קובלט: מבנה, תכונות, יישומים - כִּימִיָה - 2025

קובלט הוא מתכת מעבר להשתייכות לקבוצת VIIIB של הטבלה המחזורית ואשר סימול כימי הוא ושות הוא כחול מוצק - אפורים (זיהומים בהתאם) נמצאה ברחבי הארץ של הקרום; אם כי הריכוז שלה כמעט ולא מייצג 25 עמודים לדקה או 0.001% ממנו.

מתכת זו הינה מרכיב קורט חיוני בתזונתם של נמלים. זה גם חלק מהגרעין של ויטמין B ₁₂ , הכרחי להתבגרות של אריתרוציטים. לוויטמין B ₁₂ יש מבנה דומה לזה של קבוצת ההמוגלובין; אבל עם Co במקום אמונה.

מדגם קובלט מתכתי. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים

בטבע, קובלט לא נמצא לרוב טהור, אלא בתוך מטריצות מינרליות מורכבות כמו: קובלטיט, סקוטרודיט, אריתרית וכו '. במינרלים אלה, קובלט משולב בדרך כלל עם ניקל, ברזל או ארסן.

השם 'קובלט' מקורו בקובלט הגרמני, אשר בתורו נבע מקובולט, השם שנתנו הכורים לעפרות מינרליות שהפיקו צבע כחול והיו לו מעט מתכות שהכירו; עפרות שכדאי להזכיר גרמו להם להרעלה.

קובלט נמצא בעפרות יחד עם ניקל, ברזל ונחושת, בין מתכות אחרות. לפיכך, לא ניתן להשיג אותה טהורה, והיא דורשת עבודת זיקוק אינטנסיבית כדי לטהר אותה עד לשימוש בה.

זה התגלה על ידי הכימאי השבדי ג'ורג 'ברנדט, בין 1730 ל- 1740. זו הייתה המתכת הראשונה שהתגלתה מאז הפרהיסטוריה. ברנדט ציין כי קובלט אחראי לגוון הכחול של קרמיקה וזכוכית; ולא ביסמוט, כפי שהאמינו עד אז.

בקובלט 29 איזוטופים. ה- ⁵⁹ Co יציב ומייצג כמעט 100% מהאיזוטופים של קובלט; 28 הנותרים הם רדיסוטופים. אלה כוללים ⁶⁰ Co, המשמשים לטיפול בסרטן. זהו אלמנט מגנטי, השומר על מגנטיותו בטמפרטורות גבוהות. מאפיין זה איפשר לו ליצור סגסוגות כגון מה שמכונה אלינקו, המשמש ברמקולים, מיקרופונים, קרני רדיו וכו '.

הִיסטוֹרִיָה

יָמֵי קֶדֶם

קובלט שימש עד 2000 עד 3000 שנה לפני הספירה.המצרים, הפרסים ושושלות סיניות השתמשו בו בייצור הפסלים והקרמיקה שלהם. זה סיפק את הצבע הכחול המוערך כל כך ביצירות אמנות ופריטי שימוש.

המצרים (1550 - 1292 לפני הספירה) היו ככל הנראה האנשים הראשונים שהשתמשו בקובלט כדי לתת לזכוכית את צבעה הכחול.

קובלט אינו מבודד בעפרות, אלא בנוכחות מינרלים עם ניקל, נחושת וארסן.

כשניסו להמיס נחושת עם ניקל, הופק תחמוצת ארסן, גז רעיל מאוד שהיה הגורם להרעלה שספגו הכורים.

תַגלִית

קובלט התגלה בערך בשנת 1735 על ידי הכימאי השבדי ג'ורג 'ברנדט, שהבין שקובלט, בדיוק, הוא המתכת שתורמה את הצבע הכחול של קרמיקה וזכוכית.

זו הייתה המתכת הראשונה שהתגלתה מאז ימי קדם. מאז הזמן הזה האדם השתמש במתכות רבות כמו ברזל, נחושת, כסף, פח, זהב וכו '. במקרים רבים לא ידוע מתי החלו להשתמש בהן.

ייצור כרייה

כריית הקובלט הראשונה בעולם החלה באירופה, כאשר נורווגיה הייתה המפיקה הראשונה של כחול קובלט; תרכובת של אלומינה וקובלט, כמו גם אמייל (זכוכית אבקת קובלט), המשמשת כפיגמנט בקרמיקה ובצבע.

החשיבות הקיימת בייצור קובלט הועברה לקלדוניה החדשה (1864) ולקנדה (1904), באזור אונטריו עקב גילוי הפיקדונות במדינות אלו.

בהמשך הפכה הרפובליקה הדמוקרטית הנוכחית של קונגו (1913) ליצרנית הקובלט המובילה בעולם בגלל גילוי מרבצים גדולים באזור קטנגה. נכון לעכשיו מדינה זו, יחד עם קנדה ואוסטרליה, היא אחת מיצרניות הקובלט העיקריות.

בינתיים, ה- ROC הוא המפיק המוביל בעולם של קובלט מעודן, מייבא את המתכת מהרפובליקה הדמוקרטית של קונגו לצורך זיקוק.

בשנת 1938 השיגו ג'ון ליווינגולד וגלן סייבורג ייצור בכור אטומי של ⁶⁰ קו; איזוטופ רדיואקטיבי המשמש ברפואה לטיפול בסרטן.

מבנה ותצורת אלקטרונים של קובלט

קובלט, כמו מתכות אחרות, מחזיק את האטומים שלו יחד דרך הקשר המתכתי. הכוח והדחיסה הם כאלה שהם מייצרים גביש מתכתי, שם יש גאות של אלקטרונים ופסים הולכה שמסבירים את המוליכות החשמלית והתרמית שלהם.

בניתוח מיקרוסקופי של גבישי קובלט, יתגלה כי הם בעלי מבנה משושה קומפקטי; ישנם משולשים של אטומי Co המסודרים בשכבות ABAB … ויוצרים מנסרות משולשות עם שכבות משולבות זה בזה, אשר בתורם מייצגות שישית משושה.

מבנה זה קיים לרוב דגימות הקובלט בטמפרטורות הנמוכות מ -450 מעלות צלזיוס. עם זאת, כאשר הטמפרטורה עולה מתחיל מעבר בין שני שלבים קריסטלוגרפיים: המשושה הקומפקטית (hcp) והמעוקב שבמרכז הפנים (fcc, עבור ראשי תיבות שלו באנגלית: מעוקב פנים מעוקב).

המעבר איטי, כך שלא כל הגבישים המשושים הופכים למעוקבים. לפיכך, בטמפרטורות גבוהות קובלט יכול להציג שני מבנים גבישיים; ואז תכונותיו אינן הומוגניות יותר לכל המתכת.

גודל חרוזי קריסטל

מבנה הגביש אינו מושלם לחלוטין; הוא יכול להכיל חריגות, המגדירות גרגירים גבישיים בגדלים שונים. ככל שהם קטנים יותר, כך המתכת קלה יותר או דמוי ספוג. לעומת זאת, כאשר הגרגרים גדולים, המתכת תהפוך למוצקה ויציבה.

הפרט עם קובלט הוא שלא רק הגרגרים משנים את המראה החיצוני של המתכת: גם המבנה הגבישי שלה. מתחת ל -450 מעלות צלזיוס, על מבנה ה- hpp לגדול; אך כאשר הדגנים קטנים כמו בקובלט ספוגי, המבנה הדומיננטי הוא ה- fcc.

ההפך מתרחש כאשר הגרגרים גדולים: מבנה ה- fcc שולט מעל ה- hcp. זה הגיוני מאחר שגרגרים גדולים יותר כבדים ומפעילים לחץ גדול יותר זה על זה. בלחצים גבוהים יותר אטומי ה- Co דוחסים יותר ובוחרים לאמץ את מבנה ה- hcp.

בטמפרטורות גבוהות (T> 1000 מעלות צלזיוס) מתרחשים המעברים שזה עתה תוארו; אך במקרה של קובלט ספוגי, חלק קטן מהגבישים שלו הופך למשושה, בעוד שרובם ממשיכים להיות מעוקבים.

ננו-גבישי hcp יציבים

בעבודה מחקרית ספרדית (Peña O'shea V. et al., 2009) הוכח כי ניתן היה לסנתז ננו-גבישים משובניים של קובלט המסוגלים לעמוד בטמפרטורות קרובות ל- 700 מעלות צלזיוס מבלי לעבור מעבר לשלב ה- fcc.

לשם כך, החוקרים הפחיתו דגימות של תחמוצות קובלט עם CO ו- H ₂ , וגילו כי הננו-גבישים hcp חייבים את יציבותם לציפוי של ננו-סיבי פחמן.

תצורה אלקטרונית ומצבי חמצון

תצורת האלקטרונים של קובלט היא:

3d ⁷ 4s ²

לכן היא יכולה תיאורטית לאבד עד תשעה אלקטרונים ממעטפת הערך שלה; אבל זה לא קורה (לפחות בתנאים רגילים), וגם הקטיון Co ^{9+ לא נוצר} .

מצבי החמצון שלו הם: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, כאשר +2 ו- +3 הם העיקריים.

נכסים

מראה חיצוני

מתכת מוצקה, זוהר, כחול-אפור. קובלט מלוטש לבן כסוף עם גוון כחלחל.

משקל אטומי

58.933 גרם / מול.

מספר אטומי

27.

טבלה מחזורית

זוהי מתכת מעבר השייכת לקבוצה 9 (VIIIB), תקופה 4.

נקודת המסה

1,768 K (1,495 מעלות צלזיוס, 2,723 מעלות צלזיוס).

נקודת רתיחה

3,200 K (2,927 מעלות צלזיוס, 5,301 מעלות צלזיוס).

צפיפות בטמפרטורת החדר

8.90 גרם / ס"מ ³ .

חום של היתוך

16.06 kJ / mol.

חום האידוי

377 ק"ג / מול.

יכולת קלורית מולקולרית

24.81 J / mol K

מהירות הצליל

4,720 מ '/ ש' (נמדד על מוט מתכת).

קַשִׁיוּת

5.0 בסולם מוהס.

מַגנֶטִיוּת

זהו אחד משלושת היסודות הפרומגנטיים בטמפרטורת החדר. מגנטים קובלט שומרים על מגנטיותם בטמפרטורות גבוהות כמו 1,121ºC (2,050ºF).

אלקטרונגטיביות

1.88 בסולם פאולינג.

אנרגיית יינון

דרגה ראשונה של יינון: 740.4 ק"ג / מול.

רמת יינון שנייה: 1,648 kJ / mol.

דרגה שלישית של יינון: 3,232 kJ / mol.

רדיו אטומי

125 בערב.

נפח אטומי

6.7 ס"מ ³ / מול.

תגובות

קובלט מתמוסס לאט בחומצות מינרליות מדוללות. הוא אינו משלב ישירות עם מימן או חנקן, אך הוא משלב עם פחמן, זרחן וגופרית על ידי חימום. זה נקשר לחמצן הקיים באדי מים בטמפרטורות גבוהות.

מגיב בעוצמה עם 15 M חומצה חנקתית ויוצר קובלט חנקתי, Co (NO ₃ ) ₂ . מגיב בצורה חלשה עם חומצה הידרוכלורית ליצירת קובלט כלוריד, CoCl ₂ . קובלט אינו יוצר הידרידים.

גם Co ⁺² וגם Co ⁺³ יוצרים קומפלקסים רבים של קואורדינציה, כאשר הם נחשבים לאחת המתכות עם המספר הגבוה ביותר של מתחמים אלה.

יישומים

סגסוגות

סגסוגות קובלט משמשות לייצור מנועי סילון ומנועי טורבינת גז. לסגסוגת בשם אלינקו, המורכבת מאלומיניום, ניקל וקובלט, יש תכונות מגנטיות חזקות. מגנטים של אלינקו משמשים למכשירי שמיעה, מצפונים ומיקרופונים.

כלי החיתוך שנקרא מיוצרים מסגסוגות סטליט, העשויות קובלט, כרום וטונגסטן. סגסוגות העל נקודת התכה קרובה לזו של קובלט, ומאופיינות בקשיחותן הרבה, המשמשות לייצור כלי התפשטות נמוכים.

קרמיקה, פסלים וזכוכית

משקפיים משקפיים עם קובלט. מקור: Pxhere.

מאז ימי קדם, קובלט שימש מספר רב של תרבויות בכדי להעניק ליצירות האמנות והעבודות שלהם גוון כחול. במובן זה נעשה שימוש בתחמוצות: קובלט, CoO וקובלט, Co ₃ O ₄ .

בנוסף לשימוש בהם בייצור קרמיקה, כוסות ואמייל, תחמוצות קובלט משמשות להכנת זרזים.

רופאים

Cobalt-60 ( ⁶⁰ Co), איזוטופ רדיואקטיבי הפולט קרינת בטא (β) וגמא (γ), משמש לטיפול בסרטן. Γ קרינה היא קרינה אלקטרומגנטית, כך שיש לה יכולת לחדור לרקמות ולהגיע לתאים סרטניים, ובכך לאפשר את השמדתם.

תאי סרטן הם תאים שמתחלקים במהירות, מה שהופך אותם לרגישים יותר לקרינה מייננת שמכה בגרעין שלהם ופוגעת בחומר הגנטי.

ה- ⁶⁰ Co, בדומה לרדיואיזוטופים אחרים, משמש לעיקור חומרים המשמשים בפרקטיקה רפואית.

כמו כן, קובלט משמש לייצור שתלים אורטופדיים, יחד עם טיטניום ופלדת אל חלד. חלק גדול מחליפי הירך מעסיקים גבעולי עצם קובלט כרום.

אנרגיה חלופית

קובלט משמש לשיפור הביצועים של סוללות נטענות, וממלא תפקיד שימושי ברכבים היברידיים.

אלקטרוליטי

קובלט משמש כדי לספק למשטחי מתכת גימור טוב המגן עליהם מפני חמצון. קובלט גופרתי, CoSO ₄ , למשל, הוא תרכובת הקובלט העיקרית המשמשת בהקשר זה.

במעבדות

כלוריד קובלט, CoCl ₂ .6H ₂ O, משמש כאינדיקטור לחות במייבשים. זהו מוצק ורוד שמשתנה לצבע כחול ככל שהוא מתייבש.

תפקיד ביולוגי

קובלט הוא חלק מהאתר הפעיל של ויטמין B ₁₂ (ציאנוקובלמין) המעורב בשלות של אריתרוציטים. היעדרו גורם לאנמיה המאופיינת במראה במחזור הדם של אריתרוציטים גדולים המכונים מגלובלסטים.

איפה זה נמצא

קרום כדור הארץ

קובלט מופץ באופן נרחב ברחבי קרום כדור הארץ; אף על פי שריכוזו נמוך מאוד, ההערכה היא שהיא מהווה 25 עמודים לדקה מקרום כדור הארץ. בינתיים, במערכת השמש בכללותה הריכוז היחסי שלה הוא 4 עמודים לדקה.

הוא נמצא בכמויות קטנות במתחמי ניקל הברזל, הוא יליד כדור הארץ ומטאוריטים. הוא נמצא גם בשילוב עם אלמנטים אחרים באגמים, נהרות, ים, צמחים ובעלי חיים.

ויטמין B

בנוסף, זהו נדבך חיוני לתזונתם של נמלים ונמצא בוויטמין B ₁₂ , הכרחי להתבגרות של אריתרוציטים. קובלט אינו מבודד בדרך כלל בטבע, אלא נמצא במינרלים שונים בשילוב עם אלמנטים אחרים.

מינרלים

מינרלים קובלט כוללים את הדברים הבאים: קובלטיט, בשילוב עם ארסן וגופרית; אריתרית, נוצר על ידי קובלט מיובש; הגלאוקודוט שנוצר על ידי קובלט, ברזל, ארסן וגופרית; והסקוטרודיט נוצר על ידי קובלט, ניקל וארסן.

בנוסף ניתן לציין את המינרלים הנוספים הבאים קובלט: לינליט, אמייל והטרוגנית. קובלט מלווה במינרלים בעיקר על ידי ניקל, ארסן וברזל.

רוב הזמן קובלט אינו מופק מהעפרות המכילים אותו, אלא הוא תוצר לוואי של כריית ניקל, ברזל, ארסן, נחושת, מנגן וכסף. נדרש תהליך מורכב כדי לחלץ ולבודד קובלט ממינרלים אלה.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2019). קובלט. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. א. אוון וד. מדוק ג'ון. (1954). השפעת גודל התבואה על מבנה הקריסטל של קובלט. פרוק. 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 ו- José LG Fierro. (2009). פיתוח חלקיקי נחושת קובלט משושה סגורים ויציבים בטמפרטורה גבוהה. כימיה של חומרים 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. אן מארי הלמנסטין, דוקטורט. (02 בפברואר, 2019). עובדות קובלט ותכונות פיזיות. מחשבה. התאושש מ: thoughtco.com
5. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (08 ביוני, 2019). קובלט. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
6. Lookchem. (2008). קובלט. התאושש מ: lookchem.com
7. ברווזונים. (2019). אלמנטים לילדים: קובלט. התאושש מ: ducksters.com