Kobaltstruktur, Eigenschaften, Anwendungen

Er Kobalt Es handelt. Es ist ein grauer blauer Feststoff (abhängig von seinen Verunreinigungen), die in der gesamten Erdkruste zu finden ist. Obwohl seine Konzentration kaum 25 ppm oder 0,001 % derselben entspricht.

Dieses Metall ist eine wesentliche Spur in der Ernährung von Wiederkäuern. Es ist auch Teil des Vitamin B -Kerns₁₂, notwendig für die Reifung der Erythrozyten. Vitamin b₁₂ Es zeigt eine ähnliche Struktur wie die Hämoglobin -Hämogruppe; Aber mit CO anstelle des Glaubens.

Metallic Cobalt Probe. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

In der Natur wird der Kobalt normalerweise nicht rein gefunden, sondern innerhalb der komplexen Matrizen von Mineralien wie Kobaltit, Skutterudit, Erythrita usw. In diesen Mineralien wird der Kobalt normalerweise mit Nickel, Eisen oder Arsen kombiniert.

Der Name 'Cobalt' stammt aus dem deutschen Kobalt, der wiederum von Kobolt stammt, ein Name, den die Bergleute den Mineralien von Mineralien, die blaue Färben produzierten, und nur wenige Metalle hatten, die sie kannten; Menas, dass es ihnen zu erwähnenswert ist.

Der Kobalt ist unter anderem zusammen mit Nickel, Eisen und Kupfer in MEAS vorhanden. Daher kann es nicht rein erhalten werden und erfordert eine intensive Raffinerie, um sie zu reinigen, bis seine Verwendung praktisch ist.

Es wurde zwischen 1730 und 1740 vom schwedischen Chemiker Georg Brandt entdeckt. Es bildete das erste Metall, das aus der Vorgeschichte entdeckt wurde. Brandt sagte, dass der Kobalt für die blaue Färbung von Keramik und Glas verantwortlich war; Und nicht die Wismut, wie sie bis dahin geglaubt werden.

Der Kobalt hat 29 Isotope. Er ⁵⁹CO ist stabil und repräsentiert fast 100 % der Kobaltisotope; Die restlichen 28 sind Radioisotope. Dazu gehören Al ⁶⁰CO, verwendet bei der Krebsbehandlung. Es ist ein magnetisches Element, das seinen Magnetismus bei hoher Temperatur hält. Diese Eigenschaft hat es Ihnen erlaubt.

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Geschichte

Antike

Der Kobalt wurde in Zeiten so weit wie 2 verwendet.000 bis 3.000 Jahre a.C. Die Ägypter, die Perser und die chinesischen Dynastien verwendeten es bei der Ausarbeitung ihrer Skulpturen und Keramik. Er trug die blaue Färbung bei, die in den Kunstwerken und in den Artikeln des Gebrauchs so geschätzt wurde.

Wahrscheinlich die Ägypter (1550 - 1292 a.C.) Sie waren die erste Stadt, die den Kobalt benutzte, um seine blaue Farbe zu drucken.

Der Kobalt ist in den Menas nicht isoliert, sondern in Gegenwart von Mineralien mit Nickel, Kupfer und Arsen.

Beim Versuch von Kupfer mit dem Nickel wurde Arsenoxid produziert, ein sehr giftiges Gas, das die Ursache der Vergiftung war, die die Bergleute litten.

Entdeckung

Der Kobalt wurde 1735 vom schwedischen Chemiker Georg Brandt ungefähr entdeckt, der erkannte, dass der Kobalt genau das Metall war, das die blaue Färbung von Keramik und Glas beigetragen hat.

Es war das erste Metall, das seit der Antike entdeckt wurde. Der Mann seit dieser Zeit verwendete zahlreiche Metalle wie Eisen, Kupfer, Silber, Zinn, Gold usw. In vielen Fällen ist es unbekannt, als sie anfingen zu benutzen.

Bergbauproduktion

Die erste Ausbeutung von Kobalt in der Welt begann in Europa, wobei der erste kobaltblaue Produzent Norwegen war. Eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Kobalt, zusätzlich zu Emaille (Kobaltglaspulver), das als Pigment in Keramik und Malerei verwendet wird.

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Das Überwiegen bei der Produktion von Cobalt, wechselte nach Nueva Caledonia (1864) und Kanada (1904) in der Region Ontario zur Entdeckung von Einlagen in diesen Ländern.

Anschließend war die derzeitige Demokratische Republik Kongo (1913) der erste Kobaltproduzent der ersten Welt, um große Einlagen in der Region Katanga zu entdecken. Derzeit ist dieses Land zusammen mit Kanada und Australien einer der wichtigsten Kobaltproduzenten.

In der Zwischenzeit ist die chinesische Republik der erste weltweite Produzent von raffiniertem Kobalt, seit die Metallimporte aus der Demokratischen Republik Kongo für ihre Raffinerie.

1938 erreichten John Livinglood und Glenn Seeborg in einem Atomreaktor des ⁶⁰Co; Radioaktives Isotop in der Medizin bei der Krebsbehandlung verwendet.

Struktur und elektronische Konfiguration von Kobalt

Der Kobalt hält wie andere Metalle seine Atome durch die Metallbindung zusammen. Die Festigkeit und Komprimierung sind so, dass sie einen metallischen Kristall errichten, bei dem es eine Flut von Elektronen und Antriebsbändern gibt, die ihre elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten erklären.

In mikroskopisch analysierender Kobaltkristalle wird eine kompakte hexagonale Struktur festgestellt. Es gibt Dreiecke von CO -Atomen, die in Ababschichten angeordnet sind ... und bilden dreieckige Prismen mit interkalierten Schichten, die wiederum den sechsten Teil eines Sechsecks darstellen.

Diese Struktur ist für die meisten Kobaltproben bei niedrigeren Temperaturen von 450 ° C vorhanden. Wenn die Temperatur jedoch steigt, beginnt ein Übergang zwischen zwei kristallographischen Phasen: das kompakte sechseckige (HCP) und das Kubik, das auf dem Gesicht zentriert ist (FCC, für sein Akronym in englischer Sprache: Gesichts-zentriertes Kubikum).

Der Übergang ist langsam, daher werden nicht alle hexagonalen Kristalle kubisch. Somit kann der Kobalt bei hohen Temperaturen beide kristallinen Strukturen aufweisen; Und dann hören seine Eigenschaften auf, homogen für das gesamte Metall zu sein.

Kristalline Körner

Die kristalline Struktur ist nicht vollständig perfekt; Es kann Unregelmäßigkeiten beherbergen, die kristalline Körner unterschiedlicher Größen definieren. Je kleiner, ist das Metall leichter oder als wäre es ein Schwamm. Andererseits wird das Metall fest und fest, wenn die Körner groß sind.

Das Detail mit dem Kobalt ist, dass nicht nur die Körner den externen Aspekt des Metalls verändern: auch seine kristalline Struktur. Unter 450 ° C sollte die HCP -Struktur vorherrschen. Aber wenn die Körner klein sind, wie im schwammigen Kobalt, ist die dominante Struktur die FCC.

Das Gegenteil tritt auf, wenn die Körner groß sind: Beherrschen Sie die FCC -Struktur auf der HCP. Es ist sinnvoll, da große Körner schwerer sind und einen größeren Druck unter ihnen ausüben. Bei größeren Drücken werden CO -Atome mehr verdichtet und entscheiden sich für die Übernahme der HCP -Struktur.

Bei hohen Temperaturen (t> 1000ºC) treten die frisch beschriebenen Übergänge auf; Aber im Fall von schwammigem Kobalt wird ein kleiner Teil seiner Kristalle sechseckig, während die meisten weiterhin kubisch sind.

Stabile HCP -Nanokristalle

In einer spanischen Forschungsarbeit (Peña O'Shea v. und Kohl., 2009) wurde gezeigt, dass hexagonale Kobalt -Nanokristalle synthetisiert werden konnten, die die Temperaturen in der Nähe von 700 ° C unterstützen können, ohne Übergänge in die FCC -Phase zu leiden.

Zu diesem Zweck reduzierten die Forscher die Proben von Kobaltoxiden mit CO und H₂, herauszufinden, dass HCP.

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Elektronische Konfiguration und Oxidationszustände

Die elektronische Konfiguration des Kobalts lautet:

[Ar] 3d⁷4s²

Es kann daher die Theorie bis zu neun Elektronen seiner Valenzschicht verlieren; Dies geschieht jedoch nicht (zumindest unter normalen Bedingungen), und es ist auch nicht die Kationenformen⁹⁺.

Ihre Oxidationszustände sind: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +2 und +3 die Haupt.

Eigenschaften

Aussehen

Festes Metall, glänzend, graublau. Der polierte Kobalt ist silberweiß mit einem blauen Farbton.

Atomares Gewicht

58.933 g/mol.

Ordnungszahl

27.

Periodensystem

Es ist ein Übergangsmetall, das zu Gruppe 9 (VIIIB) gehört, Periode 4.

Schmelzpunkt

1.768 K (1.495 ºC, 2.723 ºF).

Siedepunkt

3.200 K (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Dichte bei Raumtemperatur

8,90 g/cm³.

Fusionshitze

16.06 kJ/mol.

Verdampfungswärme

377 kJ/mol.

Molkalorienkapazität

24.81 J/mol · k

Schallgeschwindigkeit

4.720 m/s (gemessen in einer Metallstange).

Härte

5.0 auf der MOHS -Skala.

Magnetismus

Es ist eines der drei ferromagnetischen Elemente bei Umgebungstemperatur. Kobaltmagnete behalten ihren Magnetismus bei Temperaturen von bis zu 1.121 ºC (2.050 ºF).

Elektronegativität

1,88 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergie

Erste Ionisationsstufe: 740,4 kJ/mol.

Zweite Ionisationsstufe: 1.648 kJ/mol.

Dritte Ionisationsstufe: 3.232 kJ/mol.

Atomradio

125 Uhr.

Atomvolumen

6,7 cm³/mol.

Reaktionen

Kobalt löst sich langsam in verdünnten Mineralsäuren auf. Es ist nicht direkt mit Wasserstoff oder Stickstoff kombiniert, sondern mit Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel durch Erhitzen. Es bindet an den in Wasserdampf vorhandenen Sauerstoff bei hohen Temperaturen.

Reagiert praktisch mit 15 m -Salpetersäure und bildet Kobaltnitrat, CO (nein₃)₂. Reagieren Sie schwach mit Salzsäure, um Kobaltchlorid, COCl zu bilden₂. Der Kobalt bildet keine Hydros.

Beide co⁺² wie co⁺³ Sie bilden zahlreiche Koordinationskomplexe, unter Berücksichtigung eines der Metalle mit der größten Anzahl dieser Komplexe.

Anwendungen

Legierungen

Kobaltlegierungen werden zur Herstellung von Reaktionsmotoren und in Gasturbinenmotoren verwendet. Eine Legierung namens Alinco, gebildet von Aluminium, Nickel und Kobalt, hat stark magnetische Eigenschaften. Alinco -Magnete werden in Kopfhörern, Kompasse und Mikrofonen verwendet.

Die sogenannten Schneidwerkzeuge werden mit Legierungen von Estelitas hergestellt, die mit Kobalt, Chrom und Wolfram bestehen. Superalealen haben einen Schmelzpunkt, der dem von Cobalt nahe kommt, und zeichnen sich durch ihre große Härte gekennzeichnet, die bei der Ausarbeitung von Tools mit niedriger Expansion verwendet wird.

Keramik, Skulpturen und Glas

Kobaltgläser. Quelle: pxhere.

Seit der Antike wird der Kobalt von zahlreichen Kulturen verwendet, um ihren Kunst- und Dekorationswerken eine blaue Färbung zu verleihen. In diesem Sinne wurden Oxide verwendet: Cobaltos und Cobaltic, Co₃ENTWEDER₄.

Zusätzlich zu seiner Verwendung bei der Herstellung von Keramik, Glas und Emaille werden Kobaltoxide bei der Zubereitung von Katalysatoren verwendet.

Ärzte

Cobalt-60 (⁶⁰CO), ein radioaktives Isotop, das Beta (β) und Range (γ) Strahlung emittiert, wird bei der Krebsbehandlung verwendet. Γ -Strahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, daher hat sie die Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen und Krebszellen zu erreichen, wodurch ihre Ausrottung ermöglicht wird.

Krebszellen sind Zellen, die mit hoher Geschwindigkeit unterteilt sind, was sie anfälliger für ionisierende Strahlungen macht, die ihren Kern beeinflussen, und schädlich genetisches Material.

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Er ⁶⁰CO wird wie andere Radioisotope zur Sterilisation von Materialien verwendet, die in der medizinischen Praxis verwendet werden.

Ebenso wird der Kobalt bei der Ausarbeitung orthopädischer Implantate zusammen mit Titan und Edelstahl verwendet. Verwenden Sie ein großer Teil des Hüftersatzes, verwenden.

Alternative Energie

Der Kobalt wird verwendet, um die Leistung wiederaufladbarer Batterien zu verbessern und eine nützliche Funktion in Hybridfahrzeugen auszuführen.

Galvanoplastik

Cobalt wird verwendet, um Metalloberflächen mit einem guten Finish bereitzustellen, das sie vor Oxidation schützt. Kobaltsulfat, Coso₄, Zum Beispiel ist es die Hauptkobaltverbindung, die in dieser Hinsicht verwendet wird.

In Labors

Cobaltos Chlorid, COCl₂.6h₂Oder es wird als Feuchtigkeitsindikator bei Trockengebern verwendet. Es ist ein rosa Feststoff, der blau verändert, wenn es hydriert.

Biologisches Papier

Der Kobalt ist Teil des aktiven Zentrums von Vitamin B₁₂ (Cyanocobalamin), die an der Reifung von Erythrozyten beteiligt sind. Seine Abwesenheit entsteht eine Anämie.

Wo befindet es sich

Erdkruste

Der Kobalt ist in der gesamten Erdkruste weit verbreitet. Obwohl seine Konzentration sehr niedrig ist, schätzt es, dass es 25 ppm der Erdkruste darstellt. In der Zwischenzeit beträgt im Sonnensystem zusammen seine relative Konzentration 4 ppm.

Es kommt in kleinen Mengen in den Nickel-Hydrro-Komplexen vor, die in der Erde und den Meteoriten beheimatet sind. Ebenso ist es in Kombination mit anderen Elementen in Seen, Flüssen, Meeren, Pflanzen und Tieren.

Vitamin b₁₂

Darüber hinaus ist es ein wesentliches Element für die Wiederkäuerernährung und in Vitamin B vorhanden₁₂, notwendig für die Reifung von Erythrozyten. Kobalt ist in der Natur nicht isoliert, sondern in verschiedenen Mineralien in Kombination mit anderen Elementen vorhanden.

Mineralien

Unter den Kobaltmineralien befinden sich Folgendes: Kobaltit in Kombination mit Arsen und Schwefel; Erythrita, gebildet von Arsen und hydratisiertem Kobalt; der Glaukodot, der durch Kobalt, Eisen, Arsen und Schwefel gebildet wird; und der Skutterudit von Kobalt, Nickel und Arsen.

Darüber hinaus können die folgenden zusätzlichen Kobaltmineralien angezeigt werden: Linnaelita, Enameltita und Heterogenit. Der Kobalt wird in Mineralien hauptsächlich von Nickel, Arsen und Eisen begleitet.

In der meisten Zeit wird der Kobalt nicht aus dem Erz extrahiert, das es an sich enthält, sondern ein Nebenprodukt der Bergbauextraktion von Nickel, Eisen, Arsen, Kupfer, Mangan und Silber ist. Ein komplexer Prozess ist erforderlich, um den Kobalt dieser Mineralien zu extrahieren und zu isolieren.

Verweise

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