코발트 : 구조, 특성, 응용 - 화학

코발트는 그 화학 주식회사 심볼 인 청색 인 그룹 주기율표 VIIIB과에 속하는 전이 금속 - 지상 걸쳐 발견 그레이 (따라서 불순물) 의 표면; 그 농도는 25ppm 또는 0.001 %를 거의 나타내지 않습니다.

이 금속은 반추 동물의 영양에 필수적인 미량 원소입니다. 그것은 또한 적혈구의 성숙에 필요한 비타민 B ₁₂ 핵의 일부입니다 . 비타민 B ₁₂ 는 헤모글로빈의 헴 그룹과 유사한 구조를 가지고 있습니다. 하지만 믿음 대신에 공동으로.

금속 코발트 샘플. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

자연에서 코발트는 일반적으로 순수하지 않지만 코발 타이트, 스쿠터 루다이 트, 에리트 라이트 등과 같은 복잡한 미네랄 매트릭스 내에서 발견됩니다. 이러한 미네랄에서 코발트는 일반적으로 니켈, 철 또는 비소와 결합됩니다.

'코발트'라는 이름은 독일 코발트에서 유래되었으며, 이는 광부들이 청색 염료를 생산하고 그들이 알고있는 금속이 거의없는 광물 광석에 부여한 이름 인 코볼트에서 파생되었습니다. 언급 할 가치가있는 광석이 중독을 일으켰습니다.

코발트는 다른 금속 중에서도 니켈, 철, 구리와 함께 광석에서 발견됩니다. 따라서 순수하게 얻을 수 없으며, 사용이 가능해질 때까지 정제하기 위해 집중적 인 정제 작업이 필요합니다.

그것은 1730 년에서 1740 년 사이에 스웨덴의 화학자 게오르그 브란트에 의해 발견되었습니다. 그것은 선사 시대 이후 처음으로 발견 된 금속이었습니다. Brandt는 코발트가 도자기와 유리의 푸른 색조를 담당한다고 지적했습니다. 그때까지 믿어 졌던 비스무트가 아닙니다.

코발트에는 29 개의 동위 원소가 있습니다. ⁵⁹ 공동 안정 코발트의 동위 원소의 거의 100 %를 나타내고; 나머지 28 개는 방사성 동위 원소입니다. 여기에는 암 치료에 사용되는 ⁶⁰ Co가 포함됩니다 . 고온에서 자기를 보존하는 자성 요소입니다. 이 속성은 라우드 스피커, 마이크, 라디오 혼 등에 사용되는 소위 Alinco와 같은 합금을 형성 할 수있게했습니다.

역사

유물

코발트는 기원전 2,000 년에서 3,000 년까지 사용되었습니다. 이집트, 페르시아, 중국 왕조는 조각과 도자기 제작에 코발트를 사용했습니다. 그것은 예술 작품과 사용 물품에서 그렇게 높이 평가되는 파란색을 제공했습니다.

이집트인 (기원전 1550-1292 년)은 아마도 유리에 파란색을주기 위해 코발트를 사용한 최초의 사람들 일 것입니다.

코발트는 광석에서 분리되지 않지만 니켈, 구리 및 비소가 포함 된 광물이있을 때 분리됩니다.

구리를 니켈로 녹이려고 할 때 광부들이 겪는 중독의 원인이었던 매우 유독 한 가스 인 비소 산화물이 생성되었습니다.

발견

코발트는 대략 1735 년에 스웨덴의 화학자 게오르그 브란트에 의해 발견되었습니다. 그는 코발트가 세라믹과 유리의 청색 착색에 기여한 금속이라는 것을 정확히 깨달았습니다.

고대부터 발견 된 최초의 금속이었습니다. 이 때부터 인간은 철, 구리,은, 주석, 금 등과 같은 수많은 금속을 사용했습니다. 많은 경우에 그것이 언제 사용되기 시작했는지 알 수 없습니다.

광산 생산

세계 최초의 코발트 채굴은 유럽에서 시작되었으며 노르웨이는 코발트 블루의 최초 생산국입니다. 알루미나와 코발트, 에나멜 (코발트 분말 유리)의 화합물로 세라믹과 페인트의 안료로 사용됩니다.

코발트 생산의 우세는 온타리오 지역의 뉴 칼레도니아 (1864)와 캐나다 (1904)로 이전되었습니다.

나중에 현재의 콩고 민주 공화국 (1913)은 카 탕가 지역에서 대규모 매장지가 발견되면서 세계 최고의 코발트 생산국이되었습니다. 현재이 나라는 캐나다 및 호주와 함께 주요 코발트 생산국 중 하나입니다.

한편 ROC는 정제를 위해 콩고 민주 공화국에서 금속을 수입하는 정제 된 코발트의 세계 최고의 생산 업체입니다.

1938 년 존 Livinglood 글렌 Seaborg은 생산을 달성 ⁶⁰ 공동 원자로 ; 암 치료를 위해 의학에서 사용되는 방사성 동위 원소입니다.

코발트의 구조 및 전자 구성

코발트는 다른 금속과 마찬가지로 금속 결합을 통해 원자를 함께 유지합니다. 힘과 압축은 전기 및 열 전도도를 설명하는 전자와 전도대의 조류가있는 금속 결정을 형성하는 것과 같습니다.

코발트 결정을 현미경으로 분석 해보면 조밀 한 육각형 구조를 가지고 있음을 알 수 있습니다. ABAB … 층에 배열 된 Co 원자의 삼각형이 있으며, 층이 삽입 된 삼각형 프리즘을 형성하며, 이는 차례로 육각형의 여섯 번째 부분을 나타냅니다.

이 구조는 450ºC 이하의 온도에서 대부분의 코발트 샘플에 존재합니다. 그러나 온도가 상승하면 두 개의 결정 학적 위상, 즉 컴팩트 육각형 (hcp)과면 중심 입방체 (fcc) 사이에서 전환이 시작됩니다.

전환이 느리므로 모든 육각형 결정이 입방체로 변하는 것은 아닙니다. 따라서 고온에서 코발트는 두 가지 결정 구조를 모두 나타낼 수 있습니다. 그 특성은 더 이상 모든 금속에 대해 균질하지 않습니다.

크리스탈 비즈 사이즈

결정 구조는 완전히 완벽하지 않습니다. 다양한 크기의 결정 입자를 정의하는 불규칙성을 가질 수 있습니다. 크기가 작을수록 금속 또는 스폰지와 같은 가벼워집니다. 반면에 입자가 크면 금속이 단단하고 단단해집니다.

코발트의 세부 사항은 입자가 금속의 외관을 변화시킬뿐만 아니라 결정 구조도 변경한다는 것입니다. 450ºC 이하에서는 hcp 구조가 우세해야합니다. 그러나 해면 코발트처럼 곡물이 작을 때 지배적 인 구조는 fcc입니다.

곡물이 클 때 그 반대가 발생합니다. fcc 구조가 hcp보다 우세합니다. 큰 곡물은 더 무겁고 서로에게 더 큰 압력을 가하기 때문에 의미가 있습니다. 더 높은 압력에서 Co 원자는 더 압축되고 hcp 구조를 채택하도록 선택합니다.

고온 (T> 1000ºC)에서 방금 설명한 전환이 발생합니다. 그러나 해면질 코발트의 경우 결정의 작은 부분이 육각형이되고 대부분은 계속 입방체입니다.

안정적인 hcp 나노 결정

스페인 연구 (Peña O'shea V. et al., 2009)에서 fcc 단계로의 전이없이 700ºC에 가까운 온도를 견딜 수있는 육각형 코발트 나노 결정을 합성 할 수 있음이 입증되었습니다.

이를 위해, 연구자들은 CO 및 H와 코발트 산화물의 환원 샘플 ₂ HCP 나노 결정은 탄소 나노 파이버의 코팅 안정성 빚 것을 발견.

전자 구성 및 산화 상태

코발트의 전자 구성은 다음과 같습니다.

3d ⁷ 4s ²

따라서 이론적으로 원자가 껍질에서 최대 9 개의 전자를 잃을 수 있습니다. 그러나 이것은 발생하지 않으며 (적어도 정상적인 조건에서는) Co ⁹⁺ 양이온이 ^형성 되지 않습니다 .

산화 상태는 -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5이며, +2와 +3이 주된 것입니다.

속성

외모

단단하고 광택이 나는 청회색 금속. 광택이 나는 코발트는 은백색이며 푸르스름한 색조입니다.

원자량

58.933g / 몰.

원자 번호

27.

주기율표

그룹 9 (VIIIB), 기간 4에 속하는 전이 금속입니다.

녹는 점

1,768K (1,495 ° C, 2,723 ° F).

비점

3,200K (2,927 ° C, 5,301 ° F).

실온에서의 밀도

8.90g / cm ³ .

융합 열

16.06 kJ / 몰.

기화열

377 kJ / 몰.

몰 칼로리 용량

24.81 J / mol K

소리의 속도

4,720m / s (금속 막대에서 측정).

경도

Mohs 척도 5.0.

자기

상온에서 세 가지 강자성 요소 중 하나입니다. 코발트 자석은 1,121ºC (2,050ºF)의 높은 온도에서도 자성을 유지합니다.

전기 음성도

폴링 척도에서 1.88.

이온화 에너지

1 차 이온화 수준 : 740.4 kJ / mol.

2 차 이온화 수준 : 1,648 kJ / mol.

세 번째 수준의 이온화 : 3,232 kJ / mol.

원자 라디오

오후 125.

원자량

6.7 cm ³ / mol.

반응

코발트는 묽은 무기산에 천천히 용해됩니다. 수 소나 질소와 직접 결합하지는 않지만 가열에 의해 탄소, 인, 황과 결합합니다. 그것은 고온에서 수증기에 존재하는 산소와 결합합니다.

15M 질산과 격렬하게 반응하여 질산 코발트 Co (NO ₃ ) _{2를 형성} 합니다. 염산과 약하게 반응하여 염화 코발트 CoCl ₂ 를 형성 합니다. 코발트는 수 소화물을 형성하지 않습니다.

Co ⁺² 와 Co ^+3는 모두 많은 배위 착물을 형성하며, 이러한 착물 수가 가장 많은 금속 중 하나로 간주됩니다.

응용

합금

코발트 합금은 제트 엔진 및 가스 터빈 엔진의 제조에 사용됩니다. 알루미늄, 니켈 및 코발트로 구성된 Alinco라는 합금은 강한 자기 특성을 가지고 있습니다. Alinco 자석은 보청기, 나침반 및 마이크에 사용됩니다.

소위 절삭 공구는 코발트, 크롬 및 텅스텐으로 만들어진 스텔 라이트 합금으로 만들어집니다. 초합금은 녹는 점이 코발트와 비슷하며 경도가 높으며 저 팽창 도구의 제조에 사용됩니다.

도자기, 조각품 및 유리

코발트와 안경 안경. 출처 : Pxhere.

고대부터 코발트는 수많은 문화권에서 예술과 장식 작품에 푸른 색조를주기 위해 사용되었습니다. 이러한 의미에서 산화물이 사용되었습니다 : 코발트, CoO 및 코발트, Co ₃ O ₄ .

세라믹, 유리 및 에나멜 제조에 사용되는 것 외에도 산화 코발트가 촉매 제조에 사용됩니다.

의사들

코발트 60 ( ⁶⁰ 주) 방출한다 베타 (β) 및 감마 (γ) 방사선 암 치료에 사용되는 방사성 동위 원소. Γ 방사선은 전자기 방사선이므로 조직에 침투하여 암세포에 도달하여 제거 할 수 있습니다.

암세포는 빠르게 분열하는 세포로, 핵을 공격하여 유전 물질을 손상시키는 전리 방사선에 더 취약합니다.

⁶⁰ 공동는 다른 방사성 동위 원소와 같은에서, 의료 행위에 사용되는 재료의 살균에 사용된다.

마찬가지로 코발트는 티타늄 및 스테인리스 강과 함께 정형 외과 용 임플란트 제조에 사용됩니다. 고관절 교체의 대부분은 코발트 크롬 대퇴골을 사용합니다.

대체 에너지

코발트는 충전식 배터리의 성능을 향상시키는 데 사용되며 하이브리드 차량에서 유용한 역할을합니다.

전기 도금

코발트는 금속 표면을 산화로부터 보호하는 좋은 마감 처리를 제공하는 데 사용됩니다. 예를 들어 코발트 설페이트, CoSO ₄ 는 이와 관련하여 사용되는 주요 코발트 화합물입니다.

실험실에서

코발트 클로라이드, CoCl2를 ₂ · 6H ₂ O, 데시 케이 터에서 수분 지표로서 사용된다. 수분이 공급됨에 따라 파란색으로 변하는 분홍색 고체입니다.

생물학적 역할

코발트는 비타민 B의 활성 부위의 일부 ₍₁₂₎ 적혈구의 성숙에 관여하는 (시아 노 코발라민). 그것의 부재는 거대 적혈구로 알려진 큰 적혈구의 혈액 순환에 나타나는 빈혈을 유발합니다.

어디에 있습니까?

지각

코발트는 지각 전체에 널리 분포되어 있습니다. 그것의 농도는 매우 낮지 만 지구 지각의 25ppm을 구성하는 것으로 추정됩니다. 한편, 태양계 전체에서 상대 농도는 4ppm입니다.

니켈-철 복합체에서 소량으로 발견되며 지구와 운석이 원산지입니다. 또한 호수, 강, 바다, 식물 및 동물의 다른 요소와 함께 발견됩니다.

비타민 B

또한, 반추 동물의 영양에 필수적인 요소이며, 비타민 B에 존재하는 ₁₂ 적혈구의 성숙에 필요한. 코발트는 일반적으로 자연에서 분리되지 않지만 다른 원소와 결합 된 다른 미네랄에서 발견됩니다.

탄산수

코발트 광물은 다음을 포함합니다 : 비소 및 황과 결합 된 코발 타이트; 비소와 수화 코발트에 의해 형성된 에리트 라이트; 코발트, 철, 비소 및 황에 의해 형성된 녹내장; 그리고 코발트, 니켈 및 비소에 의해 형성된 스쿠터 루다이 트.

또한 linnaelite, enamel 및 heterogenite와 같은 추가 코발트 광물을 확인할 수 있습니다. 코발트는 주로 니켈, 비소 및 철과 함께 미네랄을 동반합니다.

대부분의 경우 코발트는 코발트를 포함하는 광석에서 추출되는 것이 아니라 니켈, 철, 비소, 구리, 망간 및은 채굴의 부산물입니다. 이러한 미네랄에서 코발트를 추출하고 분리하려면 복잡한 과정이 필요합니다.

참고 문헌

Wikipedia. (2019). 코발트. 출처 : en.wikipedia.org
A. Owen 및 D. Madoc Jone. (1954). 코발트의 결정 구조에 대한 입자 크기의 영향. Proc. Phys. Soc. B 67456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
Víctor A. de la Peña O'Shea, Pilar Ramírez de la Piscina, Narcis Homs, Guillem Aromí 및 José LG Fierro. (2009). 고온에서 안정한 6 각형 밀폐 포장 코발트 나노 입자 개발 재료의 화학 21 (23), 5637-5643. DOI : 10.1021 / cm900845h.
Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2019 년 2 월 2 일). 코발트 사실과 물리적 특성. ThoughtCo. 출처 : thoughtco.com
브리태니커 백과 사전 편집자. (2019 년 6 월 8 일). 코발트. 브리태니커 백과 사전. 출처 : britannica.com
Lookchem. (2008). 코발트. 출처 : lookchem.com
Ducksters. (2019). 아이들을위한 요소 : 코발트. 출처 : ducksters.com

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