República Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia Facultad de IngenieríaCobalto y Óxido de Cobalto Integrante: Teófilo Cortés Maracaibo, 07 de octubre de 2010 Introducción El estudio de los materiales ha sido de gran importancia para el desarrollo y avance de las sociedades a lo largo de la historia, por lo tanto la información que en este informe se plantea es vital para la formación básica de todo ingeniero, para posteriores aplicaciones. El objetivo principal a la cual se centra este informe es sobre el Cobalto y oxido de cobalto, se estudiara la importancia de este elemento, su composición química, propiedades y usos, asi como también el oxido de cobalto. Cobalto y Óxido de Cobalto Elemento químico metálico, Co, con número atómico de 27 y un peso atómico de 58.93. El cobalto se parece al hierro y al níquel, tanto en estado libre como combinado. Se encuentra distribuido con amplitud en la naturaleza y forma, aproximadamente, el 0.001% del total de las rocas ígneas de la corteza terrestre, en comparación con el 0.02% del níquel. Se halla en meteoritos, estrellas, en el mar, en aguas dulces, suelos, plantas, animales y en los nódulos de manganeso encontrados en el fondo del océano. Se observan trazas de cobalto en muchos minerales de hierro, níquel, cobre, plata, manganeso y zinc; pero los minerales de cobalto importantes en el comercio son los arseniuros, óxidos y sulfuros. El cobalto y sus aleaciones son resistentes al desgaste y a la corrosión, aun a temperaturas elevadas. Entre sus aplicaciones comerciales más importantes están; la preparación de aleaciones para uso a temperaturas elevadas, aleaciones magnéticas, aleaciones para máquinas y herramientas, sellos vidrio a metal y la aleación dental y quirúrgica llamada vitallium. Las plantas y los animales necesitan cantidades pequeñas de cobalto. Su isótopo radiactivo producido artificialmente, cobalto-60, se utiliza mucho en la industria, la investigación y la medicina. El cobalto es ferromagnético y se parece al hierro y al níquel, en su dureza, resistencia a la tensión, capacidad de uso en maquinaria, propiedades térmicas y comportamiento electroquímico. Al metal no lo afectan el agua ni el aire en condiciones normales, y lo atacan con rapidez el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el ácido nítrico; pero el ácido fluorhídrico, el hidróxido de amonio y el hidróxido de sodio lo atacan lentamente. El cobalto presenta valencias variables y forma iones complejos y compuestos colegados, como hacen todos los compuestos de transición. La tabla siguiente resume sus propiedades. El cloruro, nitrato y sulfato de cobalto (II) se forman por la interacción del metal, óxido, hidróxido o carbonato con el ácido correspondiente. Hay tres óxidos principales de cobalto: el cobaltoso gris, CoO; el cobáltico negro, Co2O3, formado al calentar compuestos a baja temperatura en exceso de aire, y el cobaltósico, Co3O4, el óxido estable, que se forma cuando las sales se calientan al aire a temperaturas que no excedan de 850ºC (1562ºF). Las sales más comunes de cobalto son derivados del cobalto (II); el estado de valencia mayor sólo se encuentra formando compuestos de coordinación. La vitamina B12 es un compuesto de coordinación del cobalto que se encuentra en la naturaleza y es muy importante. Los compuestos de cobalto tienen gran variedad de aplicaciones industriales, incluso se usan como catalizadores, y en agricultura para remediar la deficiencia de cobalto en el suelo y en la vegetación natural. Características El cobalto es un metal duro, ferromagnético, de color blanco azulado. Su temperatura de Curie es de 1388 K. Normalmente se encuentra en la naturaleza junto con níquel, y a ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Es un elemento esencial en la dieta de los mamíferos en pequeñas cantidades. El 60 Co, un isótopo radioactivo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer. Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto tiene un estado de oxidación de +4 son poco comunes. El estado de oxidación +2 es muy frecuente, así como el +3. También existen complejos importantes con el estado de oxidación +1. En la siguiente tabla se muestra las características químicas que posee el cobalto: Peso atómico Estados oxidación Punto de fusión Punto de ebullición Densidad Configuración electrónica Propiedades ácido/base Estructura cristal Electronegatividad Calor de vaporización Calor de fusión Conductividad eléctrica Conductividad térmica Calor específico Primer potencial ionización Volumen atómico Radio atómico Radio covalente Sintético 58,93320 g/mol 2, 3 1768 K 3143 K 8,90 g/cm³ [Ar] 3d7 4s2 Anfótero Hexagonal 1,88 373,3 kJ/mol 16,19 kJ/mol 17,9 106 Ω-¹m-¹ 100 Wm-¹K-¹ (a 300 K) 0,421 Jg-¹K-¹ (a 300 K) 7,86 6,70 cm³/mol 1,25 Å 1,16 Å No Compuestos Debido a los varios estados de oxidación que presenta, existe un abundante número de compuestos de cobalto. Los óxidos CoO (temperatura de Néel 291 K) y Co3O4 (temperatura de Néel 40 K) son ambos antiferromagnéticos a baja temperatura. Isótopo estable, el Co-59. Se han caracterizado 22 radioisótopos siendo los más estables el Co-60, el Co-57 y el Co-56 con periodos de semidesintegración de 5,2714 años, 271,79 días y 70,86 días respectivamente. Los demás isótopos radiactivos tienen periodos de semidesintegración inferiores a 18 horas y la mayoría menores de 1 segundo. El cobalto presenta además cuatro megaestados, todos ellos con periodos de semidesintegración menores de 15 minutos. La masa atómica de los isótopos del cobalto oscila entre 50 uma (Co-50) y 73 uma (Co-73). Los isótopos más ligeros que el estable (Co-59) se desintegran principalmente por captura electrónica originando isótopos de hierro, mientras que los más pesados que el isótopo estable se desintegran por emisión beta dando lugar a isótopos de níquel. El cobalto-60 se usa en radioterapia en sustitución del radio por su menor precio (y considerando que el radio se desintegra en radon que es un elemento radiactivo y se presenta en forma de gas, por lo que es difícil encapsularlo para evitar contaminación radiactiva). Produce dos rayos gamma con energías de 1,17 MeV y 1,33 MeV y al ser la fuente empleada de unos dos centímetros de radio provoca la aparición de zonas de penumbra dispersando la radiación en torno a la dirección de radiación. El metal tiende a producir un polvo muy fino que dificulta la protección frente a la radiación. La fuente de Co-60 tiene una vida útil de aproximadamente 5 años, pero superado ese tiempo sigue siendo muy radiactivo, por lo que estas fuentes han perdido, en cierta medida, su popularidad en occidente. Aplicaciones • Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión, aceros rápidos, y carburos cementados y herramientas de diamante. Herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras. • • • Imanes (Alnico, Fernico, Cunico, Cunife) y cintas magnéticas. Catálisis del petróleo e industria química. Recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto, dureza y resistencia a la oxidación. Secante para pinturas, barnices y tintas. Recubrimiento base de esmaltes vitrificados. Pigmentos (cobalto azul y cobalto verde). Electrodos de baterías eléctricas Cables de acero de neumáticos. El Co-60 se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas). • • • • • • Óxido del cobalto (II) Óxido del cobalto (II) Imagen: Cobalto (II) oxide.jpg Nombre de IUPAC Óxido del cobalto (II) Óxido de Cobaltous, Otros nombres Monóxido del cobalto, Monóxido de Cobaltous Identificadores Número del CAS Número de RTECS Características Fórmula molecular Masa molar Aspecto Densidad Punto de fusión CoO 74.93 g/mol Polvo negro 6.1 g/cm3 [1307-96-6] GG2800000 1933°C (2206 K) prácticamente insoluble en agua, soluble en ácidos fuertes Peligros Solubilidad en agua Principal peligros Inflamación de la zona respiratoria posiblemente carcinógeno 0 2 NFPA 704 0 R-frases S-frases 22 43 50-53 (2) 24-37-60-61 Compuestos relacionados Otro aniones Compuestos relacionados Cloruro del cobalto (II) Óxido del cobalto (III) A menos que para donde observados de otra manera, los datos se den materiales en su estado estándar (en 25 el °C, kPa 100) Negación y referencias de Infobox Óxido del cobalto (II) está un polvo aceituna-verde a los cystals rojos, o grisáceo o negro, que utilizó extensivamente en cerámica industria como añadido para crear esmaltes y esmaltes coloreados azules así como en la industria química para producir las sales del cobalto (II). Los cristales del CoO tienen periclase (sal de la roca) estructura con una constante del enrejado de 4.2615Å[1]. El óxido del cobalto (II) es un producto de óxido del cobalto (III) descomposición en el °C 950:[citación necesitada][2] 2 Co3O4 CoO del → 6 + O2 Usos El óxido del cobalto (II) tiene por los siglos usados como agente del colorante en la cerámica encendida horno, los ejemplos más tempranos va de nuevo a la 12ma cerámica del alemán del siglo.[3]El añadido proporciona una cortina profunda del azul nombrada Azul del cobalto. Apéndice Cobalto • El formato de las piezas mejora la fusión Con una elevada pureza, el cobalto electrolítico producido por Votorantim Metais se emplea en las aplicaciones industriales más nobles como producción de superaleaciones, aleaciones metálicas, herramientas de corte, productos químicos y baterías. Un exclusivo sistema de corte con cuchillas rotativas produce piezas de pequeña dimensión - aproximadamente "1" x "1", que otorgan al metal una superficie ligeramente ondulada. De esta forma se aumenta el área de contacto durante el proceso, favoreciendo el ataque químico o la fusión. Conclusión El cobalto es un metal duro, ferro magnético, de color blanco azulado. Su temperatura de Curie es de 1388 K. Normalmente se encuentra junto con níquel, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Es un elemento químico esencial para algunos seres vivos en pequeñas cantidades. El Co-60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer. El cobalto metálico está comúnmente constituido de una mezcla de dos formas alotrópicas con estructuras cristalinas hexagonales y cúbica centrada en las caras siendo la temperatura de transición entre ambas de 722 K. Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto tiene un estado de oxidación de +4 son poco comunes. El estado de oxidación +2 es muy frecuente, así como el +3. También existen complejos importantes con el estado de oxidación +1.