Cobalto: estrutura, propriedades, aplicações

O cobalto é um metal de transição pertencendo ao grupo VIIIB da tabela periódica e cujo símbolo químico é Co. é um sólido azul – cinzento (dependendo impurezas) encontradas em toda a terra s’ crosta; embora sua concentração mal represente 25 ppm ou 0,001% dela.

Este metal é um oligoelemento essencial na nutrição de ruminantes. Também faz parte do núcleo da vitamina B 12 , necessária para a maturação dos eritrócitos. A vitamina B 12 tem uma estrutura semelhante à do grupo heme da hemoglobina; mas com Co em vez de Faith.

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Amostra de cobalto metálico. Fonte: Imagens em Alta Resolução de Elementos Químicos [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

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

O nome “cobalto” vem do cobalto alemão, que por sua vez foi derivado de kobolt, um nome dado pelos mineiros aos minérios de minério que produziam corantes azuis e tinham poucos metais que conheciam; Menas que, deve-se mencionar, causaram-lhes envenenamento.

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

Foi descoberto pelo químico sueco Georg Brandt, entre 1730 e 1740. Foi o primeiro metal descoberto desde a pré-história. Brandt disse que o cobalto era responsável pela cor azul da cerâmica e do vidro; e não bismuto, como se acreditava anteriormente.

O cobalto possui 29 isótopos. A 59 Co é estável e representa quase 100% dos isótopos de cobalto; os 28 restantes são radioisótopos. Estes incluem 60 Co, usado no tratamento de câncer. É um elemento magnético, mantendo seu magnetismo em alta temperatura. Essa propriedade permitiu formar ligas como o chamado Alinco, usado em alto-falantes, microfones, buzinas de rádio, etc.

História

Antiguidade

O cobalto foi usado em tempos tão remotos quanto 2.000 a 3.000 anos aC Os dinastias egípcios, persas e chineses o usaram na elaboração de suas esculturas e cerâmicas. Trouxe a cor azul tão apreciada em obras de arte e artigos de uso.

Provavelmente os egípcios (1550 – 1292 aC) foram as primeiras pessoas que usaram o cobalto para imprimir o vidro em sua cor azul.

O cobalto não é isolado nos minérios, mas na presença de minerais com níquel, cobre e arsênico.

Ao tentar derreter o cobre com o níquel, foi produzido óxido de arsênio, um gás muito venenoso que foi a causa do envenenamento sofrido pelos mineiros.

Descoberta

O cobalto foi descoberto, aproximadamente, no ano de 1735 pelo químico sueco Georg Brandt, que percebeu que o cobalto era precisamente o metal que fornecia a cor azul da cerâmica e do vidro.

Foi o primeiro metal descoberto desde os tempos antigos. Desde então, o homem utilizou vários metais, como ferro, cobre, prata, estanho, ouro etc. Em muitos casos, não se sabe quando começaram a ser utilizados.

Produção mineira

A primeira mineração de cobalto no mundo começou na Europa, com a Noruega sendo o primeiro produtor de azul de cobalto; um composto de alumina e cobalto, além de esmalte (pó de vidro de cobalto), usado como pigmento em cerâmica e tinta.

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

Posteriormente, a atual República Democrática do Congo (1913) tornou-se o primeiro produtor mundial de cobalto devido à 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 principal produtor mundial de cobalto refinado, uma vez que importa o metal da República Democrática do Congo para refino.

Em 1938, John Livinglood e Glenn Seaborg alcançaram a produção em um reator atômico de 60 Co; Isótopo radioativo usado em medicina no 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 tais que estabelecem um cristal metálico, onde há uma maré de elétrons e bandas de condução que explicam suas condutividades elétricas e térmicas.

Analisando microscopicamente os cristais de cobalto, verificou-se que eles possuem uma estrutura hexagonal compacta; existem triângulos de átomos de Co dispostos em camadas ABAB …, formando prismas triangulares com camadas intercaladas, que por sua vez representam a sexta parte de um hexágono.

Essa estrutura está presente para a maioria das amostras de cobalto em temperaturas abaixo de 450 ° C. No entanto, quando a temperatura aumenta, começa uma transição entre duas fases cristalográficas: a hexagonal compacta (hcp) e a cúbica centrada na face (fcc): cúbica centrada na face ).

A transição é lenta, de modo que 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 metal.

Tamanho das contas de cristal

A estrutura cristalina não é completamente perfeita; Pode abrigar irregularidades, que definem grãos cristalinos de diferentes tamanhos. Quanto menores, o metal será mais leve ou como se fosse uma esponja. Em vez disso, quando os grãos são grandes, o metal se torna sólido e sólido.

O detalhe do cobalto é que não apenas os grãos modificam a aparência externa do metal: também sua estrutura cristalina. Abaixo de 450 ° C, 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: a estrutura fcc domina sobre o hcp. Faz sentido, pois os grãos grandes são mais pesados ​​e exercem maior pressão um sobre o outro. Em pressões mais altas, os átomos de Co são mais compactados e optam por adotar a estrutura hcp.

Em altas temperaturas (T> 1000 ° C), ocorrem as transições descritas; mas no caso do cobalto esponjoso, uma pequena porção de seus cristais se torna hexagonal, enquanto a maioria permanece cúbica.

Nanocristais hcp estáveis

Em um trabalho de pesquisa espanhol (Peña O’shea V. et al., 2009), foi demonstrado que os nanocristais hexagonais de cobalto podem ser sintetizados, capazes de suportar temperaturas próximas a 700 ° C sem sofrer transições para a fase fcc.

Para este fim, os investigadores reduzida amostras de óxidos de cobalto CO e H 2 , encontrando que nanocristais estabilidade HCP tinha um revestimento de nanofibras de carbono.

Configuração eletrônica e estados de oxidação

A configuração eletrônica do cobalto é:

[Ar] 3d 7 4s 2

Portanto, teoricamente, pode perder até nove elétrons de sua camada de valência; mas isso não acontece (pelo menos em condições normais), nem o cátion Co 9+ se forma .

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

Propriedades

Aparência física

Metal sólido, brilhante, 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 ° C, 2.723 ° F).

Ponto de ebulição

3.200 K (2.927 ° C, 5.301 ° F).

Densidade à temperatura ambiente

8,90 g / cm 3 .

Calor de fusão

16,06 kJ / mol.

Calor de vaporização

377 kJ / mol.

Capacidade de calorias molares

24,81 J / molK

Velocidade do som

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

Dureza

5.0 na escala de Mohs.

Magnetismo

É um dos três elementos ferromagnéticos em temperatura ambiente. Os ímãs de cobalto retêm seu magnetismo em temperaturas de até 1.121 ° C (2.050 ° F).

Eletronegatividade

1,88 na escala de Pauling.

Energia de ionização

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

Segundo nível de ionização: 1.648 kJ / mol.

Terceiro nível de ionização: 3.232 kJ / mol.

Raio atômico

125 pm

Volume atômico

6,7 centímetros 3 / mol.

Reacções

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

Reage vigorosamente com ácido nítrico 15 M, formando nitrato de cobalto, Co (NO 3 ) 2 . Reage fracamente com ácido clorídrico para formar cloreto de cobalto, CoCl 2 . O cobalto não forma hidretos.

Tanto o Co +2 quanto o Co +3 formam numerosos complexos de coordenação, sendo considerado um dos metais com o maior número desses complexos.

Aplicações

Ligas

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

As chamadas ferramentas de corte são feitas com ligas de estelita, compostas por cobalto, cromo e tungstênio. As superligas têm um ponto de fusão próximo ao do cobalto e são caracterizadas por sua grande dureza, sendo utilizadas no desenvolvimento de ferramentas de baixa expansão.

Cerâmicas, esculturas e copos

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Óculos com óculos de cobalto. Fonte: Pxhere

Desde os tempos antigos, o cobalto tem sido usado por inúmeras culturas para dar uma cor azul às suas obras de arte e decorativas. Nesse sentido, os óxidos foram utilizados: cobalto, CoO e cobalto, Co 3 O 4 .

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

Médicos

O cobalto-60 ( 60 Co), um isótopo radioativo que emite radiação beta (β) e gama (γ), é usado no tratamento do câncer. Γ radiação é uma radiação eletromagnética, por isso tem a capacidade de penetrar nos tecidos e atingir as células cancerígenas, permitindo sua erradicação.

As células cancerígenas são células que se dividem em alta velocidade, o que as torna mais suscetíveis à radiação ionizante que afeta seu núcleo, danificando o material genético.

A 60 Co, tal como outros radioisopos, é utilizado na esterilização de materiais que são utilizados na prática médica.

Além disso, o cobalto é utilizado na elaboração de implantes ortopédicos, juntamente com titânio e aço inoxidável. Uma grande parte das substituições de quadril usa hastes femorais de cromo-cobalto.

Energia alternativa

O cobalto é usado para melhorar o desempenho das baterias recarregáveis, desempenhando um papel útil em veículos híbridos.

Galvanoplastia

O cobalto é usado para fornecer às superfícies metálicas um bom acabamento que as proteja contra a oxidação. sulfato de cobalto, coso 4 , por exemplo, é o principal composto de cobalto utilizado a este respeito.

Nos laboratórios

O cloreto de cobalto, CoCl 2 .6H 2 O, é usado como um indicador de umidade nos exsicadores. É um sólido rosa que muda para azul à medida que se hidrata.

Papel biológico

O cobalto é parte do local ativo da vitamina B 12 (cianocobalamina) que está envolvida na maturação dos eritrócitos. Sua ausência causa uma anemia caracterizada pelo aparecimento na corrente sanguínea de grandes células vermelhas do sangue conhecidas como megaloblastos.

Onde está

Crosta terrestre

O cobalto é amplamente distribuído por toda a crosta terrestre; embora sua concentração seja muito baixa, estima-se que constitua 25 ppm da crosta terrestre. Enquanto isso, no Sistema Solar como um todo, sua concentração relativa é de 4 ppm.

Pode ser encontrada em pequenas quantidades em complexos de níquel-ferro, sendo nativa da Terra e de meteoritos. Também está em combinação com outros elementos em lagos, rios, mares, plantas e animais.

Vitamina B 12

Além disso, é um elemento essencial para a nutrição dos ruminantes e está presente na vitamina B 12 , necessária para a maturação dos eritrócitos. O cobalto geralmente não é isolado na natureza, mas é encontrado em diferentes minerais combinados com outros elementos.

Minerais

Entre os minerais de cobalto estão os seguintes: cobaltito, em combinação com arsênico e enxofre; Eritrito, formado por arsênico e cobalto hidratado; glaucodot formado por cobalto, ferro, arsênico e enxofre; e o skutterudita formado por cobalto, níquel e arsênico.

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

Na maioria dos casos, o cobalto não é extraído dos minérios que o contêm, mas é um subproduto da mineração de níquel, ferro, arsênico, cobre, manganês e prata. É necessário um processo complexo para extrair e isolar o cobalto desses minerais.

Referências

  1. Wikipedia (2019). Cobalto Recuperado de: en.wikipedia.org
  2. A. Owen e D. Madoc Jone. (1954). Efeito do tamanho dos grãos na estrutura cristalina do cobalto. Proc. Phys. Soc. B 67 456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
  3. Victor A. da Peña O’Shea, Pilar Ramírez da Piscina, Narcis Homs, Guillem Aromí e José LG Fierro. (2009). Desenvolvimento de nanopartículas de cobalto hexagonais embaladas em estábulo a alta temperatura. Chemistry of Materials 21 (23), 5637-5643. DOI: 10.1021 / cm900845h.
  4. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (02 de fevereiro de 2019). Fatos de cobalto e propriedades físicas. ThoughtCo. Recuperado de: thoughtco.com
  5. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (8 de junho de 2019). Cobalto Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  6. Lookchem (2008). Cobalto Recuperado de: lookchem.com
  7. Ducksters (2019). Elementos para crianças: cobalto. Recuperado de: ducksters.com

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