โคบอลต์: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2026

โคบอลต์เป็นโลหะการเปลี่ยนแปลงที่เป็นของ VIIIB กลุ่มตารางธาตุและมีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ จำกัด เป็นสีน้ำเงิน - สีเทา (ขึ้นอยู่กับสิ่งสกปรก) พบทั่วโลก 's เปลือก; แม้ว่าความเข้มข้นแทบจะไม่แสดงถึง 25 ppm หรือ 0.001% ของมัน

โลหะนี้เป็นองค์ประกอบสำคัญในโภชนาการของสัตว์เคี้ยวเอื้อง นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของวิตามินบี₁₂ซึ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเม็ดเลือดแดง วิตามินบี₁₂มีโครงสร้างคล้ายกับกลุ่มฮีโมโกลบิน แต่ใช้ร่วมแทนศรัทธา

ตัวอย่างโคบอลต์โลหะ ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

โดยธรรมชาติแล้วโคบอลต์มักไม่พบบริสุทธิ์ แต่อยู่ในเมทริกซ์แร่ที่ซับซ้อนเช่นโคบอลต์สกัตตูไดต์อีริ ธ ไรต์เป็นต้น ในแร่ธาตุเหล่านี้มักรวมโคบอลต์กับนิกเกิลเหล็กหรือสารหนู

ชื่อ 'โคบอลต์' มาจากโคบอลต์ของเยอรมันซึ่งมาจากโคโบลต์ซึ่งเป็นชื่อที่คนงานเหมืองให้แร่แร่ที่ผลิตสีย้อมสีน้ำเงินและมีโลหะไม่กี่ชนิดที่พวกเขารู้จัก Ores ที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงทำให้พวกมันเป็นพิษ

โคบอลต์พบได้ในแร่พร้อมกับนิกเกิลเหล็กและทองแดงรวมถึงโลหะอื่น ๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้และต้องใช้การกลั่นอย่างเข้มข้นเพื่อทำให้บริสุทธิ์จนกว่าจะใช้งานได้จริง

ถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวสวีเดน Georg Brandt ระหว่างปี 1730 ถึง 1740 เป็นโลหะชนิดแรกที่ค้นพบตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ Brandt ชี้ให้เห็นว่าโคบอลต์มีส่วนทำให้เซรามิคและแก้วเป็นสีฟ้า ไม่ใช่บิสมัทอย่างที่เชื่อกันมาจนถึงตอนนั้น

โคบอลต์มีไอโซโทป 29 ไอโซโทป ⁵⁹ร่วมมีเสถียรภาพและแสดงให้เห็นถึงเกือบ 100% ของไอโซโทปของโคบอลต์; ส่วนที่เหลืออีก 28 เป็นไอโซโทปรังสี ซึ่งรวมถึง⁶⁰ Co ที่ใช้ในการรักษามะเร็ง เป็นองค์ประกอบแม่เหล็กซึ่งคงความเป็นแม่เหล็กไว้ที่อุณหภูมิสูง คุณสมบัตินี้อนุญาตให้สร้างโลหะผสมเช่นที่เรียกว่า Alinco ซึ่งใช้ในลำโพงไมโครโฟนแตรวิทยุเป็นต้น

ประวัติศาสตร์

สมัยโบราณ

โคบอลต์ถูกนำมาใช้เมื่อ 2,000 ถึง 3,000 ปีก่อนคริสต์ศักราชชาวอียิปต์เปอร์เซียและราชวงศ์จีนใช้มันในการทำประติมากรรมและเครื่องเคลือบ ให้สีฟ้าเป็นที่ชื่นชมในผลงานศิลปะและของใช้

ชาวอียิปต์ (1550 - 1292 ปีก่อนคริสตกาล) อาจเป็นคนกลุ่มแรกที่ใช้โคบอลต์เพื่อให้แก้วมีสีฟ้า

โคบอลต์ไม่ได้แยกในแร่ แต่มีแร่ธาตุที่มีนิกเกิลทองแดงและสารหนู

เมื่อพยายามหลอมทองแดงด้วยนิกเกิลพบว่ามีสารหนูออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซที่มีพิษร้ายแรงซึ่งเป็นสาเหตุของพิษที่คนงานต้องทนทุกข์ทรมาน

การค้นพบ

โคบอลต์ถูกค้นพบประมาณปี 1735 โดยนักเคมีชาวสวีเดนชื่อ Georg Brandt ซึ่งตระหนักว่าโคบอลต์เป็นโลหะที่ทำให้เซรามิกและแก้วเป็นสีฟ้า

เป็นโลหะชนิดแรกที่ค้นพบตั้งแต่สมัยโบราณ ตั้งแต่เวลานี้มนุษย์ใช้โลหะหลายชนิดเช่นเหล็กทองแดงเงินดีบุกทอง ฯลฯ ในหลายกรณีไม่ทราบว่าเริ่มใช้เมื่อใด

การผลิตเหมืองแร่

การขุดโคบอลต์ครั้งแรกในโลกเริ่มขึ้นในยุโรปโดยนอร์เวย์เป็นผู้ผลิตโคบอลต์บลูรายแรก สารประกอบของอลูมินาและโคบอลต์เช่นเดียวกับเคลือบฟัน (แก้วโคบอลต์ผง) ใช้เป็นเม็ดสีในเซรามิกส์และในสี

ความเหนือกว่าในการผลิตโคบอลต์ย้ายไปที่นิวแคลิโดเนีย (พ.ศ. 2407) และแคนาดา (พ.ศ. 2447) ในภูมิภาคออนตาริโอเนื่องจากการค้นพบเงินฝากในประเทศเหล่านั้น

ต่อมาสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโกในปัจจุบัน (พ.ศ. 2456) ได้กลายเป็นผู้ผลิตโคบอลต์ชั้นนำของโลกเนื่องจากมีการค้นพบเงินฝากจำนวนมากในภูมิภาค Katanga ปัจจุบันประเทศนี้ร่วมกับแคนาดาและออสเตรเลียเป็นหนึ่งในผู้ผลิตโคบอลต์หลัก

ในขณะเดียวกัน ROC เป็นผู้ผลิตโคบอลต์กลั่นชั้นนำของโลกโดยนำเข้าโลหะจากสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโกเพื่อการกลั่น

ในปีพ. ศ. 2481 John Livinglood และ Glenn Seaborg ประสบความสำเร็จในการผลิตในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู⁶⁰ Co; ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ใช้ในทางการแพทย์เพื่อรักษามะเร็ง

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของโคบอลต์

โคบอลต์ก็เหมือนกับโลหะอื่น ๆ ที่จับอะตอมของมันเข้าด้วยกันผ่านพันธะโลหะ แรงและการบีบอัดเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดผลึกโลหะซึ่งมีกระแสของอิเล็กตรอนและแถบการนำไฟฟ้าที่อธิบายถึงความสามารถในการนำไฟฟ้าและความร้อน

การวิเคราะห์คริสตัลโคบอลต์ด้วยกล้องจุลทรรศน์จะพบว่ามีโครงสร้างหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด มีรูปสามเหลี่ยมของ Co อะตอมเรียงกันเป็นชั้น ABAB … สร้างปริซึมสามเหลี่ยมที่มีชั้นสลับกันซึ่งจะแสดงถึงหนึ่งในหกของรูปหกเหลี่ยม

โครงสร้างนี้มีอยู่สำหรับตัวอย่างโคบอลต์ส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า450ºC อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นการเปลี่ยนแปลงจะเริ่มขึ้นระหว่างสองขั้นตอนการตกผลึก: รูปหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด (hcp) และลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง (fcc)

การเปลี่ยนแปลงเป็นไปอย่างช้าๆดังนั้นผลึกหกเหลี่ยมทั้งหมดไม่สามารถเปลี่ยนเป็นลูกบาศก์ได้ ดังนั้นโคบอลต์ที่อุณหภูมิสูงสามารถแสดงโครงสร้างผลึกทั้งสองได้ จากนั้นคุณสมบัติของมันจะไม่เป็นเนื้อเดียวกันสำหรับโลหะทั้งหมดอีกต่อไป

ขนาดเม็ดคริสตัล

โครงสร้างผลึกไม่สมบูรณ์อย่างสมบูรณ์ มันสามารถซ่อนความผิดปกติซึ่งกำหนดเม็ดผลึกที่มีขนาดแตกต่างกัน ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใดโลหะหรือฟองน้ำก็จะยิ่งเบาเท่านั้น ในทางกลับกันเมื่อรวงมีขนาดใหญ่โลหะจะแข็งและแข็ง

รายละเอียดของโคบอลต์คือไม่เพียง แต่เมล็ดข้าวจะปรับเปลี่ยนรูปลักษณ์ภายนอกของโลหะเท่านั้น แต่ยังมีโครงสร้างที่เป็นผลึกอีกด้วย ต่ำกว่า450ºCโครงสร้าง hcp ควรมีอำนาจเหนือกว่า แต่เมื่อเมล็ดมีขนาดเล็กเช่นเดียวกับในโคบอลต์ที่เป็นรูพรุนโครงสร้างที่โดดเด่นคือ fcc

สิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้นเมื่อธัญพืชมีขนาดใหญ่: โครงสร้าง fcc จะครอบงำเหนือ hcp เป็นเรื่องที่สมเหตุสมผลเนื่องจากเมล็ดข้าวขนาดใหญ่จะหนักกว่าและกดดันซึ่งกันและกันมากขึ้น ด้วยแรงกดดันที่สูงขึ้นอะตอมของ Co จะกระชับมากขึ้นและเลือกใช้โครงสร้าง hcp

ที่อุณหภูมิสูง (T> 1000ºC) การเปลี่ยนที่อธิบายไว้จะเกิดขึ้น แต่ในกรณีของโคบอลต์ที่เป็นรูพรุนส่วนเล็ก ๆ ของผลึกจะกลายเป็นหกเหลี่ยมในขณะที่ส่วนใหญ่ยังคงเป็นลูกบาศก์

hcp nanocrystals ที่เสถียร

ในงานวิจัยของสเปน (Peña O'shea V. et al., 2009) แสดงให้เห็นว่าสามารถสังเคราะห์นาโนคริสตัลโคบอลต์หกเหลี่ยมที่สามารถทนต่ออุณหภูมิได้ใกล้700ºCโดยไม่ต้องเปลี่ยนไปเป็นเฟส fcc

ในการทำเช่นนี้นักวิจัยได้ลดตัวอย่างโคบอลต์ออกไซด์ด้วย CO และ H ₂โดยพบว่านาโนคริสตัล hcp มีความเสถียรในการเคลือบเส้นใยนาโนคาร์บอน

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์และสถานะออกซิเดชัน

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนของโคบอลต์คือ:

3 มิติ⁷ 4 วินาที²

ดังนั้นในทางทฤษฎีจึงสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนได้มากถึงเก้าอิเล็กตรอนจากเปลือกวาเลนซ์ของมัน แต่เรื่องนี้ไม่ได้เกิดขึ้น (อย่างน้อยภายใต้สภาวะปกติ) หรือเป็นผู้ร่วม⁹⁺ไอออนบวกที่เกิดขึ้น

สถานะออกซิเดชั่นคือ: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5 โดย +2 และ +3 เป็นสถานะหลัก

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

โลหะแข็งเป็นมันวาวสีเทาอมฟ้า โคบอลต์ขัดเงาเป็นสีขาวเงินและมีสีฟ้า

น้ำหนักอะตอม

58.933 ก. / โมล.

เลขอะตอม

27

ตารางธาตุ

เป็นโลหะทรานซิชันที่อยู่ในกลุ่ม 9 (VIIIB) คาบที่ 4

จุดหลอมเหลว

1,768 K (1,495 ° C, 2,723 ° F)

จุดเดือด

3,200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F)

ความหนาแน่นที่อุณหภูมิห้อง

8.90 ก. / ซม. ³ .

ความร้อนของฟิวชั่น

16.06 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

377 กิโลจูล / โมล

ความจุของแคลอรี่โมลาร์

24.81 J / mol K.

ความเร็วของเสียง

4,720 m / s (วัดจากแท่งโลหะ)

ความแข็ง

5.0 ในระดับ Mohs

อำนาจแม่เหล็ก

มันเป็นหนึ่งในสามขององค์ประกอบ ferromagnetic ที่อุณหภูมิห้อง แม่เหล็กโคบอลต์จะคงความเป็นแม่เหล็กไว้ที่อุณหภูมิสูงถึง1,121ºC (2,050ºF)

อิเล็ก

1.88 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

ระดับแรกของการแตกตัวเป็นไอออน: 740.4 kJ / mol

ระดับไอออไนเซชันที่สอง: 1,648 kJ / mol

ไอออไนเซชันระดับที่สาม: 3,232 kJ / mol

วิทยุปรมาณู

125 น.

ปริมาณอะตอม

6.7 ซม. ³ / โมล

ปฏิกิริยา

โคบอลต์ละลายช้าในกรดแร่เจือจาง ไม่รวมโดยตรงกับไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน แต่จะรวมกับคาร์บอนฟอสฟอรัสและกำมะถันโดยการให้ความร้อน มันจับกับออกซิเจนที่มีอยู่ในไอน้ำที่อุณหภูมิสูง

ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับกรดไนตริก 15 M สร้างโคบอลต์ไนเตรต Co (NO ₃ ) ₂ . ทำปฏิกิริยาอย่างอ่อนกับกรดไฮโดรคลอริกในรูปแบบโคบอลต์คลอไรด์ CoCl 2 โคบอลต์ไม่สร้างไฮไดรด์

ทั้ง Co ⁺²และ Co ⁺³สร้างคอมเพล็กซ์ประสานงานจำนวนมากซึ่งถือเป็นหนึ่งในโลหะที่มีจำนวนคอมเพล็กซ์เหล่านี้มากที่สุด

การประยุกต์ใช้งาน

โลหะผสม

โลหะผสมโคบอลต์ใช้ในการผลิตเครื่องยนต์เจ็ทและเครื่องยนต์กังหันก๊าซ โลหะผสมที่เรียกว่า Alinco ซึ่งประกอบด้วยอลูมิเนียมนิกเกิลและโคบอลต์มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กแรงสูง แม่เหล็ก Alinco ใช้ในเครื่องช่วยฟังวงเวียนและไมโครโฟน

เครื่องมือตัดที่เรียกว่าทำด้วยโลหะผสมสเตลไลท์ซึ่งทำจากโคบอลต์โครเมียมและทังสเตน ซูเปอร์อัลลอยมีจุดหลอมเหลวใกล้เคียงกับโคบอลต์และมีความแข็งสูงซึ่งใช้ในการผลิตเครื่องมือขยายตัวต่ำ

เซรามิกประติมากรรมและแก้ว

แว่นตาแว่นตาโคบอลต์. ที่มา: pxhere.

ตั้งแต่สมัยโบราณโคบอลต์ถูกใช้ในหลายวัฒนธรรมเพื่อให้งานศิลปะและงานตกแต่งของพวกเขามีโทนสีน้ำเงิน ในแง่นี้ออกไซด์ได้รับการใช้โคบอลต์ COO และโคบอลต์ร่วม₃ O 4

นอกเหนือจากการใช้ในการผลิตเซรามิกแก้วและเคลือบแล้วยังใช้โคบอลต์ออกไซด์ในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา

แพทย์

โคบอลต์ -60 ( ⁶⁰ Co) ซึ่งเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยรังสีเบต้า (β) และรังสีแกมมา (γ) ใช้ในการรักษามะเร็ง รังสีΓคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าดังนั้นจึงมีความสามารถในการทะลุผ่านเนื้อเยื่อและเข้าถึงเซลล์มะเร็งได้จึงช่วยให้สามารถกำจัดได้

เซลล์มะเร็งเป็นเซลล์ที่แบ่งตัวด้วยความเร็วสูงซึ่งทำให้พวกมันไวต่อรังสีไอออไนซ์ที่มากระทบนิวเคลียสซึ่งเป็นอันตรายต่อสารพันธุกรรม

⁶⁰ร่วมเช่นไอโซโทปรังสีอื่น ๆ ที่ใช้ในการฆ่าเชื้อของวัสดุที่ใช้ในการปฏิบัติทางการแพทย์

ในทำนองเดียวกันโคบอลต์ถูกใช้ในการผลิตกระดูกเทียมพร้อมกับไทเทเนียมและสแตนเลส การเปลี่ยนสะโพกส่วนใหญ่ใช้ลำต้นโคบอลต์ - โครเมี่ยม

พลังงานทางเลือก

โคบอลต์ใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งมีบทบาทที่เป็นประโยชน์ในรถยนต์ไฮบริด

ไฟฟ้า

โคบอลต์ใช้เพื่อให้พื้นผิวโลหะมีพื้นผิวที่ดีซึ่งช่วยปกป้องพวกมันจากการเกิดออกซิเดชั่น ตัวอย่างเช่นโคบอลต์ซัลเฟต CoSO ₄เป็นสารประกอบโคบอลต์หลักที่ใช้ในเรื่องนี้

ในห้องปฏิบัติการ

โคบอลต์คลอไรด์ CoCl ₂ .6H ₂ O ใช้เป็นตัวบ่งชี้ความชื้นในเครื่องดูดความชื้น เป็นของแข็งสีชมพูที่เปลี่ยนเป็นสีฟ้าเมื่อชุ่มชื้น

บทบาททางชีวภาพ

โคบอลต์เป็นส่วนหนึ่งของวิตามินบี₁₂ (ไซยาโนโคบาลามิน) ที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของเม็ดเลือดแดง การขาดหายไปของมันทำให้เกิดโรคโลหิตจางโดยมีลักษณะที่ปรากฏในการไหลเวียนโลหิตของเม็ดเลือดแดงขนาดใหญ่ที่เรียกว่า megaloblasts

มันตั้งอยู่ที่ไหน

เปลือกโลก

โคบอลต์กระจายอยู่ทั่วไปทั่วเปลือกโลก แม้ว่าความเข้มข้นของมันจะต่ำมาก แต่โดยประมาณว่ามันเป็น 25 ppm ของเปลือกโลก ในขณะเดียวกันในระบบสุริยะโดยรวมความเข้มข้นสัมพัทธ์คือ 4 ppm

พบในสารประกอบนิกเกิล - เหล็กในปริมาณเล็กน้อยซึ่งมีถิ่นกำเนิดในโลกและอุกกาบาต นอกจากนี้ยังพบร่วมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในทะเลสาบแม่น้ำทะเลพืชและสัตว์

วิตามินบี

นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับโภชนาการของสัตว์เคี้ยวเอื้องและมีอยู่ในวิตามินบี₁₂ซึ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเม็ดเลือดแดง โดยปกติแล้วโคบอลต์จะไม่แยกได้ในธรรมชาติ แต่พบในแร่ธาตุต่าง ๆ รวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ

แร่ธาตุ

แร่โคบอลต์มีดังต่อไปนี้โคบอลต์ร่วมกับสารหนูและกำมะถัน erythrite เกิดจากสารหนูและโคบอลต์ไฮเดรต glaucodot ที่เกิดจากโคบอลต์เหล็กสารหนูและกำมะถัน และ skutterudite เกิดจากโคบอลต์นิกเกิลและสารหนู

นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตแร่โคบอลต์เพิ่มเติมดังต่อไปนี้: ลินนาไลต์เคลือบฟันและเฮเทอโรไนต์ โคบอลต์มาพร้อมกับแร่ธาตุส่วนใหญ่เป็นนิกเกิลสารหนูและเหล็ก

โดยส่วนใหญ่โคบอลต์ไม่ได้ถูกสกัดจากแร่ที่มีอยู่ แต่เป็นผลพลอยได้จากการขุดนิกเกิลเหล็กสารหนูทองแดงแมงกานีสและเงิน จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ซับซ้อนในการสกัดและแยกโคบอลต์ออกจากแร่ธาตุเหล่านี้

อ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (2019) โคบอลต์. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
2. A. Owen และ D.Madoc Jone (1954) ผลของขนาดเกรนต่อโครงสร้างผลึกของโคบอลต์ พร สรีรวิทยา 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 AromíและJosé LG Fierro (2009) การพัฒนาอนุภาคนาโนโคบอลต์แบบปิดบรรจุหกเหลี่ยมมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูง เคมีของวัสดุ 21 (23), 5637-5643. อย.: 10.1021 / ซม. 900845 ชม.
4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (02 กุมภาพันธ์ 2562). ข้อเท็จจริงของโคบอลต์และคุณสมบัติทางกายภาพ ThoughtCo ดึงมาจาก: thoughtco.com
5. บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (08 มิถุนายน 2562). โคบอลต์. สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
6. Lookchem (2008) โคบอลต์. สืบค้นจาก: lookchem.com
7. Ducksters (2019) องค์ประกอบสำหรับเด็ก: โคบอลต์ ดึงมาจาก: ducksters.com