Kobolttioksidi (CoO): ominaisuudet, rakenne ja käyttötarkoitukset
Tutustu kobolttioksidiin (CoO): ominaisuudet, rakenne ja monipuoliset käyttötarkoitukset teollisuudessa ja tutkimuksessa — värit ja käyttöopas.
Koboltti(II)oksidi, joka tunnetaan myös nimellä kobolttioksidi, on kemiallinen yhdiste. Sen kemiallinen kaava on CoO. Se sisältää kobolttia ionina hapetusasteessa +2. Se sisältää myös oksidia. Koboltti(II)oksidi voi esiintyä vihreinä tai punertavina kiteitä muistuttavina näytteinä, mutta sen muodot vaihtelevat: se voi esiintyä myös harmaana tai ruskeana jauheena riippuen valmistustavasta ja epäpuhtauksista. CoO on useimmissa olomuodoissaan vettä liukenematon ja reagoi happojen kanssa muodostaen kobolttisuoloja.
Ominaisuudet
- Moolimassa: noin 74,93 g·mol−1.
- Tiheys: noin 6,4 g·cm−3 (kiinteässä kiderakenteessa).
- Sulamis- ja kiehumispiste: korkea kiinteä oksidi; sulamispiste on noin 1935 °C (arvot voivat vaihdella näytteestä riippuen).
- Liukoisuus: käytännössä liukenematon veteen, liukenee happoihin muodostaen kobolttin(II)suoloja.
- Magnetismi: CoO on antiferromagneettinen kiinteä aine alle Neélin lämpötilan; Neélin piste on lähellä huoneenlämpöä (noin 290–295 K), minkä vuoksi sillä on merkitystä magneettisissa sovelluksissa ja pinnanvaihteluihin liittyvissä ilmiöissä.
Rakenne
CoO kristallisoituu tyypillisesti kivi-suolarakenteeseen (rock-salt, kubinen) jossa kukin koboltti-ioni on oktaedrisesti koordinoitunut kuudella happi-ionilla ja päinvastoin. Tämä antaa sille säännöllisen kiderakenteen ja vaikuttaa myös sen fysikaalisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin.
Valmistus ja puhdistus
Koboltti(II)oksidia voidaan valmistaa useilla tavoilla, muun muassa:
- lämmittämällä kobolttisuoloja (esimerkiksi kobolttikarbonaattia tai -hydroksidia) kuivassa olosuhteessa, jolloin epäpuhtaudet ja vesimolekyylit poistuvat;
- osittaisella pelkistyksellä korkeampien kobolttioksidien, kuten Co3O4:n, muodostumisesta: esimerkiksi 3 CoO + 1/2 O2 → Co3O4 (käänteinen reaktio tapahtuu pelkistävissä olosuhteissa);
- metallisen koboltin hapettamisella hallituissa olosuhteissa tai reduktiolla Co3O4:stä vetyllä, jolloin saadaan CoO.
Kemialliset reaktiot
CoO käyttäytyy tyypillisesti emäksisenä metallin oksidina: se reagoi happojen kanssa muodostaen kobolttin(II)suoloja. Esimerkkejä:
- CoO + 2 HCl → CoCl2 + H2O
- 3 CoO + 1/2 O2 → Co3O4 (hapettuminen ilman läsnäollessa ja korkean lämpötilan vaikutuksesta)
Koboltti(II)oksidi voi myös toimia katalyyttina tai katalyyttikomponenttina oksidaatio- ja vähennysreaktioissa riippuen tuesta ja muista läsnäolevista aineista.
Käyttötarkoitukset
CoO:lla on useita teollisia ja tieteellisiä käyttökohteita, muun muassa:
- Katalyysi: hapetus- ja reduktioreaktioiden katalysaattorit tai katalyyttisten materiaalien komponentit (esim. kemialliset muunnokset ja polttoaineiden käsittely).
- Keramiikka ja lasivärit: kobolttiyhdisteitä käytetään väriaineina, ja CoO voi olla lähtöaineena muun muassa sinisten ja vihreiden lasi- ja posliinivärien valmistuksessa.
- Akut ja elektrodit: kobolttiyhdisteitä käytetään litiumakkujen esiasteissa ja katodemateriaalien valmistuksessa (esim. LiCoO2 valmistuksessa käytettävät kobolttilähteet).
- Elektroniikka ja spintronics: antiferromagneettisen ominaisuutensa vuoksi CoO kiinnostaa tutkimuksessa, jossa hyödynnetään vaihtajavaikutusta (exchange bias) ja pinnan magneettisia ominaisuuksia.
- Muiden kobolttisuolojen valmistus: CoO toimii lähtöaineena teollisissa prosesseissa, joissa valmistetaan erilaisia kobolttisuoloja ja -yhdisteitä.
Terveys, turvallisuus ja ympäristö
Koboltti- ja kobolttiyhdisteet voivat olla myrkyllisiä ja aiheuttaa herkistymistä (allergeeneja). Työpaikalla pölyn tai aerosolin hengittäminen tulee estää hyvällä ilmanvaihdolla ja suojavarusteilla. Ihoaltistus voi aiheuttaa ärsytystä tai allergisia reaktioita. Käytännön ohjeita:
- Käytä suojakäsineitä, suojalaseja ja asianmukaista hengityssuojainta jauhemuotoa käsitellessä.
- Vältä aineen päästämistä jätevesiin ja luontoon; noudata paikallisia jätteen käsittelyohjeita ja ympäristösäännöksiä.
- On olemassa rajoituksia ja suosituksia altistukselle työympäristössä — tutustu ajantasaisiin työturvallisuusohjeisiin ja turvallisuustiedotteeseen (SDS).
Yhteenveto
Koboltti(II)oksidi (CoO) on tärkeä koboltin oksidi, jolla on selkeä kiderakenne, korkea sulamispiste ja monipuolinen käyttö katalyytteinä, keramiikassa ja akkujen valmistuksessa. Sen antiferromagneettiset ominaisuudet tekevät siitä kiinnostavan myös perustutkimuksessa. Käsittelyssä ja hävittämisessä on huomioitava koboltin terveys- ja ympäristöriskit.
Valmistelu
Koboltti(II)kloridi reagoi emäksen kanssa ja muodostaa koboltti(II)hydroksidia. Sitten koboltti(II)hydroksidi kuumennetaan, jolloin saadaan koboltti(II)oksidia. Reaktiot on kirjoitettu alla:
CoCl2 + 2 NaOH → 2 NaCl + Co(OH)2
Co(OH)2 → CoO + H2O
Käytä
Se voi reagoida happojen kanssa ja muodostaa kobolttia sisältäviä suoloja. Sitä käytetään sinisen lasin valmistukseen.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Koboltti(II)sulfaatti
- Koboltti(III)oksidi
Kysymyksiä ja vastauksia
Kysymys: Mitä on koboltti(II)oksidi?
V: Koboltti(II)oksidi on kemiallinen yhdiste, joka sisältää kobolttia sen +2 hapetusasteessa ionina ja oksidina.
K: Mikä on koboltti(II)oksidin kemiallinen kaava?
V: Koboltti(II)oksidin kemiallinen kaava on CoO.
K: Mitkä ovat koboltti(II)oksidin fysikaaliset ominaisuudet?
V: Koboltti(II)oksidia esiintyy vihreinä tai punaisina kiteinä sekä harmaana tai ruskeana jauheena.
K: Mikä on koboltti(II)oksidin toinen nimi?
V: Koboltti(II)oksidi tunnetaan myös nimellä kobolttioksidi.
K: Missä hapetusasteessa koboltti on koboltti(II)oksidissa?
V: Koboltin hapetusaste koboltti(II)oksidissa on +2.
K: Mitä koboltti(II)oksidi sisältää koboltin lisäksi?
V: Koboltti(II)oksidi sisältää koboltin lisäksi myös muita oksideja.
K: Mikä on koboltti(II)oksidin kemiallinen koostumus?
V: Koboltti(II)oksidin kemiallinen koostumus on CoO.
Etsiä