عنصر الكوبالت: معدن مغناطيسي، ومركبات تختلف عنه في اللون والدور

كيف نقرأ موقعه وأرقامه؟

الرمز يكتب Co بحرف أول كبير وثان صغير؛ كتابة CO قد تدل على صيغة أول أكسيد الكربون، لا رمز الكوبالت. العدد 27 يعد بروتونات النواة، وفي الذرة المتعادلة يساويه عدد الإلكترونات. ^[1][3]

أما الكوبالت 59، فالعدد 59 يحدد مجموع البروتونات والنيوترونات في هذا النظير. لذلك له 32 نيوترونًا: 59−27=32. يختلف هذا السؤال عن قراءة الوزن الذري النسبي القياسي 58.933194(3) الذي تنشره CIAAW. ^[2][3]

الكوبالت عنصر أحادي النظير في تركيب الوزن الذري الطبيعي القياسي؛ يعتمد الوزن على 59Co. لا يعني ذلك استحالة وجود نظائر أخرى، بل يفسر أي نظير يمثل التركيب الطبيعي الذي تبنى عليه هذه القيمة. ^[2]

عد الإلكترونات دون خلط المستويات

توزيع الذرة المتعادلة في حالتها الأساسية [Ar]3d⁷4s². يختصر Ar أول 18 إلكترونًا، ثم نضيف 7 و 2، فيكون المجموع 27. لا يحتوي قلب الذرة ذرة أرجون مستقلة؛ الرمز اختصار للتوزيع فقط. ^[1][4]

إذا جمعنا الإلكترونات بحسب رقم المستوى الرئيسي n، كانت 2،8،15،2. إلكترونات 3d السبعة تنتمي إلى المستوى الثالث، بينما إلكترونا 4s في الرابع. لا نعد الرموز بحسب ترتيب الكتابة وحده.

في نموذج الأيون الحر Co²⁺ نزيل إلكترونَي 4s أولًا، فيصبح التوزيع [Ar]3d⁷ وعدد الإلكترونات 25. الفلزات الانتقالية لا تتبع فكرة أن آخر رمز مكتوب دائمًا هو أول ما ننزع إلكتروناته. ^[4]

يمكن فحص الشحنة مباشرة: 27−25=+2. وبقاء 27 بروتونًا يعني بقاء هوية العنصر؛ تغير الإلكترونات ينتج أيونًا، وتغير عدد النيوترونات ينتج نظيرًا. ^[3]

يمثل رسم الصناديق إشغالًا مبسطًا للذرة والأيون الحر، ولا يصف تلقائيًا مستويات الطاقة أو ترتيبها في كل مركب أو مادة صلبة.

خواص المعدن لا تصف كل مركب

الكوبالت المعدني لامع بلون فضي يميل إلى الأزرق، ويتميز بسلوك مغناطيسي يمكن استثماره في سبائك المغناطيس. كما تدخل سبائكه في أجزاء تحتاج مقاومة ظروف حرارية مرتفعة، مثل بعض التوربينات. ^[1]

تعطي بعض مركبات الكوبالت لونًا أزرق للزجاج والخزف، لكن المركبات قد تختلف في اللون بحسب التركيب وبيئة الأيون. وجود Co في صيغة لا يكفي وحده لتحديد لون العينة أو سلوكها المغناطيسي. ^[1]

تعرض RSC كثافة تقريبية 8.86 غرام/سم³ للمعدن في شروط بطاقة العنصر. لو افترضنا قطعة نقية حجمها 3.0 سم³ بهذه الكثافة، كانت كتلتها m=ρV=26.58 g، أي نحو 27 غرامًا وفق تقريب المعطيات. لا نستخدم هذا الرقم لكثافة كل سبيكة أو ملح يحتوي الكوبالت. ^[1]

لماذا يذكر في البطاريات؟

تحتوي مواد أقطاب بعض بطاريات الليثيوم على الكوبالت ضمن أكاسيد أو تراكيب متعددة العناصر. الدور الكيميائي للمادة المركبة مختلف عن وضع قطعة من الكوبالت المعدني في البطارية. ^[6]

كما توجد جهود ومواد تقلل الكوبالت أو تستغني عنه في تركيب القطب؛ لذلك عبارة «كل بطارية ليثيوم تحتاج الكوبالت» تعميم غير صحيح. قراءة اسم كيمياء البطارية أدق من الاستنتاج من وجود الليثيوم فقط. ^[6]

هذا مثال على الفرق بين العنصر والمادة المصممة: استعمال عنصر في عدة منتجات لا يجعل أداء هذه المنتجات متطابقًا، لأن التركيب والبنية وظروف التشغيل كلها جزء من السؤال.

59 و 60 ليسا الفرق نفسه بين ذرة وأيون

للكوبالت 60 أيضًا 27 بروتونًا، لكنه يحتوي 33 نيوترونًا؛ لديه نيوترون أكثر من 59Co. أما الذرة المتعادلة من أي النظيرين فلها 27 إلكترونًا. الفارق بين النظيرين نووي، لا اختلاف في العدد الذري. ^[2][3]

الكوبالت 60 مشع، ونصف عمره نحو 5.27 سنوات، وترتبط به انبعاثات بيتا وغاما. تستخدم مصادره في بعض تطبيقات قياس السمك وفي العلاج الإشعاعي ضمن منشآت مختصة؛ لا يعني ذلك أن كل كوبالت طبيعي مصدر مشع مماثل. ^[5]

عند مقارنة 59Co المتعادل و 59Co²⁺ و 60Co، افصل ثلاثة أعمدة: البروتونات ثابتة 27، والنيوترونات تتبع العدد الكتلي، والإلكترونات تتبع الشحنة. هذه القراءة تمنع الخلط بين بطاقة العنصر وصيغة الأيون واسم النظير.