring og er til stede i vitamin B₁₂, nødvendig for modning av erytrocytter. Kobolt er vanligvis ikke isolert i naturen, men finnes i forskjellige mineraler kombinert med andre elementer.

Mineraler

Blant koboltmineralene er følgende: koboltitt, i kombinasjon med arsen og svovel; erythrita, dannet av arsen og hydratisert kobolt; Glaucodot dannet av kobolt, jern, arsen og svovel; og Skutterudite dannet av kobolt, nikkel og arsen.

I tillegg kan følgende ekstra koboltmineraler indikeres: Linnaelita, Emeltita og heterogenitt. Kobolt er ledsaget i mineraler hovedsakelig av nikkel, arsen og jern.

I det meste av tiden blir kobolt ikke hentet fra malmen som inneholder den i seg selv, men er et biprodukt av gruveutvinning av nikkel, jern, arsen, kobber, mangan og sølv. Det kreves en kompleks prosess for å trekke ut og isolere kobolt av disse mineralene.

Referanser

1. Wikipedia. (2019). Kobolt. Hentet fra: i.Wikipedia.org
2. TIL. Owen og d. Madoc Jone. (1954). Effekt av kornstørrelse på krystallstrukturen til kobolt. Proc. Phys. Soc. B 67 456. gjør jeg.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
3. Victor a. av Peña O'Shea, Pilar Ramírez fra bassenget, Narcis Homs, Guillem Aromí og José l. G. jern. (2009). Utvikling av heksonalt lukket pakket kobolt nanapartikler stabil ved høy temperatur. Kjemi av materialer 21 (23), 5637-5643. Doi: 10.1021/CM900845H.
4. Anne Marie Helmestine, pH.D. (2. februar 2019). Koboltfakta og fysiske egenskaper. Thoughtco. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
5. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (8. juni 2019). Kobolt. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobolt. Gjenopprettet fra: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Elementer for barn: kobolt. Gjenopprettet fra: Ducksters.com