KOBALT: STRUKTUR, SIFAT, APLIKASI - KIMIA - 2026

The kobalt adalah logam peralihan milik VIIIB kumpulan dalam jadual berkala dan yang kimia simbol adalah Co. ialah biru pepejal - kelabu (bergantung kekotoran) didapati di bumi 's kerak; walaupun kepekatannya hampir tidak mewakili 25 ppm atau 0.001% daripadanya.

Logam ini adalah unsur jejak penting dalam pemakanan ruminan. Ia juga merupakan sebahagian daripada inti vitamin B ₁₂ , yang diperlukan untuk pematangan eritrosit. Vitamin B ₁₂ mempunyai struktur yang serupa dengan kumpulan hemoglobin heme; tetapi dengan Co bukannya Iman.

Sampel kobalt logam. Sumber: Imej Hi-Res Elemen Kimia

Secara semula jadi, kobalt biasanya tidak dijumpai tulen, tetapi dalam matriks mineral kompleks seperti: kobaltite, skutterudite, eritrite, dll. Dalam mineral ini, kobalt biasanya digabungkan dengan nikel, besi atau arsenik.

Nama 'kobalt' berasal dari kobalt Jerman, yang pada gilirannya berasal dari kobolt, nama yang diberikan oleh pelombong kepada bijih mineral yang menghasilkan pewarna biru dan mempunyai sedikit logam yang mereka tahu; Betul, perlu disebutkan, menyebabkan mereka meracuni.

Kobalt dijumpai di bijih bersama dengan nikel, besi, dan tembaga, antara logam lain. Oleh itu, ia tidak dapat diperoleh secara murni, dan memerlukan kerja penapisan yang kuat untuk membersihkannya sehingga penggunaannya praktikal.

Ia ditemui oleh ahli kimia Sweden, Georg Brandt, antara tahun 1730 dan 1740. Ia adalah logam pertama yang ditemui sejak prasejarah. Brandt menunjukkan bahawa kobalt bertanggungjawab untuk warna seramik dan kaca berwarna biru; dan bukan bismut, seperti yang dipercayai hingga saat itu.

Kobalt mempunyai 29 isotop. The ⁵⁹ Co adalah stabil dan mewakili hampir 100% daripada isotop kobalt; selebihnya 28 adalah radioisotop. Ini termasuk ⁶⁰ Co, yang digunakan dalam rawatan barah. Ini adalah unsur magnet, mengekalkan daya tarikannya pada suhu tinggi. Properti ini telah membenarkannya membentuk aloi seperti yang disebut Alinco, digunakan dalam pembesar suara, mikrofon, tanduk radio, dll.

Sejarah

Zaman dahulu

Kobalt digunakan sejak 2.000 hingga 3.000 tahun SM. Dinasti Mesir, Parsi, dan Cina menggunakannya dalam pembuatan patung dan seramik mereka. Ini memberikan warna biru yang sangat dihargai dalam karya seni dan artikel penggunaan.

Orang Mesir (1550 - 1292 SM) mungkin orang pertama yang menggunakan kobalt untuk memberikan kaca warna biru.

Kobalt tidak diasingkan dalam bijih, tetapi dengan adanya mineral dengan nikel, tembaga dan arsenik.

Semasa mencairkan tembaga dengan nikel, oksida arsenik dihasilkan, gas yang sangat beracun yang menjadi penyebab keracunan yang dialami oleh pelombong.

Penemuan

Kobalt ditemui pada sekitar tahun 1735 oleh ahli kimia Sweden, Georg Brandt, yang menyedari bahawa kobalt, tepatnya, adalah logam yang memberikan warna biru pada seramik dan kaca.

Ia adalah logam pertama yang ditemui sejak zaman kuno. Sejak zaman ini, manusia menggunakan banyak logam seperti besi, tembaga, perak, timah, emas, dan lain-lain. Dalam banyak kes, tidak diketahui kapan ia mula digunakan.

Pengeluaran perlombongan

Perlombongan kobalt pertama di dunia bermula di Eropah, dengan Norway menjadi pengeluar biru kobalt pertama; sebatian alumina dan kobalt, serta enamel (kaca kobalt serbuk), digunakan sebagai pigmen dalam seramik dan cat.

Keunggulan dalam pengeluaran kobalt, berpindah ke Kaledonia Baru (1864) dan Kanada (1904), di wilayah Ontario kerana penemuan simpanan di negara-negara tersebut.

Kemudian, Republik Demokratik Kongo (1913) menjadi pengeluar kobalt terkemuka di dunia kerana penemuan simpanan besar di wilayah Katanga. Pada masa ini negara ini, bersama dengan Kanada dan Australia, adalah salah satu pengeluar kobalt utama.

Sementara itu, ROC adalah pengeluar kobalt halus di dunia, mengimport logam dari Republik Demokratik Kongo untuk penapisan.

Pada tahun 1938, John Livinglood dan Glenn Seaborg mencapai pengeluaran dalam reaktor atom ⁶⁰ Co; Isotop radioaktif yang digunakan dalam perubatan untuk merawat barah.

Struktur dan konfigurasi elektron kobalt

Kobalt, seperti logam lain, atomnya bersama melalui ikatan logam. Daya dan mampatan sedemikian rupa sehingga mereka membentuk kristal logam, di mana terdapat gelombang elektron dan jalur konduksi yang menjelaskan kekonduksian elektrik dan terma mereka.

Menganalisis kristal kobalt secara mikroskopik, didapati bahawa mereka mempunyai struktur heksagon yang padat; terdapat segitiga atom Co yang disusun dalam lapisan ABAB …, membentuk prisma segitiga dengan lapisan bersilang, yang pada gilirannya, mewakili seperenam segi enam.

Struktur ini terdapat untuk kebanyakan sampel kobalt pada suhu di bawah 450ºC. Walau bagaimanapun, apabila suhu meningkat, peralihan bermula antara dua fasa kristalografi: heksagon padat (hcp) dan kubik berpusatkan muka (fcc, untuk akronimnya dalam bahasa Inggeris: kubik berpusat muka).

Peralihannya perlahan, jadi tidak semua kristal heksagon berubah menjadi padu. Oleh itu, pada suhu tinggi kobalt dapat menunjukkan kedua-dua struktur kristal; dan sifatnya tidak lagi homogen untuk semua logam.

Ukuran manik kristal

Struktur kristal tidak sempurna sepenuhnya; ia dapat menahan penyimpangan, yang menentukan butiran kristal dengan pelbagai ukuran. Semakin kecil mereka, semakin ringan logam atau span. Sebaliknya, apabila biji-bijian besar, logam akan menjadi padat dan padat.

Perincian dengan kobalt adalah bahawa bukan sahaja biji-bijian mengubah penampilan luaran logam: struktur kristalnya juga. Di bawah 450ºC, struktur hcp harus dikuasai; tetapi apabila biji-bijian kecil, seperti kobalt spongy, struktur yang dominan adalah fcc.

Sebaliknya berlaku apabila biji-bijian besar: struktur fcc menguasai hcp. Ia masuk akal kerana biji-bijian besar lebih berat dan memberi tekanan yang lebih besar antara satu sama lain. Pada tekanan yang lebih tinggi, atom Co lebih padat dan memilih untuk menggunakan struktur hcp.

Pada suhu tinggi (T> 1000ºC), peralihan yang dijelaskan berlaku; tetapi dalam kes kobalt spongy, sebahagian kecil kristalnya menjadi heksagon, sementara sebahagian besarnya tetap berbentuk kubik.

Nanokristal hcp stabil

Dalam karya penyelidikan Sepanyol (Peña O'shea V. et al., 2009), ditunjukkan bahawa mungkin untuk mensintesis nanokristal kobalt heksagon yang mampu menahan suhu hampir 700ºC tanpa menjalani peralihan ke fasa fcc.

Untuk melakukan ini, para penyelidik mengurangkan sampel oksida kobalt dengan CO dan H ₂ , mendapati bahawa nanokristal hcp berhutang kestabilannya dengan lapisan nanofiber karbon.

Keadaan konfigurasi dan pengoksidaan elektronik

Konfigurasi elektron kobalt adalah:

3d ⁷ 4s ²

Oleh itu, secara teorinya boleh kehilangan hingga sembilan elektron dari cengkerang valensinya; tetapi ini tidak berlaku (sekurang-kurangnya dalam keadaan normal), juga kation Co ^{9+ terbentuk} .

Keadaan pengoksidaannya adalah: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, dengan +2 dan +3 menjadi yang utama.

Hartanah

Penampilan fizikal

Logam pepejal, berkilau, kelabu biru. Kobalt yang digilap berwarna putih keperakan dengan warna kebiruan.

Berat atom

58.933 g / mol.

Nombor atom

27.

Jadual berkala

Ini adalah logam peralihan yang tergolong dalam kumpulan 9 (VIIIB), tempoh 4.

Takat lebur

1,768 K (1,495 ° C, 2,723 ° F).

Takat didih

3,200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

Ketumpatan pada suhu bilik

8.90 g / cm ³ .

Panas pelakuran

16.06 kJ / mol.

Haba pengewapan

377 kJ / mol.

Kapasiti kalori molar

24.81 J / mol K

Kelajuan suara

4,720 m / s (diukur pada batang logam).

Kekerasan

5.0 pada skala Mohs.

Kemagnetan

Ini adalah salah satu daripada tiga unsur feromagnetik pada suhu bilik. Magnet kobalt mengekalkan daya tarikannya pada suhu setinggi 1,121ºC (2,050ºF).

Elektronegativiti

1.88 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

Tahap pengionan pertama: 740.4 kJ / mol.

Tahap pengionan kedua: 1,648 kJ / mol.

Tahap pengionan ketiga: 3,232 kJ / mol.

Radio atom

125 petang.

Isipadu atom

6.7 cm ³ / mol.

Reaksi

Kobalt perlahan-lahan larut dalam asid mineral cair. Ia tidak bergabung secara langsung dengan hidrogen atau nitrogen, tetapi bergabung dengan karbon, fosforus, dan sulfur dengan pemanasan. Ia mengikat oksigen yang terdapat dalam wap air pada suhu tinggi.

Tindak balas dengan kuat dengan asid nitrik 15 M, membentuk kobalt nitrat, Co (NO ₃ ) ₂ . Tindak balas lemah dengan asid hidroklorik untuk membentuk kobalt klorida, CoCl ₂ . Kobalt tidak membentuk hidrida.

Kedua-dua Co ⁺² dan Co ⁺³ membentuk banyak kompleks koordinasi, yang dianggap sebagai salah satu logam dengan bilangan kompleks tertinggi.

Permohonan

Aloi

Aloi kobalt digunakan dalam pembuatan mesin jet dan mesin turbin gas. Aloi yang dipanggil Alinco, terdiri dari aluminium, nikel, dan kobalt, mempunyai sifat magnet yang kuat. Magnet Alinco digunakan dalam alat bantu dengar, kompas dan mikrofon.

Alat pemotong yang disebut dibuat dengan aloi satelit, terbuat dari kobalt, kromium dan tungsten. Superalloy mempunyai titik lebur hampir dengan kobalt, dan dicirikan oleh kekerasannya yang hebat, digunakan dalam pembuatan alat pengembangan rendah.

Seramik, patung dan kaca

Gelas gelas dengan kobalt. Sumber: Pxhere.

Sejak zaman kuno, kobalt telah digunakan oleh banyak budaya untuk memberikan karya seni dan hiasan mereka warna biru. Dalam pengertian ini, oksida telah digunakan: kobalt, CoO, dan kobalt, Co ₃ O ₄ .

Selain penggunaannya dalam pembuatan seramik, gelas dan enamel, oksida kobalt digunakan dalam penyediaan pemangkin.

Doktor

Cobalt-60 ( ⁶⁰ Co), isotop radioaktif yang memancarkan sinaran beta (β) dan gamma (γ), digunakan dalam rawatan barah. Radiasi Γ adalah radiasi elektromagnetik, sehingga memiliki kemampuan untuk menembus tisu dan mencapai sel barah, sehingga memungkinkan pembasmiannya.

Sel barah adalah sel yang membelah dengan kecepatan tinggi, yang menjadikannya lebih rentan terhadap sinaran pengion yang menyerang inti mereka, merosakkan bahan genetik.

The ⁶⁰ Co, seperti radioisotop lain, digunakan dalam pensterilan bahan yang digunakan dalam praktik perubatan.

Begitu juga, kobalt digunakan dalam pembuatan implan ortopedik, bersama dengan titanium dan keluli tahan karat. Sebilangan besar penggantian pinggul menggunakan batang femoral kobalt-krom.

Tenaga alternatif

Kobalt digunakan untuk meningkatkan prestasi bateri yang boleh dicas semula, memainkan peranan yang berguna dalam kenderaan hibrid.

Penyaduran elektrik

Kobalt digunakan untuk menyediakan permukaan logam dengan kemasan yang baik yang melindunginya daripada pengoksidaan. Contohnya, kobalt sulfat, CoSO ₄ , adalah sebatian kobalt utama yang digunakan dalam hal ini.

Di makmal

Kobaltous klorida, CoCl ₂ .6H ₂ O, digunakan sebagai penunjuk kelembapan pada desikator. Ia adalah pepejal merah jambu yang berubah menjadi warna biru ketika menghidrat.

Peranan biologi

Kobalt adalah sebahagian daripada laman aktif vitamin B ₁₂ (cyanocobalamin) yang terlibat dalam pematangan eritrosit. Ketiadaannya menyebabkan anemia yang dicirikan oleh penampilan dalam peredaran darah eritrosit besar yang dikenali sebagai megaloblas.

Di mana ia berada

Kerak bumi

Kobalt diedarkan secara meluas ke seluruh kerak bumi; walaupun kepekatannya sangat rendah, menganggarkan bahawa ia merupakan 25 ppm kerak bumi. Sementara itu, dalam Sistem Suria secara keseluruhan kepekatan relatifnya adalah 4 ppm.

Ia dijumpai dalam jumlah kecil di kompleks besi-nikel, yang berasal dari Bumi dan meteorit. Ia juga dijumpai dalam kombinasi dengan unsur-unsur lain di tasik, sungai, laut, tumbuhan dan haiwan.

Vitamin B

Tambahan pula, ia adalah elemen penting untuk pemakanan ruminan dan terdapat dalam vitamin B ₁₂ , yang diperlukan untuk pematangan eritrosit. Kobalt biasanya tidak diasingkan di alam, tetapi terdapat dalam mineral yang berlainan yang digabungkan dengan unsur lain.

Mineral

Mineral kobalt merangkumi yang berikut: kobaltit, dalam kombinasi dengan arsenik dan sulfur; eritrit, dibentuk oleh arsenik dan kobalt terhidrat; glaucodot yang dibentuk oleh kobalt, besi, arsenik dan sulfur; dan skutterudite yang terbentuk oleh kobalt, nikel dan arsenik.

Sebagai tambahan, mineral kobalt tambahan berikut dapat diperhatikan: linnaelite, enamel dan heterogenite. Kobalt disertakan dalam mineral terutamanya oleh nikel, arsenik dan besi.

Selalunya, kobalt tidak diambil dari bijih yang mengandunginya, tetapi merupakan hasil sampingan dari perlombongan nikel, besi, arsenik, tembaga, mangan dan perak. Proses yang kompleks diperlukan untuk mengekstrak dan mengasingkan kobalt dari mineral ini.

Rujukan

1. Wikipedia. (2019). Kobalt. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
2. A. Owen dan D. Madoc Jone. (1954). Kesan Saiz Biji pada Struktur Kristal Kobalt. Pro. 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, dan José LG Fierro. (2009). Perkembangan Nanopartikel Kobalt Tertutup Pekat Tertutup pada Suhu Tinggi. Kimia Bahan 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (02 Februari 2019). Fakta kobalt dan sifat fizikal. PemikiranCo. Dipulihkan dari: thinkco.com
5. Pengarang Ensiklopedia Britannica. (08 Jun 2019). Kobalt. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Kobalt. Dipulihkan dari: lookchem.com
7. Ducksters. (2019). Elemen untuk kanak-kanak: kobalt. Dipulihkan dari: ducksters.com