- història
- antiguitat
- descobriment
- producció minera
- Estructura i configuració electrònica de l'cobalt
- Grandària dels grans cristal·lins
- Nanocristalls hcp estables
- Configuració eléctrónica i estats d'oxidació
- propietats
- aparença física
- pes atòmic
- nombre atòmic
- taula periòdica
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- Densitat a temperatura ambient
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat calòrica molar
- Velocitat del so
- duresa
- magnetisme
- electronegativitat
- Energia d'ionització
- ràdio atòmic
- volum atòmic
- reaccions
- aplicacions
- aliatges
- Ceràmica, escultures i vidres
- metges
- energia alternativa
- galvanoplàstia
- En els laboratoris
- paper biològic
- On es troba
- Escorça terrestre
- vitamina B
- minerals
- referències
El cobalt és un metall de transició que pertany a el grup VIIIB de la taula periòdica i el símbol químic és el Co És un sòlid de color blau grisenc (depenent de les seves impureses), trobat en tota l'escorça terrestre; encara que la seva concentració tot just representa 25 ppm o el 0,001% de la mateixa.
Aquest metall és un oligoelement essencial en la nutrició dels remugants. Així mateix forma part de el nucli de la vitamina B 12, necessària per a la maduració del que eritròcits. La vitamina B 12 presenta una estructura semblant a la de el grup hemo de l'hemoglobina; però amb Co en lloc de Fe.
Mostra de cobalt metàl·lic. Font: Hi-Res Images ofChemical Elements
En la naturalesa el cobalt no sol trobar-se pur, sinó dins de les matrius complexes de minerals com ara: la cobaltita, skutterudita, eritrita, etc. En aquests minerals el cobalt està combinat, usualment, amb níquel, ferro o arsènic.
El nom de 'cobalt' prové de l'alemany kobalt, que al seu torn derivava de kobolt, nom que li donaven els miners a les menes de minerals que produïen colorants blaus i tenien pocs metalls que ells coneixien; menes que, cal esmentar, els causaven enverinament.
El cobalt es troba en menes juntament amb el níquel, ferro i coure, entre d'altres metalls. Per tant, no es pot obtenir pur, i requereix d'un intens treball de refinació per purificar fins que sigui pràctic el seu ús.
Va ser descobert pel químic suec Georg Brandt, entre 1730 i 1740. Va constituir el primer metall descobert des de la prehistòria. Brandt va assenyalar que el cobalt era el responsable de la coloració blava de la ceràmica i el vidre; i no el bismut, com es creia fins llavors.
El cobalt té 29 isòtops. El 59 Co és estable i representa gairebé el 100% dels isòtops de l'cobalt; els 28 restants són radioisòtops. Aquests inclouen a l' 60 Co, utilitzat en el tractament de el càncer. És un element magnètic, conservant el seu magnetisme a altes temperatura. Aquesta propietat li ha permès formar aliatges com l'anomenada Alinco, utilitzada en altaveus, micròfons, cornetes de ràdio, etc.
història
antiguitat
El cobalt era usat en èpoques tan remotes com 2.000 a 3.000 anys aC Els egipcis, els perses i les dinasties xineses l'utilitzaven en l'elaboració de les seves escultures i ceràmiques. Aportava la coloració blau tan apreciada en les obres d'art i articles d'ús.
Probablement els egipcis (1550 - 1292 aC) van ser el primer poble que va emprar el cobalt per imprimir-li a el vidre seu color blau.
El cobalt no es troba aïllat en les menes, sinó en presència de minerals amb níquel, coure i arsènic.
A l'intentar fondre el coure amb el níquel, es produïa l'òxid d'arsènic, un gas molt verinós que era el causant de l'enverinament que patien els miners.
descobriment
El cobalt va ser descobert, aproximadament, l'any 1735 pel químic suec Georg Brandt, qui es va adonar que el cobalt, precisament, era el metall que aportava la coloració blava de la ceràmica i el vidre.
Va ser el primer metall descobert des de l'antiguitat. L'home des d'aquesta època utilitzava nombrosos metalls com el ferro, el coure, la plata, l'estany, l'or, etc.. En molts casos es desconeix quan es van començar a utilitzar.
producció minera
La primera explotació minera d'el cobalt al món es va iniciar a Europa, sent Noruega el primer productor de blau de cobalt; un compost d'alúmina i cobalt, a més d'esmalt (vidre de cobalt en pols), usat com a pigment en la ceràmica i en la pintura.
La preponderància en la producció de cobalt, es va traslladar a Nova Caledònia (1864) i el Canadà (1904), a la regió d'Ontario pel descobriment de jaciments en aquests països.
Posteriorment, l'actual República Democràtica de Congo (1913) va passar a ser el primer productor mundial de cobalt pel descobriment de grans jaciments a la regió de Katanga. Actualment aquest país, al costat de Canadà i Austràlia, és un dels principals productors de cobalt.
Mentrestant, la República Xina és el primer productor mundial de cobalt refinat, ja que importa el metall des de la República Democràtica de Congo per a la seva refinació.
El 1938, John Livinglood i Glenn Seaborg van aconseguir la producció en un reactor atòmic de l' 60 Co; isòtop radioactiu que s'usa en medicina en el tractament de el càncer.
Estructura i configuració electrònica de l'cobalt
El cobalt, a l'igual que altres metalls, manté units els seus àtoms mitjançant l'enllaç metàl·lic. La força i compressió és tal que estableixen un cristall metàl·lic, on hi ha una marea d'electrons i bandes de conducció que expliquen les seves conductivitats elèctriques i tèrmiques.
Analitzant microscòpicament els vidres de cobalt, es trobarà que posseeixen una estructura hexagonal compacta; hi ha triangles d'àtoms de Co arreglats en capes ABAB…, formant-se prismes triangulars amb capes intercalades, que al seu torn, representen la sisena part d'un hexàgon.
Aquesta estructura està present per a la majoria de les mostres de cobalt a temperatures inferiors dels 450ºC. No obstant això, quan la temperatura puja comença una transició entre dues fases cristal·logràfiques: l'hexagonal compacta (hcp) i la cúbica centrada en la cara (fcc, per les seves sigles en anglès: face-centered cubic).
La transició és lenta, de manera que no tots els vidres hexagonals es tornen cúbics. Així, a altes temperatures el cobalt pot exhibir dues estructures cristal·lines; i llavors, les seves propietats deixen de ser homogènies per a tot el metall.
Grandària dels grans cristal·lins
L'estructura cristal·lina no és completament perfecta; pot albergar irregularitats, les quals defineixen grans cristal·lins de diferents mides. Com més petits siguin, el metall es mostrarà més lleuger o com si fos una esponja. En canvi, quan els grans són grans, el metall es tornarà massís i sòlid.
El detall amb el cobalt és que no només els grans modifiquen l'aspecte extern de l'metall: també la seva estructura cristal·lina. Per sota dels 450ºC hauria de predominar l'estructura hcp; però quan els grans són petits, com en el cobalt esponjós, l'estructura dominant és la fcc.
El contrari passa quan els grans són grans: domina l'estructura fcc sobre la hcp. Té sentit ja que els grans grans són més pesats i exerceixen entre ells majors pressions. A majors pressions, els àtoms de Co es compacten més i opten per adoptar l'estructura hcp.
A altes temperatures (T> 1000ºC), ocorren les transicions recentment descrites; però per al cas de l'cobalt esponjós, una petita porció dels seus vidres es tornen hexagonals, mentre que la majoria continuen sent cúbics.
Nanocristalls hcp estables
En un treball de recerca espanyol (Penya O'shea V. i col., 2009), es va demostrar que es podia sintetitzar nanocristalls hexagonals de cobalt capaços de suportar temperatures properes als 700ºC sense patir transicions a la fase fcc.
Per això, els investigadors van reduir mostres d'òxids de cobalt amb CO i H 2, trobant que els nanocristalls hcp devien la seva estabilitat a un recobriment de nanofibres de carboni.
Configuració eléctrónica i estats d'oxidació
La configuració electrònica de l'cobalt és:
3d 7 4s 2
Pot per tant en teoria perdre fins a nou electrons de la seva capa de valència; però això no passa (al menys en condicions normals), ni es forma el catió Co 9+.
Els seus estats d'oxidació són: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, sent +2 i +3 els principals.
propietats
aparença física
Metall sòlid, llustrós, blau grisenc. El cobalt polit és blanc platejat amb una tonalitat blavosa.
pes atòmic
58,933 g / mol.
nombre atòmic
27.
taula periòdica
És un metall de transició que pertany a grup 9 (VIIIB), període abril.
Punt de fusió
1.768 K (1.495 ° C, 2.723 º F).
Punt d'ebullició
3.200 K (2.927 ° C, 5.301 º F).
Densitat a temperatura ambient
8,90 g / cm 3.
Calor de fusió
16,06 kJ / mol.
Calor de vaporització
377 kJ / mol.
Capacitat calòrica molar
24,81 J / mol · K
Velocitat del so
4.720 m / s (mesurat en una vareta de el metall).
duresa
5,0 en l'escala de Mohs.
magnetisme
És un dels tres elements ferromagnètics a temperatura ambiental. Els imants de cobalt conserven el seu magnetisme a temperatures tan elevades com 1.121 ºC (2.050 º F).
electronegativitat
1,88 en l'escala de Pauling.
Energia d'ionització
Primer nivell d'ionització: 740,4 kJ / mol.
Segon nivell d'ionització: 1.648 kJ / mol.
Tercer nivell d'ionització: 3.232 kJ / mol.
ràdio atòmic
125 pm.
volum atòmic
6,7 cm 3 / mol.
reaccions
El cobalt es dissol lentament en els àcids minerals diluïts. No es combina directament amb l'hidrogen o el nitrogen, però sí amb el carboni, el fòsfor i el sofre mitjançant escalfament. S'uneix a l'oxigen present en el vapor d'aigua a altes temperatures.
Reacciona en forma vigorosa amb l'àcid nítric 15 M, formant nitrat de cobalt, Co (NO 3) 2. Reacciona feblement amb l'àcid clorhídric per formar clorur de cobalt, CoCl 2. El cobalt no forma hidrurs.
Tant el Co +2 com el Co +3 formen nombrosos complexos de coordinació, es considera un dels metalls amb major nombre d'aquests complexos.
aplicacions
aliatges
Els aliatges de cobalt s'utilitzen en la fabricació de motors a reacció i en motors de turbina de gas. Un aliatge anomenada Alinco, formada per alumini, níquel i cobalt, té propietats fortament magnètiques. Els imants Alinco s'utilitzen en audiòfons, brúixoles i micròfons.
Les trucades eines de tall es fan amb aliatges de estelitas, constituïdes amb cobalt, crom i tungstè. Les superaliatges tenen un punt de fusió proper a el de l'cobalt, i es caracteritzen per la seva gran duresa, usant-se en l'elaboració d'eines de baixa expansió.
Ceràmica, escultures i vidres
Gots de vidres amb cobalt. Font: Pxhere.
Des de l'antiguitat, el cobalt ha estat utilitzat per nombroses cultures per donar-li una coloració blava a les seves obres d'art i decoratives. En aquest sentit, s'han emprat els òxids: el cobaltoso, CoO, i el cobáltico, Co 3 O 4.
A més del seu ús en la fabricació de ceràmica, vidres i esmalts, els òxids de cobalt són usats en la preparació de catalitzadors.
metges
El cobalt-60 (60 Co), un isòtop radioactiu que emet radiacions beta (β) i gamma (γ), és utilitzat en el tractament de el càncer. La radiació γ és una radiació electromagnètica, pel que té la capacitat de penetrar els teixits i arribar a les cèl·lules canceroses, permetent així la seva eradicació.
Les cèl·lules canceroses són cèl·lules que es divideixen a gran velocitat, la qual cosa les fa més susceptibles a les radiacions ionitzants que incideixen sobre el seu nucli, danyant el material genètic.
El 60 Co, a l'igual que altres radioisòtops, és utilitzat en l'esterilització de materials que són usats en la pràctica mèdica.
Així mateix, el cobalt és usat en l'elaboració d'implants ortopèdics, juntament amb el titani i l'acer inoxidable. Una gran part dels reemplaçaments de maluc, empren tiges femorals de crom-cobalt.
energia alternativa
El cobalt és usat per millorar el rendiment de les bateries recarregables, exercint una funció útil en els vehicles híbrids.
galvanoplàstia
El cobalt és utilitzat per proporcionar a les superfícies metàl·liques un bon acabat que les protegeixi contra l'oxidació. El sulfat de cobalt, Coso 4, per exemple, és el principal compost de cobalt que s'utilitza en aquest sentit.
En els laboratoris
El clorur cobaltoso, CoCl 2.6H 2 O, s'utilitza com un indicador d'humitat en els dessecadores. És un sòlid rosa que canvia a color blau a mesura que s'hidrata.
paper biològic
El cobalt forma part de el lloc actiu de la vitamina B 12 (cianocobalamina) que intervé en la maduració dels eritròcits. La seva absència origina una anèmia caracteritzada per l'aparició en la circulació sanguínia de grans eritròcits coneguts com megaloblastos.
On es troba
Escorça terrestre
El cobalt es troba àmpliament distribuït en tota l'escorça terrestre; encara que la seva concentració és molt baixa, i s'estima que constitueix 25 ppm de l'escorça terrestre. Mentrestant, al Sistema Solar en conjunt la seva concentració relativa és de 4 ppm.
Es troba en petites quantitats en els complexos níquel-ferro, sent natiu de la Terra i de meteorits. Així mateix, es troba en combinació amb altres elements en llacs, rius, mars, plantes i animals.
vitamina B
A més, és un element essencial per a la nutrició dels remugants i és present a la vitamina B 12, necessària per a la maduració dels eritròcits. El cobalt no sol estar aïllat en la naturalesa, sinó que es troba en diferents minerals combinat amb altres elements.
minerals
Entre els minerals de cobalt hi ha els següents: la cobaltita, en combinació amb arsènic i sofre; la eritrita, formada per arsènic i cobalt hidratat; el glaucodot format per cobalt, ferro, arsènic i sofre; i la skutterudita formada per cobalt, níquel i arsènic.
A més, es poden assenyalar els següents minerals addicionals de cobalt: linnaelita, esmaltita i heterogenita. El cobalt és acompanyat en els minerals principalment per níquel, arsènic i ferro.
En la major part de les vegades, el cobalt no s'extreu de les menes que el contenen en si, sinó que és un subproducte de l'extracció minera de níquel, ferro, arsènic, coure, manganès i plata. Es requereix d'un procés complex per extreure i aïllar el cobalt d'aquests minerals.
referències
- Wikipedia. (2019). Cobalt. Recuperat de: en.wikipedia.org
- A. Owen and D. Madoc Jone. (1954). Effect of Grain Size on the Crystal Structure of Cobalt. Proc. Phys. Soc. B 67 456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
- Víctor A. de la Penya O'Shea, Pilar Ramírez de la Piscina, Narcís Homs, Guillem Aromí, and José LG Fierro. (2009). Development of Hexagonal Closed-Packed Cobalt nanoparticles Stable at High Temperature. Chemistry of Materials 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2 febrer 2019). Cobalt facts and physical properties. ThoughtCo. Recuperat de: thoughtco.com
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (8 juny 2019). Cobalt. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Lookchem. (2008). Cobalt. Recuperat de: lookchem.com
- Ducksters. (2019). Elements for kids: cobalt. Recuperat de: ducksters.com