Struttura del cobalto, proprietà, applicazioni

Lui cobalto È un metallo di transizione che appartiene al gruppo VIIIB della tavola periodica e il cui simbolo chimico è il CO. È un solido blu grigiastro (a seconda delle sue impurità), che si trova in tutta la crosta terrestre; Sebbene la sua concentrazione rappresenti a malapena 25 ppm o 0,001 % dello stesso.

Questo metallo è una traccia essenziale nella nutrizione dei ruminanti. Fa anche parte del nucleo della vitamina B₁₂, necessario per la maturazione degli eritrociti. Vitamina B₁₂ Presenta una struttura simile a quella del gruppo di emoglobina Hemo; Ma con CO invece della fede.

Campione di cobalto metallico. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

In natura il cobalto non si trova di solito puro, ma all'interno delle matrici complesse di minerali come: cobaltite, skutterite, eritrita, ecc. In questi minerali il cobalto è solitamente combinato con nichel, ferro o arsenico.

Il nome di "Cobalt" deriva dal Kobalt tedesco, che a sua volta derivava da Kobolt, un nome che i minatori diede ai minerali di minerali che producevano colorare blu e avevano pochi metalli che conoscevano; Mena che, vale la pena menzionarli, ha causato loro avvelenamento.

Il cobalto si trova in Menas insieme a nichel, ferro e rame, tra gli altri metalli. Pertanto, non può essere ottenuto puro e richiede un intenso lavoro di raffinazione per purificarlo fino a quando il suo uso è pratico.

Fu scoperto dal chimico svedese Georg Brandt, tra il 1730 e il 1740. Costituiva il primo metallo scoperto dalla preistoria. Brandt ha affermato che il cobalto era responsabile della colorazione blu di ceramica e vetro; E non il bismuto, come creduto fino ad allora.

Il cobalto ha 29 isotopi. Lui ⁵⁹CO è stabile e rappresenta quasi il 100 % degli isotopi di cobalto; I restanti 28 sono radioisotopi. Questi includono Al ⁶⁰CO, usato nel trattamento del cancro. È un elemento magnetico, mantenendo il suo magnetismo ad alta temperatura. Questa proprietà ti ha permesso.

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Storia

Antichità

Il cobalto è stato usato in tempi remoti come 2.000 a 3.000 anni a.C. Gli egiziani, i persiani e le dinastie cinesi lo hanno usato nell'elaborazione delle loro sculture e ceramiche. Ha contribuito con la colorazione blu così apprezzata nelle opere d'arte e negli articoli di utilizzo.

Probabilmente gli egiziani (1550 - 1292 a.C.) Furono la prima città che usava il cobalto per stampare il suo colore blu.

Il cobalto non è isolato nelle mena, ma in presenza di minerali con nichel, rame e arsenico.

Quando si prova il rame con il nichel, veniva prodotto l'ossido di arsenico, un gas molto velenoso che era la causa dell'avvelenamento che i minatori soffrivano.

Scoperta

Il cobalto fu scoperto, approssimativamente, nel 1735 dal chimico svedese Georg Brandt, che si rese conto che il cobalto, precisamente, era il metallo che contribuì alla colorazione blu di ceramica e vetro.

Fu il primo metallo scoperto dai tempi antichi. L'uomo da allora ha usato numerosi metalli come ferro, rame, argento, stagno, oro, ecc ... In molti casi non è noto quando hanno iniziato a usare.

Produzione mineraria

Il primo sfruttamento minerario del cobalto nel mondo iniziò in Europa, il primo produttore blu di cobalto era la Norvegia; Un composto di allumina e cobalto, oltre allo smalto (polvere di vetro cobalto), usato come pigmento in ceramica e pittura.

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La preponderanza nella produzione di Cobalt, si trasferì a Nueva Caledonia (1864) e in Canada (1904), nella regione dell'Ontario per la scoperta di depositi in quei paesi.

Successivamente, l'attuale Repubblica Democratica del Congo (1913) divenne il primo produttore mondiale di cobalto per la scoperta di grandi depositi nella regione di Katanga. Attualmente questo paese, insieme al Canada e all'Australia, è uno dei principali produttori di cobalto.

Nel frattempo, la Repubblica cinese è il primo produttore mondiale di raffinato cobalto, poiché le importazioni metalliche dalla Repubblica Democratica del Congo per la sua raffinazione.

Nel 1938, John Livinglod e Glenn Seaborg raggiunsero la produzione in un reattore atomico del ⁶⁰Co; isotopo radioattivo usato in medicina nel trattamento del cancro.

Struttura e configurazione elettronica di cobalto

Il cobalto, come altri metalli, tiene insieme i suoi atomi attraverso il legame metallico. La resistenza e la compressione sono tali da stabilire un cristallo metallico, dove c'è una marea di elettroni e fasce di guida che spiegano le loro conduttività elettriche e termiche.

Analizzando microscopicamente i cristalli di cobalto, si scoprirà che ha una struttura esagonale compatta; Ci sono triangoli di atomi di CO disposti negli strati ABAB ..., formando prismi triangolari con strati intercalati, che a loro volta rappresentano la sesta parte di un esagono.

Questa struttura è presente per la maggior parte dei campioni di cobalto a temperature più basse di 450 ° C. Tuttavia, quando la temperatura aumenta, inizia una transizione tra due fasi cristallografiche: l'esagonale compatta (HCP) e il cubico centrato sul viso (FCC, per il suo acronimo in inglese: Cubico incentrato sul viso).

La transizione è lenta, quindi non tutti i cristalli esagonali diventano cubici. Pertanto, ad alte temperature il cobalto può presentare entrambe le strutture cristalline; E poi, le sue proprietà cessano di essere omogenee per l'intero metallo.

Cereali cristallini

La struttura cristallina non è completamente perfetta; Può ospitare irregolarità, che definiscono granuli cristallini di diverse dimensioni. Più piccolo, il metallo sarà più leggero o come se fosse una spugna. D'altra parte, quando i cereali sono grandi, il metallo diventerà solido e solido.

Il dettaglio con il cobalto è che non solo i grani modificano l'aspetto esterno del metallo: anche la sua struttura cristallina. Sotto 450 ° C la struttura HCP dovrebbe predominare; Ma quando i cereali sono piccoli, come nel cobalto spugnoso, la struttura dominante è la FCC.

Il contrario si verifica quando i grani sono grandi: padroneggiare la struttura FCC sull'HCP. Ha senso poiché i grani grandi sono più pesanti ed esercitano maggiori pressioni tra loro. A maggiori pressioni, gli atomi di CO sono compattati di più e scelgono di adottare la struttura HCP.

A temperature elevate (T> 1000 ° C), si verificano le transizioni appena descritte; Ma nel caso del cobalto spugnoso, una piccola parte dei suoi cristalli diventa esagonale, mentre la maggior parte continua ad essere cubica.

Nanocristalli HCP stabili

In un lavoro di ricerca spagnolo (Peña O'Shea V. e cavolo., 2009), è stato dimostrato che i nanocristalli di cobalto esagonale potrebbero essere sintetizzati in grado di sostenere le temperature vicino a 700 ° C senza soffrire di transizioni alla fase FCC.

Per fare ciò, i ricercatori hanno ridotto campioni di ossidi di cobalto con CO e H₂, scoprire che i nanocristalli HCP dovevano la loro stabilità a un rivestimento in nanofibra di carbonio.

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Configurazione elettronica e stati di ossidazione

La configurazione elettronica del cobalto è:

[AR] 3D⁷4s²

Può quindi teoria perdere fino a nove elettroni del suo strato di valenza; Ma questo non accade (almeno in condizioni normali), né le forme cationiche⁹⁺.

I tuoi stati di ossidazione sono: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, essendo +2 e +3 il principale.

Proprietà

Aspetto fisico

Metallo solido, brillante e blu grigiastro. Il cobalto lucido è bianco argento con una tonalità blu.

Peso atomico

58.933 g/mol.

Numero atomico

27.

Tavola periodica

È un metallo di transizione che appartiene al gruppo 9 (viiib), periodo 4.

Punto di fusione

1.768 K (1.495 ºC, 2.723 ºF).

Punto di ebollizione

3.200 k (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Densità a temperatura ambiente

8,90 g/cm³.

Calore di fusione

16,06 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

377 kJ/mol.

Capacità calorica molare

24,81 J/mol · K

Velocità del suono

4.720 m/s (misurato in un'asta di metallo).

Durezza

5.0 sulla scala MOHS.

Magnetismo

È uno dei tre elementi ferromagnetici a temperatura ambiente. I magneti di cobalto mantengono il loro magnetismo a temperature fino a 1.121 ºC (2.050 ºF).

Elettronegatività

1,88 sulla scala Pauling.

Energia ionizzata

Primo livello di ionizzazione: 740,4 kJ/mol.

Secondo livello di ionizzazione: 1.648 kJ/mol.

Terzo livello di ionizzazione: 3.232 kJ/mol.

Radio atomica

125 pm.

Volume atomico

6,7 cm³/mol.

Reazioni

Il cobalto si dissolve lentamente in acidi minerali diluiti. Non è combinato direttamente con idrogeno o azoto, ma con carbonio, fosforo e zolfo mediante riscaldamento. Si lega all'ossigeno presente nel vapore acqueo ad alte temperature.

Reagisce praticamente con acido nitrico 15 m, formando nitrato cobalto, CO (no₃)₂. Reagire debolmente con l'acido cloridrico per formare cloruro di cobalto, COCL₂. Il cobalto non forma idros.

Entrambi co⁺² come co⁺³ Formano numerosi complessi di coordinamento, considerando uno dei metalli con il maggior numero di questi complessi.

Applicazioni

Leghe

Le leghe di cobalto sono utilizzate nella produzione di motori di reazione e nei motori a turbina a gas. Una lega chiamata Alinco, formata in alluminio, nichel e cobalto, ha proprietà fortemente magnetiche. I magneti Alinco sono usati in cuffie, bussole e microfoni.

Gli utensili da taglio così chiamati sono realizzati con leghe di Estelitas, costituite con cobalto, cromo e tungsteno. I superleacioni hanno un punto di fusione vicino a quello del cobalto e sono caratterizzate dalla loro grande durezza, utilizzate nell'elaborazione di strumenti a bassa espansione.

Ceramica, sculture e vetro

Bicchieri di vetro cobalto. Fonte: pxhere.

Sin dai tempi antichi, il cobalto è stato usato da numerose culture per dare una colorazione blu alle loro opere d'arte e decorative. In questo senso, sono stati usati ossidi: cobalto e cobaltico, co₃O₄.

Oltre al suo utilizzo nella produzione di ceramiche, vetro e smalti, gli ossidi di cobalto sono usati nella preparazione dei catalizzatori.

Medici

Cobalt-60 (⁶⁰CO), un isotopo radioattivo che emette radiazioni beta (β) e intervallo (γ), viene utilizzato nel trattamento del cancro. Le radiazioni γ sono radiazioni elettromagnetiche, quindi ha la capacità di penetrare nei tessuti e raggiungere le cellule tumorali, permettendo così la loro eradicazione.

Le cellule tumorali sono cellule divise ad alta velocità, il che le rende più suscettibili alle radiazioni ionizzanti che colpiscono il loro nucleo, danneggiando il materiale genetico.

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Lui ⁶⁰CO, come altri radioisotopi, viene utilizzato nella sterilizzazione dei materiali utilizzati nella pratica medica.

Allo stesso modo, il cobalto viene utilizzato nell'elaborazione di impianti ortopedici, insieme al titanio e all'acciaio inossidabile. Gran parte delle sostituzioni dell'anca, utilizzare steli cromati-cobalto femoli.

Energia alternativa

Il cobalto viene utilizzato per migliorare le prestazioni delle batterie ricaricabili, svolgendo una funzione utile nei veicoli ibridi.

Galvanoplastica

Il cobalto viene utilizzato per fornire superfici metalliche con una buona finitura che le protegge dall'ossidazione. COBALT SOLFATE, COSO₄, Ad esempio, è il composto di cobalto principale che viene utilizzato al riguardo.

Nei laboratori

Cloruro di cobalto, cocl₂.6h₂Oppure, viene usato come indicatore di umidità negli essiccatori. È un solido rosa che cambia blu mentre si idrata.

Carta biologica

Il cobalto fa parte del sito attivo di vitamina B₁₂ (cianocobalamina) coinvolto nella maturazione degli eritrociti. La sua assenza ha origine un'anemia caratterizzata dall'apparizione nella circolazione sanguigna di grandi eritrociti noti come megaloblasti.

Dove si trova

crosta terrestre

Il cobalto è ampiamente distribuito in tutta la crosta terrestre; Sebbene la sua concentrazione sia molto bassa, stimando che costituisca 25 ppm della crosta terrestre. Nel frattempo, nel sistema solare insieme la sua concentrazione relativa è 4 ppm.

Si trova in piccole quantità nei complessi di nichel-idro. Allo stesso modo, è in combinazione con altri elementi in laghi, fiumi, mari, piante e animali.

Vitamina B₁₂

Inoltre, è un elemento essenziale per la nutrizione ruminante ed è presente nella vitamina B₁₂, necessario per la maturazione degli eritrociti. Il cobalto non è di solito isolato in natura, ma si trova in diversi minerali combinati con altri elementi.

Minerali

Tra i minerali di cobalto ci sono i seguenti: cobaltite, in combinazione con arsenico e zolfo; Eritrita, formata da cobalto arsenico e idratato; il glaucodot formato da cobalto, ferro, arsenico e zolfo; e lo skutterudite formato da cobalto, nichel e arsenico.

Inoltre, è possibile indicare i seguenti minerali di cobalto aggiuntivi: Linnaelita, Enameltita ed eterogeneite. Il cobalto è accompagnato in minerali principalmente da nichel, arsenico e ferro.

Nella maggior parte del tempo, il cobalto non viene estratto dal minerale che lo contenga in sé, ma è un sottoprodotto dell'estrazione mineraria di nichel, ferro, arsenico, rame, manganese e argento. È necessario un processo complesso per estrarre e isolare il cobalto di questi minerali.

Riferimenti

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