Estrutura de cobalto, propriedades, aplicações

Ele cobalto É um metal de transição que pertence ao grupo VIIIB da tabela periódica e cujo símbolo químico é o CO. É um sólido azul acinzentado (dependendo de suas impurezas), encontrado em toda a crosta terrestre; embora sua concentração mal represente 25 ppm ou 0,001 % do mesmo.

Este metal é um traço essencial na nutrição dos ruminantes. Também faz parte do núcleo da vitamina B₁₂, necessário para a maturação dos eritrócitos. Vitamina b₁₂ Apresenta uma estrutura semelhante à do grupo hemo de hemoglobina; Mas com CO em vez de fé.

Amostra metálica de cobalto. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Na natureza, o cobalto geralmente não é encontrado puro, mas dentro das complexas matrizes de minerais como: cobaltita, skutterudita, erithrita, etc. Nestes minerais, o cobalto é geralmente combinado com níquel, ferro ou arsênico.

O nome de 'cobalto' vem do Kobalt alemão, que por sua vez derivou de Kobolt, um nome que os mineiros deram aos minerais de minerais que produziam coloração azul e tinham poucos metais que eles conheciam; Menas que, vale a pena mencionar, causou -lhes envenenando.

O cobalto é encontrado em menas junto com níquel, ferro e cobre, entre outros metais. Portanto, não pode ser obtido puro e requer um trabalho de refino intenso para purificá -lo até que seu uso seja prático.

Foi descoberto pelo químico sueco Georg Brandt, entre 1730 e 1740. Constituiu o primeiro metal descoberto da pré -história. Brandt disse que o cobalto era responsável pela coloração azul de cerâmica e vidro; E não o bismuto, como acreditava até então.

O cobalto tem 29 isótopos. Ele ⁵⁹O CO é estável e representa quase 100 % dos isótopos de cobalto; Os 28 restantes são radioisótopos. Estes incluem Al ⁶⁰CO, usado no tratamento do câncer. É um elemento magnético, mantendo seu magnetismo em alta temperatura. Esta propriedade te permitiu.

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História

Antiguidade

O cobalto foi usado em tempos tão remotos quanto 2.000 a 3.000 anos a.C. Os egípcios, os persas e as dinastias chinesas o usaram na elaboração de suas esculturas e cerâmica. Ele contribuiu com a coloração azul tão apreciada nas obras de arte e artigos de uso.

Provavelmente os egípcios (1550 - 1292 a.C.) Eles foram a primeira cidade que usou o cobalto para imprimir sua cor azul.

O cobalto não está isolado nas menas, mas na presença de minerais com níquel, cobre e arsênico.

Ao tentar cobre com o níquel, o óxido de arsênico foi produzido, um gás muito venenoso que foi a causa do envenenamento que os mineiros sofreram.

Descoberta

O cobalto foi descoberto, aproximadamente, em 1735, pelo químico sueco Georg Brandt, que percebeu que o cobalto, precisamente, era o metal que contribuiu com a coloração azul de cerâmica e vidro.

Foi o primeiro metal descoberto desde os tempos antigos. O homem desde então usou numerosos metais como ferro, cobre, prata, lata, ouro, etc ... Em muitos casos, é desconhecido quando eles começaram a usar.

Produção de mineração

A primeira exploração de mineração de cobalto no mundo começou na Europa, sendo o primeiro produtor azul cobalto da Noruega; Um composto de alumina e cobalto, além do esmalte (pó de vidro cobalto), usado como pigmento em cerâmica e pintura.

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A preponderância na produção de cobalto, mudou -se para Nueva Caledonia (1864) e Canadá (1904), na região de Ontário para a descoberta de depósitos nesses países.

Posteriormente, a atual República Democrática do Congo (1913) tornou -se o primeiro produtor mundial de cobalto para a descoberta de grandes depósitos na região de Katanga. Atualmente, este país, juntamente com o Canadá e a Austrália, é um dos principais produtores de cobalto.

Enquanto isso, a República Chinesa é o primeiro produtor mundial de cobalto refinado, uma vez que as importações de metal da República Democrática do Congo para seu refino.

Em 1938, John Livinglood e Glenn Seaborg alcançaram a produção em um reator atômico do ⁶⁰Co; isótopo radioativo usado em medicina em tratamento de câncer.

Estrutura e configuração eletrônica do cobalto

O cobalto, como outros metais, mantém seus átomos juntos através da ligação metálica. A força e a compressão são tal que eles estabelecem um cristal metálico, onde há uma maré de elétrons e faixas que explicam suas condutividades elétricas e térmicas.

Analisando microscopicamente os cristais de cobalto, ele terá uma estrutura hexagonal compacta; Existem triângulos de átomos de CO organizados em camadas Abab ..., formando prismas triangulares com camadas intercaladas, que por sua vez representam a sexta parte de um hexágono.

Esta estrutura está presente para a maioria das amostras de cobalto a temperaturas mais baixas de 450ºC. No entanto, quando a temperatura aumenta, começa uma transição entre duas fases cristalográficas: o compacto hexagonal (HCP) e o cúbico centrado na face (FCC, por seu acrônimo em inglês: Cúbico centrado na face).

A transição é lenta, então nem todos os cristais hexagonais se tornam cúbicos. Assim, a altas temperaturas, o cobalto pode exibir ambas as estruturas cristalinas; E então, suas propriedades deixam de ser homogêneas para todo o metal.

Grãos cristalinos

A estrutura cristalina não é completamente perfeita; Pode abrigar irregularidades, que definem grãos cristalinos de diferentes tamanhos. Quanto menor, o metal será mais leve ou como se fosse uma esponja. Por outro lado, quando os grãos são grandes, o metal se tornará sólido e sólido.

O detalhe com o cobalto é que não apenas os grãos modificam o aspecto externo do metal: também sua estrutura cristalina. Abaixo de 450ºC, a estrutura HCP deve predominar; Mas quando os grãos são pequenos, como no cobalto esponjoso, a estrutura dominante é a FCC.

O oposto ocorre quando os grãos são grandes: domine a estrutura da FCC no HCP. Faz sentido, já que os grãos grandes são mais pesados ​​e exercem maiores pressões entre eles. Em maiores pressões, os átomos de CO são mais compactados e optam por adotar a estrutura do HCP.

Em altas temperaturas (T> 1000ºC), ocorrem as transições recém -descritas; Mas no caso do cobalto esponjoso, uma pequena parte de seus cristais se torna hexagonal, enquanto a maioria continua cúbica.

Nanocristais estáveis ​​HCP

Em um trabalho de pesquisa espanhol (Peña O'Shea V. e repolho., 2009), foi demonstrado que os nanocristais hexagonais de cobalto poderiam ser sintetizados capazes de apoiar as temperaturas próximas a 700ºC sem sofrer transições para a fase da FCC.

Para fazer isso, os pesquisadores reduziram amostras de óxidos de cobalto com CO e H₂, descobrindo que os nanocristais de HCP deviam sua estabilidade a um revestimento de nanofibra de carbono.

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Estados de configuração e oxidação eletrônicos

A configuração eletrônica do cobalto é:

[AR] 3D⁷4s²

Portanto, pode perder até nove elétrons de sua camada de valência; Mas isso não acontece (pelo menos em condições normais), nem as formas de cátio⁹⁺.

Seus estados de oxidação são: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, sendo +2 e +3 o principal.

Propriedades

Aparência física

Metal sólido, lustroso, azul acinzentado. O cobalto polido é branco prateado com um tom azul.

Peso atômico

58.933 g/mol.

Número atômico

27.

Tabela periódica

É um metal de transição que pertence ao Grupo 9 (VIIIB), período 4.

Ponto de fusão

1.768 K (1.495 ºC, 2.723 ºF).

Ponto de ebulição

3.200 K (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Densidade à temperatura ambiente

8,90 g/cm³.

Calor de fusão

16,06 kJ/mol.

Calor de vaporização

377 KJ/mol.

Capacidade calórica molar

24,81 J/mol · k

Velocidade do som

4.720 m/s (medido em uma haste de metal).

Dureza

5.0 na escala MOHS.

Magnetismo

É um dos três elementos ferromagnéticos à temperatura ambiente. Ímãs de cobalto mantêm seu magnetismo em temperaturas até 1.121 ºC (2.050 ºF).

Eletro-negatividade

1,88 na escala Pauling.

Energia de ionização

Primeiro nível de ionização: 740,4 kJ/mol/mol.

Segundo nível de ionização: 1.648 kJ/mol.

Terceiro nível de ionização: 3.232 KJ/mol.

Rádio atômico

125 pm.

Volume atômico

6,7 cm³/mol.

Reações

O cobalto se dissolve lentamente em ácidos minerais diluídos. Não é diretamente combinado com hidrogênio ou nitrogênio, mas com carbono, fósforo e enxofre por aquecimento. Ele se liga ao oxigênio presente no vapor de água em altas temperaturas.

Reage virtualmente com ácido nítrico 15 m, formando nitrato de cobalto, CO (não₃)₂. Reagir fracamente com ácido clorídrico para formar cloreto de cobalto, cocl₂. O cobalto não forma hidros.

Ambos co⁺² Como co⁺³ Eles formam numerosos complexos de coordenação, considerando um dos metais com o maior número desses complexos.

Formulários

Ligas

As ligas de cobalto são usadas na fabricação de motores de reação e em motores a gás turbinas. Uma liga chamada Alinco, formada por alumínio, níquel e cobalto, tem propriedades fortemente magnéticas. Os ímãs Alinco são usados ​​em fones de ouvido, bússolas e microfones.

As ferramentas de corte chamadas são feitas com ligas de estelitas, constituídas com cobalto, cromo e tungstênio. Superaleaciones têm um ponto de fusão próximo ao do cobalto e são caracterizadas por sua grande dureza, sendo usadas na elaboração de ferramentas de baixa expansão.

Cerâmica, esculturas e vidro

Vidros de cobalto. Fonte: pxhere.

Desde os tempos antigos, o cobalto tem sido usado por inúmeras culturas para dar uma coloração azul a suas obras de arte e decorativas. Nesse sentido, os óxidos foram usados: cobalto e o cobaltic, co₃QUALQUER₄.

Além de seu uso na fabricação de cerâmica, vidro e esmaltes, os óxidos de cobalto são usados ​​na preparação dos catalisadores.

Médicos

Cobalto-60 (⁶⁰CO), um isótopo radioativo que emite beta (β) e radiação de alcance (γ), é usado no tratamento do câncer. A radiação γ é a radiação eletromagnética, por isso tem a capacidade de penetrar nos tecidos e atingir células cancerígenas, permitindo assim sua erradicação.

As células cancerígenas são células divididas em alta velocidade, o que as torna mais suscetíveis a radiações ionizantes que afetam seu núcleo, prejudicando o material genético.

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Ele ⁶⁰A CO, como outros radioisótopos, é usado na esterilização de materiais usados ​​na prática médica.

Da mesma forma, o cobalto é usado na elaboração de implantes ortopédicos, juntamente com o titânio e o aço inoxidável. Uma grande parte das substituições do quadril, use hastes femorais cromadas-cobalto.

Energia alternativa

O cobalto é usado para melhorar o desempenho de baterias recarregáveis, desempenhando uma função útil em veículos híbridos.

Galvanoplastia

O cobalto é usado para fornecer a superfícies metálicas um bom acabamento que os proteja contra a oxidação. Sulfato de cobalto, COSO₄, Por exemplo, é o principal composto de cobalto que é usado nesse sentido.

Em laboratórios

Cloreto de cobalto, cocl₂.6h₂Ou, é usado como um indicador de umidade em dessecadores. É um sólido rosa que muda de azul enquanto hidrata.

Artigo biológico

O cobalto faz parte do local ativo da vitamina B₁₂ (cianocobalamina) envolvido na maturação dos eritrócitos. Sua ausência origina uma anemia caracterizada pela aparência na circulação sanguínea de grandes eritrócitos conhecidos como megaloblastos.

Onde está

Crosta terrestre

O cobalto é amplamente distribuído por toda a crosta da Terra; Embora sua concentração seja muito baixa, estimando que constitui 25 ppm da crosta terrestre. Enquanto isso, no sistema solar juntos, sua concentração relativa é de 4 ppm.

É encontrado em pequenas quantidades nos complexos de níquel-hidrro, sendo nativos da terra e dos meteoritos. Da mesma forma, está em combinação com outros elementos em lagos, rios, mares, plantas e animais.

Vitamina b₁₂

Além disso, é um elemento essencial para a nutrição ruminante e está presente em vitamina B₁₂, necessário para a maturação dos eritrócitos. O cobalto geralmente não é isolado de natureza, mas é encontrado em diferentes minerais combinados com outros elementos.

Minerais

Entre os minerais de cobalto estão os seguintes: cobaltita, em combinação com arsênico e enxofre; eritrita, formada por arsênico e cobalto hidratado; o glaucodot formado por cobalto, ferro, arsênico e enxofre; e o Skutterudite formado por cobalto, níquel e arsênico.

Além disso, os seguintes minerais adicionais de cobalto podem ser indicados: linnaelita, enlegita e heterogenita. O cobalto é acompanhado em minerais principalmente por níquel, arsênico e ferro.

Na maioria das vezes, o cobalto não é extraído do minério que o contém em si, mas é um subproduto da extração de mineração de níquel, ferro, arsênico, cobre, manganês e prata. É necessário um processo complexo para extrair e isolar o cobalto desses minerais.

Referências

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