سولفات کبالت چیست؟ | معرفی، ویژگی‌ها، کاربردها و مزایای CoSO₄

مقدمه

سولفات کبالت (Cobalt Sulfate) با فرمول شیمیایی CoSO₄ یکی از ترکیبات مهم کبالت است که به‌صورت جامد بلوری صورتی یا قرمز رنگ شناخته می‌شود. این ماده در صنایع متعددی چون تولید باتری، کشاورزی، سرامیک، رنگ‌سازی و آبکاری فلزات کاربرد دارد. در این مقاله، به بررسی کامل و دقیق این ترکیب شیمیایی مهم می‌پردازیم.

---

۱. مشخصات کلی سولفات کبالت

---

۲. ساختار و انواع سولفات کبالت

سولفات کبالت معمولاً به شکل هپتاهیدرات (CoSO₄·7H₂O) یافت می‌شود که دارای رنگ صورتی مایل به قرمز است. شکل بی‌آب آن کمیاب‌تر و اغلب در کاربردهای خاص صنعتی استفاده می‌شود.

---

۳. روش‌های تولید سولفات کبالت

1. واکنش فلز کبالت با اسید سولفوریک:

   Co+H2SO4→CoSO4+H2\text{Co} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CoSO}_4 + \text{H}_2Co+H2​SO4​→CoSO4​+H2​

2. اکسیداسیون سولفید کبالت یا کربنات کبالت با اسید سولفوریک:

   CoCO3+H2SO4→CoSO4+CO2+H2O\text{CoCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CoSO}_4 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}CoCO3​+H2​SO4​→CoSO4​+CO2​+H2​O

---

۴. خواص فیزیکی و شیمیایی سولفات کبالت (Cobalt Sulfate)

۱) خواص فیزیکی

---

۲) خواص شیمیایی

• پایداری شیمیایی: در شرایط عادی پایدار است اما در برابر رطوبت، گرما و نور شدید ممکن است دچار تجزیه یا تغییر رنگ شود.

• رفتار در دماهای بالا:

  • فرم هپتاهیدرات هنگام حرارت دادن، ابتدا آب تبلور خود را از دست داده و سپس در دماهای بالاتر به CoO (اکسید کبالت) و SO₃ (تری‌اکسید گوگرد) تجزیه می‌شود:

    CoSO4→heatCoO+SO3\text{CoSO}_4 \xrightarrow{heat} \text{CoO} + \text{SO}_3CoSO4​heat​CoO+SO3​

• pH محلول آبی: محلول آبی سولفات کبالت دارای خاصیت اسیدی ضعیف است. مقدار pH بسته به غلظت محلول بین 3.5 تا 4.5 متغیر است.

• واکنش با بازها: با بازهایی نظیر هیدروکسید سدیم یا پتاسیم واکنش داده و رسوب آبی‌رنگ کبالت (II) هیدروکسید تولید می‌کند:

  CoSO4+2NaOH→Co(OH)2↓+Na2SO4\text{CoSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Co(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4CoSO4​+2NaOH→Co(OH)2​↓+Na2​SO4​

• رفتار اکسیداسیون-کاهش (Redox):

  • سولفات کبالت در حالت اکسایش +۲ است و در حضور عوامل اکسیدکننده قوی مانند پرمنگنات یا پراکسید هیدروژن ممکن است به کبالت (III) تبدیل شود.

• خاصیت کلاته‌شوندگی: یون‌های Co²⁺ موجود در این نمک می‌توانند با لیگاندهای متعددی مانند EDTA، آمونیاک و لیگاندهای آلی پیوند داده و کمپلکس‌هایی رنگارنگ تولید کنند.

• حساسیت به نور و رطوبت: اگرچه سولفات کبالت نسبتاً پایدار است، اما در صورت تماس طولانی‌مدت با رطوبت هوا یا نور مستقیم خورشید ممکن است تجزیه تدریجی یا کدر شدن بلورها رخ دهد.

---

۳) رفتار یونی در محلول

در محیط آبی، CoSO₄ به‌راحتی تفکیک شده و یون‌های Co²⁺ و SO₄²⁻ تولید می‌کند:

CoSO4→Co2++SO42−\text{CoSO}_4 \rightarrow \text{Co}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}CoSO4​→Co2++SO42−​

یون Co²⁺ مسئول اکثر ویژگی‌های نوری، الکتریکی و واکنش‌پذیری این ماده است. این یون به‌شدت به میدان‌های الکترواستاتیکی پاسخ می‌دهد و در برابر ترکیب با دیگر یون‌ها یا مولکول‌های قطبی واکنش‌پذیر است.

---

۴) ویژگی‌های اسپکتروسکوپی و مغناطیسی

• ویژگی رنگی: رنگ صورتی تا قرمز سولفات کبالت ناشی از انتقال الکترونی در یون‌های d⁷ کبالت در حضور آب یا لیگاندهای دیگر است.

• مغناطیس: فرم Co²⁺ دارای خاصیت پارامغناطیسی است که در برخی کاربردهای علمی و پزشکی برای بررسی میدان‌های مغناطیسی در مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

---

۵. کاربردهای سولفات کبالت

۱) صنعت باتری

• استفاده در ساخت باتری‌های لیتیوم-یونی و نیکل-کادمیوم

• تثبیت ظرفیت ذخیره انرژی در کاتد

۲) کشاورزی

• منبع عنصر کبالت برای خاک‌های فقیر

• استفاده در مکمل‌های دام و طیور برای سنتز ویتامین B12

۳) سرامیک و لعاب

• رنگ‌دهنده در تولید لعاب‌های آبی و صورتی

• افزایش مقاومت حرارتی لعاب‌ها

۴) صنایع رنگ و جوهر

• رنگ‌دانه در ساخت جوهرها، رنگ‌های مقاوم به نور و گرما

۵) صنایع آبکاری

• تهیه پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی

• بهبود ویژگی‌های سطحی فلزات

۶) کاتالیزورها

• در فرآیندهای پتروشیمی و تصفیه نفت برای کراکینگ و هیدروژناسیون

---

۶. مزایا و ویژگی‌های کلیدی

• قابلیت انحلال بالا در آب و محلول‌های شیمیایی

• منبع مؤثر کبالت برای مصارف زیستی و صنعتی

• پایداری شیمیایی نسبی در شرایط محیطی مختلف

• کاربرد چندمنظوره در صنایع الکترونیک، شیمی و متالورژی

---

۷. نکات ایمنی و زیست‌محیطی

• سمیت استنشاقی و خوراکی دارد؛ باید از تماس با پوست و چشم جلوگیری شود.

• استفاده از دستکش، عینک ایمنی و تهویه مناسب الزامی است.

• در صورت ورود به محیط‌زیست، می‌تواند برای آبزیان مضر باشد.

• نگهداری در ظروف دربسته، خشک و دور از نور مستقیم توصیه می‌شود.

---

۸. بسته‌بندی و شرایط نگهداری

---

۹. معرفی تجاری و خرید

سولفات کبالت به‌عنوان یک ماده تخصصی در بازارهای جهانی و داخلی توسط شرکت‌های معتبر شیمیایی عرضه می‌شود. شرکت‌هایی مانند شیمیایی شیمیو امکان تأمین سولفات کبالت صنعتی با خلوص بالا را فراهم کرده‌اند. این شرکت، با تکیه بر زنجیره تأمین قوی و کنترل کیفیت دقیق، آماده ارائه این محصول در بسته‌بندی‌های متنوع و با قیمت رقابتی است.

---

۱۰. نتیجه‌گیری

سولفات کبالت یکی از مواد شیمیایی کلیدی با کاربری گسترده در فناوری‌های نوین، کشاورزی، متالورژی و صنایع پیشرفته است. قابلیت انحلال خوب، رنگ‌پذیری بالا، نقش در باتری‌سازی و تامین عنصر کبالت برای موجودات زنده، آن را به ترکیبی ارزشمند بدل کرده است. استفاده ایمن و مدیریت صحیح این ماده، رمز موفقیت در بهره‌برداری صنعتی از آن است.

منابع فارسی و بین‌المللی:

1. Sigma-Aldrich (Merck Group)
   https://www.sigmaaldrich.com
   مشخصات فنی، خواص فیزیکی و ایمنی سولفات کبالت

2. PubChem – National Center for Biotechnology Information (NCBI)
   https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Cobalt-sulfate
   اطلاعات جامع مولکولی، ساختار، سمیت و کاتالیزورها

3. International Chemical Safety Cards (ICSC)
   https://www.ilo.org/dyn/icsc
   برگه اطلاعات ایمنی مواد شیمیایی شامل سولفات کبالت

4. Royal Society of Chemistry (RSC)
   https://www.rsc.org
   ویژگی‌های واکنشی، طیف‌سنجی، رنگ و خواص مغناطیسی یون Co²⁺

5. ChemSpider – Royal Society of Chemistry
   https://www.chemspider.com
   پروفایل‌های شیمیایی و اطلاعات ساختاری و خواص حرارتی

6. Wikipedia (en & fa)
   مقدمه، کاربردها و توضیحات عمومی در مورد CoSO₄

7. ScienceDirect / Elsevier Journals
   https://www.sciencedirect.com
   مقالات علمی در زمینه کاربرد سولفات کبالت در باتری و متالورژی

8. Iran National Standards Organization (ISIRI)
   http://standard.isiri.gov.ir
   استانداردهای فنی ملی ایران در مورد مواد شیمیایی صنعتی

9. کتاب «شیمی عمومی» دکتر محمدرضا ملاردی
   مرجع آموزشی خواص شیمیایی کبالت و ترکیبات آن

10. شرکت‌های بازرگانی شیمیایی داخلی نظیر شیمیو 
    اطلاعات بازار، بسته‌بندی و نحوه فروش داخلی

 

What Is Cobalt Sulfate? | Introduction, Properties, Applications, and Benefits of CoSO₄

Introduction

Cobalt sulfate (CoSO₄) is a key cobalt compound that appears as a pink to reddish crystalline solid. It plays an important role across various industries including battery production, agriculture, ceramics, pigments, and metal electroplating. This article provides a comprehensive and in-depth overview of this essential chemical compound.

---

1. General Specifications of Cobalt Sulfate

---

2. Structure and Types of Cobalt Sulfate

Cobalt sulfate most commonly exists as heptahydrate (CoSO₄·7H₂O), which has a pinkish to red color. The anhydrous form is rarer and mainly used in specific industrial applications.

---

3. Production Methods of Cobalt Sulfate

a) Reaction of cobalt metal with sulfuric acid

Co+H2SO4→CoSO4+H2\text{Co} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CoSO}_4 + \text{H}_2Co+H2​SO4​→CoSO4​+H2​

b) Oxidation of cobalt sulfide or cobalt carbonate with sulfuric acid

CoCO3+H2SO4→CoSO4+CO2+H2O\text{CoCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CoSO}_4 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}CoCO3​+H2​SO4​→CoSO4​+CO2​+H2​O

---

4. Physical and Chemical Properties of Cobalt Sulfate

a) Physical Properties

---

b) Chemical Properties

• Chemical Stability: Stable under normal conditions but may degrade under moisture, heat, or strong light.

• High-Temperature Behavior:
  Upon heating, the heptahydrate form first loses its water of crystallization, and at higher temperatures decomposes to cobalt(II) oxide (CoO) and sulfur trioxide (SO₃):

  CoSO4→heatCoO+SO3\text{CoSO}_4 \xrightarrow{heat} \text{CoO} + \text{SO}_3CoSO4​heat​CoO+SO3​

• Aqueous pH: Weakly acidic, typically ranging between 3.5 to 4.5 depending on concentration.

• Reaction with Bases: Reacts with bases like NaOH to form a blue precipitate of cobalt(II) hydroxide:

  CoSO4+2NaOH→Co(OH)2↓+Na2SO4\text{CoSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Co(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4CoSO4​+2NaOH→Co(OH)2​↓+Na2​SO4​

• Redox Behavior: In oxidation state +2, cobalt can be oxidized to Co(III) in the presence of strong oxidizers like potassium permanganate or hydrogen peroxide.

• Chelation Ability: Co²⁺ ions readily form colorful complexes with ligands such as EDTA, ammonia, and other organic chelators.

• Sensitivity to Light/Moisture: Although relatively stable, long-term exposure to light or humidity may cause degradation or crystal dullness.

---

c) Ionic Behavior in Solution

In aqueous environments, CoSO₄ dissociates into Co²⁺ and SO₄²⁻ ions:

CoSO4→Co2++SO42−\text{CoSO}_4 \rightarrow \text{Co}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}CoSO4​→Co2++SO42−​

The Co²⁺ ion is primarily responsible for the compound’s electrical, optical, and chemical properties, and is highly reactive toward polar molecules and ionic interactions.

---

d) Spectroscopic and Magnetic Properties

• Color Characteristics: Pink-to-red hue results from d⁷ electron transitions in Co²⁺ ions when hydrated or complexed.

• Magnetism: Co²⁺ exhibits paramagnetic behavior, useful in various physical and medical studies involving magnetic fields.

---

5. Applications of Cobalt Sulfate

a) Battery Industry

• Used in lithium-ion and nickel-cadmium battery production

• Helps stabilize cathode energy storage capacity

b) Agriculture

• Supplies cobalt micronutrient in deficient soils

• Used in animal feed supplements for B12 synthesis

c) Ceramics and Glazing

• Acts as a pigment for blue and pink glazes

• Enhances thermal resistance in ceramic coatings

d) Pigments and Inks

• Utilized in manufacturing of heat- and light-resistant inks and pigments

e) Electroplating

• Used in anti-corrosion coatings

• Improves surface finish of metals

f) Catalysts

• Applied in petrochemical refining and hydrogenation reactions

---

6. Key Advantages and Features

• High solubility in water and chemical solutions

• Efficient cobalt source for both biological and industrial use

• Relative chemical stability under various environmental conditions

• Versatile applications across electronics, chemistry, and metallurgy industries

---

7. Safety and Environmental Considerations

• Toxic when inhaled or ingested; avoid skin and eye contact

• Use gloves, protective eyewear, and adequate ventilation during handling

• Harmful to aquatic life; prevent environmental release

• Store in tightly sealed containers in dry, shaded, and well-ventilated areas

---

8. Packaging and Storage Conditions

---

9. Commercial Supply and Purchasing

Cobalt sulfate is supplied by global and local chemical distributors as a high-purity industrial material. Companies like Shimiu Chemical Co. offer reliable sourcing, quality control, and flexible packaging for diverse industrial demands at competitive prices.

---

10. Conclusion

Cobalt sulfate is a vital industrial chemical with broad applications in advanced technology, agriculture, metallurgy, and energy storage. Its water solubility, vivid color properties, role in battery development, and cobalt delivery in living systems make it a valuable compound. Safe usage and proper handling are key to unlocking its industrial potential.