الكوبلت

كوبلت

Cobalt - Cobalt

الكوبلت

الكوبلت cobalt معدن رمزه الكيمياوي Co، عدده الذري 27، وهو في زمرة الحديد (الفصيلة VIIIB أو 8) التي تشمل إضافة إلى الكوبلت في هذه الزمرة الحديد Fe (عدده الذري 26)، والنيكل Ni (عدده الذري 28)، وصنِّفت هذه العناصر في ثلاثية واحدة؛ لأن التشابه بينها أشدّ من التشابه المعتاد بين العنصر والعناصر التي تقع تحته في عمود واحد في الجدول الدوري. اكتشفه الكيميائي السويدي جورج برانتG.Brandt  مابين(1694-1768) عام 1735.

وزنه الذري 58.933 مقدراً بواحدة الكتل الذرية، وبنيته الإلكترونية [Ar] 3d⁷4s² حيث تدل [Ar] على البنية الإلكترونية للغاز الخامل أرغون، له تكافؤان +2 و+3. ودرجة الأكسدة +2 أثبت في حالة المركبات البسيطة. مثال ذلك مركبات الكلور مع الكوبلت، فالمركب CoCl₂ ذو اللون الزهري أثبت من CoCl₃ لأن الأيون (الشاردة) Co³⁺ ذو قوة مؤكسدة كبيرة؛ فهو يؤكسد الماء، وينطلق الأكسجين:

لكن درجة الأكسدة (+3) تزداد ثباتاً في المعقدات complexes[ر. المعقَّد]، فالمركب [Co (NH₃)₆]Cl₃ أثبت من [Co(NH₃)₆]Cl₂.

يتميز الكوبلت بأنه يشكل معقدات متنوعة، خاصة مع النشادر NH₃ والسيانيد CN^- وCO وNO. يمتص الهدروجين H₂ فيحوله إلى هدروجين ذري نشيط؛ لذا كانت له أهمية كبيرة في التحضير في تفاعلات الهدرجة وفي تفاعلات تحفيز أخرى.

وجوده في الطبيعة وتحضيره واستعمالاته

يكوِّن الكوبلت 0.00023% وزناً من القشرة الأرضية، ويأتي ترتيبه الثلاثين بسعة الانتشار. وهو يوجد في جمهورية الكونغو الديمقراطية (زائير سابقاً) وزامبيا وكندا؛ المنتِجيْن الرئيسين له. وهو - مثل الحديد والنيكل - يتميز بخواص مغنطيسية حديدية[ر]. تعني هذه الخاصة أن قضيباً مصنوعاً منه يحتفظ بمغنطته حتى بعد زوال الحقل الخارجي الممغنِط. تتطلب هذه الخاصة وجود إلكترونات غير متزاوجة في الذرة؛ ولكن هذه الخاصة لا تظهر إلا إذا كان هناك بعد معين بين الأيونات في الشبكة البلورية.

يصادف الكوبلت في الطبيعة بشكل مركبات مع الكبريت والزرنيخ والأنتموان صيغها CoAsS الكوبلتيت، وCoAs₂ السمالتيت.

وللحصول على الكوبلت من فلزاته، تطبق طرائق معقدة حسب نوع الفلز، وتكمن صعوبة استحصاله في فصله عن العناصر المرافقة له، مثل الكبريت والزرنيخ والنيكل والحديد. فالفلز الزرنيخي مثلاً يتحول بعد حرقه إلى مزيج من الأكاسيد المعدنية ومركبات الزرنيخ. يُحلُّ هذا المزيج في حمض كلور الماء، ومن ثم يعامل بغاز كبريتيد الهدروجين H₂S للتخلص من Bi وPb وCu. ويتمّ التخلص بعد ذلك من Fe وAs بترسيبهما بشكل CaHAsO₄ وFe(OH)₃ بمعالجة المحلول بـ CaCO₃. وأخيراً بإضافة المسحوق القاصر؛ وهو مزيج من Ca(OH)₂ وCaOCl₂.

ينفصل الكوبلت في بدء الإضافة بشكل Co₂O₃ ومن ثم ينفصل أكسيد النيكل، ثم يُرجَع (يختزَل) أكسيد الكوبلت، وينقى المعدن الناتج بالتحليل الكهربائي[ر].

الكوبلت ذو لون أبيض - مزرق، نقطة انصهاره 1493 ْس، ونقطة غليانه 3100 ْ س. كمونه النظامي (التحول إلى CO²⁺) يساوي -0.277 فلط. نصف قطر ذرته 125 بيكومتر، كمون تأينه مقدراً بالإلكترون فولط (الأول 7.86، الثاني 17.1، والثالث 33.5)، ناقليته الكهربائية أعلى من ناقلية الزئبق بعشر مرات، وناقليته الحرارية أعلى بثماني مرات، كتلته الحجمية 8.9 غ/سم³.

يستعمل الكوبلت بشكله المعدني؛ ليحول إلى نظير الكوبلت 60 المشع الذي عمر نصفه 5.7 سنة، يتفكك مطلقاً أشعة غاما، ويستخدم في الطب وفي الصناعة كما يستعمل المعدن في صناعة ضروب السيراميك ومجففات الدهان وحفّازاً. يدخل الكوبلت في صناعة العديد من السبائك فسبيكته القابلة للسحب التي تحوي 1-18% كوبلت والباقي نيكل لها تطبيقات خاصة إذ تستعمل في صنع الأغشية الرقيقة، فتكسب المعادن التي تكسى بها اللمعان والقساوة.

أما الفولاذ المستعمل عند درجات حرارة عالية (أعلى من 650 ْس) فيحوي 5-65% كوبلت، يستعمل في صناعة الطائرات والتوربينات الغازية وتطبيقات أخرى شبيهة. وبدرجات حرارة أعلى من 511 ْس تستعمل سبائك، مثل سبيكة النيمونيك 90 (Nimonic 90) وهي سبيكة أساسها النيكل وتحوي 18% كوبلت وكمية مماثلة من الكروم وقليلاً من التيتانيوم Ti. وتستعمل سبيكة أخرى في هذا المجال يطلق عليها اسم واسبَلوي Waspaloy.

وهنالك السبائك المستعملة في القطع ومقاومة الاهتراء بإضافة 2-12% كوبلت إلى الأدوات الفولاذية، تصبح هذه الأدوات قابلة للاستعمال من أجل القطع العميق والسرعات الكبيرة.

يستعمل نحو 25% من إنتاج الكوبلت عالمياً في صنع المغانط. والسبائك التي تصنع منها المغانط الدائمة الجيدة تحوي 2-40% من الكوبلت. كما أن ضروب الفولاذ (سبيكة حديد مع الكربون) الكوبلتي التي تحوي 2-40% كوبلت تستعمل بكثرة في صناعة المغانط.

أما سبائك الحديد - الكوبلت - الفاناديوم، مثل السبائك التي يطلق عليها اسم خلائط فيك Vik alloys؛ فتستعمل في صناعة المغانط، وتستعمل سبائك الكوبلت مع النحاس والنيكل للغرض نفسه، وكذلك سبائكه مع الحديد والمولبدن. ومنذ عام 1930 بدأت صناعة سبائك الكوبلت مع الألمنيوم؛ وهذه السبائك تدعى ألنيكو Alnicos تحوي 6-12% ألمنيوم و14-30% نيكل و5-35% كوبلت؛ ويضاف لها حديد وكميات صغيرة من النحاس والتيتانيوم، وتصنع من هذه السبائك مغانط كما تستعمل في صنع الأجهزة الكهربائية والأجهزة الإلكترونية.

وأما السبائك التي تحوي 60 ـ 65% كوبلت مع معادن الأتربة النادرة[ر]، خاصة برازيديميوم وسماريوم؛ فيستفاد منها في صناعة مساحيق المغانط التي تستعمل في الإلكترونيات.

السبائك الفائقة super alloys مقاومة حرارياً، وتستعمل في صناعة العنفات الغازية. وسبيكته مع كربيد التنغستن؛ وتدعى الكاربولوي carboloy قاسية تستعمل في قطع الفولاذ وشغله، وسبيكته مع الكروم لها الاستعمال نفسه؛ واسمها ستلِّيت Stellite.

خواصه الكيمياوية

يسلك الكوبلت - كيمياوياً - سلوك معدن انتقالي transition metal نموذجي. والمعادن الانتقالية هي مجموعة العناصر الواقعة بين الفصيلة IIA (أو 2) والفصيلة IIIA (أو 13). وهي تقع في ثلاثة أدوار - السلسلة الانتقالية الأولى والثانية والثالثة.

الكوبلت - مثل الحديد والنيكل - متوسط النشاط الكيمياوي فكمون مسرى الكوبلت (تحوله إلى Co²⁺) يساوي -0.28 فولط. فهو أكثر كهرجابية من الهدروجين، وينحل بالحموض الممددة. وهو - في الشروط العادية - يتفاعل بدرجة تكاد لا تذكر مع اللامعادن النموذجية الجافة مثل الأكسجين والكبريت والكلور والبروم إلا أنه يتفاعل بشدة معها بالتسخين خاصة إذا كان مسحوقاً. وإذا كانت حبيبات المسحوق صغيرة جداً (القطر الوسطي للحبيبة 5 مكرونات)؛ فإنه يلتهب تلقائياً في الهواء عند درجة الحرارة العادية.

وهو يتحد - عند درجات الحرارة المرتفعة - مع الأنتموان والسيلسيوم (السيليكون) والفسفور والزرنيخ ومع الألمنيوم. ويكون التفاعل نشيطاً في معظم الحالات. فمزيج متساو من النيكل والألمنيوم يتفاعل بانفجار مكوّناً المركّب NiAl، ويكوّن مع الكربون كربيدات صيغتها العامة Co₃C وCo₂C.

يمتصّ الكوبلت غاز الهدروجين عند درجات الحرارة العالية خاصة، ويزداد امتصاصه لهذا الغاز عندما يكون مسحوقاً. ولا يتكون من امتصاص الهدروجين مركّبات محدودة التركيب.

يمتص الكوبلت غازَ الآزوت (النتروجين)، ويمتص أكسيد الكربون، وتتناقص درجة الامتصاص بارتفاع درجة الحرارة كما يمتص CO عند ضغط عال؛ ويتكوَّن كربونيل الكوبلت Co (CO)₄.

يكوّن الكوبلت العديد من المعقدات بدرجتي الأكسدة +2 و+3 ومعقداته بدرجة الأكسدة +3 أثبت من معقداته بدرجة الأكسدة +2. ومعقدات الكوبلت كثيرة، مثال ذلك المعقَّد [CoF₆]^3- و[Co (NH₃) ₆]Cl₃، وهي أكثر من معقدات أي عنصر آخر.

يوجد الكوبلت III في فيتامين ب 12 (B12). فهو يصون خلايا الدم الحمراء في الكبد. ويكون الكوبلت بدرجة أكسدة +3 مرتبطاً بخمس روابط مع خمس ذرات آزوت في أجزاء مختلفة من البنية المحيطية، وتجري في الموقع السادس الفعالية الكيمياوية الحيوية (الشكل-1).

	الشكل (1) جزء من بنية الفيتامين B12 ترتبط النقطتان A وB مع بعضهما عن طريق مجموعة من الفسفات والسكر وحلقات آزوتية

أهم مركباته في درجة الأكسدة +2

الأكسيد CoO ذو لون أخضر مائل للرمادي يحضر بتفكك الكربونات، وهو ينحلّ في الحموض. ومعظم أملاح الكوبلت II مع الحموض القوية تنحل بالماء ومحاليلها ذات تفاعل حمضي ضعيف بسبب الحلمهة (التحلل بالماء). أما أملاح الحموض الضعيفة نسبياً فتكون غالباً صعبة الانحلال مثل الكربونات والفسفات. وفي الحالة الجافة (اللامائية) لون الأيون Co²⁺ أحمر فاتح. أما لون الأيون Co²⁺ المميه فهو أحمر وردي.

تتبلور أملاحه مع الهاليدات في معظم الحالات مع ستة جزيئات ماء، وتنحل جيداً في الماء وفي الكحول باستثناء الفلوريد CoF₂. ويختلف لونها في الحالة اللامائية حسب الهالوجين، كما أن فقدانها التدريجي للماء يؤدي إلى تغير لونها. فكلوريد الكوبلت بدرجة الأكسدة +2 CoCl₂.x(H₂O) يختلف لونه حسب قيمة x.

وتستعمل هذه الخاصة أحياناً لتقدير درجة الرطوبة في الجو؛ وذلك بتلون ورقة جُفِّف عليها محلول كلوريد الكوبلت II.

للكوبلت +2 ملح كبريتات CoSO₄ يتبلور مع سبعة جزيئات ماء، وهو يكوِّن ملحاً مضاعفاً أو معقَّدات صيغتها العامة A₂[Co(SO₄)₂].6H₂O حيث A معدن قلوي[ر. القلويات] أو أيون الأمونيوم. وهو يكوِّن مع الثيوسيانيد الملحَ Co (SCN)₂ الذي ينحل جيداً في الماء. وهذا بدوره يكوِّن مع ثيوسيانيدات المعادن القلوية المعقدات A₂[Co(SCN)₄] وA₄[Co(SCN)₆]، حيث A أيون معدن قلوي أو أيون أمونيوم. وهذه المعقدات ذات لون أزرق مميز، وتستعمل في الكيمياء التحليلية للكشف عن الكوبلت.

أهم المركبات الموافقة لدرجة الأكسدة +3

الأكسيد Co₂O₃ ذو لون بني غامق يستحصل عليه بتسخين النترات. وهو مؤكسد قوي يصعب الحصول عليه نقياً فهو دوماً ممزوج بـ CoO.

أملاح الكوبلت III البسيطة غير ثابتة في المحاليل إذ ترجَع بسهولة إلى أملاح الكوبلت II؛ فهي ذات صفة مؤكسدة قوية؛ إلا أنه بتكون معقدات لها يستقر التكافؤ الثلاثي الذي يشكل طائفة متنوعة من المعقدات التي تتميز بثباتها الشديد.

يكون الكوبلت الثلاثي مع النتريت الأيون المعقد [Co(NO₂)6]^3-؛ وهذا الأيون يكوِّن أملاحاً صعبة الانحـلال مع الأيونات المعدنية الأحادية التكافؤ باسـتثناء Na⁺ وLi⁺؛ لـذا يـستعمل محـلول المعـقد  Na₃[Co(NO₂)₆] للكشف عن البوتاسيوم الذي يكوِّن راسباً أصفر K₃[Co(NO₂)₆].

موفق شخاشيرو

الحديد والحديد الصب ـ السبيكة (الخليطة) ـ المعدن ـ المعقد ـ المغنطيسية ـ المغنطيسية المسايرة.

ـ فيليب ماثيوس، الكيمياء المتقدمة 2، ترجمة هيام بيرقدار (المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم - المركز العربي للتعريب والترجمة والتأليف والنشر، دمشق 2000).

- L.E.ORGEL, An Introduction to Transition Metal Chemistry (Methuen, London 1966).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد السادس عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 505

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية