KOBALT: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, APLIKÁCIE - CHÉMIA - 2026

Kobalt je prechodový kov patriaci do skupiny VIII B periodickej tabuľky a ktorých chemická značka je Čo je modrá - sivá (v závislosti nečistoty) nájsť v celej krajine , s kôrky; hoci jeho koncentrácia sotva predstavuje 25 ppm alebo 0,001%.

Tento kov je nevyhnutným stopovým prvkom vo výžive prežúvavcov. To je tiež súčasťou jadra vitamínu B ₁₂ , ktoré sú nevyhnutné pre dozrievanie erytrocytov. Vitamín B ₁₂ má štruktúru podobnú ako heme skupine hemoglobínu; ale s Co namiesto Faith.

Vzorka kovového kobaltu. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

V prírode sa kobalt zvyčajne nenachádza čistý, ale v zložitých minerálnych matriciach, ako sú: kobaltit, skutterudit, erytrit atď. V týchto mineráloch sa kobalt zvyčajne kombinuje s niklom, železom alebo arzénom.

Názov „kobalt“ pochádza z nemeckého kobaltu, ktorý je zase odvodený od koboltu, čo je názov, ktorý baníci dali minerálnym rudám, ktoré vyrábali modré farbivá a mali málo kovov, o ktorých vedeli; Rudy, ktoré stojí za zmienku, spôsobili ich otravu.

Kobalt sa okrem iných kovov nachádza v rudách spolu s niklom, železom a meďou. Preto ho nie je možné získať čisto a vyžaduje si intenzívne čistenie, aby sa očistilo, až kým nebude jeho použitie praktické.

Bolo objavené švédskym chemikom Georgom Brandtom v rokoch 1730 až 1740. Bol to prvý kov objavený od praveku. Brandt zdôraznil, že kobalt je zodpovedný za modrý odtieň keramiky a skla; a nie bizmut, ako sa doteraz verilo.

Kobalt má 29 izotopov. ⁵⁹ Čo je stabilný a predstavuje takmer 100% izotopov kobaltu; zvyšných 28 sú rádioizotopy. Medzi ne patrí ⁶⁰ Co, ktoré sa používajú pri liečbe rakoviny. Je to magnetický prvok, ktorý si zachováva svoj magnetizmus pri vysokých teplotách. Táto vlastnosť mu umožnila vytvárať zliatiny, ako je napríklad tzv. Alinco, používané v reproduktoroch, mikrofónoch, rádiofrekvenčných klaksónoch atď.

histórie

starovek

Kobalt sa používal už od 2 000 do 3 000 rokov pred naším letopočtom, Egypťania, Peržania a čínske dynastie ho používali pri výrobe svojich sôch a keramiky. Poskytovalo modré zafarbenie, ktoré sa tak oceňuje v umeleckých dielach a vo výrobkoch.

Egypťania (1550 - 1292 pred Kr.) Boli pravdepodobne prvými ľuďmi, ktorí použili kobalt na výrobu skla v modrej farbe.

Kobalt nie je izolovaný v rudách, ale v prítomnosti minerálov s niklom, meďou a arzénom.

Pri pokuse roztaviť meď niklom sa vytvoril oxid arzén, veľmi jedovatý plyn, ktorý spôsobil otravu, ktorú utrpeli baníci.

objav

Kobalt objavil približne v roku 1735 švédsky chemik Georg Brandt, ktorý si uvedomil, že kobalt je práve kov, ktorý prispel k modrému sfarbeniu keramiky a skla.

Bol to prvý kov objavený od staroveku. Od tejto doby človek používal mnoho kovov, ako napríklad železo, meď, striebro, cín, zlato atď. V mnohých prípadoch nie je známe, kedy sa začali používať.

Ťažobná výroba

Prvá ťažba kobaltu na svete sa začala v Európe, pričom Nórsko bolo prvým výrobcom kobaltovej modrej; zlúčenina hliníka a kobaltu, ako aj smalt (práškové kobaltové sklo), ktorá sa používa ako pigment v keramike a farbách.

Prevaha výroby kobaltu sa presunula do Novej Kaledónie (1864) a Kanady (1904) v regióne Ontário v dôsledku objavenia ložísk v týchto krajinách.

Neskôr sa súčasná Konžská demokratická republika (1913) stala popredným svetovým producentom kobaltu vďaka objaveniu veľkých ložísk v regióne Katanga. V súčasnosti je táto krajina spolu s Kanadou a Austráliou jedným z hlavných producentov kobaltu.

Medzitým je ROC popredným svetovým výrobcom rafinovaného kobaltu, ktorý dováža kov z Demokratickej republiky Kongo na rafináciu.

V roku 1938 dosiahli spoločnosti John Livinglood a Glenn Seaborg výrobu v atómovom reaktore ⁶⁰ Co; Rádioaktívny izotop, ktorý sa používa v medicíne na liečenie rakoviny.

Štruktúra a elektrónová konfigurácia kobaltu

Kobalt, rovnako ako iné kovy, drží svoje atómy spolu kovovou väzbou. Sila a kompresia sú také, že vytvárajú kovový kryštál, kde je príliv elektrónov a vodivých pásiem, ktoré vysvetľujú ich elektrické a tepelné vodivosti.

Mikroskopicky analyzujúce kryštály kobaltu sa zistilo, že majú kompaktnú hexagonálnu štruktúru; vo vrstvách ABAB sú usporiadané trojuholníky Co atómov, ktoré tvoria trojuholníkové hranoly s interkalovanými vrstvami, ktoré zase predstavujú šiestu časť šesťuholníka.

Táto štruktúra je prítomná pre väčšinu vzoriek kobaltu pri teplotách pod 450 oC. Keď však teplota stúpa, začína sa prechod medzi dvoma kryštalografickými fázami: kompaktným hexagonálnym (hcp) a kubickým centrom orientovaným na tvár (fcc).

Prechod je pomalý, takže nie všetky hexagonálne kryštály sú kubické. Pri vysokých teplotách tak môže kobalt vykazovať obe kryštalické štruktúry; a potom jeho vlastnosti už nie sú homogénne pre všetky kovy.

Veľkosť kryštálových guličiek

Kryštalická štruktúra nie je úplne dokonalá; môže obsahovať nepravidelnosti, ktoré definujú kryštalické zrná rôznych veľkostí. Čím menšie sú, tým ľahší je kov alebo špongia. Na druhej strane, keď sú zrná veľké, kov bude pevný a pevný.

Detail s kobaltom je ten, že nielen zrná modifikujú vonkajší vzhľad kovu, ale aj jeho kryštalickú štruktúru. Pri teplote nižšej ako 450 oC by mala prevládať štruktúra hcp; ale keď sú zrná malé, ako v hubovitom kobalte, dominantnou štruktúrou je fcc.

Opak nastáva, keď sú zrná veľké: štruktúra fcc dominuje nad hcp. Má to zmysel, pretože veľké zrná sú ťažšie a vyvíjajú na seba väčší tlak. Pri vyšších tlakoch sa atómy Co viac zhutňujú a rozhodnú sa prijať štruktúru hcp.

Pri vysokých teplotách (T> 1000 ° C) sa vyskytujú práve opísané prechody; ale v prípade hubovitého kobaltu sa malá časť jeho kryštálov stane šesťuholníkovou, zatiaľ čo väčšina je naďalej kubická.

Stabilné hcp nanokryštály

V španielskej výskumnej práci (Peña O'shea V. a kol., 2009) sa preukázalo, že je možné syntetizovať hexagonálne nanokryštály kobaltu schopné odolávať teplotám blízkym 700 ° C bez toho, aby prešli fázou fcc.

K tomu, vedci znižuje vzorky oxidov kobaltu s CO a H ₂ , zistenie, že HCP nanokryštály dlhuje ich stabilita na povlak uhlíkových nanovlákien.

Stavy elektronickej konfigurácie a oxidácie

Elektrónová konfigurácia kobaltu je:

3d ⁷ 4s ²

Môže teda teoreticky stratiť až deväť elektrónov zo svojho valenčného obalu; ale toto sa nestane (prinajmenšom za normálnych podmienok), ani sa ^nevytvorí katión Co ⁹⁺ .

Jeho oxidačné stavy sú: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, pričom +2 a +3 sú hlavné.

vlastnosti

Fyzický vzhľad

Pevný, lesklý, modrošedý kov. Leštený kobalt je strieborne biely s modrastým odtieňom.

Atómová hmotnosť

58,933 g / mol.

Atómové číslo

27.

Periodická tabuľka

Je to prechodný kov, ktorý patrí do skupiny 9 (VIIIB), obdobie 4.

Bod topenia

1,768 K (1 495 ° C, 2 723 ° F).

Bod varu

3 200 K (2 927 ° C, 5 311 ° F).

Hustota pri izbovej teplote

8,90 g / cm ³ .

Teplo fúzie

16,06 kJ / mol.

Odparovacie teplo

377 kJ / mol.

Molárna kalorická kapacita

24,81 J / mol K

Rýchlosť zvuku

4 720 m / s (merané na kovovej tyči).

tvrdosť

5,0 na Mohsovej stupnici.

magnetizmus

Je to jeden z troch feromagnetických prvkov pri izbovej teplote. Kobaltové magnety si zachovávajú svoj magnetizmus pri teplotách až 1 121 ° C (2 050 ° F).

electronegativity

1,88 v Paulingovej stupnici.

Ionizačná energia

Prvá úroveň ionizácie: 740,4 kJ / mol.

Druhá úroveň ionizácie: 1 648 kJ / mol.

Tretia úroveň ionizácie: 3,232 kJ / mol.

Atómové rádio

125 pm.

Atómový objem

6,7 cm ³ / mol.

reakcie

Kobalt sa pomaly rozpúšťa v zriedených minerálnych kyselinách. Nekombinuje sa priamo s vodíkom alebo dusíkom, ale zahrieva sa v kombinácii s uhlíkom, fosforom a sírou. Pri vysokých teplotách sa viaže na kyslík prítomný vo vodnej pare.

Rázne reaguje s 15 M kyselinou dusičnou za vzniku dusičnanu kobaltnatého, Co (NO ₃ ) ₂ . Reaguje slabo s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku chlorid kobaltnatý, COCI ₂ . Kobalt netvorí hydridy.

Oba Co ^{+ 2} a Co ⁺³ tvoria početné koordinačné komplexy, ktoré sa považujú za jeden z kovov s najvyšším počtom týchto komplexov.

aplikácia

zliatiny

Zliatiny kobaltu sa používajú pri výrobe prúdových motorov a motorov s plynovou turbínou. Zliatina s názvom Alinco, vyrobená z hliníka, niklu a kobaltu, má silné magnetické vlastnosti. Alinco magnety sa používajú v načúvacích pomôckach, kompasoch a mikrofónoch.

Tzv. Rezacie nástroje sa vyrábajú zo stellitových zliatin, sú vyrobené z kobaltu, chrómu a volfrámu. Superzliatiny majú teplotu topenia blízku teplote kobaltu a vyznačujú sa veľkou tvrdosťou, ktorá sa používa pri výrobe nástrojov s nízkou rozťažnosťou.

Keramika, sochy a sklo

Poháre s kobaltom. Zdroj: Pxhere.

Od staroveku sa kobalt používa v mnohých kultúrach, aby dalo umeleckým a dekoratívnym dielam modrý odtieň. V tomto zmysle boli použité oxidy: kobalt, COO, a kobalt, Co ₃ O ₄ .

Oxidy kobaltu sa okrem ich použitia pri výrobe keramiky, skla a smaltov používajú aj pri príprave katalyzátorov.

Lekári

Cobalt-60 ( ⁶⁰ Co), rádioaktívny izotop, ktorý emituje žiarenie beta (β) a gama (y), sa používa na liečbu rakoviny. Γ žiarenie je elektromagnetické žiarenie, takže má schopnosť preniknúť do tkanív a dosiahnuť rakovinové bunky, čo umožňuje ich eradikáciu.

Rakovinové bunky sú bunky, ktoré sa rýchlo delia, čo ich robí náchylnejšími na ionizujúce žiarenie, ktoré zasahuje ich jadro a poškodzuje genetický materiál.

⁶⁰ Co, rovnako ako ďalšie rádioizotopov, sa používa pri sterilizácii materiálov, ktoré sa používajú v lekárskej praxi.

Podobne sa kobalt používa pri výrobe ortopedických implantátov spolu s titánom a nehrdzavejúcou oceľou. Veľká časť náhrad kyčelného kĺbu používa stonky kobaltového chrómu.

Alternatívna energia

Kobalt sa používa na zlepšenie výkonu nabíjateľných batérií a hrá dôležitú úlohu v hybridných vozidlách.

Galvanizérství

Kobalt sa používa na zabezpečenie kovových povrchov s dobrou povrchovou úpravou, ktorá ich chráni pred oxidáciou. Síran kobaltnatý, COSO ₄ , napríklad, je hlavnou kobaltu zlúčenina použitá v tomto ohľade.

V laboratóriách

Chlorid kobaltnatý, Coclé ₂ .6H ₂ O, sa používa ako indikátor vlhkosti v exsikátore. Je to ružová pevná látka, ktorá sa počas hydratácie mení na modrú.

Biologická úloha

Kobalt je súčasťou aktívneho miesta vitamínu B ₁₂ (kyanokobalamín), ktorý sa podieľa na dozrievaní erytrocytov. Jeho neprítomnosť spôsobuje anémiu charakterizovanú výskytom veľkých erytrocytov známych ako megaloblasty v krvnom obehu.

Kde sa to nachádza

Zemská kôra

Kobalt je široko distribuovaný v zemskej kôre; hoci je jeho koncentrácia veľmi nízka, odhaduje sa, že predstavuje 25 ppm zemskej kôry. Medzitým v slnečnej sústave ako celku je jej relatívna koncentrácia 4 ppm.

Nachádza sa v malom množstve v komplexoch niklu a železa a je pôvodom zo Zeme a meteoritov. Nachádza sa tiež v kombinácii s inými prvkami v jazerách, riekach, moriach, rastlinách a zvieratách.

Vitamín B

Okrem toho je nevyhnutným prvkom výživy prežúvavcov a je obsiahnutý v vitamíne B ₁₂ , ktorý je potrebný na dozrievanie erytrocytov. Kobalt nie je v prírode izolovaný, ale nachádza sa v rôznych mineráloch kombinovaných s inými prvkami.

minerály

Medzi minerály kobaltu patria: kobaltit v kombinácii s arzénom a sírou; erytrit, tvorený arzénom a hydratovaným kobaltom; glaukot tvorený kobaltom, železom, arzénom a sírou; a faktterudit tvorený kobaltom, niklom a arzénom.

Ďalej je možné uviesť nasledujúce ďalšie kobaltové minerály: linnaelit, sklovinu a heterogenit. Kobalt je v mineráloch sprevádzaný hlavne niklom, arzénom a železom.

Kobalt sa väčšinou nevyťažuje z rúd, ktoré ho obsahujú, ale je vedľajším produktom ťažby niklu, železa, arzénu, medi, mangánu a striebra. Na extrakciu a izoláciu kobaltu z týchto minerálov je potrebný komplexný proces.

Referencie

1. Wikipedia. (2019). Cobalt. Obnovené z: en.wikipedia.org
2. A. Owen a D. Madoc Jone. (1954). Vplyv veľkosti zrna na kryštálovú štruktúru kobaltu. 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 a José LG Fierro. (2009). Vývoj šesťuholníkových uzavretých balených nanočastíc kobaltu stabilných pri vysokej teplote. Chemistry of Materials 21 (23), 5637-5643. DOI: 10,1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2. februára 2019). Fakty kobaltu a fyzikálne vlastnosti. ThoughtCo. Získané z: thinkco.com
5. Editori encyklopédie Britannica. (8. júna 2019). Cobalt. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Cobalt. Obnovené z: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Prvky pre deti: kobalt. Obnovené z: ducksters.com