كوبالت

نيكل → كوبالت ← حديد - ↑ Co ↓ Rh 27Co
المظهر
رمادي فلزي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز	كوبالت، 27، Co
تصنيف العنصر	فلز انتقالي
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	9، 4، d
الكتلة الذرية	58.933195 غ·مول−1
توزيع إلكتروني	Ar]; 3d7 4s2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ	2, 8, 15, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة)	8.90 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار	7.75 غ·سم−3
نقطة الانصهار	1768 ك، 1495 °س، 2723 °ف
نقطة الغليان	3200 ك، 2927 °س، 5301 °ف
حرارة الانصهار	16.06 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر	377 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س)	24.81 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو عند د.ح. (كلفن) 1790 1960 2165 2423 2755 3198
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة	5, 4 , 3, 2, 1, -1 (أكاسيده مذبذبة)
الكهرسلبية	1.88 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين	الأول: 760.4 كيلوجول·مول−1
	الثاني: 1648 كيلوجول·مول−1
	الثالث: 3232 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري	125 بيكومتر
نصف قطر تساهمي	(لف مغزلي منخفض) 126±3 ، (لف مغزلي مرتفع) 150±7 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية	نظام بلوري سداسي
المغناطيسية	مغناطيسية حديدية
مقاومة كهربائية	62.4 نانوأوم·متر (20 °س)
الناقلية الحرارية	100 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري	13.0 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س)
سرعة الصوت (سلك رفيع)	4720 متر/ثانية (20 °س)
معامل يونغ	209 غيغاباسكال
معامل القص	75 غيغاباسكال
معامل الحجم	180 غيغاباسكال
نسبة بواسون	0.31
صلادة موس	5.0
صلادة فيكرز	1043 ميغاباسكال
صلادة برينل	700 ميغاباسكال
رقم CAS	7440-48-4
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر الكوبالت
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال 56Co مصطنع 77.27 يوم ε 4.566 56Fe 57Co مصطنع 271.79 يوم ε 0.836 57Fe 58Co مصطنع 70.86 يوم ε 2.307 58Fe 59Co 100% 59Co هو نظير مستقر وله 32 نيوترون 60Co مصطنع 5.2714 سنة β−, γ 2.824 60Ni

الكوبالت عنصرٌ كيميائي رمزه Co وعدده الذرّي 27، وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة التاسعة في الجدول الدوري؛ ويصنّف كيميائياً ضمن الفلزّات الانتقالية. يوجد الكوبالت في الطبيعة غالباً في القشرة الأرضية على هيئة معادن مختلفة مثل الكوبالتيت، ولا يوجد في شكله الطبيعي الحر؛ وينتج العنصر الحر من الصهر الاختزالي لخاماته، وهو في الحالة النقية يكون على هيئة فلز رمادي فضي براق. للكوبالت نظير مستقر وحيد، وهو كوبالت-59؛ كما يوجد له نظير مشع مهم، وهو كوبالت-60، والذي يستخدم على هيئة قائفة مشعة، ومن أجل إنتاج أشعّة غامّا مرتفعة الطاقة.

يمكن استحصال الكوبالت بشكل مباشر من خاماته؛ ولكن عادة ما ينتج على هيئة ناتج إضافي من عمليات تعدين النحاس أو النيكل. توجد توضعات رسوبية كبيرة من خامات الكوبالت في أفريقيا، وخاصة في جمهورية الكونغو الديمقراطية، حيث ينتج هناك حوالي 50% من الإنتاج العالمي لهذا الفلز. عرف خضاب أزرق الكوبالت منذ القدم، واستخدم في مجال صناعة الخضب وتلوين الزجاج؛ أما في الوقت الحالي فيستخدم الكوبالت بشكل كبير في مجال صناعة بطاريات أيونات الليثيوم وفي مجال صناعة السبائك.

للكوبالت دور حيوي مهم، فهو يوجد في الموقع النشط لمجموعة من العوامل المرافقة، مثلما هو الحال في بنية فيتامين بي 12 (B12/الكوبالامين)؛ كما يعد الكوبالت اللاعضوي من المغذيات الصغرى للبكتريا والطحالب والفطور.

التاريخ

استُخدمت مركبات الكوبالت لعدة قرون لإضفاء لون أزرق غني على الزجاج والمينا والخزف. اكتشف الكوبالت في المنحوتات المصرية، وفي المجوهرات الفارسية من الألفية الثالثة قبل الميلاد، وفي أطلال مدينة بومبي، التي دُمرت في سنة 79 للميلاد، وكذلك في الصين، والتي يرجع تاريخ القطع الأثرية الحاوية على الكوبالت فيها إلى سلالتي تانغ (618-907 م) ومينغ (1368–1644 م) الحاكمتين.

قطعة فنية ملونة بأزرق الكوبالت تعود إلى القرن السابع عشر، وهي مصنوعة في دمشق أثناء الحقبة العثمانية.

استُخدم الكوبالت في تلوين الزجاج منذ العصر البرونزي. أسفرت عملية استخراج حطام السفينة أولوبورون عن اكتشاف صبّة من زجاج أزرق مصنعة خلال القرن الرابع عشر قبل الميلاد. كان الزجاج الأزرق من مصر ملوناً إما باستخدام النحاس أو الحديد أو الكوبالت. تعود أقدم نماذج الزجاج الملونة بالكوبالت إلى الأسرة المصرية الثامنة عشر (1550-1292 قبل الميلاد)؛ ولا يزال مصدر الكوبالت الذي استخدمه المصريون غير معروف.

اشتُقت تسمية الكوبالت من كلمة «kobalt» الألمانية، والآتية من كلمة كوبولد ، وهو مسمى لكائنات خيالية في الأساطير الجرمانية، من ضمنها أقزام غوبلن ، وقد انتشر استخدام ذلك المصطلح الخرافي بين عمال المناجم إشارةً إلى خامات الكوبالت؛ إذ أن المحاولات الأولى من أجل صهرها لم تعط فلزات مثل النحاس أو النيكل، إنما أسفرت ببساطة عن مسحوق من أكسيد الكوبالت بدلًا من ذلك. ونظراً لأن الخامات الأساسية للكوبالت تحتوي دائماً على الزرنيخ، فإن صهر الخام سيؤدي إلى أكسدة الزرنيخ إلى أكسيد الزرنيخيك السام والمتطاير؛ مما أدى إلى انتشار صيت ذلك الخام.

ينسب الفضل في اكتشاف الكوبالت إلى الكيميائي غيورغ براندت (1694-1768) حوالي سنة 1735، موضحاً أنه فلز غير معروف سابقاً باختلافه عن البزموت والفلزات التقليدية الأخرى؛ ووصفه براندت بأنه شبه فلز. وبيّن أن مركبات الكوبالت كانت مصدر اللون الأزرق في الزجاج، والذي كان يُنسب في السابق إلى البزموت الموجود مع الكوبالت. بذلك أصبح الكوبالت أول فلز يعلن عن اكتشافه منذ فترة ما قبل التاريخ؛ إذ أن جميع الفلزات الأخرى المعروفة آنذاك (الحديد والنحاس والفضة والذهب والزنك والزئبق والقصدير والرصاص والبزموت) لم تنسب إلى مكتشفين محددين. ساهمت جهود وأبحاث توربرن برغمان في دعم فكرة أن الكوبالت هو عنصر جديد بالفعل.

خلال القرن التاسع عشر انتشرت التجارة في الدول الأوربية بمواد حاوية على هذا العنصر، مثل أزرق الكوبالت (وهو خضاب يتكون من مركبات الكوبالت والألومينا)، والزعفر (وهو خضاب أزرق يستحصل من تحميص خام الكوبالت)؛ وكذلك مسحوق زجاج الكوبالت الأزرق (المعروف أيضاً باسم «الإسملت» والمستخدم في الرسم والتلوين)؛ وتركزت صناعة تلك المواد في موقع بلافارفيفيركت في بلدية مودوم النرويجية. انخفض تعدين هذا الفلز في أوروبا بعد اكتشاف خام الكوبالت في مناطق مختلفة من العالم، مثل مجموعة جزر كاليدونيا الجديدة في المحيط الهادي ومقاطعة أونتاريو الكندية، وكذلك خاصة في محافظة كاتانغا في جمهورية الكونغو الديمقراطية. رغم اندلاع النزاعات في جمهورية الكونغو الديمقراطية سنة 1978 أثناء حرب شابا الثانية ، إلا أن ذلك لم يكن له كبير الأثر على الاقتصاد العالمي حينها؛ خاصة بعد تطوير طرق فعالة لإعادة تدوير مواد الكوبالت؛ ومع الانتقال إلى استخدام بدائل خالية من الكوبالت.

في سنة 1938 اكتشف جون ليفينغود بمرافقة غلين سيبورغ النظير المشع كوبالت-60؛ ووجد له تطبيقات في أبحاث أجريت في جامعة كولومبيا في خمسينيات القرن العشرين عن خاصية التكافؤ في اضمحلال بيتا المُشع.

الوفرة الطبيعية

عينة عثر عليها في المغرب من السكوتيروديت، وهو معدن من معادن الكوبالت

يتخلق الكوبالت بشكله الثابت في الكون داخل المستعرات العظمى من خلال عملية التقاط النيوترون السريعة . غالباً ما يترافق الكوبالت في الطبيعة مع النيكل، وكلاهما يدخلان في تركيب الحديد النيزكي، على الرغم من أن الكوبالت أقل وفرة في النيازك الحديدية من النيكل.

غالباً ما يترافق الكوبالت أيضاً مع النيكل في الخامات الأرضية، وكلاهما من العناصر المحبة للحديد وفقاً لتصنيف غولدشميت ، ويكثر وجودها في طبقات الصخور النارية.

في الغلاف الصخري

يعد الكوبالت من العناصر قليلة الوفرة في القشرة الأرضية، وتتراوح كميته فيها حوالي 0.004% وزناً. من الصعب العثور على فلز الكوبالت بشكله العنصري الحر في الطبيعة؛ وهو غالباً ما يوجد على هيئة مركبات كيميائية، خاصة مع الكبريت والزرنيخ، داخل المعادن المختلفة. من الأمثلة على تلك المعادن كل من الكوبالتيت والسافلوريت والغلاوكودوت والسيغينيت والسكوتيروديت ؛ بالإضافة إلى معدن الكاتيريت وهو معدن كبريتيدي له بنية تشبه بنية البيريت ، ويرافق معدن الفايسيت الحاوي على النيكل، وينتشر في مواقع تعدين النحاس في محافظة كاتانغا الكونغولوية. عادة ما يكون محتوى الكوبالت في المعادن الكبريتيدية ضئيلاً، وهو يتراوح بين 0.1 إلى 0.3%. عندما تصل معادن الكوبالت الكبريتيدية السطح وتكون على تماس مع الغلاف الجوي، فإنها تتأثر بعملية التجوية، إذ تتأكسد وتعطي شكلاً ثانوياً ذا لون أحمر وردي من معدن الإريثريت ومن معدن السفيروكوبالتيت .

في الغلاف المائي

يوجد الكوبالت في مياه المحيطات، نظراُ لمساهمته على هيئة فلز نزر في عملية التركيب الضوئي وفي عمليات تثبيت النتروجين، ولكونه من المغذيات الصغرى للعوالق النباتية والبكتيريا الزرقاء . يكون تركيز الكوبالت المنحل قليلاً في الطبقات القريبة من السطح، ومثلما هو الحال مع المنغنيز والحديد فإن الامتصاص الحيوي للكوبالت مبني على المساهمة في عمليات التركيب الضوئي القريبة من السطح، وعلى الاقتيات في أعماق المحيطات، على الرغم من أن أغلب عمليات اقتيات الكوبالت محددة بوجود بنى معقدة من الربيطات العضوية.

يعود مصدر الكوبالت في المحيطات بشكل كبير إلى مصادر خارجية من الأنهار التي تصب في المحيطات ومن عمليات الصرف السطحي على اليابسة ، بالإضافة إلى مصادر داخلية من المنافس المائية الحرارية . توجد مصادر الكوبالت في أعماق المحيطات في الغالب بالقرب من الجبال البحرية حيث تكنس التيارات المحيطية قاع المحيطات وتتراكم بقربها الرواسب. من المناطق البحرية التي يتوقع أن يكون فيها ترسبات كبيرة من الكوبالت منطقة تصدع كليبرتون في قاع المحيط الهادي، مما قد يفتح المجال لعمليات تعدين في قاع البحر. على العموم فإن تركيز الكوبالت المنحل في مياه المحيطات ضئيل نسبياً، ووجدت بعض النماذج في بعض المناطق حيث يرتفع تركيز الكوبالت المنحل مع انخفاض تركيز الأكسجين المنحل، مثلما هو الحال في جنوبي المحيط الأطلسي.

الاستخراج

إحصاءات إنتاج خام الكوبالت والاحتياطي العالمي منه مقدراً بالأطنان في سنة 2017 وفق بيانات هيئة المساحة الجيولوجية الأمريكية.

البلد	الإنتاج	الاحتياطي
جمهورية الكونغو الديمقراطية	64,000	3,500,000
روسيا	5,600	250,000
أستراليا	5,000	1,200,000
كندا	4,300	250,000
كوبا	4,200	500,000
الفلبين	4,000	280,000
مدغشقر	3,800	150,000
بابوا غينيا الجديدة	3,200	51,000
زامبيا	2,900	270,000
كاليدونيا الجديدة	2,800	-
جنوب أفريقيا	2,500	29,000
المغرب	1,500
الولايات المتحدة	650	23,000
دول أخرى	5,900	560,000
الإجمالي العالمي	110,000	7,100,000

مخطط الإنتاج العالمي من الكوبالت منذ بدايات القرن العشرين

عادة ما يستخرج الكوبالت من المواقع الغنية بخامات النحاس والنيكل. تقدر هيئة المساحة الجيولوجية الأمريكية الاحتياطي العالمي من الكوبالت بمقدار 7 ملايين طن متري. تنتج جمهورية الكونغو الديمقراطية حالياً حوالي 63% من الكوبالت في العالم. قد تصل هذه الحصة السوقية إلى 73% بحلول سنة 2025؛ ووفق تقديرات مالية قد يكون الطلب العالمي بحلول عام 2030 أكثر بحوالي 47 مرة مما كان عليه في سنة 2017.

مخطط بياني يمثل سعر طن الكوبالت بالدولار الأمريكي بين سنتي 2016 و2021.

يعد خام الكوبالت من الخامات الإستراتيجية؛ وقد ازداد الطلب العالمي عليه بشكل متصاعد منذ القرن العشرين، وشهد ذلك الطلب ارتفاعاً ملحوظاً منذ بدايات القرن الحادي والعشرين مع ازدياد النزعة إلى تطوير بطاريات السيارات الكهربائية. بلغ سعر الطن المتري الواحد من الكوبالت حوالي 20 ألف دولار أمريكي في سنة 2015، وقفز إلى ما يقارب 100 ألف دولار أمريكي في سنة 2018، ليهبط إلى ما يقارب 50 ألف دولار أمريكي في سنة 2021. من الدول الغنية بخامات الكوبالت والرائدة في إنتاجه بالإضافة إلى جمهورية الكونغو الديمقراطية كل من أستراليا وكندا وروسيا وزامبيا ومدغشقر وكوبا والفلبين.

جمهورية الكونغو الديموقراطية

تعد جمهورية الكونغو الديموقراطية الرائدة على مستوى العالم في إنتاج الكوبالت وفي الاحتياطي الغني من خاماته، خاصة في مناطق استخراج النحاس في محافظة كاتانغا ، والتي تحوي وفق تقديرات هيئة المساحة الجيولوجية البريطانية سنة 2009 على حوالي 40% من الاحتياطي العالمي من هذا الفلز. ازداد إنتاج الكوبالت في جمهورية الكونغو الديموقراطية بعد انتهاء الحربين الأهليتين فيها، الأولى والثانية، مطلع القرن الحادي والعشرين؛ كما جرى تقديم تسهيلات تنظيمية للتعدين في أراضيها منذ سنة 2003، مما دفع شركات التعدين مثل جلينكور إلى الاستثمار في إنشاء مناجم في عدد من المواقع في محافظة كاتانغا، مثل منجم موتاندا ، والذي أغلق أواخر سنة 2019. بالإضافة إلى شركة الاستكشاف والتعدين في وسط أفريقيا المستملكة من شركة مؤسسة الموارد الطبيعية الأوراسية ، والمسؤولة عن إدارة منجم موكوندو الغني بخام الكوبالت. ولكن بالرغم من ذلك لا زالت مواقع استخراج الكوبالت في جمهورية الكونغو الديموقراطية خاضعة لتقلبات وصراعات جيوسياسية وإقليمية.

من جهة أخرى، تساهم عمليات التعدين على النطاق الصغير في نسبة تتراوح بين 17-40% من إنتاج الكوبالت في جمهورية الكونغو الديموقراطية. إذ يستخدم حوالي 100 ألف من عمال المناجم وسائل بدائية يدوية من أجل الحفر؛ كما يساهم نقص احتياطات السلامة بشكل متكرر إلى حدوث إصابات أو وفيات؛ كما لوحظ في عمليات التعدين ضعف في التخطيط والتنظيم، بالإضافة إلى تعريض الحياة البرية والسكان الأصليين إلى مخاطر بيئية. نشرت عدة تقارير حقوقية وصحفية استقصائية عن الظروف المحيطة في استخراج الكوبالت في هذه الدولة الإفريقية؛ وخاصة فيما يتعلق بموضوع عمالة الأطفال في عمليات التعدين البدائية. ركزت تلك التقارير على التجاوزات التي كانت تحدث في مناطق التعدين البدائية التابعة لشركة كونغو دونغ فانغ التابعة لشركة تشيجيانغ هوايو كوبالت الصينية، وهي واحدة من أكبر موردي الكوبالت في العالم. الأمر الذي دفع شركات كبرى إلى اتخاذ إجراءات لضبط التعامل معها، مثل شركة أبل ؛ وشركة إل جي للكيماويات .

الإنتاج

خام الكوبالت

يستحصل على الكوبالت غالباً من عمليات صهر واختزال النواتج الثانوية المستخرجة من تعدين النيكل والنحاس. بالمقابل، يوجد عدد من الخامات الحاوية على الكوبالت بشكل رئيسي، من ضمنها الكوبالتيت والإريثريت والسكوتيروديت والغلاوكودوت؛ وتكثر تلك الخامات في الصخر فوق المافي ، كما هو الحال في منطقة بو وازار المنجمية في المغرب. في تلك المواقع، يستحصل على خام الكوبالت بشكل حصري، بالرغم من انخفاض التركيز، مما يتطلب إجراء عمليات تعدين باطنية أكثر من أجل استخراج هذا الفلز.

في عمليات الاستحصال غير المباشر بنبغي فصل الكوبالت عن المكونات المرافقة في الخام، وتوجد عدة طرائق لإنجاز هذا الأمر، وذلك يعتمد على تركيز الكوبالت وعلى تركيب الخام؛ من إحدى تلك الطرائق التعويم الرغاوي ، حيث ترتبط المؤثرات السطحية إلى مكونات الخامة، مما يؤدي إلى تخصيب خامات الكوبالت. في البداية يفصل الحديد جزئياً بإجراء عملية تحميص للخام، مما يؤدي إلى أكسدة كبريتيدات الحديد المرافقة (FeS و FeS₂) إلى أكسيد الحديد الثلاثي، والذي يضاف إليه ثنائي أكسيد السيليكون للحصول على خبث من سيليكات الحديد. بعد التحميص يستحصل على خام يحوي بالإضافة إلى الكوبالت على النيكل والنحاس والجزء المتبقي من الحديد، وذلك على هيئة كبريتيدات أو زرنيخيدات. يؤدي التحميص اللاحق بوجود الأكسجين، وإجراء التصويل مع الماء إلى استخلاص الكبريتات بشكل مرافق مع الزرنيخات؛ والتي تترك وراءها مجموعة من أكاسيد الفلزات الموجودة، والتي تعالج بحمض الكبريتيك، مما يؤدي إلى فصل النحاس على هيئة كبريتات النحاس، في حين يبقى الكوبالت والنيكل والحديد في المحلول.

كوبالت منقى كهربائياً (نقاوة 99.9%)

تؤدي إضافة كلور الكلس (وهو مزيج من هيبوكلوريت الكالسيوم وكلوريد الكالسيوم وهيدروكسيد الكالسيوم) إلى اسخلاص الكوبالت بشكل انتقائي من الوسط على هيئة هيدروكسيد الكوبالت الثنائي Co(OH)₂، والذي يحمص للحصول على أكسيد الكوبالت الثنائي والثلاثي Co₃O₄؛ والذي يختزل باستخدام الألومنيوم وفق تفاعل حراري ، أو بالاختزال باستخدام الكربون (الفحم) في فرن لافح .

$\mathrm {Co_{3}O_{4}+C\longrightarrow 3\ CoO+CO}$

$\mathrm {CoO+C\longrightarrow Co+CO}$

بعد ذلك ينقى فلز الكوبالت المستحصل باستخدام وسائل التحليل الكهربائي.

النظائر

مخطط اضمحلال النظير ⁶⁰Co.

يعرف للكوبالت عدد من النظائر المعروفة، التي تتراوح أعداد الكتلة لها بين 47 و77، من بينها نظير مستقر وحيد وهو كوبالت-59 ⁵⁹Co، في حين أن باقي نظائر الكوبالت هي نظائر مشعة؛ بالتالي فالكوبالت هو عنصر أحادي النويدة. أطول نظائر الكوبالت المشعة عمراً هو النظير كوبالت-60 والذي يبلغ عمر النصف له مقدار 5.2714 سنة، يليه كوبالت-57 ⁵⁷Co بعمر نصف 271.8 يوم، ومن ثم كوبالت-56 ⁵⁶Co بعمر نصف 77.27 يوم، وكوبالت-58 ⁵⁸Co بعمر نصف 70.86 يوم. لباقي نظائر الكوبالت المشعة أعمار نصف أقل من 18 ساعة، وأغلبها دون ثانية واحدة. كما يوجد هنالك مصاوغات نووية عديدة للكوبالت، وجميعها لها أعمار نصف أقل من 15 دقيقة. إن نمط الاضمحلال الأساسي لنظائر الكوبالت المشعة التي لها عدد كتلة أقل من النظير المستقر كوبالت-59 يكون على شكل اصطياد إلكترون متحولة بذلك إلى نظائر الحديد الموافقة. بالمقابل فإن نمط الاضمحلال لنظائر الكوبالت ذات أعداد الكتلة الأكبر من 59 فهو على شكل اضمحلال بيتا، متحولةً بذلك إلى نظائر النيكل الموافقة.

لنظائر الكوبالت تطبيقات عملية؛ إذ يضمحل النظير كوبالت-57 ⁵⁷Co إلى نظير الحديد-57 ⁵⁷Fe؛ ولهذا الاضمحلال تطبيقات عملية، وذلك في مطيافية موسباور للتمييز بين الحديد الثنائي والثلاثي؛ كما يستخدم في الوسم النظيري لامتصاص فيتامين بي 12 وفق اختبار شيلينغ ؛ يعد النظير كوبالت-60 ⁶⁰Co من النظائر المعروفة للكوبالت، فهو نظير مشع أيضاً ويبلغ عمر النصف له مقدار 5.27 سنة، ويستحصل من التنشيط النيوتروني للنظير كوبالت-59 ⁵⁹Co؛ وهو يضمحل إلى نظير النيكل ⁶⁰Ni مع إصدار أشعّة غاما، ويستخدم لذلك في تعقيم وتشعيع الأغذية ، وفي الاختبار الإشعاعي ، وفي العلاج الإشعاعي بالكوبالت . كما استخدم نظير الكوبالت-60 في تجربة وُو للتحقق من مبدأ انحفاظ التكافؤ الفيزيائي .

الخواص الفيزيائية

البنية البلورية للكوبالت-ألفا α-Co

يوجد الكوبالت في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على هيئة فلز ذي لون رمادي، وهو يصنف ضمن الفلزات الثقيلة، إذ تبلغ كثافته مقدار 8.89 غ/سم³. للكوبالت خواص مغناطيسية حديدية ، وتبلغ قيمة درجة حرارة كوري مقدار 1150 °س؛ في حين أن العزم المغناطيسي مقداره 1.6–1.7 مغنطون بور لكل ذرة. تبلغ قيمة النفاذية الكهرومغناطيسية ثلثي قيمتها من تلك للحديد. الكوبالت موصل جيد للحرارة وللكهرباء، وتبلغ قيمة الموصلية الكهربائية للكوبالت حوالي 26% من تلك للنحاس.

وفقاً للبنية البلورية يمكن أن يوجد الكوبالت وفق شكلين مختلفين. الأول وفق نظام بلّوري سداسي بتعبئة متراصة وزمرة فراغية من النمط P6₃/mmc، وتكون قيم ثابتا الشبكة البلورية فيه a = 250,7 بيكومتر وc = 406,9 بيكومتر، مع وجود وحدتا صيغة في وحدة الخلية ، ويرمز له بالحرف ألفا α. أما الشكل الثاني فهو وفق نظام بلّوري مكعّب مركزي الوجه ، وتكون قيمة ثابت الشبكة البلورية فيه مقدار a = 354,4 بيكومتر، ويرمز له بالحرف بيتّا β. يعد النمط ألفا مستقراً عند درجات حرارة منخفضة، وعند درجة حرارة حوالي 450 °س يتغير التركيب البلوري للكوبالت من النمط ألفا إلى النمط بيتا؛ إلا أنه عملياً تكون الفروق الطاقية بينهما صغيرة إلى درجة أن النمو البيني العشوائي بينهما شائع.

الخواص الكيميائية

ينتمي الكوبالت كيميائياً إلى مجموعة الفلزات الانتقالية، وهو مختزل ضعيف، وتبلغ قيمة الكمون النظامي −0.277 فولت، لذلك فهو ينتمي إلى الفلزات الوضيعة غير النبيلة؛ وتغطي سطحه طبقة مخملة من الأكسيد ، والتي تذوب في الأحماض المؤكسدة. يتشكل عند التسخين بوجود الأكسجين أكسيد الكوبالت الثنائي والثلاثي Co₃O₄، والذي يفقد الأكسجين عند حوالي 900 °س ليعطي أكسيد الكوبالت الثنائي CoO. لا يتفاعل الكوبالت مع الهيدروجين أو النتروجين حتى باستخدام التسخين. بالمقابل، يتفاعل الكوبالت مع الهالوجينات عند درجات حرارة مرتفعة ليعطي هاليدات الكوبالت الثلاثي الموافقة. ومن جهة أخرى يتفاعل عند درجات حرارة مرتفعة أيضاً مع البورون والكربون والفوسفور والزرنيخ والكبريت. يعطي اختبار اللهب لأيونات الكوبالت لوناً أزرق في كلا نوعي اللهب المؤكسد والمختزل.

المركبات الكيميائية

تسود حالتا الأكسدة الثنائية (+2) والثلاثية (+3) على الكوبالت في مركباته الكيميائية، لكن حالات الأكسدة الأخرى للكوبالت أيضاً ملاحظة، سواء الدنيا منها (-1 و 0 و +1) أم العليا (+4 و +5). يشكل الكوبالت العديد من المعقدات التناسقية الملونة، منها المعقد المائي ²⁺[Co(H₂O)₆] ذو اللون الزهري، والذي يتحول عند وجود أيونات الكلوريد إلى تشكيل معقد ذي لون أزرق داكن من ²⁻[CoCl₄].

اللاعضوية

كلوريد الكوبالت الثنائي اللامائي

كلوريد الكوبالت الثنائي سداسي الهيدرات

الأكاسيد

يعرف للكوبالت عدد من الأكاسيد؛ لأكسيد الكوبالت الثنائي الأخضر CoO بنية بلورية مكعبة، وهو لا ينحل في الماء ويتأكسد بوجود الأكسجين إلى هيدروكسيد الكوبالت الثلاثي Co(OH)₃ البني. عند درجات حرارة تتراوح بين 600–700 °س يتأكسد CoO إلى أكسيد الكوبالت الثنائي والثلاثي Co₃O₄ الأسود، وهو مركب يحوي على الكوبالت في حالتي أكسدة مختلفتين، وله بنية الإسبينل . كما يعرف أيضاً أكسيد الكوبالت الثلاثي Co₂O₃ الأسود.

الهاليدات

من أشهر هاليدات الكوبالت مركب كلوريد الكوبالت الثنائي، والذي يبدو في الشكل اللا مائي بلون أزرق، أما الشكل المائي منه سداسي الهيدرات فهو ذو لون زهري. للشكل اللامائي من كلوريد الكوبالت الثنائي قدرة عالية على الاسترطاب وسحب جزيئات الماء من الوسط المحيط، ويرافق ذلك تحول لوني من الأزرق إلى الزهري. يمكن إجراء التحول اللوني العكسي من الزهري إلى الأزرق بتسخين الشكل المائي إلى درجات حرارة تفوق 35 °س. بسبب هذا التحول اللوني النمطي يستخدم مركب كلوريد الكوبالت الثنائي مستشعراً كيميائياً في المجففات مثل هلام السيليكا؛ بالإضافة إلى استخدامه في الأشكال الأولية من الحبر السرّي، إذ أن الخط المكتوب بمحلول الشكل المائي على ورقة بالكاد يقرأ، لكن تسخين تلك الورقة بمكواة مثلاً يظهر اللون الأزرق للشكل اللامائي من هذا المركب. يوجد مركب بروميد الكوبالت الثنائي CoBr₂ على هيئة صلب بلوري أخضر اللون سهل الاسترطاب، والذي يتحول لونياً أيضاً إلى سداسي الهيدرات الأحمر؛ أما يوديد الكوبالت الثنائي الأسود CoI₂ فله بنية تشبه بنية يوديد الكادميوم البلورية.

المخاطر

يعد الكوبالت مكوناً من مكونات دخان التبغ. إذ يمتص نبات التبغ الكوبالت من التربة المحيطة ويُركزه مع الفلزات الثقيلة الأخرى في أوراقه بسهولة؛ وتلك المكونات اللاعضوية تستنشق لاحقاً أثناء تدخين التبغ.

طالع أيضاً

• فلز انتقالي