Structure de cobalt, propriétés, applications

Il cobalt Il s'agit d'un métal de transition qui appartient au groupe VIIIB du tableau périodique et dont le symbole chimique est le CO. C'est un solide bleu grisâtre (selon ses impuretés), trouvé dans toute la croûte de la Terre; Bien que sa concentration représente à peine 25 ppm ou 0,001%.

Ce métal est une trace essentielle dans la nutrition des ruminants. Il fait également partie du noyau de la vitamine B₁₂, nécessaire à la maturation des érythrocytes. Vitamine B₁₂ Il présente une structure similaire à celle du groupe hémo d'hémoglobine; Mais avec CO au lieu de la foi.

Échantillon de cobalt métallique. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Dans la nature, le cobalt ne se trouve généralement pas pur, mais dans les matrices complexes de minéraux tels que: cobaltite, skutteudite, érythrita, etc. Dans ces minéraux, le cobalt est généralement combiné avec du nickel, du fer ou de l'arsenic.

Le nom de «Cobalt» vient du Kobalt allemand, qui à son tour dérivé de Kobolt, un nom que les mineurs ont donné aux minéraux de minéraux qui produisaient la coloration bleue et avaient peu de métaux qu'ils connaissaient; Menas que, il convient de le mentionner, leur a fait empoisonner.

Le cobalt se trouve dans Menas avec le nickel, le fer et le cuivre, entre autres métaux. Par conséquent, il ne peut pas être obtenu pur et nécessite un travail de raffinage intense pour le purifier jusqu'à ce que son utilisation soit pratique.

Il a été découvert par le chimiste suédois Georg Brandt, entre 1730 et 1740. Il constituait le premier métal découvert de la préhistoire. Brandt a déclaré que le Cobalt était responsable de la coloration bleue de la céramique et du verre; Et pas le bismuth, comme cela a cru jusque.

Le cobalt a 29 isotopes. Il ⁵⁹Le CO est stable et représente près de 100% des isotopes de cobalt; Les 28 autres sont des radio-isotopes. Il s'agit notamment d'Al ⁶⁰CO, utilisé dans le traitement du cancer. C'est un élément magnétique, en gardant son magnétisme à haute température. Cette propriété vous a permis.

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Histoire

Antiquité

Le cobalt a été utilisé dans des temps aussi éloignés que 2.000 à 3.000 ans un.C. Les Égyptiens, les Perses et les Dynasties chinoises l'ont utilisé dans l'élaboration de leurs sculptures et céramiques. Il a contribué la coloration bleue si appréciée dans les œuvres d'art et les articles d'utilisation.

Probablement les Égyptiens (1550 - 1292 A.C.) Ils étaient la première ville qui a utilisé le cobalt pour imprimer sa couleur bleue.

Le cobalt n'est pas isolé dans les Menas, mais en présence de minéraux avec du nickel, du cuivre et de l'arsenic.

En essayant du cuivre avec le nickel, l'oxyde d'arsenic a été produit, un gaz très toxique qui était la cause de l'empoisonnement que les mineurs ont subi.

Découverte

Le cobalt a été découvert, approximativement, en 1735 par le chimiste suédois Georg Brandt, qui a réalisé que le cobalt, précisément, était le métal qui a contribué à la coloration bleue de la céramique et du verre.

C'était le premier métal découvert depuis les temps anciens. L'homme depuis cette époque a utilisé de nombreux métaux tels que le fer, le cuivre, l'argent, l'étain, l'or, etc ... Dans de nombreux cas, on ne sait pas quand ils ont commencé à utiliser.

Production minière

La première exploitation minière de cobalt dans le monde a commencé en Europe, le premier producteur bleu de Cobalt étant la Norvège; Un composé d'alumine et de cobalt, en plus de l'émail (poudre en verre de cobalt), utilisé comme pigment dans la céramique et la peinture.

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La prépondérance dans la production de Cobalt, a déménagé à Nueva Caledonia (1864) et au Canada (1904), dans la région de l'Ontario pour la découverte de dépôts dans ces pays.

Par la suite, la République démocratique actuelle du Congo (1913) est devenue le premier producteur mondial de Cobalt pour la découverte de grands dépôts dans la région de Katanga. Actuellement, ce pays, avec le Canada et l'Australie, est l'un des principaux producteurs de cobalt.

Pendant ce temps, la République chinoise est le premier producteur mondial de cobalt raffiné, car le métal importe de la République démocratique du Congo pour son raffinage.

En 1938, John Livingang et Glenn Seorg ont atteint la production dans un réacteur atomique de la ⁶⁰Co; isotope radioactif utilisé en médecine dans le traitement du cancer.

Structure et configuration électronique de cobalt

Le cobalt, comme d'autres métaux, maintient ses atomes ensemble à travers la liaison métallique. La résistance et la compression sont telles qu'ils établissent un cristal métallique, où il y a une marée d'électrons et de bandes de conduite qui expliquent leurs conductivités électriques et thermiques.

Analysant microscopiquement des cristaux de cobalt, il sera constaté qu'il aura une structure hexagonale compacte; Il y a des triangles d'atomes de CO disposés en couches ABAB ..., formant des prismes triangulaires avec des couches intercalées, qui représentent à leur tour la sixième partie d'un hexagone.

Cette structure est présente pour la plupart des échantillons de cobalt à des températures plus basses de 450 ° C. Cependant, lorsque la température augmente, une transition entre deux phases cristallographiques commence: l'hexagonal compact (HCP) et le cube centré sur le visage (FCC, pour son acronyme en anglais: Cubique centré sur le visage).

La transition est lente, donc tous les cristaux hexagonaux ne deviennent pas cubes. Ainsi, à des températures élevées, le cobalt peut présenter les deux structures cristallines; Et puis, ses propriétés cessent d'être homogènes pour l'ensemble du métal.

Grains cristallins

La structure cristalline n'est pas complètement parfaite; Il peut abriter des irrégularités, qui définissent des grains cristallins de différentes tailles. Le plus petit, le métal sera plus léger ou comme s'il s'agissait d'une éponge. D'un autre côté, lorsque les grains sont grands, le métal deviendra solide et solide.

Le détail avec le cobalt est que non seulement les grains modifient l'aspect externe du métal: également sa structure cristalline. En dessous de 450 ° C, la structure HCP devrait prédominer; Mais lorsque les grains sont petits, comme dans le cobalt spongieux, la structure dominante est la FCC.

L'inverse se produit lorsque les grains sont grands: maîtriser la structure FCC sur le HCP. Cela a du sens car les gros grains sont plus lourds et exercent de plus grandes pressions parmi eux. À des pressions plus importantes, les atomes de CO sont plus compactés et choisissent d'adopter la structure HCP.

À des températures élevées (t> 1000 ° C), les transitions fraîchement décrites se produisent; Mais dans le cas du cobalt spongieux, une petite partie de ses cristaux devient hexagonale, tandis que la plupart continuent d'être cubiques.

Nanocristaux HCP stables

Dans un travail de recherche espagnol (Peña O'Shea V. et chou., 2009), il a été démontré que les nanocristaux de cobalt hexagonaux pouvaient être synthétisés capables de supporter des températures près de 700 ° C sans subir de transitions vers la phase FCC.

Pour ce faire, les chercheurs ont réduit les échantillons d'oxydes de cobalt avec CO et H₂, constater que les nanocristaux HCP devaient leur stabilité à un revêtement de nanofibre de carbone.

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États de configuration et d'oxydation électroniques

La configuration électronique du cobalt est:

[Ar] 3d⁷4s²

Il peut donc théorie perdre jusqu'à neuf électrons de sa couche de valence; Mais cela ne se produit pas (au moins dans des conditions normales), pas plus que les formulaires de cation ne sont pas⁹⁺.

Vos états d'oxydation sont: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, étant +2 et +3 le principal.

Propriétés

Apparence physique

Métal solide, bleu grisâtre brillant. Le cobalt poli est blanc argenté avec une teinte bleue.

Poids atomique

58 933 g / mol.

Numéro atomique

27.

Table périodique

Il s'agit d'un métal de transition qui appartient au groupe 9 (VIIIB), période 4.

Point de fusion

1.768 K (1.495 ºC, 2.723 ºF).

Point d'ébullition

3.200 K (2.927 ºC, 5.301 ºF).

Densité à température ambiante

8,90 g / cm³.

Chaleur de fusion

16.06 kJ / mol.

Chaleur de vaporisation

377 kJ / mol.

Capacité calorique molaire

24.81 J / mol · k

Vitesse du son

4.720 m / s (mesuré dans une tige métallique).

Dureté

5.0 sur l'échelle Mohs.

Magnétisme

C'est l'un des trois éléments ferromagnétiques à température ambiante. Les aimants de cobalt conservent leur magnétisme à des températures aussi élevées que 1.121 ºC (2.050 ºF).

Électronégativité

1.88 sur l'échelle Pauling.

Énergie d'ionisation

Premier niveau d'ionisation: 740,4 kJ / mol.

Deuxième niveau d'ionisation: 1.648 kJ / mol.

Troisième niveau d'ionisation: 3.232 kJ / mol.

Radio atomique

125 h.

Volume atomique

6,7 cm³/ mol.

Réactions

Le cobalt se dissout lentement dans les acides minéraux dilués. Il n'est pas directement combiné avec de l'hydrogène ou de l'azote, mais avec du carbone, du phosphore et du soufre par chauffage. Il se lie à l'oxygène présent dans la vapeur d'eau à des températures élevées.

Réagit pratiquement avec de l'acide nitrique de 15 m, formant du nitrate de cobalt, CO (non₃)₂. Réagir faiblement avec de l'acide chlorhydrique pour former du chlorure de cobalt, cocl₂. Le cobalt ne forme pas d'hydros.

Les deux CO⁺² comme CO⁺³ Ils forment de nombreux complexes de coordination, compte tenu de l'un des métaux avec le plus grand nombre de ces complexes.

Applications

Alliages

Les alliages de cobalt sont utilisés dans la fabrication de moteurs de réaction et de moteurs à turbine à gaz. Un alliage appelé Alinco, formé par l'aluminium, le nickel et le cobalt, a des propriétés fortement magnétiques. Les aimants Alinco sont utilisés dans les écouteurs, les boussoles et les microphones.

Les outils de coupe So-Salled sont fabriqués avec des alliages d'Estelitas, constitués de cobalt, de chrome et de tungstène. Les superaleacones ont un point de fusion proche de celle du cobalt et se caractérisent par leur grande dureté, utilisés dans l'élaboration de faibles outils d'expansion.

Céramique, sculptures et verre

Lunettes de verre en cobalt. Source: pxhere.

Depuis les temps anciens, le cobalt a été utilisé par de nombreuses cultures pour donner une coloration bleue à leurs œuvres d'art et décoratives. En ce sens, des oxydes ont été utilisés: les cobaltos et le cobaltique, le CO₃SOIT₄.

En plus de son utilisation dans la fabrication de céramiques, de verre et d'émaux, les oxydes de cobalt sont utilisés dans la préparation des catalyseurs.

Médecins

Cobalt-60 (⁶⁰CO), un isotope radioactif qui émet un rayonnement bêta (β) et de gamme (γ), est utilisé dans le traitement du cancer. Le rayonnement γ est un rayonnement électromagnétique, il a donc la capacité de pénétrer les tissus et d'atteindre les cellules cancéreuses, permettant ainsi leur éradication.

Les cellules cancéreuses sont des cellules divisées à grande vitesse, ce qui les rend plus sensibles aux rayonnements ionisants qui affectent leur noyau, endommageant le matériel génétique.

Peut vous servir: équilibre de vapeur liquide

Il ⁶⁰CO, comme d'autres radio-isotopes, est utilisé dans la stérilisation des matériaux utilisés dans la pratique médicale.

De même, le cobalt est utilisé dans l'élaboration des implants orthopédiques, ainsi que le titane et l'acier inoxydable. Une grande partie des étendues de la hanche, utilisez des tiges de chrome fémoral-cobalto.

Énergie alternative

Le cobalt est utilisé pour améliorer les performances des batteries rechargeables, remplissant une fonction utile dans les véhicules hybrides.

Galvanoplastie

Le cobalt est utilisé pour fournir aux surfaces métalliques une bonne finition qui les protège contre l'oxydation. Sulfate de cobalt, coso₄, Par exemple, c'est le principal composé de cobalt qui est utilisé à cet égard.

En laboratoires

Chlorure de cobaltos, cocl₂.6h₂Ou, il est utilisé comme indicateur d'humidité dans les déshabondants. C'est un solide rose qui change de bleu car il hydrate.

Papier biologique

Le cobalt fait partie du site actif de la vitamine B₁₂ (cyanocobalamine) impliquée dans la maturation des érythrocytes. Son absence provient d'une anémie caractérisée par l'apparition dans la circulation sanguine des grands érythrocytes appelés mégaloblastes.

Où est-il situé

croûte terrestre

Le cobalt est largement distribué dans toute la croûte terrestre; Bien que sa concentration soit très faible, estimant qu'elle constitue 25 ppm de la croûte terrestre. Pendant ce temps, dans le système solaire ensemble, sa concentration relative est de 4 ppm.

Il se trouve en petites quantités dans les complexes nickel-hydrro, originaires de la terre et des météorites. De même, il est en combinaison avec d'autres éléments des lacs, des rivières, des mers, des plantes et des animaux.

Vitamine B₁₂

De plus, c'est un élément essentiel pour la nutrition des ruminants et est présent en vitamine B₁₂, nécessaire à la maturation des érythrocytes. Le cobalt n'est généralement pas de nature isolée, mais se trouve dans différents minéraux combinés avec d'autres éléments.

Minéraux

Parmi les minéraux de cobalt, il y a les suivants: Cobaltite, en combinaison avec de l'arsenic et du soufre; erythrita, formé par du cobalt d'arsenic et hydraté; Le glaucodot formé de cobalt, de fer, d'arsenic et de soufre; et la skutteudite formée par du cobalt, du nickel et de l'arsenic.

De plus, les minéraux de cobalt supplémentaires suivants peuvent être indiqués: Linnaelita, Enameltita et Hétérogénite. Le cobalt est accompagné en minéraux principalement par le nickel, l'arsenic et le fer.

Dans la plupart du temps, le cobalt n'est pas extrait du minerai qui le contienne en soi, mais est un sous-produit de l'extraction minière du nickel, du fer, de l'arsenic, du cuivre, du manganèse et de l'argent. Un processus complexe est nécessaire pour extraire et isoler le cobalt de ces minéraux.

Les références

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