KOBALTS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Kobalts ir pārejas metāls, kas pieder pie grupas VIIIb periodiskās tabulas un kuru ķīmiskais simbols ir Co ir cieta zils - pelēks (atkarībā no piemaisījumu) sastopami visā zemē "u garozas; kaut arī tā koncentrācija gandrīz nepārsniedz 25 ppm vai 0,001% no tā.

Šis metāls ir būtisks mikroelements atgremotāju uzturā. Tā ir arī B ₁₂ vitamīna kodola daļa , kas nepieciešama eritrocītu nobriešanai. B ₁₂ vitamīnam ir struktūra, kas līdzīga hemoglobīna grupas hema grupai; bet ar Co, nevis ticību.

Metāliskā kobalta paraugs. Avots: Ķīmisko elementu Hi-Res attēli

Dabā kobalts parasti netiek atrasts tīrs, bet gan sarežģītās minerālu matricās, piemēram: kobalts, skutterudīts, eritrīts utt. Šajos minerālos kobaltu parasti apvieno ar niķeli, dzelzi vai arsēnu.

Nosaukums “kobalts” cēlies no vācu kobalta, kas savukārt cēlies no kobolta, nosaukuma, kuru kalnračiem deva minerālu rūdām, kuras ražoja zilas krāsas un kurām bija maz metālu, kurus viņi zināja; Rūdas, kuras ir vērts pieminēt, izraisīja saindēšanos.

Kobalts, starp citiem metāliem, ir atrodams rūdās, kā arī niķelis, dzelzs un varš. Tāpēc to nevar iegūt tīru, un, lai to attīrītu, nepieciešams intensīvs attīrīšanas darbs, līdz tā lietošana ir praktiska.

To laikposmā no 1730. līdz 1740. gadam atklāja zviedru ķīmiķis Georgs Brends. Tas bija pirmais metāls, kas atklāts kopš aizvēstures. Brends norādīja, ka kobalts ir atbildīgs par keramikas un stikla zilo nokrāsu; nevis bismuts, kā tika uzskatīts līdz tam.

Kobaltam ir 29 izotopi. ⁵⁹ Co ir stabils un ir gandrīz 100% no izotopu kobalta; atlikušie 28 ir radioizotopi. Tajos ietilpst ⁶⁰ Co, ko lieto vēža ārstēšanā. Tas ir magnētisks elements, saglabājot magnētismu augstā temperatūrā. Šis īpašums ļāva tai veidot sakausējumus, piemēram, tā saukto Alinco, ko izmanto skaļruņos, mikrofonos, radio signālos utt.

Vēsture

Senatne

Kobalts tika izmantots jau 2000 līdz 3000 gadus pirms mūsu ēras. Ēģiptieši, persieši un ķīniešu dinastijas to izmantoja savu skulptūru un keramikas izgatavošanā. Tas nodrošināja zilo krāsu, kas tik atzinīgi novērtēta mākslas darbos un lietošanas priekšmetos.

Ēģiptieši (1550 - 1292 BC), iespējams, bija pirmie cilvēki, kas izmantoja kobaltu, lai stiklam piešķirtu zilu krāsu.

Kobalts netiek izolēts rūdās, bet minerālu klātbūtnē ar niķeli, varu un arsēnu.

Mēģinot izkausēt varu ar niķeli, tika iegūts arsēna oksīds - ļoti indīga gāze, kas bija iemesls saindēšanās, ko cieta kalnračiem.

Atklājums

Apmēram 1735. gadā kobaltu atklāja zviedru ķīmiķis Georgs Brandts, kurš saprata, ka tieši kobalts ir metāls, kas veicināja keramikas un stikla zilo krāsu.

Tas bija pirmais kopš seniem laikiem atklāts metāls. Kopš šī laika cilvēks izmantoja daudzus metālus, piemēram, dzelzi, varu, sudrabu, alvu, zeltu utt. Daudzos gadījumos nav zināms, kad tos sāka lietot.

Kalnrūpniecības produkcija

Eiropā sākās pirmā kobalta ieguve pasaulē, un Norvēģija bija pirmā kobalta zilā ražotāja; alumīnija oksīda un kobalta savienojums, kā arī emalja (kobalta stikla pulveris), ko izmanto kā pigmentu keramikā un krāsā.

Pārsvarā kobalta ražošanā pārcēlās uz Jaunkaledoniju (1864) un Kanādu (1904) Ontario reģionā, jo šajās valstīs tika atklāti noguldījumi.

Vēlāk pašreizējā Kongo Demokrātiskā Republika (1913) kļuva par pasaules vadošo kobalta ražotāju, jo Katangas reģionā tika atklāti lieli noguldījumi. Pašlaik šī valsts kopā ar Kanādu un Austrāliju ir viena no galvenajām kobalta ražotājām.

Tikmēr ROC ir pasaules vadošais rafinētā kobalta ražotājs, kas metālu importē no Kongo Demokrātiskās Republikas rafinēšanai.

1938. gadā John Livinglood un Glenn Seaborg panāca ražošanu ⁶⁰ Co atomreaktorā ; Radioaktīvs izotops, ko medicīnā izmanto vēža ārstēšanai.

Kobalta uzbūve un elektronu konfigurācija

Kobalts, tāpat kā citi metāli, tur savus atomus caur metāla saiti. Spēks un saspiešana ir tāda, ka tie izveido metālisku kristālu, kur ir elektronu biežums un vadīšanas joslas, kas izskaidro to elektrisko un siltumvadītspēju.

Mikroskopiski analizējot kobalta kristālus, tiks atklāts, ka tiem ir kompakta sešstūra struktūra; tur ir Co atomu trīsstūri, kas izvietoti ABAB … slāņos, veidojot trīsstūrveida prizmas ar savstarpēji savienotiem slāņiem, kas savukārt apzīmē sešstūra sesto daļu.

Šī struktūra ir sastopama lielākajā daļā kobalta paraugu temperatūrā, kas zemāka par 450 ºC. Tomēr, paaugstinoties temperatūrai, sākas pāreja starp divām kristalogrāfiskām fāzēm: kompakto sešstūrainu (hcp) un uz seju vērstu kubiku (fcc, tā akronīmam angļu valodā: face-centered cubic).

Pāreja ir lēna, tāpēc ne visi sešstūra kristāli kļūst kubiski. Tādējādi augstās temperatūrās kobalts var uzrādīt abas kristāliskās struktūras; un tad tā īpašības vairs nav viendabīgas visam metālam.

Kristāla pērlīšu izmērs

Kristāla struktūra nav pilnīgi perfekta; tajā var būt pārkāpumi, kas nosaka dažāda lieluma kristāliskos graudus. Jo mazāki tie ir, jo vieglāks ir metāls vai sūklim līdzīgs. No otras puses, ja graudi ir lieli, metāls kļūs ciets un ciets.

Kobalta detaļa ir tāda, ka ne tikai graudi maina metāla ārējo izskatu, bet arī tā kristālisko struktūru. Zem 450ºC vajadzētu dominēt hcp struktūrai; bet, ja graudi ir mazi, tāpat kā pūkainajā kobaltā, dominējošā struktūra ir fcc.

Pretēji notiek tad, ja graudi ir lieli: fcc struktūra dominē pār hcp. Ir jēga, jo lielie graudi ir smagāki un rada lielāku spiedienu viens otram. Pie lielāka spiediena Co atomi vairāk sablīvējas un izvēlas izmantot hcp struktūru.

Augstās temperatūrās (T> 1000ºC) notiek tikko aprakstītās pārejas; bet pūkveida kobalta gadījumā neliela tā kristālu daļa kļūst sešstūraina, savukārt lielākā daļa turpina būt kubveida.

Stabili hcp nanokristāli

Spānijas pētniecības darbā (Peña O'shea V. et al., 2009) tika parādīts, ka ir iespējams sintezēt sešstūrainus kobalta nanokristālus, kas spēj izturēt temperatūru tuvu 700ºC, nepārveidojot pāreju uz fcc fāzi.

Lai to izdarītu, pētnieki samazināja kobalta oksīdu paraugus ar CO un H ₂ , secinot, ka hcp nanokristāli ir stabili pateicoties oglekļa nanšķiedru pārklājumam.

Elektroniskā konfigurācija un oksidācijas stāvokļi

Kobalta elektronu konfigurācija ir:

3d ⁷ 4s ²

Tāpēc tas teorētiski var zaudēt līdz deviņiem elektroniem no sava valences apvalka; bet tas nenotiek (vismaz normālos apstākļos), kā arī ^neveidojas Co ⁹⁺ katjons .

Tās oksidācijas stāvokļi ir: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, kur galvenie ir +2 un +3.

Īpašības

Ārējais izskats

Ciets, spožs, zili pelēks metāls. Pulēts kobalts ir sudrabaini balts ar zilganu nokrāsu.

Atomsvars

58,933 g / mol.

Atomu skaitlis

27.

Periodiskā tabula

Tas ir pārejas metāls, kas pieder 9. grupai (VIIIB), 4. periodam.

Kušanas punkts

1768 K (1495 ° C, 2723 ° F).

Vārīšanās punkts

3200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Blīvums istabas temperatūrā

8,90 g / cm ³ .

Saplūšanas karstums

16,06 kJ / mol.

Iztvaikošanas siltums

377 kJ / mol.

Molārā kaloritāte

24,81 J / mol K

Skaņas ātrums

4720 m / s (mēra uz metāla stieņa).

Cietība

5,0 pēc Mosa skalas.

Magnētisms

Tas ir viens no trim feromagnētiskajiem elementiem istabas temperatūrā. Kobalta magnēti saglabā savu magnētiskumu temperatūrā līdz pat 1112 ° C (2 050 ° F).

Elektronegativitāte

1,88 pēc Pingainga skalas.

Jonizācijas enerģija

Pirmais jonizācijas līmenis: 740,4 kJ / mol.

Otrais jonizācijas līmenis: 1648 kJ / mol.

Trešais jonizācijas līmenis: 3,232 kJ / mol.

Atomu radio

125 vakarā.

Atomu tilpums

6,7 cm ³ / mol.

Reakcijas

Kobalts lēnām izšķīst atšķaidītās minerālskābēs. Karsējot tas nav tieši savienots ar ūdeņradi vai slāpekli, bet apvienojas ar oglekli, fosforu un sēru. Tas saistās ar skābekli, kas atrodas ūdens tvaikos augstā temperatūrā.

Spēcīgi reaģē ar 15 M slāpekļskābi, veidojot kobalta nitrātu, Co (NO ₃ ) ₂ . Reaģē vāji ar sālsskābi, lai veidotu kobalta hlorīdu, COCI ₂ . Kobalts neveido hidrīdus.

Gan Co ^+2, gan Co ⁺³ veido daudzus koordinācijas kompleksus, tiek uzskatīti par vienu no metāliem, kurā ir vislielākais šo kompleksu skaits.

Lietojumprogrammas

Sakausējumi

Kobalta sakausējumus izmanto reaktīvo dzinēju un gāzes turbīnu motoru ražošanā. Sakausējumam Alinco, kas sastāv no alumīnija, niķeļa un kobalta, ir spēcīgas magnētiskās īpašības. Alinco magnēti tiek izmantoti dzirdes aparātos, kompasos un mikrofonos.

Tā sauktie griezējinstrumenti tiek izgatavoti ar stellīta sakausējumiem, kas izgatavoti no kobalta, hroma un volframa. Supersakausējumu sakausējumiem ir tuvu kobalta kušanas temperatūra, un tiem raksturīga liela cietība, un tos izmanto zemas izplešanās instrumentu ražošanā.

Keramika, skulptūras un stikls

Brilles brilles ar kobaltu. Avots: Pxhere.

Kopš seniem laikiem kobaltu daudzās kultūrās izmanto, lai saviem mākslas un dekoratīvajiem darbiem piešķirtu zilu nokrāsu. Šajā nozīmē ir izmantoti oksīdi: kobalts, CoO un kobalts, Co ₃ O ₄ .

Kobalta oksīdus papildus to izmantošanai keramikas, glāžu un emalju ražošanā izmanto arī katalizatoru sagatavošanā.

Ārsti

Vēža ārstēšanā izmanto kobaltu-60 ( ⁶⁰ Co), radioaktīvu izotopu, kas izstaro beta (β) un gamma (γ) starojumu. Γ starojums ir elektromagnētiskais starojums, tāpēc tam ir iespēja iekļūt audos un sasniegt vēža šūnas, tādējādi ļaujot tos izskaust.

Vēža šūnas ir šūnas, kas strauji dalās, kas padara tās jutīgākas pret jonizējošo starojumu, kas iedarbojas uz to kodolu, sabojājot ģenētisko materiālu.

⁶⁰ Co, tāpat kā citas radioizotopu tiek izmantots sterilizāciju materiāliem, kas tiek izmantoti medicīnas praksē.

Tāpat kobaltu kopā ar titānu un nerūsējošo tēraudu izmanto ortopēdisko implantu ražošanā. Liela daļa gūžas locītavas protezēšanas nodarbina kobalta-hroma augšstilba kauliņus.

Alternatīvā enerģija

Kobaltu izmanto, lai uzlabotu uzlādējamo bateriju veiktspēju, spēlējot noderīgu lomu hibrīda transportlīdzekļos.

Galvanizācija

Kobaltu izmanto, lai nodrošinātu metāla virsmas ar labu apdari, kas aizsargā tās pret oksidēšanu. Piemēram, kobalta sulfāts, piemēram , CoSO ₄ , ir galvenais kobalta savienojums, ko izmanto šajā sakarā.

Laboratorijās

Kobalto hlorīdu, CoCl ₂ .6H ₂ O, izmanto kā eksikatoru mitruma indikatoru. Tā ir rozā cieta viela, kas hidratējot mainās uz zilu krāsu.

Bioloģiskā loma

Kobalts ir daļa no B ₁₂ vitamīna (cianokobalamīna) aktīvās vietas, kas ir iesaistīts eritrocītu nobriešanā. Tā neesamība izraisa anēmiju, kurai raksturīgs lielu eritrocītu parādīšanās asinsritē, kas pazīstami kā megaloblasti.

Kur tas atrodas

Zemes garoza

Kobalts ir plaši izplatīts visā zemes garozā; kaut arī tā koncentrācija ir ļoti zema, tiek lēsts, ka tā veido 25 ppm zemes garozā. Tikmēr Saules sistēmā kopumā tās relatīvā koncentrācija ir 4 ppm.

Nelielos daudzumos tas ir atrodams niķeļa-dzelzs kompleksos, kas ir dabiski Zemei un meteorītiem. Tas ir atrodams arī kombinācijā ar citiem elementiem ezeros, upēs, jūrās, augos un dzīvniekos.

B vitamīns

Turklāt tas ir būtisks atgremotāju uztura elements un satur vitamīnu B ₁₂ , kas nepieciešams eritrocītu nobriešanai. Kobalts dabā parasti nav izolēts, bet atrodams dažādos minerālos apvienojumā ar citiem elementiem.

Minerāli

Kobalta minerālos ietilpst: kobaltīts kombinācijā ar arsēnu un sēru; eritrīts, ko veido arsēns un hidratēts kobalts; glaukodots, ko veido kobalts, dzelzs, arsēns un sērs; un skutterudītu, ko veido kobalts, niķelis un arsēns.

Turklāt var atzīmēt šādus papildu kobalta minerālus: linnaelīts, emalja un heterogenīts. Kobaltu satur minerāli, galvenokārt niķelis, arsēns un dzelzs.

Kobaltu lielākoties neiegūst no rūdām, kas to satur, bet gan niķeļa, dzelzs, arsēna, vara, mangāna un sudraba ieguves blakusprodukts. Lai no šiem minerāliem iegūtu un izolētu kobaltu, ir nepieciešams sarežģīts process.

Atsauces

1. Wikipedia. (2019. gads). Kobalts. Atgūts no: en.wikipedia.org
2. A. Owen un D. Madoc Jone. (1954). Graudu lieluma ietekme uz kobalta kristāla struktūru. Proc. Fiz. Soci. 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 un José LG Fierro. (2009). Sešstūrainu slēgtu iesaiņojumu kobalta nanodaļiņu attīstība, kas ir stabilas augstā temperatūrā. Materiālu ķīmija 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2019. gada 2. februāris). Fakti par kobaltu un fizikālās īpašības. ThoughtCo. Atgūts no: domaco.com
5. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2019. gada 8. jūnijs). Kobalts. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobalts. Atgūts no: lookchem.com
7. Ducksters. (2019. gads). Elementi bērniem: kobalts. Atgūts no: ducksters.com