कोबाल्ट: संरचना, गुण, अनुप्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

कोबाल्ट एक संक्रमण धातु आवर्त सारणी के समूह VIIIB और जिसका रासायनिक प्रतीक कं है एक ठोस नीले रंग की है से संबंधित है - ग्रे (निर्भर करता है दोष) पृथ्वी भर में पाया की परत; हालांकि इसकी एकाग्रता मुश्किल से 25 पीपीएम या 0.001% का प्रतिनिधित्व करती है।

यह धातु जुगाली करने वालों के पोषण में एक आवश्यक ट्रेस तत्व है। एरिथ्रोसाइट्स की परिपक्वता के लिए आवश्यक विटामिन बी ₁₂ के कोर का भी हिस्सा है । विटामिन बी ₁₂ में हीमोग्लोबिन के हीम समूह के समान एक संरचना है; लेकिन विश्वास के बजाय सह के साथ।

धातु कोबाल्ट नमूना। स्रोत: रासायनिक तत्वों की हाई-रेज छवियां

प्रकृति में, कोबाल्ट आमतौर पर शुद्ध नहीं पाया जाता है, लेकिन जटिल खनिज मैट्रीस के भीतर जैसे: कोबाल्ट, स्कटरुडाइट, एरिथ्राइट, आदि। इन खनिजों में, कोबाल्ट आमतौर पर निकल, लोहा या आर्सेनिक के साथ जोड़ा जाता है।

'कोबाल्ट' नाम जर्मन कोबाल्ट से आया है, जो कि कोबोल्ट से निकला है, जो नाम खननकर्ताओं ने खनिज अयस्कों को दिया था, जो नीले रंग का उत्पादन करते थे और कुछ धातुएं थीं जिन्हें वे जानते थे; अयस्कों कि, यह ध्यान देने योग्य है, उन्हें विषाक्तता का कारण बना।

कोबाल्ट अन्य धातुओं के अलावा निकल, लोहा और तांबे के साथ अयस्कों में पाया जाता है। इसलिए, इसे शुद्ध नहीं किया जा सकता है, और इसका उपयोग व्यावहारिक होने तक इसे शुद्ध करने के लिए गहन शोधन कार्य की आवश्यकता होती है।

यह 1730 और 1740 के बीच स्वीडिश रसायनज्ञ जॉर्ज ब्रांट द्वारा खोजा गया था। यह प्रागितिहास के बाद की खोज की गई पहली धातु थी। ब्रांट ने बताया कि कोबाल्ट सिरेमिक और कांच के नीले रंग के लिए जिम्मेदार था; और बिस्मथ नहीं, जैसा कि तब तक माना जाता था।

कोबाल्ट में 29 समस्थानिक हैं। ⁵⁹ सह स्थिर है और कोबाल्ट की आइसोटोप की लगभग 100% का प्रतिनिधित्व करता है; शेष 28 रेडियोसोटोप हैं। इनमें ⁶⁰ सह शामिल हैं, जिनका उपयोग कैंसर के उपचार में किया जाता है। यह एक चुंबकीय तत्व है, जो उच्च तापमान पर अपने चुंबकत्व का संरक्षण करता है। इस संपत्ति ने इसे अलॉयको बनाने के लिए अनुमति दी है, जैसे कि तथाकथित अलिन्को, लाउडस्पीकर, माइक्रोफोन, रेडियो हॉर्न आदि।

इतिहास

पुरातनता

कोबाल्ट का उपयोग 2,000 से 3,000 वर्ष ईसा पूर्व के रूप में किया गया था। मिस्र, फारसियों और चीनी राजवंशों ने अपनी मूर्तियों और मिट्टी के पात्र बनाने में इसका उपयोग किया था। इसने कला के कामों और उपयोग के लेखों की सराहना करते हुए नीला रंग प्रदान किया।

इजिप्टियन (1550 - 1292 ईसा पूर्व) शायद पहले लोग थे जिन्होंने ग्लास को उसका नीला रंग देने के लिए कोबाल्ट का उपयोग किया था।

कोबाल्ट को अयस्कों में पृथक नहीं किया जाता है, लेकिन निकल, तांबा और आर्सेनिक के साथ खनिजों की उपस्थिति में।

जब निकल के साथ तांबे को पिघलाने की कोशिश की जाती है, तो आर्सेनिक ऑक्साइड का उत्पादन किया गया था, एक बहुत ही जहरीली गैस थी जो खनिकों द्वारा जहर का कारण थी।

खोज

कोबाल्ट की खोज की गई थी, लगभग 1735 में स्वीडिश रसायनज्ञ जॉर्ज ब्रांट द्वारा, जिन्होंने महसूस किया कि कोबाल्ट, वास्तव में, धातु था जिसने सिरेमिक और कांच के नीले रंगकरण में योगदान दिया था।

यह प्राचीन काल से खोजा गया पहला धातु था। इस समय से, मनुष्य ने कई धातुओं जैसे लोहा, तांबा, चांदी, टिन, सोना, आदि का उपयोग किया। कई मामलों में यह अज्ञात है जब उनका उपयोग किया जाने लगा।

खनन उत्पादन

दुनिया में पहला कोबाल्ट खनन यूरोप में शुरू हुआ, जिसमें नॉर्वे कोबाल्ट ब्लू का पहला उत्पादक था; एल्यूमिना और कोबाल्ट का एक यौगिक, साथ ही तामचीनी (पाउडर कोबाल्ट ग्लास), मिट्टी के पात्र में और पेंट में इस्तेमाल किया जाता है।

ओंटारियो क्षेत्र में न्यू कैलेडोनिया (1864) और कनाडा (1904) में कोबाल्ट के उत्पादन में पूर्ववर्तीता उन देशों में जमा होने की खोज के कारण हुई।

बाद में, वर्तमान डेमोक्रेटिक रिपब्लिक ऑफ कांगो (1913) कटंगा क्षेत्र में बड़ी जमाओं की खोज के कारण कोबाल्ट का दुनिया का अग्रणी निर्माता बन गया। वर्तमान में यह देश, कनाडा और ऑस्ट्रेलिया के साथ, मुख्य कोबाल्ट उत्पादकों में से एक है।

इस बीच, ROC रिफाइंड कोबाल्ट का दुनिया का अग्रणी उत्पादक है, जो कि रिफाइनिंग के लिए कांगो लोकतांत्रिक गणराज्य से धातु का आयात करता है।

1938 में, जॉन लिविंग फ्लड और ग्लेन सीबोर्ग ने ⁶⁰ सह परमाणु रिएक्टर में उत्पादन हासिल किया; एक रेडियोएक्टिव आइसोटोप जो कैंसर के इलाज के लिए दवा में उपयोग किया जाता है।

कोबाल्ट की संरचना और इलेक्ट्रॉन विन्यास

कोबाल्ट, अन्य धातुओं की तरह, धातु के बंधन के माध्यम से अपने परमाणुओं को एक साथ रखता है। बल और संपीड़न ऐसा है कि वे एक धातु क्रिस्टल की स्थापना करते हैं, जहां इलेक्ट्रॉनों और प्रवाहकत्त्व बैंड का एक ज्वार होता है जो उनकी विद्युत और तापीय चालकता को समझाते हैं।

सूक्ष्म रूप से कोबाल्ट क्रिस्टल का विश्लेषण करते हुए, यह पाया जाएगा कि उनके पास एक कॉम्पैक्ट हेक्सागोनल संरचना है; एबीएबी में व्यवस्थित सह परमाणुओं के त्रिकोण हैं… परतें, परस्पर परतों के साथ त्रिकोणीय प्रिज्म बनाते हैं, जो बदले में, एक षट्भुज के छठे भाग का प्रतिनिधित्व करते हैं।

यह संरचना 450.C से नीचे के तापमान पर अधिकांश कोबाल्ट नमूनों के लिए मौजूद है। हालांकि, जब तापमान बढ़ता है, तो दो क्रिस्टलोग्राफिक चरणों के बीच एक संक्रमण शुरू होता है: कॉम्पैक्ट हेक्सागोनल (एचसीपी) और चेहरा-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी, अंग्रेजी में इसके संक्षिप्त रूप के लिए: चेहरा-केंद्रित क्यूबिक)।

संक्रमण धीमा है, इसलिए सभी हेक्सागोनल क्रिस्टल घन नहीं बदलते हैं। इस प्रकार, उच्च तापमान पर कोबाल्ट दोनों क्रिस्टलीय संरचनाओं का प्रदर्शन कर सकता है; और फिर इसके गुण अब सभी धातु के लिए सजातीय नहीं हैं।

क्रिस्टल मोतियों का आकार

क्रिस्टल संरचना पूरी तरह से सही नहीं है; यह अनियमितताओं को सहन कर सकता है, जो विभिन्न आकारों के क्रिस्टलीय अनाज को परिभाषित करता है। वे जितने छोटे होते हैं, धातु या स्पंज की तरह हल्का होता है। दूसरी ओर, जब अनाज बड़े होते हैं, तो धातु ठोस और ठोस हो जाएगी।

कोबाल्ट के साथ विस्तार यह है कि न केवल अनाज धातु की बाहरी उपस्थिति को संशोधित करता है: इसकी क्रिस्टलीय संरचना भी। 450 BelowC से नीचे, एचसीपी संरचना को पूर्वनिर्मित करना चाहिए; लेकिन जब दाने छोटे होते हैं, जैसा कि स्पंजी कोबाल्ट में होता है, तो प्रमुख संरचना एफसीसी होती है।

विपरीत तब होता है जब अनाज बड़ा होता है: एचसीपी पर एफसी संरचना हावी होती है। यह समझ में आता है कि बड़े अनाज भारी होते हैं और एक दूसरे पर अधिक दबाव डालते हैं। उच्च दबाव में, सह परमाणुओं को अधिक संकुचित करता है और एचसीपी संरचना को अपनाने के लिए चुनते हैं।

उच्च तापमान (टी> 1000º सी) पर, केवल वर्णित संक्रमण होते हैं; लेकिन स्पंजी कोबाल्ट के मामले में, इसके क्रिस्टल का एक छोटा हिस्सा हेक्सागोनल हो जाता है, जबकि अधिकांश घन के रूप में जारी रहता है।

स्थिर एचसीपी नैनोक्रिस्टल

एक स्पेनिश शोध कार्य (Peña O'shea V. et al।, 2009) में, यह प्रदर्शित किया गया था कि हेक्सागोनल कोबाल्ट नैनोकिस्टल्स को संश्लेषित करना संभव था, जो कि एफसीपी चरण से गुजरने के बिना 700ºC के करीब तापमान को समझने में सक्षम थे।

ऐसा करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सीओ और एच _{2 के} साथ कोबाल्ट ऑक्साइड के नमूनों को कम कर दिया, यह पाते हुए कि एचसीपी नैनोक्रेस्टल्स ने कार्बन नैनोफिबर्स की एक कोटिंग के लिए उनकी स्थिरता का श्रेय दिया।

इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन और ऑक्सीकरण राज्य

कोबाल्ट का इलेक्ट्रॉन विन्यास है:

3 डी ⁷ 4 ²

इसलिए यह सैद्धांतिक रूप से अपने वैलेंस शेल से नौ इलेक्ट्रॉनों तक खो सकता है; लेकिन ऐसा नहीं होता है (कम से कम सामान्य परिस्थितियों में), और न ही सीओ ⁹⁺ राशन ^{का गठन नहीं किया जाता है} ।

इसकी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ हैं: -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5, जिनमें से +2 और 3 मुख्य हैं।

गुण

भौतिक उपस्थिति

ठोस, चमकदार, नीली-ग्रे धातु। पॉलिश कोबाल्ट एक नीला रंग के साथ चांदी सफेद है।

परमाण्विक भार

58.933 ग्राम / मोल।

परमाणु क्रमांक

27।

आवर्त सारणी

यह एक संक्रमण धातु है जो समूह 9 (VIIIB), अवधि 4 से संबंधित है।

गलनांक

1,768 K (1,495 ° C, 2,723 ° F)।

क्वथनांक

3,200 K (2,927 ° C, 5,301 ° F)।

कमरे के तापमान पर घनत्व

8.90 ग्राम / सेमी ³ ।

फ्यूजन की गर्मी

16.06 kJ / मोल।

वाष्पीकरण का ताप

377 केजे / मोल।

मोलर कैलोरी क्षमता

24.81 जे / मोल के

ध्वनि की गति

4,720 मी / से (धातु की छड़ पर मापा गया)।

कठोरता

5.0 मोह पैमाने पर।

चुंबकत्व

यह कमरे के तापमान पर तीन फेरोमैग्नेटिक तत्वों में से एक है। कोबाल्ट मैग्नेट 1,121 (C (2,050etsF) के रूप में उच्च तापमान पर अपने चुंबकत्व को बनाए रखता है।

वैद्युतीयऋणात्मकता

पॉलिंग स्केल पर 1.88।

आयनीकरण ऊर्जा

आयनीकरण का पहला स्तर: 740.4 kJ / mol।

दूसरा आयनीकरण स्तर: 1,648 kJ / mol।

आयनीकरण का तीसरा स्तर: 3,232 केजे / मोल।

परमाणु रेडियो

दोपहर 125 बजे।

परमाणु आयतन

6.7 सेमी ³ / मोल।

प्रतिक्रियाओं

कोबाल्ट धीरे-धीरे तनु खनिज अम्लों में घुल जाता है। यह सीधे हाइड्रोजन या नाइट्रोजन के साथ गठबंधन नहीं करता है, लेकिन यह हीटिंग द्वारा कार्बन, फास्फोरस और सल्फर के साथ गठबंधन करता है। यह उच्च तापमान पर जल वाष्प में मौजूद ऑक्सीजन को बांधता है।

15 M नाइट्रिक एसिड के साथ सख्ती से प्रतिक्रिया करता है, जिससे कोबाल्ट नाइट्रेट, Co (NO ₃) ₂ बनता है । कोबाल्ट क्लोराइड बनाने के लिए हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ कमजोर प्रतिक्रिया, CoCl ₂ । कोबाल्ट हाइड्राइड्स नहीं बनाता है।

Co ⁺² और Co ⁺³ दोनों कई समन्वय परिसरों का निर्माण करते हैं, जिन्हें इन परिसरों की उच्चतम संख्या के साथ धातुओं में से एक माना जाता है।

अनुप्रयोग

मिश्र

कोबाल्ट मिश्र धातु जेट इंजन और गैस टरबाइन इंजन के निर्माण में उपयोग किया जाता है। एलॉयको नामक मिश्र धातु, जो एल्यूमीनियम, निकल और कोबाल्ट से बना होता है, में मजबूत चुंबकीय गुण होते हैं। एलिनको मैग्नेट का उपयोग श्रवण यंत्र, कम्पास और माइक्रोफोन में किया जाता है।

तथाकथित काटने वाले उपकरण स्टेलर मिश्र धातुओं से बने होते हैं, कोबाल्ट, क्रोमियम और टंगस्टन से बने होते हैं। Superalloys में कोबाल्ट के करीब एक गलनांक होता है, और उनकी महान कठोरता की विशेषता होती है, जिसका उपयोग कम विस्तार वाले उपकरणों के निर्माण में किया जाता है।

मिट्टी के पात्र, मूर्तियां और कांच

कोबाल्ट के साथ चश्मा। स्रोत: Pxhere

प्राचीन काल से, कोबाल्ट कई संस्कृतियों द्वारा अपनी कला और सजावटी कार्यों को एक नीले रंग देने के लिए उपयोग किया गया है। इस अर्थ में, ऑक्साइड का उपयोग किया गया है: कोबाल्ट, सीओओ और कोबाल्ट, सह ₃ ओ ₄ ।

सिरेमिक, ग्लास और एनामेल्स के निर्माण में उनके उपयोग के अलावा, कोबाल्ट ऑक्साइड उत्प्रेरक की तैयारी में उपयोग किया जाता है।

डॉक्टरों

कोबाल्ट -60 (⁶⁰ Co), एक रेडियोधर्मी आइसोटोप जो बीटा (⁶⁰) और गामा (is) विकिरण का उत्सर्जन करता है, का उपयोग कैंसर के उपचार में किया जाता है। Rom विकिरण विद्युत चुम्बकीय विकिरण है, इसलिए यह ऊतकों को भेदने और कैंसर कोशिकाओं तक पहुंचने की क्षमता रखता है, इस प्रकार उनके उन्मूलन की अनुमति देता है।

कैंसर कोशिकाएं तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाएं हैं, जो उन्हें आयनित विकिरण के लिए अधिक संवेदनशील बनाती हैं जो उनके नाभिक पर हमला करती हैं, आनुवंशिक सामग्री को नुकसान पहुंचाती हैं।

⁶⁰ सह, अन्य radioisotopes की तरह, कि चिकित्सा पद्धति में उपयोग किया जाता है सामग्री की नसबंदी में प्रयोग किया जाता है।

इसी तरह, कोबाल्ट का उपयोग टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील के साथ आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण के निर्माण में किया जाता है। हिप रिप्लेसमेंट का एक बड़ा हिस्सा कोबाल्ट-क्रोम और्विक तनों को रोजगार देता है।

वैकल्पिक ऊर्जा

कोबाल्ट का उपयोग रिचार्जेबल बैटरी के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है, जो हाइब्रिड वाहनों में उपयोगी भूमिका निभाते हैं।

विद्युत

कोबाल्ट का उपयोग धातु सतहों को एक अच्छा खत्म प्रदान करने के लिए किया जाता है जो उन्हें ऑक्सीकरण से बचाता है। कोबाल्ट सल्फेट, सीओएसओ ₄, उदाहरण के लिए, इस संबंध में इस्तेमाल किया जाने वाला मुख्य कोबाल्ट यौगिक है।

प्रयोगशालाओं में

कोबाल्ट क्लोराइड, CoCl ₂.6H ₂ O, का उपयोग desiccators में नमी सूचक के रूप में किया जाता है। यह एक गुलाबी ठोस है जो हाइड्रेट होते ही नीले रंग में बदल जाता है।

जैविक भूमिका

कोबाल्ट विटामिन बी ₁₂ (सियानोकोबलामिन) की सक्रिय साइट का हिस्सा है जो एरिथ्रोसाइट्स की परिपक्वता में शामिल है। इसकी अनुपस्थिति के कारण एनीमिया का कारण बनता है जो मेगालोब्लास्ट के रूप में जाना जाने वाले बड़े एरिथ्रोसाइट्स के रक्त परिसंचरण में दिखाई देता है।

यह कहा स्थित है

पृथ्वी की ऊपरी तह

कोबाल्ट व्यापक रूप से पृथ्वी की पपड़ी में वितरित किया जाता है; हालांकि इसकी एकाग्रता बहुत कम है, यह अनुमान लगाते हुए कि यह पृथ्वी की पपड़ी के 25 पीपीएम का गठन करता है। इस बीच, सौर मंडल में संपूर्ण सापेक्ष सांद्रता 4 पीपीएम है।

यह कम मात्रा में निकेल-आयरन कॉम्प्लेक्स में पाया जाता है, जो पृथ्वी का मूल निवासी और उल्कापिंड है। यह झीलों, नदियों, समुद्रों, पौधों और जानवरों में अन्य तत्वों के संयोजन में भी पाया जाता है।

विटामिन बी

इसके अलावा, यह जुगाली करने वालों के पोषण के लिए एक आवश्यक तत्व है और विटामिन बी ₁₂ में मौजूद है, एरिथ्रोसाइट्स की परिपक्वता के लिए आवश्यक है। कोबाल्ट आमतौर पर प्रकृति में पृथक नहीं होता है, लेकिन अन्य तत्वों के साथ संयुक्त विभिन्न खनिजों में पाया जाता है।

खनिज पदार्थ

कोबाल्ट खनिजों में निम्नलिखित शामिल हैं: कोबाल्ट, आर्सेनिक और सल्फर के संयोजन में; एरिथ्राइट, आर्सेनिक और हाइड्रेटेड कोबाल्ट द्वारा गठित; कोबाल्ट, लोहा, आर्सेनिक और सल्फर द्वारा निर्मित ग्लूकोडॉट; और कोबाल्ट, निकल और आर्सेनिक द्वारा बनाया गया स्कर्टरुडाइट।

इसके अलावा, निम्नलिखित अतिरिक्त कोबाल्ट खनिजों को नोट किया जा सकता है: लिनेनेलाइट, तामचीनी और हेटेरोजेनाइट। कोबाल्ट में खनिजों के साथ मुख्य रूप से निकल, आर्सेनिक और लोहा होता है।

ज्यादातर समय, कोबाल्ट को उन अयस्कों से नहीं निकाला जाता है जिनमें यह शामिल है, लेकिन निकल, लोहा, आर्सेनिक, तांबा, मैंगनीज और चांदी के खनन का उप-उत्पाद है। इन खनिजों से कोबाल्ट निकालने और अलग करने के लिए एक जटिल प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।

संदर्भ

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