COBAN: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các coban là một kim loại chuyển tiếp thuộc VIIIB nhóm của bảng tuần hoàn và có ký hiệu hóa học là Công ty là một màu xanh rắn - màu xám (tùy tạp chất) tìm thấy trên khắp trái đất 's lớp vỏ; mặc dù nồng độ của nó hầu như không đại diện cho 25 ppm hoặc 0,001% của nó.

Kim loại này là một nguyên tố vi lượng thiết yếu trong dinh dưỡng của động vật nhai lại. Nó cũng là một phần của hạt nhân của vitamin B ₁₂ , cần thiết cho sự trưởng thành của hồng cầu. Vitamin B ₁₂ có cấu trúc tương tự như cấu trúc của nhóm heme của hemoglobin; nhưng với Cơ thay vì Niềm tin.

Mẫu coban kim loại. Nguồn: Hình ảnh độ phân giải cao của các nguyên tố hóa học

Trong tự nhiên, coban thường không được tìm thấy nguyên chất, mà nằm trong các nền khoáng phức tạp như: coban, skutterudit, erythrit, v.v. Trong các khoáng chất này, coban thường được kết hợp với niken, sắt hoặc asen.

Cái tên 'coban' xuất phát từ tiếng Đức kobalt, lần lượt có nguồn gốc từ kobolt, tên mà các thợ mỏ đặt cho quặng khoáng sản tạo ra thuốc nhuộm màu xanh lam và có ít kim loại mà họ biết; Đáng nói là quặng đã khiến họ bị ngộ độc.

Coban được tìm thấy trong quặng cùng với niken, sắt, đồng và các kim loại khác. Do đó, nó không thể có được tinh khiết, và cần phải có công việc tinh chế nghiêm ngặt để tinh chế nó cho đến khi sử dụng được trong thực tế.

Nó được phát hiện bởi nhà hóa học người Thụy Điển Georg Brandt, giữa năm 1730 và 1740. Đây là kim loại đầu tiên được phát hiện từ thời tiền sử. Brandt chỉ ra rằng coban là nguyên nhân tạo ra màu xanh lam của gốm sứ và thủy tinh; và không phải bitmut, như người ta vẫn tin cho đến lúc đó.

Coban có 29 đồng vị. Các ⁵⁹ Co là ổn định và đại diện cho gần 100% các đồng vị của coban; 28 còn lại là đồng vị phóng xạ. Chúng bao gồm ⁶⁰ Co, được sử dụng trong điều trị ung thư. Nó là một nguyên tố từ tính, bảo toàn từ tính ở nhiệt độ cao. Tính chất này đã cho phép nó tạo thành các hợp kim như cái gọi là Alinco, được sử dụng trong loa phóng thanh, micrô, còi radio, v.v.

Lịch sử

cổ xưa

Coban đã được sử dụng từ 2.000 đến 3.000 năm trước Công nguyên. Người Ai Cập, Ba Tư và các triều đại Trung Quốc đã sử dụng nó trong việc tạo ra các tác phẩm điêu khắc và đồ gốm của họ. Nó cung cấp màu xanh lam được đánh giá cao trong các tác phẩm nghệ thuật và vật phẩm sử dụng.

Người Ai Cập (1550 - 1292 TCN) có lẽ là những người đầu tiên sử dụng coban để tạo màu xanh cho thủy tinh.

Coban không bị cô lập trong quặng, nhưng trong sự hiện diện của các khoáng chất với niken, đồng và asen.

Khi cố gắng nấu chảy đồng với niken, ôxít asen đã được tạo ra, một loại khí rất độc là nguyên nhân gây ra ngộ độc cho những người thợ mỏ.

Khám phá

Coban được phát hiện vào khoảng năm 1735 bởi nhà hóa học người Thụy Điển Georg Brandt, người đã nhận ra rằng chính xác thì coban là kim loại tạo ra màu xanh lam cho gốm sứ và thủy tinh.

Nó là kim loại đầu tiên được phát hiện từ thời cổ đại. Kể từ thời điểm này, con người đã sử dụng nhiều kim loại như sắt, đồng, bạc, thiếc, vàng, vv Trong nhiều trường hợp, không biết chúng bắt đầu được sử dụng từ khi nào.

Khai thác sản xuất

Việc khai thác coban đầu tiên trên thế giới bắt đầu ở Châu Âu, với Na Uy là nhà sản xuất đầu tiên của màu xanh coban; một hợp chất của alumin và coban, cũng như men (thủy tinh coban dạng bột), được sử dụng làm chất màu trong đồ gốm và sơn.

Ưu thế của sản xuất coban đã được chuyển đến New Caledonia (1864) và Canada (1904), trong khu vực Ontario do việc phát hiện ra các mỏ ở những nước này.

Sau đó, Cộng hòa Dân chủ Congo hiện nay (1913) đã trở thành nhà sản xuất coban hàng đầu thế giới do phát hiện ra các mỏ lớn ở vùng Katanga. Hiện quốc gia này cùng với Canada và Úc là một trong những nước sản xuất coban chính.

Trong khi đó, ROC là nhà sản xuất coban tinh luyện hàng đầu thế giới, nhập khẩu kim loại này từ Cộng hòa Dân chủ Congo để tinh luyện.

Năm 1938, John Livinglood và Glenn Seaborg đạt được sản lượng trong lò phản ứng nguyên tử ⁶⁰ Co; Một đồng vị phóng xạ được sử dụng trong y học để điều trị ung thư.

Cấu trúc và cấu hình electron của coban

Coban, giống như các kim loại khác, giữ các nguyên tử của nó với nhau thông qua liên kết kim loại. Lực và lực nén đến mức chúng tạo nên một tinh thể kim loại, nơi có thủy triều của các electron và các dải dẫn giải thích sự dẫn điện và dẫn nhiệt của chúng.

Phân tích vi mô các tinh thể coban, sẽ thấy rằng chúng có cấu trúc lục giác chặt chẽ; có các hình tam giác của các nguyên tử Co được xếp thành các lớp ABAB …, tạo thành các lăng trụ tam giác với các lớp xen kẽ, lần lượt là phần thứ sáu của một hình lục giác.

Cấu trúc này có ở hầu hết các mẫu coban ở nhiệt độ dưới 450ºC. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, một sự chuyển đổi bắt đầu giữa hai pha tinh thể: lục giác nén (hcp) và lập phương tâm mặt (fcc, viết tắt của nó trong tiếng Anh: face-centered blocks).

Quá trình chuyển đổi diễn ra chậm, vì vậy không phải tất cả các tinh thể lục giác đều chuyển thành hình khối. Như vậy, ở nhiệt độ cao coban có thể thể hiện cả cấu trúc tinh thể; và khi đó tính chất của nó không còn đồng nhất đối với mọi kim loại.

Kích thước hạt pha lê

Cấu trúc tinh thể không hoàn toàn hoàn hảo; nó có thể chứa các bất thường, xác định các hạt tinh thể có kích thước khác nhau. Chúng càng nhỏ, kim loại càng nhẹ hoặc giống như bọt biển. Mặt khác, khi các hạt lớn, kim loại sẽ trở nên rắn và rắn.

Chi tiết với coban là không chỉ các hạt thay đổi hình dáng bên ngoài của kim loại: cả cấu trúc tinh thể của nó. Dưới 450ºC, cấu trúc hcp nên chiếm ưu thế; nhưng khi các hạt nhỏ, như trong coban xốp, cấu trúc ưu thế là fcc.

Điều ngược lại xảy ra khi hạt lớn: cấu trúc fcc chiếm ưu thế so với hcp. Nó có ý nghĩa vì các hạt lớn nặng hơn và tạo áp lực lớn hơn lên nhau. Ở áp suất cao hơn, các nguyên tử Co nén chặt hơn và chọn áp dụng cấu trúc hcp.

Ở nhiệt độ cao (T> 1000ºC), các chuyển đổi vừa mô tả xảy ra; nhưng trong trường hợp coban xốp, một phần nhỏ tinh thể của nó trở thành hình lục giác, trong khi phần lớn tiếp tục là hình khối.

Tinh thể nano hcp ổn định

Trong một công trình nghiên cứu ở Tây Ban Nha (Peña O'shea V. và cộng sự, 2009), người ta đã chứng minh rằng có thể tổng hợp các tinh thể nano coban lục giác có khả năng chịu được nhiệt độ gần 700ºC mà không cần chuyển sang pha fcc.

Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã khử các mẫu ôxít coban bằng CO và H ₂ , nhận thấy rằng các tinh thể nano hcp có được sự ổn định của chúng nhờ lớp phủ của các sợi nano cacbon.

Cấu hình điện tử và trạng thái oxy hóa

Cấu hình electron của coban là:

3d ⁷ 4s ²

Do đó về mặt lý thuyết nó có thể mất tới chín electron từ lớp vỏ hóa trị của nó; nhưng điều này không xảy ra (ít nhất là ở điều kiện bình thường), cation Co ⁹⁺ cũng không được ^{hình thành} .

Các trạng thái oxi hóa của nó là: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, với +2 và +3 là những trạng thái chính.

Tính chất

Ngoại hình

Kim loại rắn, bóng, xám xanh. Coban được đánh bóng có màu trắng bạc với màu hơi xanh.

Trọng lượng nguyên tử

58,933 g / mol.

Số nguyên tử

27.

Bảng tuần hoàn

Nó là một kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm 9 (VIIIB), kỳ 4.

Độ nóng chảy

1,768 K (1,495 ° C, 2,723 ° F).

Điểm sôi

3.200 K (2.927 ° C, 5.301 ° F).

Tỷ trọng ở nhiệt độ phòng

8,90 g / cm ³ .

Nhiệt của nhiệt hạch

16,06 kJ / mol.

Nhiệt hóa hơi

377 kJ / mol.

Công suất nhiệt lượng mol

24,81 J / mol K

Tốc độ âm thanh

4,720 m / s (đo trên thanh kim loại).

Độ cứng

5,0 trên thang Mohs.

Từ tính

Nó là một trong ba nguyên tố sắt từ ở nhiệt độ phòng. Nam châm coban vẫn giữ được từ tính của chúng ở nhiệt độ cao tới 1.121ºC (2.050ºF).

Độ âm điện

1,88 trên thang điểm Pauling.

Năng lượng ion hóa

Mức độ ion hóa thứ nhất: 740,4 kJ / mol.

Mức ion hóa thứ hai: 1,648 kJ / mol.

Mức độ ion hóa thứ ba: 3,232 kJ / mol.

Đài nguyên tử

125 giờ chiều.

Khối lượng nguyên tử

6,7 cm ³ / mol.

Phản ứng

Coban tan chậm trong axit khoáng loãng. Nó không kết hợp trực tiếp với hydro hoặc nitơ, nhưng nó kết hợp với carbon, phốt pho và lưu huỳnh bằng cách đốt nóng. Nó liên kết với oxy có trong hơi nước ở nhiệt độ cao.

Phản ứng mạnh với axit nitric 15 M, tạo thành nitrat coban, Co (NO ₃ ) ₂ . Phản ứng yếu với axit clohydric tạo thành clorua coban, CoCl ₂ . Coban không tạo thành hydrua.

Cả Co ⁺² và Co ^{+3 đều} tạo thành vô số phức chất phối trí, được coi là một trong những kim loại có số phức chất này cao nhất.

Các ứng dụng

Hợp kim

Hợp kim coban được sử dụng trong sản xuất động cơ phản lực và động cơ tuabin khí. Một hợp kim được gọi là Alinco, được tạo thành từ nhôm, niken và coban, có đặc tính từ tính mạnh. Nam châm Alinco được sử dụng trong máy trợ thính, la bàn và micrô.

Cái gọi là công cụ cắt được làm bằng hợp kim stellite, làm bằng coban, crom và vonfram. Superalloys có nhiệt độ nóng chảy gần với điểm nóng chảy của coban và được đặc trưng bởi độ cứng lớn, được sử dụng trong sản xuất các công cụ có độ giãn nở thấp.

Gốm sứ, tác phẩm điêu khắc và thủy tinh

Kính đeo kính bằng coban. Nguồn: Pxhere.

Từ thời cổ đại, coban đã được sử dụng bởi nhiều nền văn hóa để tạo màu xanh cho các tác phẩm nghệ thuật và trang trí của họ. Theo nghĩa này, các oxit đã được sử dụng: coban, CoO và coban, Co ₃ O ₄ .

Ngoài việc sử dụng chúng trong sản xuất gốm sứ, thủy tinh và tráng men, oxit coban còn được sử dụng để điều chế chất xúc tác.

Nhiêu bác sĩ

Cobalt-60 ( ⁶⁰ Co), một đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ beta (β) và gamma (γ), được sử dụng trong điều trị ung thư. Bức xạ Γ là bức xạ điện từ, vì vậy nó có khả năng xuyên qua các mô và tiếp cận các tế bào ung thư, do đó cho phép tiêu diệt chúng.

Tế bào ung thư là những tế bào phân chia nhanh chóng, khiến chúng dễ bị bức xạ ion hóa tấn công vào nhân của chúng, làm hỏng vật liệu di truyền.

Các ⁶⁰ Co, giống như đồng vị phóng xạ khác, được sử dụng trong việc khử trùng các vật liệu được sử dụng trong hành nghề y.

Tương tự như vậy, coban được sử dụng trong sản xuất thiết bị cấy ghép chỉnh hình, cùng với titan và thép không gỉ. Phần lớn các ca thay thế hông sử dụng thân xương đùi coban-chrome.

Năng lượng thay thế

Coban được sử dụng để cải thiện hiệu suất của pin sạc, đóng một vai trò hữu ích trong các loại xe hybrid.

Mạ điện

Coban được sử dụng để cung cấp cho bề mặt kim loại một lớp hoàn thiện tốt để bảo vệ chúng chống lại quá trình oxy hóa. Ví dụ, coban sunfat, CoSO ₄ , là hợp chất coban chính được sử dụng trong lĩnh vực này.

Trong phòng thí nghiệm

Clorua coban, CoCl ₂ .6H ₂ O, được sử dụng làm chất chỉ thị độ ẩm trong bình hút ẩm. Nó là một chất rắn màu hồng chuyển sang màu xanh lam khi nó ngậm nước.

Vai trò sinh học

Coban là một phần của vị trí hoạt động của vitamin B ₁₂ (cyanocobalamin) có liên quan đến sự trưởng thành của hồng cầu. Sự vắng mặt của nó gây ra thiếu máu đặc trưng bởi sự xuất hiện trong lưu thông máu của các hồng cầu lớn được gọi là nguyên bào khổng lồ.

Nó nằm ở đâu

vỏ trái đất

Coban phân bố rộng khắp vỏ trái đất; mặc dù nồng độ của nó rất thấp, ước tính rằng nó tạo thành 25 ppm của vỏ trái đất. Trong khi đó, trong toàn bộ Hệ Mặt trời, nồng độ tương đối của nó là 4 ppm.

Nó được tìm thấy với một lượng nhỏ trong các phức hợp niken-sắt, có nguồn gốc từ Trái đất và các thiên thạch. Nó cũng được tìm thấy kết hợp với các yếu tố khác trong hồ, sông, biển, thực vật và động vật.

Vitamin B

Ngoài ra, nó là một yếu tố cần thiết cho dinh dưỡng của động vật nhai lại và có trong vitamin B ₁₂ , cần thiết cho sự trưởng thành của hồng cầu. Coban thường không bị cô lập trong tự nhiên, nhưng được tìm thấy trong các khoáng chất khác nhau kết hợp với các nguyên tố khác.

Khoáng chất

Các khoáng chất coban bao gồm các chất sau: coban, kết hợp với asen và lưu huỳnh; erythrit, được tạo thành bởi asen và coban ngậm nước; glaucodot hình thành bởi coban, sắt, asen và lưu huỳnh; và skutterudite được hình thành bởi coban, niken và asen.

Ngoài ra, các khoáng chất coban bổ sung sau đây có thể được lưu ý: linnaelit, men và heterogenit. Coban có trong các khoáng chất chủ yếu là niken, asen và sắt.

Hầu hết thời gian, coban không được chiết xuất từ ​​quặng chứa nó, mà là sản phẩm phụ của quá trình khai thác niken, sắt, asen, đồng, mangan và bạc. Một quy trình phức tạp được yêu cầu để chiết xuất và phân lập coban từ các khoáng chất này.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (2019). Coban. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
2. A. Owen và D. Madoc Jone. (Năm 1954). Ảnh hưởng của kích thước hạt đến cấu trúc tinh thể của coban. Proc. Bác sĩ Sóc 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 và José LG Fierro. (2009). Phát triển các hạt nano coban đóng gói hình lục giác Ổn định ở nhiệt độ cao. Hóa học Vật liệu 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
4. Tiến sĩ Anne Marie Helmenstine (Ngày 02 tháng 2 năm 2019). Sự kiện coban và tính chất vật lý. Suy nghĩCo. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 08 tháng 6 năm 2019). Coban. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
6. Lookchem. (2008). Coban. Phục hồi từ: lookchem.com
7. Vịt con. (2019). Nguyên tố cho trẻ em: coban. Phục hồi từ: ducksters.com