هیدروکسید کبالت چیست؟
هیدروکسید کبالت که آن را با فرمول شیمیایی آن Co(OH)2 یا CoH2O2 می‌شناسند، ماده‌ای با ترکیبات معدنی است که کاربردهای مختلفی دارد. اگر بخواهیم به یکی از صنعت‌هایی که بیشترین استفاده از این ماده را دارند اشاره کنیم، آن صنعت رنگ و جوهر سازی خواهد بود. در این صنعت از هیدروکسید کبالت به عنوان خشک کننده استفاده می‌شود. این ماده در آب بسیار نامحلول است.
هیدروکسید کبالت و ویژگی‌های آن
در کل این محصول در موادی که pH بالایی دارند و قلیایی هستند حل شدنی نیست و در عوض، در محیط‌های با pH پایین‌تر مانند اسیدها و آمونیاک قابل حل است. این ماده اگر به صورت خالص باشد به رنگ صورتی دیده می‌شود. هیدروکسید کبالت (II) یا هیدروکسید کبالتاز ترکیب معدنی با فرمول 2Co (OH) است. هیدروکسید کبالت متشکل از کاتیون‌های کبالت دو ظرفیتی Co2 + و آنیون‌های هیدروکسید –HO می‌باشد ترکیب خالص آن، که اغلب به آن “فرم بتا” گفته می‌شود β-Co (OH)2 یک ماده جامد صورتی است که در آب نامحلول است.
این نام همچنین برای یک ترکیب مرتبط دیگر استفاده می‌شود، که اغلب به آن فرم “آلفا” یا “آبی” نیز گفته می‌شود 2α-Co (OH)، که آنیون‌های دیگری در ساختار مولکولی آن گنجانیده شده‌اند. این ترکیب آبی رنگ و نسبتاً ناپایدار است. هیدروکسیـد کبالت (II) بیشتر به عنوان ماده خشک‌کننده برای رنگ‌ها، لاک‌ها و جوهر‌ها استفاده می‌شود همچنین به عنوان یک کاتالیزور و نیز در ساخت الکترودهای باتری کاربرد دارد.
خواص شیمیایی و فیزیکی
در ادامه بعضی از خواص شیمیایی و فیزیکی این ماده را برایتان ذکر می‌کنیم:
جرم مولکولی این ماده برابر 948/92 g/mol، چگالی آن برابر 597/3 g/cm3 و همچنین نقطه ذوب آن برابر 168 درجه سانتی گراد می‌باشد. لازم به ذکر است که مقدار انحلال پذیری هیدروکسید کبالت در آب برابر 2/3 mg/L می‌باشد. هیدروکسید کبالت زمانی که در مجاورت با هوا یا سایر اکسید کننده‌ها قرار می‌گیرد اکسید می‌شود و هیدروکسید کبالت III را به وجود می‌آورد که فرمول شیمیایی آن Co (OH) 3 است.
این محصول در حالت خالص تا 5/61 درصد CO همراه خود دارد. از این ماده می‌توان کاتالیست‌های مبتنی بر کبالت بسیار کاربردی ای به دست آورد که معمولاً از آنها در تصفیه نفت خام استفاده می‌کنند.
تولید هیدروکسید کبالت
محلول نمک کبالت پس از واکنش با یک هیدروکسید قلیایی، هیدروکسید کبالت را به عنوان رسوب این واکنش می‌سازد. در زیر دو نمونه از نحوه به وجود آمدن این محصول را می‌بینید:
CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaCl
Co(NO3)2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaNO3
ساخت انواع آلفا و بتا
برای ساخت دو نوع آلفا و بتا هیدروکسید کبالت باید قبل از هر چیز سولفات کبالت را بر روی همزن مغناطیسی یا همان استیرر قرار داد. سپس مقداری آب جوش به آن اضافه می‌کنیم. برای ساخت نوع آلفا، باید NH4OH را به محلول ساخته شده اضافه کرد و برای ساخت نوع بتای این محصول، سدیم هیدروکسید را به محلول ساخته شده باید اضافه کرد.
آلفا
همان‌طور که ذکر شد برای ساخت نوع آلفا به NH4OH نیاز است. برای این کار باید محلول آمونیاک را به محلول کبالت سولفات قطره‌قطره اضافه نمود. باید توجه داشته باشید که برای ساخت نوع آلفا نباید pH محصول بیش از اندازه افزایش پیدا کنند. زمانی که آمونیاک را به محلول اضافه می‌کنید خواهید دید رنگ محلول از قرمز به صورتی میل می‌کند. توجه کنید که اگر به محلول مقدار زیادی آمونیاک اضافه کنید رنگ محصول به سبز یا آبی میل می‌کند.
یک نکته که حائز اهمیت است این است که اگر محلولی که قدرت قلیایی بالایی داشته باشد را به نوع آلفا اضافه کنیم، فرم آلفا به بتا تغییر شکل می‌دهد. آمونیاک از نظر قدرت قلیایی طوری نیست که بتوانند این کار را بکند.
بتا
همان‌طور که ذکر شد آمونیاک قدرت ساخت فرم بتا را ندارد؛ بنابراین برای تشکیل فرم بتا باید از باز قوی‌تری مانند سدیم هیدروکسید (NaOH) استفاده نمود. برای این کار همانند مرحله‌ای که برای ساخت نوع آلفا آمونیاک را قطره‌قطره به محلول کبالت سولفات اضافه کردیم، این بار نیز سدیم هیدروکسید (NaOH) را قطره‌قطره به محلول سولفات کبالت اضافه می‌کنیم.
با اضافه کردن سدیم هیدروکسید یا همان NaOH به محلول شاهد تشکیل شدن رسوب آلفا کبالت هیدروکسید به رنگ آبی خواهیم بود. هرچه سدیم هیدروکسید بیشتری به محلول افزوده شود pH محلول بالاتر رفته و محلول قلیایی‌تر می‌شود و در نتیجه رنگ محلول از آبی به صورتی تغییر می‌کند. این محصول بتا کبالت هیدروکسید نام دارد.
در آخرین مرحله باید هر دو محلولی که ساخته شده‌اند را فیلتر و سانتریفیوژ کنیم. پودر نوع آلفا که رنگی تقریباً سبز مانند دارد در برابر هوا پایدار است و اکسید نمی‌شود. اما نوع بتا برعکس نوع آلفا در مجاورت هوا پایداری ندارد و اکسید می‌شود و به CO3O4 تبدیل می‌شود.
کاربرد هیدروکسید کبالت
این ماده کاربردهای فراوانی دارد که ما به بیان چند مورد از آن می‌پردازیم. همان‌طور که ذکر شد از هیدروکسید کبالت به عنوان خشک کننده‌های رنگ و لاک ناخن و کاتالیست استفاده می‌شود. از این ماده در ساخت الکترودهای باتری نیز استفاده می‌کنند. یکی دیگر از کاربردهای این ماده در خشک کردن سریع جوهرهای چاپی لیتوگرافی است. در تهیه‌ی نمک‌های کبالت، خشک‌کن‌های رنگ و لاک، کاتالیزور، الکترود باتری‌ها کاربرد دارد.
کاربرد هیدروکسید کبالت در صنعت تولید رنگ و جوهر
جالب است بدانید که میان رنگ و لاک بر پایه حلال یک تفاوت اساسی وجود دارد و آن در نحوه خشک شدن آنها است. لاک با تبخیر شدن حلال خشک می‌شود ولی رنگ‌ها این‌گونه نیستند و برای تسریع در روند خشک شدن آنها به حضور ترکیبی از اکسیداسیون و پلیمریزاسیون احتیاج است. امروزه برای تسریع در روند خشک شدن رنگ‌ها از خشک کننده‌ها به وفور استفاده می‌شود. خشک کننده‌ها باعث می‌شوند به جای اینکه چندین روز برای خشک شدن رنگ منتظر بمانید، تنها در چند ساعت رنگ خشک شود.
همان‌طور که اشاره شد برای تسریع در روند خشک شدن رنگ‌ها به حضور ترکیبی از اکسیداسیون و پلیمریزاسیون احتیاج است. تقریباً تمام خشک کننده‌ها فلزاتی با خاصیت قلیایی هستند که عملکرد آنها به صورت عوامل اکسیداسیون و پلیمریزاسیون است.
خشک کننده کبالت
خشک کننده کبالت مؤثرترین خشک کننده موجود در بازار است که کبالت موجود در آن بین شش الی دوازده درصد بر حسب فلز آن است. عملکرد کبالت هیدروکسید برای خشک کنندگی به صورت یک کاتالیست اکسایشی می‌باشد که از آن به عنوان خشک کننده فوقانی یاد می‌کنند چراکه قسمت فوقانی لایه رنگ را خشک می‌کند. باید توجه داشت که استفاده از مقدار زیادی خشک کننده کبالت باعث چروک شدن لایه رنگ می‌شود. خشک کننده کبالت به رنگ ارغوانی می‌باشد. البته جای نگرانی ای از بابت رنگ دهی این خشک کننده وجود ندارد زیرا این خشک کننده قدرت رنگ دهی پایینی دارد.
موارد ایمنی هیدروکسید کبالت
هنگام استفاده از این ماده حتماً ماسک به صورت داشته باشید و به هیچ عنوان به صورت مستقیم آن را استنشاق نکنید و از تماس آن با چشم نیز خودداری کنید و آن را دور از دسترس کودکان قرار دهید. زیرا این ماده می‌تواند باعث ایجاد مشکلات تنفسی، سرطان و تحریک شدید چشم شود.
سنتز هیدروکسید کبالت (II)
وقتی هیدروکسیـد فلز قلیایی به محلول آبی نمک +Co2 اضافه می‌شود، هیدروکسیـد کبالت (II) به صورت جامد رسوب می‌کند.
+Co2+ + 2 NaOH → Co(OH)2 + 2 Na
این ترکیب را می‌توان از واکنش کبالت (II) نیترات در آب با محلول تریتیل آمین N(C2H5)3 تهیه کرد.همچنین می‌توان با استفاده از الکترولیز محلول نیترات كبالت با كاتد پلاتین، هیدروکسید کبالت (II) تهیه كرد.هیدروکسیـد کبالت را می‌توان در قالب نانولوله‌ها نیز به‌دست آورد که ممکن است مورد علاقه نانوتکنولوژی و علم مواد باشد.
واکنش پذیری هیدروکسید کبالت
در دمای 168 درجه سانتی‌گراد تحت خلا، هیدروکسید کبالت (II) به اکسید کبالت (II) تجزیه و به وسیله هوا اکسیده می‌شود. محصول تجزیه حرارتی در دمای بالاتر از 300 درجه سانتی‌گراد و در حضور هوا Co3O4 است. هیدروکسیـد کبالت (II) همانند هیدروکسیـد آهن (II)، یک هیدروکسیـد بازی است که برای تشکیل نمک‌های کبالت (II) با اسیدها واکنش نشان می‌دهد. همچنین با باز‌های قوی واکنش نشان می‌دهد تا محلول‌هایی با آنیون‌های کبالت (II) ( [Co(OH)4]2− و [Co(OH)6]4−) با رنگ آبی تیره ایجاد کند.
منابع:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1999/JM/a807000h#!divAbstract
