KOBALT: YAPI, ÖZELLIKLER, UYGULAMALAR - KIMYA - 2025

Kobalt , kimyasal simgesi Co sabit mavi bir grubudur periyodik tablonun VIIIB ve ait olan bir geçiş metalidir - toprak boyunca bulunan gri (bağlı yabancı maddeler) 'in kabuk; konsantrasyonu neredeyse 25 ppm veya% 0.001'ini temsil etmesine rağmen.

Bu metal, geviş getiren hayvanların beslenmesinde önemli bir eser elementtir. Aynı zamanda , eritrositlerin olgunlaşması için gerekli olan B ₁₂ vitamini çekirdeğinin bir parçasıdır . B ₁₂ vitamini , hemoglobinin hem grubuna benzer bir yapıya sahiptir; ama Faith yerine Co ile.

Metalik kobalt numunesi. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Doğada kobalt genellikle saf değil, kobaltit, skutterudit, eritrit vb. Gibi karmaşık mineral matrislerinde bulunur. Bu minerallerde kobalt genellikle nikel, demir veya arsenik ile birleştirilir.

'Kobalt' adı, madencilerin mavi boyalar üreten ve bildikleri çok az metal içeren mineral cevherlerine verdikleri isim olan kobolttan türetilen Alman kobaltından gelir; Bahsetmeye değer cevherler onların zehirlenmesine neden oldu.

Kobalt, diğer metallerin yanı sıra cevherlerde nikel, demir ve bakır ile birlikte bulunur. Bu nedenle saf olarak elde edilemez ve kullanımı pratik olana kadar saflaştırmak için yoğun bir arıtma çalışması gerektirir.

1730-1740 yılları arasında İsveçli kimyager Georg Brandt tarafından keşfedildi. Tarih öncesinden beri keşfedilen ilk metaldi. Brandt, seramik ve camın mavi tonunun kobaltın sorumlu olduğuna dikkat çekti; ve o zamana kadar inanıldığı gibi bizmut değil.

Kobalt'ın 29 izotopu vardır. ⁵⁹ Co. stabildir ve kobalt izotoplarının hemen hemen% 100 temsil eder; kalan 28 radyoizotoptur. Bunlara kanser tedavisinde kullanılan ⁶⁰ Co dahildir . Yüksek sıcaklıklarda manyetizmasını koruyan manyetik bir elementtir. Bu özellik, hoparlörlerde, mikrofonlarda, radyo kornalarında vb. Kullanılan Alinco adı verilen alaşımlar oluşturmasına izin verdi.

Tarih

eskilik

Kobalt, MÖ 2.000 ila 3.000 yıl öncesine kadar kullanıldı.Mısırlılar, Persler ve Çin hanedanları, heykel ve seramik yapımında kullandı. Sanat eserlerinde ve kullanım maddelerinde çok beğenilen mavi rengi sağladı.

Mısırlılar (MÖ 1550 - 1292) muhtemelen cama mavi rengini vermek için kobalt kullanan ilk insanlardı.

Kobalt cevherlerde izole edilmiyor, ancak nikel, bakır ve arsenikli minerallerin varlığında izole ediliyor.

Bakırı nikel ile eritmeye çalışırken, madencilerin maruz kaldığı zehirlenmenin nedeni olan çok zehirli bir gaz olan arsenik oksit üretildi.

keşif

Kobalt, yaklaşık 1735 yılında İsveçli kimyager Georg Brandt tarafından keşfedildi ve kobaltın seramik ve camın mavi renklenmesine katkıda bulunan metal olduğunu kesin olarak anladı.

Antik çağlardan beri keşfedilen ilk metaldi. O zamandan beri insan, demir, bakır, gümüş, kalay, altın gibi çok sayıda metal kullandı. Çoğu durumda, bunların ne zaman kullanılmaya başlandığı bilinmemektedir.

Madencilik üretimi

Dünyadaki ilk kobalt madenciliği Avrupa'da başladı ve ilk kobalt mavisi üreticisi Norveç oldu; seramikte ve boyada pigment olarak kullanılan alümina ve kobaltın yanı sıra emaye (toz kobalt camı) bileşiği.

Kobalt üretimindeki üstünlük, bu ülkelerdeki yatakların keşfi nedeniyle Ontario bölgesindeki Yeni Kaledonya (1864) ve Kanada'ya (1904) taşındı.

Daha sonra, mevcut Demokratik Kongo Cumhuriyeti (1913), Katanga bölgesindeki büyük yatakların keşfi nedeniyle dünyanın önde gelen kobalt üreticisi haline geldi. Şu anda bu ülke, Kanada ve Avustralya ile birlikte ana kobalt üreticilerinden biridir.

Bu arada, ROC, metali Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nden rafine etmek için ithal ederek dünyanın önde gelen rafine kobalt üreticisidir.

1938'de John Livinglood ve Glenn Seaborg, ⁶⁰ Co atomik reaktörde üretime ulaştı ; Tıpta kanseri tedavi etmek için kullanılan radyoaktif bir izotop.

Kobaltın yapısı ve elektron konfigürasyonu

Kobalt, diğer metaller gibi atomlarını metalik bağ yoluyla bir arada tutar. Kuvvet ve sıkıştırma, elektriksel ve termal iletkenliklerini açıklayan bir elektron dalgası ve iletim bantlarının olduğu bir metalik kristal oluşturacak şekildedir.

Kobalt kristalleri mikroskobik olarak incelendiğinde, kompakt altıgen bir yapıya sahip oldukları görülecektir; ABAB katmanlarında düzenlenmiş Co atomlarının üçgenleri vardır, bunlar birbiri ardına yerleştirilmiş katmanlarla üçgen prizmalar oluşturur ve bunlar da altıgenin altıncı bölümünü temsil eder.

Bu yapı, 450ºC'nin altındaki sıcaklıklarda çoğu kobalt örneğinde mevcuttur. Bununla birlikte, sıcaklık yükseldiğinde, iki kristalografik faz arasında bir geçiş başlar: kompakt altıgen (hcp) ve yüz merkezli kübik (İngilizce kısaltması için fcc: yüz merkezli kübik).

Geçiş yavaştır, bu nedenle tüm altıgen kristaller kübik hale gelmez. Böylece, yüksek sıcaklıklarda kobalt, her iki kristal yapıyı sergileyebilir; ve sonra özellikleri artık tüm metaller için homojen değildir.

Kristal boncuk boyutu

Kristal yapı tam olarak mükemmel değil; farklı boyutlardaki kristal tanecikleri tanımlayan düzensizlikleri barındırabilir. Ne kadar küçüklerse metal veya süngerimsi o kadar hafiftir. Öte yandan, taneler büyük olduğunda metal katı ve katı hale gelecektir.

Kobaltla ilgili detay, sadece tanelerin metalin dış görünümünü değiştirmemesi, aynı zamanda kristal yapısının da olmasıdır. 450ºC'nin altında hcp yapısı baskın olmalıdır; ancak süngerimsi kobaltta olduğu gibi taneler küçük olduğunda baskın yapı fcc'dir.

Taneler büyük olduğunda bunun tersi meydana gelir: fcc yapısı hcp'ye üstün gelir. Büyük tanelerin daha ağır olması ve birbirlerine daha fazla baskı yapması mantıklıdır. Daha yüksek basınçlarda, Co atomları daha fazla sıkışır ve hcp yapısını benimsemeyi seçer.

Yüksek sıcaklıklarda (T> 1000ºC), az önce açıklanan geçişler meydana gelir; ancak süngerimsi kobalt söz konusu olduğunda, kristallerinin küçük bir kısmı altıgen olurken, çoğu kübik olmaya devam eder.

Kararlı hcp nanokristaller

Bir İspanyol araştırma çalışmasında (Peña O'shea V. vd., 2009), fcc fazına geçişlere girmeden 700ºC'ye yakın sıcaklıklara dayanabilen altıgen kobalt nanokristallerini sentezlemenin mümkün olduğu gösterilmiştir.

Bunu yapmak için, araştırmacılar , hcp nanokristallerinin stabilitelerini bir karbon nanolif kaplamasına borçlu olduğunu bularak , kobalt oksit örneklerini CO ve H ₂ ile azalttılar .

Elektronik konfigürasyon ve oksidasyon durumları

Kobaltın elektron konfigürasyonu:

3d ⁷ 4s ²

Bu nedenle teorik olarak valans kabuğundan dokuz elektron kaybedebilir; ancak bu olmaz (en azından normal koşullar altında) ve ^Co9+ katyonu ^oluşmaz .

Oksidasyon durumları şunlardır: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +2 ve +3 ana olanlar.

Özellikleri

Fiziksel görünüş

Sağlam, parlak, mavi-gri metal. Cilalı kobalt, mavimsi bir tonla gümüşi beyazdır.

Atom ağırlığı

58.933 g / mol.

Atomik numara

27.

Periyodik tablo

Grup 9 (VIIIB), periyot 4'e ait bir geçiş metalidir.

Erime noktası

1.768 K (1.495 ° C, 2.723 ° F).

Kaynama noktası

3,200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Oda sıcaklığında yoğunluk

8,90 g / cm ³ .

Füzyon ısısı

16.06 kJ / mol.

Buharlaşma ısısı

377 kJ / mol.

Molar kalori kapasitesi

24.81 J / mol K

Ses hızı

4.720 m / s (metal bir çubuk üzerinde ölçülmüştür).

Sertlik

Mohs ölçeğinde 5.0.

Manyetizma

Oda sıcaklığında üç ferromanyetik elementten biridir. Kobalt mıknatıslar 1,121ºC (2,050ºF) kadar yüksek sıcaklıklarda manyetizmalarını korurlar.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 1.88.

İyonlaşma enerjisi

Birinci iyonizasyon seviyesi: 740.4 kJ / mol.

İkinci iyonlaşma seviyesi: 1.648 kJ / mol.

Üçüncü iyonizasyon seviyesi: 3,232 kJ / mol.

Atomik radyo

125 pm.

Atom hacmi

6.7 cm ³ / mol arasındadır.

Tepkiler

Kobalt, seyreltik mineral asitlerde yavaşça çözünür. Doğrudan hidrojen veya nitrojen ile birleşmez, ancak ısıtarak karbon, fosfor ve kükürt ile birleşir. Yüksek sıcaklıklarda su buharında bulunan oksijene bağlanır.

15 M nitrik asitle kuvvetli reaksiyona girerek kobalt nitrat, Co (NO ₃ ) _{2 oluşturur} . Hidroklorik asitle zayıf reaksiyona girerek kobalt klorür, CoCl _{2 oluşturur} . Kobalt hidrit oluşturmaz.

Hem Co ⁺² hem de Co ⁺³ , bu komplekslerin en yüksek sayısına sahip metallerden biri olarak kabul edilen çok sayıda koordinasyon kompleksi oluşturur.

Uygulamalar

alaşımlar

Kobalt alaşımları, jet motorları ve gaz türbinli motorların imalatında kullanılmaktadır. Alüminyum, nikel ve kobalttan oluşan Alinco adlı bir alaşım güçlü manyetik özelliklere sahiptir. Alinco mıknatıslar işitme cihazlarında, pusulalarda ve mikrofonlarda kullanılır.

Sözde kesme aletleri, kobalt, krom ve tungstenden yapılmış stellit alaşımlarından yapılmıştır. Süper alaşımlar, kobalta yakın bir erime noktasına sahiptir ve düşük genleşmeli aletlerin imalatında kullanılan büyük sertlikleriyle karakterize edilirler.

Seramikler, heykeller ve cam

Kobalt ile gözlük camları. Kaynak: Pxhere.

Antik çağlardan beri kobalt, sanatlarına ve dekoratif çalışmalarına mavi bir renk vermek için birçok kültür tarafından kullanılmıştır. Bu anlamda oksitler kullanılmıştır: kobalt, CoO ve kobalt, Co ₃ O ₄ .

Seramik, cam ve emaye üretiminde kullanımlarının yanı sıra, katalizörlerin hazırlanmasında kobalt oksitler kullanılmaktadır.

Doktorlar

Beta (β) ve gama (γ) radyasyonu yayan radyoaktif bir izotop olan Kobalt-60 ( ⁶⁰ Co) kanser tedavisinde kullanılır. Γ radyasyon elektromanyetik radyasyondur, bu nedenle dokulara nüfuz etme ve kanser hücrelerine ulaşma, böylece bunların yok edilmesini sağlama yeteneğine sahiptir.

Kanser hücreleri, hızla bölünen hücrelerdir, bu da onları çekirdeklerine çarpan ve genetik materyale zarar veren iyonlaştırıcı radyasyona karşı daha duyarlı hale getirir.

⁶⁰ Co, diğer radyoizotopların gibi, tıbbi pratikte kullanılan malzemelerin sterilizasyonu kullanılmaktadır.

Aynı şekilde ortopedik implantların üretiminde titanyum ve paslanmaz çelik ile birlikte kobalt kullanılmaktadır. Kalça protezlerinin büyük bir kısmında kobalt-krom femoral gövde kullanılır.

Alternatif enerji

Kobalt, şarj edilebilir pillerin performansını artırmak için kullanılır ve hibrit araçlarda yararlı bir rol oynar.

Elektro

Kobalt, metal yüzeyleri oksidasyona karşı koruyan iyi bir son kat sağlamak için kullanılır. Örneğin kobalt sülfat, CoSO ₄ , bu konuda kullanılan ana kobalt bileşiğidir.

Laboratuarlarda

Kobalt klorür ve CoCl ₂ .6H ₂ , O, kurutucular içinde bir nem gösterge olarak kullanılır. Hidratlaştıkça mavi renge dönüşen pembe bir katıdır.

Biyolojik rol

Kobalt, eritrositlerin olgunlaşmasında rol oynayan aktif B ₁₂ vitamini (siyanokobalamin) bölgesinin bir parçasıdır . Yokluğu, megaloblastlar olarak bilinen büyük eritrositlerin kan dolaşımındaki görünümle karakterize bir anemiye neden olur.

Nerede bulunuyor

yer kabuğu

Kobalt, yer kabuğunun her tarafında geniş bir şekilde dağılmıştır; konsantrasyonu çok düşük olmasına rağmen, yer kabuğunun 25 ppm'sini oluşturduğu tahmin edilmektedir. Bu arada, Güneş Sisteminde bir bütün olarak bağıl konsantrasyonu 4 ppm'dir.

Nikel-demir komplekslerinde küçük miktarlarda bulunur, Dünya'ya ve göktaşlarına özgüdür. Ayrıca göllerde, nehirlerde, denizlerde, bitkilerde ve hayvanlarda diğer elementlerle kombinasyon halinde bulunur.

B vitamini

Ayrıca geviş getirenlerin beslenmesi için gerekli bir elementtir ve eritrositlerin olgunlaşması için gerekli olan B ₁₂ vitamininde bulunur . Kobalt genellikle doğada izole edilmez, ancak diğer elementlerle birlikte farklı minerallerde bulunur.

Mineraller

Kobalt mineralleri şunları içerir: arsenik ve kükürt ile kombinasyon halinde kobaltit; arsenik ve hidratlı kobaltın oluşturduğu eritrit; kobalt, demir, arsenik ve kükürtten oluşan glokodot; kobalt, nikel ve arsenik tarafından oluşturulan skutterudit.

Ek olarak, aşağıdaki ek kobalt mineralleri not edilebilir: linnaelit, emaye ve heterojenit. Kobaltta mineraller ağırlıklı olarak nikel, arsenik ve demir ile birlikte gelir.

Çoğu zaman kobalt, kendisini içeren cevherlerden çıkarılmaz, ancak nikel, demir, arsenik, bakır, manganez ve gümüş madenciliğinin bir yan ürünüdür. Bu minerallerden kobalt çıkarmak ve izole etmek için karmaşık bir işlem gereklidir.

Referanslar

1. Vikipedi. (2019). Kobalt. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
2. A. Owen ve D. Madoc Jone. (1954). Tane Büyüklüğünün Kobaltın Kristal Yapısına Etkisi. 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 ve José LG Fierro. (2009). Yüksek Sıcaklıkta Kararlı Altıgen Kapalı Ambalajlı Kobalt Nanopartiküllerinin Geliştirilmesi. Malzemelerin Kimyası 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2 Şubat 2019). Kobalt gerçekleri ve fiziksel özellikleri. ThoughtCo. Kurtarıldı: thinkco.com
5. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (08 Haziran 2019). Kobalt. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
6. Lookchem. (2008). Kobalt. Lookchem.com adresinden kurtarıldı
7. Ducksters. (2019). Çocuklar için öğeler: kobalt. Kurtarıldı: ducksters.com