КОБАЛТ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На кобалт е преходен метал, принадлежащ към група VIIIb на периодичната таблица и чието химическо символ е Co. е твърд синьо - сив (в зависимост примеси) открити през земята е кора; въпреки че концентрацията му едва ли представлява 25 ppm или 0,001% от него.

Този метал е основен микроелемент в храненето на преживните животни. Той също е част от ядрото на витамин В ₁₂, необходим за узряването на еритроцитите. Витамин В ₁₂ има структура, подобна на тази на хема групата на хемоглобина; но с Ко вместо Вяра.

Проба от метален кобалт. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

В природата кобалът обикновено не се намира чист, но в сложни минерални матрици като: кобалтит, скутердит, еритрит и др. В тези минерали кобалът обикновено се комбинира с никел, желязо или арсен.

Името „кобалт“ идва от немския кобалт, който от своя страна произлиза от коболт, името, което миньорите дават на минерални руди, които произвеждат сини багрила и имат малко метали, които познават; Руди, които, струва си да се спомене, са им причинили отравяне.

Кобалът се намира в руди, заедно с никел, желязо и мед, сред другите метали. Следователно, той не може да се получи чист и изисква интензивна рафинираща работа, за да го пречисти, докато използването му не е практично.

Открит е от шведския химик Георг Бранд между 1730 и 1740 г. Това е първият метал, открит от праисторията. Бранд посочи, че кобалтът е отговорен за синия оттенък на керамиката и стъклото; а не бисмут, както се смяташе дотогава.

Кобалът има 29 изотопа. В ⁵⁹ Co е стабилен и представлява почти 100% от изотопите кобалт; останалите 28 са радиоизотопи. Те включват ⁶⁰ Co, използвани при лечението на рак. Това е магнитен елемент, запазващ магнетизма си при високи температури. Това свойство му е позволило да образува сплави като т. Нар. Alinco, използван в високоговорители, микрофони, радио рогове и др.

история

античност

Кобалт е използван още от 2000 до 3000 г. пр. Н. Е. Египтяните, персите и китайските династии са го използвали при направата на своите скулптури и керамика. Той осигурява синьото оцветяване, така оценено в произведения на изкуството и предмети за употреба.

Египтяните (1550 - 1292 г. пр.н.е.) вероятно са първите хора, които използват кобалт, за да придадат на стъклото синия цвят.

Кобалът не се изолира в руди, а в присъствието на минерали с никел, мед и арсен.

При опит за стопяване на мед с никел се е произвеждал арсенов оксид, много отровен газ, който е причината за отравянето, претърпено от миньорите.

откритие

Кобалт е открит приблизително през 1735 г. от шведския химик Георг Бранд, който осъзнава, че именно кобалтът е металът, който допринася за синьото оцветяване на керамиката и стъклото.

Това беше първият метал, открит от древни времена. От това време човекът използва много метали като желязо, мед, сребро, калай, злато и др. В много случаи не е известно кога са започнали да се използват.

Минно производство

Първият добив на кобалт в света започва в Европа, като Норвегия е първият производител на кобалтово синьо; съединение от алуминий и кобалт, както и емайл (прахово кобалтово стъкло), използван като пигмент в керамиката и в боята.

Преобладаването в производството на кобалт се премества в Нова Каледония (1864) и Канада (1904), в района на Онтарио поради откриването на находища в тези страни.

По-късно сегашната Демократична република Конго (1913 г.) става водещ световен производител на кобалт поради откриването на големи находища в района на Катанга. В момента тази страна, заедно с Канада и Австралия, е един от основните производители на кобалт.

Междувременно ROC е водещият световен производител на рафиниран кобалт, внасящ метала от Демократична република Конго за рафиниране.

През 1938 г. Джон Ливингъл и Глен Сиборг постигат производство в атомен реактор с ⁶⁰ Co; Радиоактивен изотоп, който се използва в медицината за лечение на рак.

Структура и електронна конфигурация на кобалт

Кобалт, подобно на други метали, държи атомите си заедно чрез металната връзка. Силата и компресията са такива, че те установяват метален кристал, където има прилив на електрони и проводителни ленти, които обясняват техните електрически и топлинни проводимости.

Микроскопски анализирайки кобалтовите кристали, ще се установи, че те притежават компактна шестоъгълна структура; има триъгълници от Co атоми, подредени в слоеве ABAB…, образуващи триъгълни призми с интеркалирани слоеве, които от своя страна представляват шестата част на шестоъгълник.

Тази структура е налична за повечето проби от кобалт при температури под 450ºC. Въпреки това, когато температурата се повиши, започва преход между две кристалографски фази: компактната шестоъгълна (hcp) и лицевата центрирана кубика (fcc, за съкращението й на английски: face-cented cubic).

Преходът е бавен, така че не всички шестоъгълни кристали се превръщат в кубични. По този начин при високи температури кобалът може да проявява и двете кристални структури; и тогава неговите свойства вече не са хомогенни за целия метал.

Размер на кристалните мъниста

Кристалната структура не е напълно съвършена; тя може да прикрива нередности, които определят кристални зърна с различни размери. Колкото по-малки са, толкова по-лек е металът или гъбата. От друга страна, когато зърната са големи, металът ще стане твърд и твърд.

Детайлът при кобалта е, че не само зърната променят външния вид на метала: също и неговата кристална структура. Под 450ºC структурата на hcp трябва да преобладава; но когато зърната са малки, както при спонгиозен кобалт, доминиращата структура е fcc.

Обратното се получава, когато зърната са големи: fcc структурата доминира над hcp. Има смисъл, тъй като големите зърна са по-тежки и оказват по-голям натиск един върху друг. При по-високо налягане Co атомите се компактират повече и решават да приемат hcp структурата.

При високи температури (T> 1000 ° C) възникват току-що описаните преходи; но в случай на гъбен кобалт малка част от кристалите му стават шестоъгълни, докато повечето продължават да са кубични.

Стабилни hcp нанокристали

В испанска изследователска работа (Peña O'shea V. et al., 2009) беше показано, че е възможно да се синтезират шестоъгълни нанокристали кобалт, способни да издържат на температури, близки до 700ºC, без да преминават към преход към фазата на fcc.

За целта изследователите редуцирани проби на кобалтови оксиди с СО и Н ₂, се установява, че нанокристали НСР дължат на тяхната стабилност на покритие от въглеродни нановлакна.

Електронна конфигурация и окислителни състояния

Електронната конфигурация на кобалта е:

3d ⁷ 4s ²

Следователно теоретично може да загуби до девет електрона от валентната си обвивка; но това не се случва (поне при нормални условия), нито се ^{образува} катионът Co ⁹⁺.

Окислителните й състояния са: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, като +2 и +3 са основните.

Имоти

Външен вид

Плътен, бляскав, синьо-сив метал. Полираният кобалт е сребристо бял със синкав оттенък.

Атомно тегло

58.933 g / mol.

Атомно число

27.

Периодичната таблица

Това е преходен метал, който принадлежи към група 9 (VIIIB), период 4.

Точка на топене

1,768 К (1495 ° С, 2,723 ° F).

Точка на кипене

3200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Плътност при стайна температура

8,90 гр / см ³.

Топлина от синтез

16.06 kJ / mol.

Топлина от изпаряване

377 kJ / mol.

Моларен калоричен капацитет

24,81 J / mol K

Скорост на звука

4 720 m / s (измерено на метален прът).

твърдост

5,0 по скалата на Mohs.

магнетизъм

Той е един от трите феромагнитни елемента при стайна температура. Кобалтовите магнити запазват магнетизма си при температури по-високи от 1 211 ° С (2050 ° F).

Електроотрицателност

1,88 по скалата на Полинг.

Йонизационна енергия

Първо ниво на йонизация: 740.4 kJ / mol.

Второ ниво на йонизация: 1648 kJ / mol.

Трето ниво на йонизация: 3232 kJ / mol.

Атомно радио

125 вечерта.

Атомен обем

6,7 см ³ / мол.

реакции

Кобалът бавно се разтваря в разредени минерални киселини. Той не се комбинира директно с водород или азот, но се комбинира с въглерод, фосфор и сяра чрез нагряване. Той се свързва с кислорода, присъстващ във водна пара при високи температури.

Реагира енергично с 15 М азотна киселина, образувайки кобалтов нитрат, Co (NO ₃) ₂. Реагира слабо с солна киселина до образуване на кобалтов хлорид, CoCl ₂. Кобалът не образува хидриди.

И Co ⁺² и Co ⁺³ образуват множество координационни комплекси, считани за един от металите с най-голям брой от тези комплекси.

Приложения

сплави

Кобалтовите сплави се използват при производството на реактивни двигатели и газотурбинни двигатели. Сплав, наречена Alinco, съставена от алуминий, никел и кобалт, има силни магнитни свойства. Магнитите Alinco се използват в слухови апарати, компаси и микрофони.

Така наречените режещи инструменти се изработват от сплави от стелит, изработени от кобалт, хром и волфрам. Супераловите сплави имат точка на топене, близка до тази на кобалта и се характеризират с голямата си твърдост, като се използват при производството на инструменти с ниско разширение.

Керамика, скулптури и стъкло

Очила очила с кобалт. Източник: Pxhere.

От древни времена кобалтът се използва от много култури, за да придаде на своите изкуства и декоративни произведения син оттенък. В този смисъл са използвани оксиди: кобалт, CoO и кобалт, Co ₃ O ₄.

В допълнение към тяхното използване при производството на керамика, стъкла и емайли, кобалтовите оксиди се използват при получаването на катализатори.

Лекари

Кобалт-60 (⁶⁰ Co), радиоактивен изотоп, който излъчва бета (β) и гама (γ) радиация, се използва при лечението на рак. Γ радиацията е електромагнитно излъчване, така че има способността да прониква в тъканите и да достига до ракови клетки, като по този начин позволява тяхното изкореняване.

Раковите клетки са клетки, които се делят с висока скорост, което ги прави по-податливи на йонизиращо лъчение, което удря ядрото им, уврежда генетичния материал.

В ⁶⁰ Co, както и други радиоизотопи, се използва за стерилизация на материали, които се използват в медицинската практика.

По същия начин кобалтът се използва при производството на ортопедични импланти, заедно с титан и неръждаема стомана. Голяма част от заместванията на тазобедрената става използват кобалт-хромирани бедрени стебла.

Алтернативна енергия

Кобалт се използва за подобряване на работата на акумулаторните батерии, като играе полезна роля в хибридните превозни средства.

галванопластика

Кобалът се използва за осигуряване на метални повърхности с добро покритие, което ги предпазва от окисляване. Кобалтовият сулфат, например CoSO ₄, е основното кобалтово съединение, използвано в това отношение.

В лаборатории

Кобалтов хлорид, СоСЬ ₂.6H ₂ О, се използва като индикатор на влага в ексикатори. Това е розово твърдо вещество, което се променя в син цвят, тъй като хидратира.

Биологична роля

Кобалтът е част от активното място на витамин В ₁₂ (цианокобаламин), който участва в съзряването на еритроцитите. Липсата му причинява анемия, характеризираща се с появата в кръвообращението на големи еритроцити, известни като мегалобласти.

Къде се намира

Земна кора

Кобалът е широко разпространен в земната кора; въпреки че концентрацията му е много ниска, като се изчислява, че представлява 25 ppm от земната кора. Междувременно в Слънчевата система като цяло относителната й концентрация е 4 ppm.

Той се намира в малки количества в никеловите железни комплекси, тъй като е роден на Земята и на метеоритите. Среща се и в комбинация с други елементи в езера, реки, морета, растения и животни.

Витамин В

В допълнение, той е основен елемент за храненето на преживните животни и присъства във витамин В ₁₂, необходим за узряването на еритроцитите. Кобалът обикновено не е изолиран в природата, но се намира в различни минерали, комбинирани с други елементи.

полезни изкопаеми

Кобалтовите минерали включват следното: кобалтит в комбинация с арсен и сяра; еритрит, образуван от арсен и хидратиран кобалт; глаукодото, образувано от кобалт, желязо, арсен и сяра; и скутерудитът, образуван от кобалт, никел и арсен.

Освен това могат да се отбележат следните допълнителни кобалтови минерали: линеалит, емайл и хетерогенит. Кобалът се придружава в минералите главно от никел, арсен и желязо.

През повечето време кобалтът не се извлича от рудите, които го съдържат, а е страничен продукт от добива на никел, желязо, арсен, мед, манган и сребро. Необходим е сложен процес за извличане и изолиране на кобалт от тези минерали.

Препратки

1. Wikipedia. (2019). Cobalt. Възстановено от: en.wikipedia.org
2. А. Оуен и Д. Мадок Джоун. (1954 г.). Влияние на размера на зърното върху кристалната структура на кобалта. Proc. Физически сок В 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 и José LG Fierro. (2009 г.). Развитие на шестоъгълни наночастици от кобалт със затворена форма при висока температура. Химия на материалите 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Ан Мари Хелменстин, доктор на науките (02 февруари 2019 г.). Факти и физични свойства на кобалта. ThoughtCo. Възстановено от: thinkco.com
5. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (08 юни 2019 г.). Cobalt. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
6. Lookchem. (2008 г.). Cobalt. Възстановено от: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Елементи за деца: кобалт. Възстановени от: ducksters.com