COBALTO: ESTRUTURA, PROPRIEDADES, APLICAÇÕES - QUÍMICA - 2025

O cobalto é um metal de transição pertencente ao grupo VIIIB da tabela periódica e cujo símbolo químico é Co. é um sólido azul - cinza (dependendo das impurezas) encontrado em toda a crosta terrestre; embora sua concentração dificilmente represente 25 ppm ou 0,001% dele.

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.

Amostra de cobalto metálico. Fonte: Imagens de alta resolução de elementos químicos

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

O nome 'cobalto' vem do alemão kobalt, que por sua vez derivou de kobolt, o nome que os mineiros deram aos minérios que produziam tintas azuis e possuíam poucos metais que conheciam; Minérios que, vale ressaltar, causaram envenenamento.

O cobalto é encontrado nos minérios junto com o níquel, o ferro e o cobre, entre outros metais. Portanto, 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 apontou que o cobalto era responsável pela tonalidade azul da cerâmica e do vidro; e não o bismuto, como se acreditava até então.

O cobalto tem 29 isótopos. O ⁵⁹ Co é estável e representa quase 100% dos isótopos de cobalto; os 28 restantes são radioisótopos. Isso inclui ⁶⁰ Co, usado no tratamento do câncer. É um elemento magnético, conservando seu magnetismo em altas temperaturas. Esta propriedade permitiu a formação de ligas como a chamada Alinco, usada em alto-falantes, microfones, cornetas de rádio, etc.

História

Antiguidade

O cobalto foi usado desde 2.000 a 3.000 anos aC As dinastias egípcias, persas e chinesas o usaram na confecção de suas esculturas e cerâmicas. Proporcionou a coloração azul tão apreciada em obras de arte e artigos de uso.

Os egípcios (1550 - 1292 aC) foram provavelmente os primeiros a usar o cobalto para dar ao vidro sua cor azul.

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

Ao tentar fundir cobre com 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, justamente, era o metal que contribuía para a coloração azul da cerâmica e do vidro.

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

Produção mineira

A primeira mineração de cobalto do mundo começou na Europa, sendo a Noruega o primeiro produtor de azul de cobalto; um composto de alumina e cobalto, além do esmalte (vidro de cobalto em pó), usado como pigmento em cerâmica e em tintas.

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

Posteriormente, a atual República Democrática do Congo (1913) tornou-se o maior produtor mundial de cobalto devido à descoberta de grandes depósitos na região de Katanga. Atualmente este país, junto com Canadá e Austrália, é um dos principais produtores de cobalto.

Enquanto isso, a ROC é a maior produtora mundial de cobalto refinado, importando 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 na medicina para tratar o câncer.

Estrutura e configuração eletrônica do cobalto

O cobalto, como outros metais, mantém seus átomos unidos por meio da ligação metálica. A força e a compressão são tais que estabelecem um cristal metálico, onde há uma maré de elétrons e faixas de condução que explicam suas condutividades elétrica e térmica.

Analisando microscopicamente os cristais de cobalto, veremos 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.

Esta estrutura está presente para a maioria das amostras de cobalto em temperaturas abaixo de 450ºC. Porém, quando a temperatura sobe, inicia-se uma transição entre duas fases cristalográficas: a compacta hexagonal (hcp) e a cúbica centrada na face (fcc, por sua sigla em inglês: cúbica centrada na face).

A transição é lenta, então nem todos os cristais hexagonais tornam-se cúbicos. Assim, em altas temperaturas, o cobalto pode exibir ambas as estruturas cristalinas; e então suas propriedades não são mais homogêneas para todos os metais.

Tamanho das contas de cristal

A estrutura cristalina não é totalmente perfeita; pode conter irregularidades, que definem grãos cristalinos de tamanhos diferentes. Quanto menores eles são, mais leve é ​​o metal ou esponja. Por outro lado, quando os grãos são grandes, o metal se torna sólido e sólido.

O detalhe com o cobalto é que não apenas os grãos modificam a aparência externa do metal: também sua estrutura cristalina. Abaixo de 450ºC, a estrutura hcp deve predominar; mas quando os grãos são pequenos, como no cobalto esponjoso, a estrutura dominante é o fcc.

O oposto ocorre quando os grãos são grandes: a estrutura fcc domina a hcp. Faz sentido, pois os grãos grandes são mais pesados ​​e exercem maior pressão uns sobre os outros. Em pressões mais altas, os átomos de Co compactam mais e optam por adotar a estrutura hcp.

Em altas temperaturas (T> 1000ºC), ocorrem as transições que acabamos de descrever; mas, no caso do cobalto esponjoso, uma pequena porção de seus cristais se torna hexagonal, enquanto a maioria continua a ser cúbica.

Nanocristais hcp estáveis

Em um trabalho de pesquisa espanhol (Peña O'shea V. et al., 2009), foi demonstrado que era possível sintetizar nanocristais hexagonais de cobalto capazes de suportar temperaturas próximas a 700ºC sem sofrer transições para a fase Fcc.

Para fazer isso, os pesquisadores reduziram amostras de óxidos de cobalto com CO e H ₂, descobrindo que os nanocristais hcp deviam sua estabilidade a um revestimento de nanofibras de carbono.

Configuração eletrônica e estados de oxidação

A configuração eletrônica do cobalto é:

3d ⁷ 4s ²

Ele pode, portanto, teoricamente perder até nove elétrons de sua camada de valência; mas isso não acontece (pelo menos em condições normais), nem o cátion Co ^{9+ é formado}.

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

Propriedades

Aparência física

Metal sólido, lustroso, cinza-azulado. O cobalto polido é branco prateado com um tom azulado.

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 da vaporização

377 kJ / mol.

Capacidade calórica molar

24,81 J / mol K

Velocidade do som

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

Dureza

5,0 na escala de Mohs.

Magnetismo

É um dos três elementos ferromagnéticos à temperatura ambiente. Os ímãs de cobalto retêm seu magnetismo em temperaturas de até 1.121ºC (2.050ºF).

Eletro-negatividade

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.

Rádio atômico

125 pm.

Volume atômico

6,7 centímetros ³ / mol.

Reações

O cobalto se dissolve lentamente em ácidos minerais diluídos. Não se combina diretamente com hidrogênio ou nitrogênio, mas se combina com carbono, fósforo e enxofre por aquecimento. Ele se liga ao oxigênio presente no vapor de água em 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 maior número desses complexos.

Formulários

Ligas

Ligas de cobalto são usadas na fabricação de motores a jato e motores de turbina a gás. Uma liga chamada Alinco, feita de alumínio, níquel e cobalto, tem fortes propriedades magnéticas. Os ímãs Alinco são usados ​​em aparelhos auditivos, bússolas e microfones.

As chamadas ferramentas de corte são feitas de ligas de estelite, feitas de cobalto, cromo e tungstênio. As superligas possuem ponto de fusão próximo ao do cobalto, e caracterizam-se por sua grande dureza, sendo utilizadas na fabricação de ferramentas de baixa expansão.

Cerâmicas, esculturas e vidros

Vidros com cobalto. Fonte: Pxhere.

Desde os tempos antigos, o cobalto tem sido usado por várias culturas para dar um tom azul a suas obras de arte e decoração. Nesse sentido, óxidos têm sido utilizados: cobalto, CoO, e cobalto, Co ₃ O ₄.

Além de sua utilização na fabricação de cerâmicas, vidros e esmaltes, os óxidos de cobalto são utilizados na preparação de catalisadores.

Doutores

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 a radiação eletromagnética, portanto, tem a capacidade de penetrar nos tecidos e atingir as células cancerosas, permitindo assim a sua erradicação.

As células cancerosas são células que se dividem rapidamente, o que as torna mais suscetíveis à radiação ionizante que atinge seu núcleo, danificando o material genético.

O ⁶⁰ Co, como outros radioisótopos, é usado na esterilização de materiais que são usados ​​na prática médica.

Da mesma forma, o cobalto é usado na fabricação de implantes ortopédicos, juntamente com o titânio e o aço inoxidável. Uma grande parte das próteses de quadril utiliza 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 dar às superfícies metálicas um bom acabamento que as protege contra a oxidação. O sulfato de cobalto, CoSO ₄, por exemplo, é o principal composto de cobalto usado para esse fim.

Em laboratórios

O cloreto de cobalto, CoCl ₂.6H ₂ O, é usado como um indicador de umidade em dessecadores. É um sólido rosa que muda para uma cor azul à medida que se hidrata.

Papel biológico

O cobalto faz parte do sítio ativo da vitamina B ₁₂ (cianocobalamina) que está envolvida na maturação dos eritrócitos. Sua ausência causa uma anemia caracterizada pelo aparecimento na circulação sanguínea de grandes eritrócitos conhecidos 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.

É encontrada em pequenas quantidades nos complexos de níquel-ferro, sendo nativa da Terra e de meteoritos. Também é encontrado em combinação com outros elementos em lagos, rios, mares, plantas e animais.

Vitamina B

Além disso, é um elemento essencial para a nutrição de 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

Minerais de cobalto incluem o seguinte: cobaltita, em combinação com arsênio e enxofre; eritrita, formada por arsênio e cobalto hidratado; o glaucodot formado por cobalto, ferro, arsênio e enxofre; e a skutterudita formada por cobalto, níquel e arsênio.

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

Na maioria das vezes, o cobalto não é extraído dos minérios que o contêm, mas é um subproduto da mineração de níquel, ferro, arsênio, cobre, manganês e prata. Um processo complexo é necessário 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 do grão na estrutura cristalina do cobalto. Proc. Phys. Soc. B 67 456. doi.org/10.1088/0370-1301/67/6/302
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