Koboltstruktur, egenskaper, applikationer

han kobolt Det är en övergångsmetall som tillhör gruppen VIIIB för det periodiska tabellen och vars kemiska symbol är CO. Det är ett grått blått fast ämne (beroende på dess föroreningar), som finns i jordskorpan; Även om dess koncentration knappt representerar 25 ppm eller 0,001 % av samma.

Denna metall är ett väsentligt spår i idisslingens näring. Det är också en del av vitamin B -kärnan₁₂, nödvändigt för mognad av erytrocyterna. Vitamin B₁₂ Den presenterar en struktur som liknar den för hemoglobinhemo -gruppen; Men med Co istället för tro.

Metallkoboltprov. Källa: Hi-reser Bilder av kemiska element [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

I naturen finns kobolten vanligtvis inte ren, men inom de komplexa matriserna av mineraler som: koboltit, skutterudite, erythita, etc. I dessa mineraler kombineras kobolten vanligtvis med nickel, järn eller arsenik.

Namnet på "kobolt" kommer från den tyska Kobalt, som i sin tur härstammar från Kobolt, ett namn som gruvarbetarna gav till mineralerna av mineraler som producerade blå färg och hade få metaller som de visste; Menas att det är värt att nämna, orsakade dem förgiftning.

Kobolten finns i Menas tillsammans med nickel, järn och koppar, bland andra metaller. Därför kan det inte erhållas rent och kräver intensivt förädlingsarbete för att rena det tills användningen är praktiskt.

Det upptäcktes av den svenska kemisten Georg Brandt, mellan 1730 och 1740. Det utgjorde den första metallen som upptäcktes från förhistorien. Brandt sa att kobolten var ansvarig för den blå färgningen av keramik och glas; Och inte vismuten, som tros förrän dess.

Kobolten har 29 isotoper. han ⁵⁹CO är stabilt och representerar nästan 100 % av koboltisotoper; De återstående 28 är radioisotoper. Dessa inkluderar Al ⁶⁰CO, används vid cancerbehandling. Det är ett magnetiskt element som håller sin magnetism vid hög temperatur. Den här egenskapen har tillåtit dig.

[TOC]

Historia

Antikvitet

Kobolten användes i tider så avlägsna som 2.000 till 3.000 år a.C. Egypterna, perserna och de kinesiska dynastierna använde det i utarbetandet av deras skulpturer och keramik. Han bidrog med den blå färgningen så uppskattad i konstverk och användningsartiklar.

Förmodligen egyptierna (1550 - 1292 a.C.) De var den första staden som använde kobolten för att skriva ut sin blå färg.

Kobolten är inte isolerad i Menas, men i närvaro av mineraler med nickel, koppar och arsenik.

När man försökte koppar med nickeln producerades arsenikoxid, en mycket giftig gas som var orsaken till förgiftningen som gruvarbetarna led.

Upptäckt

Kobolten upptäcktes, ungefär 1735 av den svenska kemisten Georg Brandt, som insåg att kobolten, exakt, var metallen som bidrog med den blå färgningen av keramik och glas.

Det var den första metallen som upptäcktes sedan forntiden. Mannen sedan denna tid använde många metaller som järn, koppar, silver, tenn, guld osv ... i många fall är det okänt när de började använda.

Gruvproduktion

Den första gruvutnyttjandet av kobolt i världen började i Europa, den första koboltblå producenten var Norge; En förening av aluminiumoxid och kobolt, förutom emalj (koboltglaspulver), används som pigment i keramik och målning.

Kan tjäna dig: natriumfosfat: struktur, egenskaper, syntes, användning

Övervägandet av produktionen av kobolt, flyttade till Nueva Caledonia (1864) och Kanada (1904), i Ontario -regionen för upptäckt av insättningar i dessa länder.

Därefter blev den nuvarande demokratiska republiken Kongo (1913) den första världskoboltproducenten för upptäckten av stora insättningar i Katanga -regionen. För närvarande är detta land, tillsammans med Kanada och Australien, en av de viktigaste koboltproducenterna.

Samtidigt är den kinesiska republiken den första världsomspännande producenten av raffinerad kobolt, eftersom metallimporten från Demokratiska republiken Kongo för dess raffinering.

1938 uppnådde John Livinglood och Glenn Seaborg produktion i en atomreaktor på ⁶⁰Co; Radioaktiv isotop som används i medicin vid cancerbehandling.

Struktur och elektronisk konfiguration av kobolt

Kobolten, som andra metaller, håller sina atomer samman genom metallbindningen. Styrkan och komprimeringen är sådan att de skapar en metallkristall, där det finns en tidvattnet av elektroner och drivande band som förklarar deras elektriska och termiska konduktiviteter.

Mikroskopiskt analyserar koboltkristaller kommer det att ha en kompakt hexagonal struktur; Det finns trianglar av co -atomer arrangerade i ABAB -lager ... och bildar triangulära prismor med interkalerade lager, som i sin tur representerar den sjätte delen av en hexagon.

Denna struktur är närvarande för de flesta koboltprover vid lägre temperaturer på 450 ° C. Men när temperaturen stiger börjar en övergång mellan två kristallografiska faser: den kompakta hexagonala (HCP) och kubikcentrerade i ansiktet (FCC, för dess förkortning på engelska: Ansiktscentrerad kubik).

Övergången är långsam, så inte alla hexagonala kristaller blir kubiska. Vid höga temperaturer kan kobolten således uppvisa båda kristallina strukturer; Och sedan upphör dess egenskaper att vara homogena för hela metallen.

Kristallina korn

Den kristallina strukturen är inte helt perfekt; Det kan hysa oegentligheter, som definierar kristallina korn i olika storlekar. Ju mindre, metallen kommer att vara lättare eller som om det var en svamp. Å andra sidan, när kornen är stora, blir metallen solid och solid.

Detaljen med kobolten är att inte bara kornen modifierar den yttre aspekten av metallen: även dess kristallina struktur. Under 450 ° C bör HCP -strukturen dominera; Men när kornen är små, som i den svampiga koboltet, är den dominerande strukturen FCC.

Det motsatta inträffar när kornen är stora: behärska FCC -strukturen på HCP. Det är meningsfullt eftersom stora korn är tyngre och utövar större tryck bland dem. Vid större tryck komprimeras CO -atomer mer och väljer att anta HCP -strukturen.

Vid höga temperaturer (t> 1000 ° C) inträffar de nybeskrivna övergångarna; Men när det gäller svampig kobolt blir en liten del av dess kristaller hexagonal, medan de flesta fortsätter att vara kubiska.

Stabila HCP -nanokristaller

I ett spanskt forskningsarbete (Peña O'Shea v. och kål., 2009) visades det att hexagonala kobolt nanokristaller kunde syntetiseras kapabla att stödja temperaturer nära 700 ° C utan att drabbas av FCC -fasen.

För att göra detta minskade forskarna prover av koboltoxider med CO och H₂, Upptäckt att HCP -nanokristaller var skyldiga sin stabilitet för en koldioxidbeläggning.

Kan tjäna dig: kloroxid (iii): egenskaper, struktur, användningar

Elektronisk konfiguration och oxidationstillstånd

Koboltens elektroniska konfiguration är:

[AR] 3D⁷4S²

Det kan därför teori att förlora upp till nio elektroner i sitt valensskikt; Men detta händer inte (åtminstone under normala förhållanden), och inte heller katjonformerna⁹⁺.

Dina oxidationstillstånd är: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, är +2 och +3 huvudet.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Fast metall, glansig, gråaktig blå. Den polerade kobolten är silvervit med en blå nyans.

Atomvikt

58 933 g/mol.

Atomnummer

27.

Periodiska systemet

Det är en övergångsmetall som tillhör grupp 9 (viiib), period 4.

Smältpunkt

1.768 K (1.495 ºC, 2.723 ºF).

Kokpunkt

3.200 K (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Densitet vid rumstemperatur

8,90 g/cm³.

Fusionsvärme

16,06 kJ/mol.

Förångningsvärme

377 kJ/mol.

Molorisk kapacitet

24,81 j/mol · k

Ljudhastighet

4.720 m/s (mätt i en metallstång).

Hårdhet

5.0 på Mohs -skalan.

Magnetism

Det är ett av de tre ferromagnetiska elementen vid omgivningstemperatur. Koboltmagneter behåller sin magnetism vid temperaturer så höga som 1.121 ºC (2.050 ºF).

Elektronnegativitet

1.88 på Pauling -skalan.

Joniseringsenergi

Första joniseringsnivån: 740,4 kJ/mol.

Andra joniseringsnivån: 1.648 kJ/mol.

Tredje joniseringsnivån: 3.232 kJ/mol.

Atomradio

125.

Atomvolym

6,7 cm³/mol.

Reaktioner

Kobolt upplöses långsamt i utspädda mineralsyror. Det kombineras inte direkt med väte eller kväve, utan med kol, fosfor och svavel genom uppvärmning. Det binder till syre som finns i vattenånga vid höga temperaturer.

Reagerar praktiskt taget med 15 M salpetersyra och bildar koboltnitrat, CO (nej₃)₂. Reagera svagt med saltsyra för att bilda koboltklorid, cOCL₂. Kobolten bildar inte hydros.

Båda co⁺² som Co⁺³ De bildar många koordinationskomplex, med tanke på en av metallerna med det största antalet av dessa komplex.

Ansökningar

Legeringar

Koboltlegeringar används vid tillverkning av reaktionsmotorer och i gasturbinmotorer. En legering som heter Alinco, bildad av aluminium, nickel och kobolt, har starkt magnetiska egenskaper. Alinco -magneter används i hörlurar, kompasser och mikrofoner.

De så kallade skärverktygen är gjorda med legeringar av Estelitas, bestående med kobolt, krom och volfram. Superaleaciones har en smältpunkt nära den för kobolt och kännetecknas av deras stora hårdhet, som används i utarbetandet av låga expansionsverktyg.

Keramik, skulpturer och glas

Koboltglasögon. Källa: Pxhere.

Sedan antiken har kobolten använts av många kulturer för att ge en blå färg till sina konstverk och dekorativa. I detta avseende har oxider använts: koboltos och koboltiska, CO₃ANTINGEN₄.

Förutom dess användning vid tillverkning av keramik, glas och emaljer används koboltoxider i katalysatorer.

Läkare

Kobolt-60 (⁶⁰Co), en radioaktiv isotop som avger beta (ß) och intervall (y) strålning, används i cancerbehandling. Y -strålning är elektromagnetisk strålning, så den har förmågan att penetrera vävnader och nå cancerceller, vilket möjliggör deras utrotning.

Cancerceller är celler som är uppdelade med hög hastighet, vilket gör dem mer mottagliga för joniserande strålningar som påverkar deras kärna och skadar genetiskt material.

Kan tjäna dig: vätskevaporbalans

han ⁶⁰CO, som andra radioisotoper, används i sterilisering av material som används i medicinsk praxis.

Likaså används kobolten i utarbetandet av ortopediska implantat, tillsammans med titan och rostfritt stål. En stor del av höftbyten, använd femoral krom-kobalto-stjälkar.

Alternativ energi

Kobolten används för att förbättra prestandan för laddningsbara batterier och utföra en användbar funktion i hybridfordon.

Galvanoplastik

Kobolt används för att tillhandahålla metallytor med en bra finish som skyddar dem mot oxidation. Koboltsulfat, koso₄, Till exempel är det den huvudsakliga koboltföreningen som används i detta avseende.

I laboratorier

Koboltosklorid, cocl₂.6h₂Eller används det som en fuktindikator i torkare. Det är ett rosa fast ämne som förändras blått när det hydratiserar.

Biologiskt papper

Kobolten är en del av den aktiva platsen för vitamin B₁₂ (cyanokobalamin) involverad i mognad av erytrocyter. Dess frånvaro har sitt ursprung en anemi som kännetecknas av utseendet i blodcirkulationen av stora erytrocyter som kallas megaloblaster.

Var ligger det

jordskorpa

Kobolten är allmänt fördelad över jordskorpan; Även om dess koncentration är mycket låg, uppskattar den att den utgör 25 ppm av jordskorpan. Under tiden är sin relativa koncentration i solsystemet 4 ppm 4 ppm.

Det finns i små mängder i nickel-hydrrokomplexen, som är infödda i jorden och meteoriter. På samma sätt är det i kombination med andra element i sjöar, floder, hav, växter och djur.

Vitamin B₁₂

Dessutom är det ett väsentligt element för idisslare näring och finns i vitamin B₁₂, nödvändigt för mognad av erytrocyter. Kobolt är vanligtvis inte isolerad i naturen, men finns i olika mineraler i kombination med andra element.

Mineraler

Bland koboltmineralerna är följande: koboltit, i kombination med arsenik och svavel; Erythita, bildad av arsenik och hydratiserad kobolt; Glaucodot som bildas av kobolt, järn, arsenik och svavel; och skutteruditen bildad av kobolt, nickel och arsenik.

Dessutom kan följande ytterligare koboltmineraler indikeras: Linnaelita, enameltita och heterogenit. Kobolten åtföljs av mineraler främst av nickel, arsenik och järn.

På det mesta extraheras inte kobolten från malmen som innehåller den i sig, men är en biprodukt av gruvdrift av nickel, järn, arsenik, koppar, mangan och silver. En komplex process krävs för att extrahera och isolera kobolten för dessa mineraler.

Referenser

1. Wikipedia. (2019). Kobolt. Hämtad från: i.Wikipedia.org
2. TILL. Owen och d. Madoc jone. (1954). Effekt av kornstorlek på koboltens kristallstruktur. Proc. Fysik. Soc. B 67 456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
3. Victor A. av Peña O'Shea, Pilar Ramírez från poolen, Narcis Homs, Guillem Aromí och José L. G. järn. (2009). Utveckling av hexonala stängda packade kobolt-nanapartiklar stabila vid hög temperatur. Materials Chemistry 21 (23), 5637-5643. Doi: 10.1021/cm900845h.
4. Anne Marie Helmestine, pH.D. (2 februari 2019). Koboltfakta och fysiska egenskaper. Tankco. Återhämtat sig från: tankco.com
5. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (8 juni 2019). Kobolt. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobolt. Återhämtat sig från: lookchem.com
7. Hastikskivor. (2019). Element för barn: kobolt. Återhämtat sig från: ankor.com