KOBOLTTI: RAKENNE, OMINAISUUDET, SOVELLUKSET - KEMIA - 2026

Koboltti on siirtymämetalli, joka kuuluu ryhmään VIIIB jaksollisen ja jonka kemiallinen merkki on Co on kiinteä sininen - harmaa (riippuen epäpuhtaudet) löytyy koko maapallon n kuori; vaikka sen pitoisuus tuskin edustaa 25 ppm tai 0,001% siitä.

Tämä metalli on välttämätön hivenaine märehtijöiden ravinnossa. Se on myös osa B _12- vitamiinin ydintä, joka on välttämätöntä punasolujen kypsymiselle. B ₁₂ -vitamiinilla on samanlainen rakenne kuin hemoglobiinin hemiryhmässä; mutta Co: n kanssa uskon sijasta.

Metallinen koboltinäyte. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Luonnossa kobolttia ei yleensä löydy puhdasta, mutta monimutkaisissa mineraalimatriiseissa, kuten: koboltti, skutterudiitti, erytritti jne. Näissä mineraaleissa koboltti yhdistetään yleensä nikkelin, raudan tai arseenin kanssa.

Nimi 'koboltti' on peräisin saksalaisesta koboltista, joka puolestaan ​​on johdettu koboltista, nimestä, jonka kaivostyöt antoivat mineraalimalmeille, jotka tuottivat sinisiä väriaineita ja joilla oli vähän tuntemia metalleja; Malmit, jotka on syytä mainita, aiheuttivat heille myrkytyksen.

Kobolttia löytyy malmeista, kuten muun muassa nikkeliä, rautaa ja kuparia. Siksi sitä ei voida saada puhdasta, ja sen puhdistaminen vaatii intensiivistä jalostustyötä, kunnes sen käyttö on käytännöllistä.

Sen löysi ruotsalainen kemisti Georg Brandt vuosina 1730 - 1740. Se oli ensimmäinen esihistoriasta löydetty metalli. Brandt huomautti, että koboltti oli vastuussa keramiikan ja lasin sinisestä sävystä; eikä vismutti, kuten siihen asti uskottiin.

Koboltilla on 29 isotooppia. ⁵⁹ Co on vakaa ja on lähes 100%: n isotooppeja koboltti; loput 28 ovat radioisotooppeja. Näihin sisältyy ⁶⁰ Co, jota käytetään syövän hoidossa. Se on magneettinen elementti, joka säilyttää magneettisuutensa korkeissa lämpötiloissa. Tämä ominaisuus on mahdollistanut sen muodostaa seoksia, kuten ns. Alinco, joita käytetään kaiuttimissa, mikrofoneissa, radion torvissa jne.

Historia

antiquity

Kobolttia käytettiin jo 2000 - 3000 vuotta eKr. Egyptiläiset, persialaiset ja kiinalaiset dynastiat käyttivät sitä veistoksiensa ja keramiikkansa valmistukseen. Se antoi sinisen värin, jota niin arvostetaan taideteoksissa ja käyttöesineissä.

Egyptiläiset (1550–1292 eKr.) Olivat luultavasti ensimmäiset ihmiset, jotka käyttivät kobolttia antamaan lasille sinisen värin.

Kobolttia ei eristetä malmeista, mutta mineraalien läsnä ollessa nikkelin, kuparin ja arseenin kanssa.

Yritettäessä sulattaa kuparia nikkelillä muodostui arseenioksidia, erittäin myrkyllistä kaasua, joka oli syynä kaivostyöntekijöiden myrkytykseen.

Löytö

Koboltti löysi noin 1735 ruotsalainen kemisti Georg Brandt, joka huomasi, että juuri koboltti oli metalli, joka tarjosi keramiikan ja lasin sinisen värin.

Se oli ensimmäinen metalli, joka löydettiin muinaisista ajoista lähtien. Tästä ajasta lähtien ihminen on käyttänyt lukuisia metalleja, kuten rautaa, kuparia, hopeaa, tinaa, kultaa jne. Monissa tapauksissa ei tiedetä, milloin niitä aloitettiin.

Kaivostuotanto

Maailman ensimmäinen koboltinkaivos alkoi Euroopassa, ja Norja oli ensimmäinen koboltinsinisen tuottaja. alumiinioksidin ja koboltin yhdiste, samoin kuin emali (jauhettu kobolttilasi), jota käytetään pigmenttinä keramiikassa ja maalissa.

Valtaosa koboltin tuotannossa muutti Uuteen Kaledoniaan (1864) ja Kanadaan (1904) Ontarion alueelle, koska näiden maiden talletuksia löydettiin.

Myöhemmin nykyisestä Kongon demokraattisesta tasavallasta (1913) tuli maailman johtava koboltin tuottaja, koska Katangan alueella löydettiin suuria talletuksia. Tällä hetkellä tämä maa yhdessä Kanadan ja Australian kanssa on yksi tärkeimmistä koboltin tuottajista.

Samaan aikaan ROC on maailman johtava puhdistetun koboltin tuottaja, joka tuo metallia jalostukseen Kongon demokraattisesta tasavallasta.

Vuonna 1938 John Livinglood ja Glenn Seaborg saavuttivat tuotannon ⁶⁰ Co: n atomireaktorissa; Radioaktiivinen isotooppi, jota käytetään lääketieteessä syövän hoitoon.

Koboltin rakenne ja elektronikonfiguraatio

Koboltti, kuten muutkin metallit, pitää atomit yhdessä metallisidoksen kautta. Voima ja puristus ovat sellaiset, että ne muodostavat metallikiteen, jossa on elektroneja ja johtavuuskaistoja, jotka selittävät niiden sähköisen ja lämmönjohtavuuden.

Mikroskooppisesti analysoimalla kobolttikiteitä, havaitaan, että niillä on kompakti kuusikulmainen rakenne; on olemassa ABAB… -kerroksiin järjestettyjä Co-atomien kolmioita, jotka muodostavat kolmion muotoisia prismia lomitettujen kerrosten kanssa, jotka puolestaan ​​edustavat kuudesosaa kuusikulmiosta.

Tämä rakenne esiintyy useimmissa kobolttinäytteissä alle 450 ºC lämpötiloissa. Lämpötilan noustessa alkaa kuitenkin siirtyminen kahden kristallografisen vaiheen välillä: kompakti kuusikulmainen (hcp) ja kasvokeskeinen kuutio (fcc, lyhennettä varten englanniksi: face-centered cubic).

Siirtymä on hidasta, joten kaikki kuusikulmaiset kiteet eivät ole kuutiometriä. Siksi koboltilla voi korkeissa lämpötiloissa olla molemmat kiteiset rakenteet; ja sitten sen ominaisuudet eivät ole enää homogeenisia kaikille metalleille.

Kristallihelmien koko

Kiderakenne ei ole täysin täydellinen; se voi sisältää epäsäännöllisyyksiä, jotka määrittelevät erikokoisia kiteisiä jyviä. Mitä pienempiä ne ovat, sitä kevyempi metalli tai sienimäinen. Toisaalta, kun jyvät ovat suuria, metallista tulee kiinteää ja kiinteää.

Yksityiskohta koboltin kanssa on, että jyvien lisäksi vain muovataan metallin ulkoasua: myös sen kiteistä rakennetta. Alle 450 ºC: n hcp-rakenteen tulisi olla hallitseva; mutta kun jyvät ovat pieniä, kuten sokerikoboltissa, hallitseva rakenne on fcc.

Päinvastoin tapahtuu, kun jyvät ovat suuria: fcc-rakenne hallitsee hcp: tä. On järkevää, koska suuret jyvät ovat raskaampia ja aiheuttavat enemmän paineita toisilleen. Suuremmissa paineissa Co-atomit tiivistyvät enemmän ja päättävät käyttää hcp-rakennetta.

Korkeissa lämpötiloissa (T> 1000ºC) juuri kuvatut muutokset tapahtuvat; mutta sienimäisen koboltin tapauksessa pieni osa sen kiteistä tulee kuusikulmaiseksi, kun taas suurin osa on edelleen kuutiomaisia.

Vakaat hcp-nanokiteet

Espanjalaisessa tutkimuksessa (Peña O'shea V. ym., 2009) osoitettiin, että oli mahdollista syntetisoida kuusikulmaisia ​​koboltin nanokiteitä, jotka kykenevät kestämään lämpötilat lähellä 700 ºC ilman, että ne siirtyisivät fcc-vaiheeseen.

Tätä varten tutkijat vähensivät kobolttioksidinäytteitä CO: lla ja H ₂: llä havaitsemalla, että hcp-nanokiteet kiittivät niiden stabiilisuuden hiilinanopäällysteiden pinnoitteella.

Elektroninen konfiguraatio ja hapetustilat

Koboltin elektronikonfiguraatio on:

3d ⁷ 4s ²

Siksi se voi teoriassa menettää jopa yhdeksän elektronia valenssikuorestaan; mutta niin ei tapahdu (ainakin normaaleissa olosuhteissa), eikä Co ⁹⁺ -kationia ^muodostu.

Sen hapetustilat ovat: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, tärkeimmät ovat +2 ja +3.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Kiinteä, kiiltävä, siniharmaa metalli. Kiillotettu koboltti on hopeanvalkoinen ja sinertävän sävyisen.

Atomipaino

58,933 g / mol.

Atominumero

27.

Jaksollinen järjestelmä

Se on siirtymämetalli, joka kuuluu ryhmään 9 (VIIIB), jakso 4.

Sulamispiste

1,768 K (1 495 ° C, 2 723 ° F).

Kiehumispiste

3 200 K (2 927 ° C, 5 301 ° F).

Tiheys huoneenlämpötilassa

8,90 g / cm ³.

Fuusion lämpö

16,06 kJ / mol.

Höyrystymislämpö

377 kJ / mol.

Kaloriarvo

24,81 J / mol K

Äänen nopeus

4720 m / s (mitattuna metallitangolla).

Kovuus

5.0 Mohsin asteikolla.

Magnetismi

Se on yksi kolmesta ferromagneettisesta elementistä huoneenlämpötilassa. Kobolttimagneetit säilyttävät magnetisminsa jopa 1,121ºC (2 050ºF) lämpötiloissa.

elektronegatiivisuus

1,88 Paulingin asteikolla.

Ionisointienergia

Ensimmäinen ionisaatiotaso: 740,4 kJ / mol.

Toinen ionisaatiotaso: 1,648 kJ / mol.

Kolmas ionisaatiotaso: 3 232 kJ / mol.

Atomiradio

125 pm.

Atomimäärä

6,7 cm ³ / mol.

reaktiot

Koboltti liukenee hitaasti laimeisiin mineraalihapoihin. Se ei yhdisty suoraan vedyn tai typen kanssa, mutta se yhdistyy hiilen, fosforin ja rikin kanssa kuumentamalla. Se sitoutuu vesihöyryssä olevaan happea korkeissa lämpötiloissa.

Reagoi voimakkaasti 15 M typpihapon kanssa muodostaen koboltinitraatin, Co (NO ₃) ₂. Reagoi heikosti kloorivetyhapolla koboltti- kloridi, CoCl ₂. Koboltti ei muodosta hydridejä.

Sekä Co ⁺² että Co ⁺³ muodostavat lukuisia koordinaatiokomplekseja, joita pidetään yhtenä metalleista, joilla on eniten näitä komplekseja.

Sovellukset

Alloys

Kobolttiseoksia käytetään suihkumoottorien ja kaasuturbiinimoottoreiden valmistuksessa. Alumiinista, nikkelistä ja koboltista koostuvalla Alinco-nimeltä seoksella on vahvat magneettiset ominaisuudet. Alinco-magneetteja käytetään kuulolaitteissa, kompasseissa ja mikrofoneissa.

Ns. Leikkaustyökalut valmistetaan stelliittilejeeringillä, jotka on tehty koboltista, kromista ja volframista. Superseosten seospiste on lähellä koboltin sulamispistettä, ja niille on ominaista suuri kovuus, ja niitä käytetään alhaisen paisunnan työkalujen valmistuksessa.

Keramiikka, veistokset ja lasi

Lasit lasit koboltilla. Lähde: Pxhere.

Muinaisista ajoista lähtien kobolttia on käytetty monissa kulttuureissa antamaan taiteilleen ja koristeteoksilleen sinisen sävyn. Tässä mielessä, oksideja on käytetty: koboltti, CoO, ja koboltti, Co ₃ O ₄.

Kobolttioksideja käytetään katalyyttien valmistuksessa niiden käytön lisäksi keramiikan, lasien ja emalien valmistuksessa.

lääkärit

Koboltti-60 (⁶⁰ Co), radioaktiivinen isotooppi, joka emittoi beeta- (β) ja gamma (γ) -säteilyä, käytetään syövän hoidossa. Γ säteily on sähkömagneettista säteilyä, joten sillä on kyky tunkeutua kudoksiin ja päästä syöpäsoluihin, mikä mahdollistaa niiden hävittämisen.

Syöpäsolut ovat soluja, jotka jakautuvat nopeasti, mikä tekee niistä herkempiä ytimelleen kohdistuvalle ionisoivalle säteilylle, vahingoittaen geneettistä materiaalia.

⁶⁰ Co, kuten muita radioisotooppeja, käytetään sterilointiin materiaaleja, joita käytetään lääketieteellisissä.

Samoin kobolttia käytetään titaanin ja ruostumattoman teräksen ortopedisten implanttien valmistuksessa. Suuri osa lonkkakorvauksista käyttää koboltti-kromi reisivarret.

Vaihtoehtoinen Energia

Kobolttia käytetään parantamaan ladattavien akkujen suorituskykyä, ja sillä on hyödyllinen rooli hybridi-ajoneuvoissa.

Galvanointi

Kobolttia käytetään metallipintojen aikaansaamiseksi hyvällä pintakäsittelyllä, joka suojaa niitä hapettumiselta. Kobolttisulfaatti, esimerkiksi CoSO ₄, on tässä suhteessa tärkein kobolttiyhdiste.

Laboratorioissa

Kobolttikloridi, CoCl ₂ -6H ₂ O, käytetään kosteuden ilmaisin on koneellinen. Se on vaaleanpunainen kiinteä aine, joka muuttuu sinisenväriseksi kosteutuessaan.

Biologinen rooli

Koboltti on osa punasolujen kypsymiseen osallistuvaa B ₁₂ -vitamiinin (syaanikobalamiini) aktiivista kohtaa. Sen puuttuminen aiheuttaa anemiaa, jolle on tunnusomaista megaloblasteiksi kutsuttujen suurten punasolujen esiintyminen verenkierrossa.

Missä se sijaitsee

maapallon kuori

Koboltti on levinnyt laajalti koko maankuoreen; vaikka sen pitoisuus on hyvin pieni, arvioidaan, että se muodostaa 25 ppm maankuoresta. Samaan aikaan koko aurinkokunnassa sen suhteellinen pitoisuus on 4 ppm.

Sitä esiintyy pieninä määrinä nikkeli-rauta-komplekseissa, jotka ovat kotoperäisiä maapallolle ja meteoriiteille. Sitä löytyy myös yhdessä muiden elementtien kanssa järvissä, joissa, merissä, kasveissa ja eläimissä.

B-vitamiini

Lisäksi se on tärkeä osa märehtijöiden ravintoa ja sisältää B _12- vitamiinia, joka on tarpeen punasolujen kypsymiselle. Kobolttia ei yleensä eristetä luonnossa, mutta sitä löytyy eri mineraaleista yhdistettynä muihin alkuaineisiin.

mineraalit

Kobolttimineraaleja ovat seuraavat: koboltti yhdessä arseenin ja rikin kanssa; erytritti, jonka muodostavat arseeni ja hydratoitu koboltti; koboltin, raudan, arseenin ja rikin muodostama glaukodotti; ja koboltin, nikkelin ja arseenin muodostama skutterudiitti.

Lisäksi voidaan havaita seuraavat ylimääräiset kobolttimineraalit: linnaeliitti, emali ja heterogeniitti. Koboltiin liittyy mineraaleja lähinnä nikkeli, arseeni ja rauta.

Suurinta osaa kobolttia ei uuteta sitä sisältävistä malmeista, vaan se on nikkelin, raudan, arseenin, kuparin, mangaanin ja hopean louhinnan sivutuote. Koboltin uuttamiseksi ja eristämiseksi näistä mineraaleista tarvitaan monimutkainen prosessi.

Viitteet

1. Wikipedia. (2019). Koboltti. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. A. Owen ja D. Madoc Jone. (1954). Viljan koon vaikutus koboltin kiderakenteeseen. 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 ja José LG Fierro. (2009). Kuusikulmaisten suljettujen koboltin nanohiukkasten kehitys vakaa korkeassa lämpötilassa. Chemistry of Materials 21 (23), 5637 - 5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, FT (2. helmikuuta 2019). Koboltin tosiasiat ja fysikaaliset ominaisuudet. ThoughtCo. Palautettu osoitteesta: gondo.com
5. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (8. kesäkuuta 2019). Koboltti. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
6. LookChem. (2008). Koboltti. Palautettu sivustolta: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Elementit lapsille: koboltti. Palautettu osoitteesta: ducksters.com