Kobalt

Kobalt
←  Železo | Nikl  →
27 Co ↓ Rh 27Co _
Vzhled jednoduché látky
Vzorky kobaltu
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Kobalt / Kobaltum (Co), 27
Skupina , období , blok	9 (zastaralé 8), 4, d-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	58.933194(4)  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Ar] 3d 7 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2
Poloměr atomu	125 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	116  hodin
Poloměr iontů	(+3e) 63 (+2e) 72  hodin
Elektronegativita	1,88 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	E 0 (Co 2+ /Co) \u003d -0,277 V
Oxidační stavy	+1; +2; +3; +4; +5
Ionizační energie (první elektron)	758,1 (7,86)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	8,9 g/cm³
Teplota tání	1768 tis .
Teplota varu	3143 tis .
Oud. teplo tání	15,48 kJ/mol
Oud. výparné teplo	389,1 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	24,8 [1]  J/(K mol)
Molární objem	6,7  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Šestiúhelníkové těsněné až do Т = 427 °С
Parametry mřížky	a=2,505 c=4,089  Á
poměr c / a	1,632
Debyeho teplota	445 tisíc  _
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 100 W/(m K)
Číslo CAS	7440-48-4

Kobalt ( chemická značka  - Co , z lat.  Co baltum ) je chemický prvek 9. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - vedlejší podskupina osmé skupiny, VIIIB), čtvrté období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 27.

Jednoduchá látka kobalt  je stříbřitě bílý, mírně nažloutlý přechodový kov s narůžovělým nebo namodralým nádechem. Vyskytuje se ve dvou krystalických modifikacích: α -Co s šestiúhelníkovou těsně uzavřenou mřížkou , β -Co s kubickou plošně centrovanou mřížkou , teplota přechodu α↔β 427 °C [1] .

Původ jména

Od toho pochází název „kobalt“ .  "Kobold"  - sušenka, trpaslík. Pražením kobaltových minerálů obsahujících arsen se uvolňuje těkavý jedovatý oxid arzenitý . Ruda obsahující tyto minerály dostala od horníků název horský duch kobold . Staří Norové připisovali otravu hutí při přetavování stříbra úskokům tohoto zlého ducha. V tom je původ názvu kobalt podobný původu názvu nikl ( německy  Nickel - zlomyslný, trpasličí Nickel) [2] . V roce 1735 se švédskému mineralogovi Georgu Brandtovi podařilo izolovat ze saských polymetalických rud dosud neznámý kov , který nazval kobalt, což popsal ve své disertační práci „O polometalech“ ( Dissertatio de semimetallis ) [3] [4] . V něm ukázal, že měl tu čest objevit nový „polokov“, dříve často zaměňovaný za vizmut [5] . Zjistil také, že sloučeniny tohoto konkrétního prvku se zbarvují do skelné modře – této vlastnosti se využívalo již ve starověké Asýrii a Babylóně . Zpočátku se však Brandtův objev nedočkal patřičné slávy [4] . Někteří vědci věřili, že kov objevený Švédem je směs látek se „zvláštní zemí“. Francouzský chemik Pierre Joseph Maker v roce 1781 [4] konečně dokázal, že se jedná o nezávislý prvek ; podal také popis metalurgických metod jeho získávání [3] . V polovině 30. let 19. století francouzský veterinář Charles Askin vyvinul metodu separace kobalt-niklových rud pomocí bělidla . Později byl tento způsob zdokonalen a zaveden do průmyslové výroby [6] .

Kobaltová modř má hexadecimální kód barvy #0047ab.

Historie

Sloučeniny kobaltu byly člověku známy již od starověku. Zpočátku se kobalt používal jako modré barvivo při výrobě dekorativního a užitého umění, skla, smaltů, porcelánu a keramiky atd. [7] Kobaltový porcelán a keramika se vyznačují zvláštní sytě tmavě modrou barvou. Kobaltové barvy patří k nejstarším a používaly se v mnoha centrech dekorativního a užitého umění v Evropě a Asii . Předpokládá se, že v Číně se kobalt začal používat pro barvení keramiky současně s rozšířením porcelánu. Modré kobaltové brýle, emaily, barvy se nacházejí v hrobkách Babylonie a starověkého Egypta nejpozději do roku 2600 před naším letopočtem. E. [8] V hrobce Tutanchamona tedy našli předměty vyrobené ze skla, natřené modře a nejen s použitím mědi, ale také kobaltu [9] . Modrá skla a emaily získané pomocí kobaltu jsou známé mezi dědictvím starověkého Řecka a starověkého Říma . Není známo, zda příprava sklenic a barev byla vědomá nebo náhodná. Bylo zjištěno, že kobalt se v Ázerbájdžánu používá k výrobě skla, smaltů a glazur od 10. do 12. století. Zřejmě to byl vedlejší produkt při tavení mědi z rudných ložisek Dashkesan . Ve středověké Evropě je používání kovu k výrobě předmětů pro domácnost ( benátské sklo ) známé již od druhé poloviny 15. století [8] . Později, v 15.-16. století, se začala v Evropě více používat. V roce 1550 alchymista Berenguccio poznamenal, že modrá barva skla je způsobena obsahem látky zaffer (zaffer). Od té doby byly varianty tohoto jména nalezeny v dílech jiných autorů. Předpokládá se, že jeden z kobaltových minerálů, saflorit, vděčí za svůj název zaffaru [10 ] .

Na základě jihosaského ložiska polymetalických rud ve Schneebergu ( Krušné hory ) byla zahájena těžba kobaltu. Bylo zjištěno, že od 20. let 16. století se z ní začaly vyrábět barvy, které byly odeslány do Benátek  , největšího střediska sklářské výroby. V roce 1679 německý alchymista Johann Kunkel popsal výrobu zafferu. V roce 1790 bylo v Evropě 25 kobaltových továren specializovaných na výrobu smaltu , známého také jako modré kobaltové sklo, modrý smalt - jeden z prvků mozaiky [10] . Až do druhé poloviny 19. století bylo hlavním centrem těžby kovů Německo, i když se v menším množství vyráběl i v jiných evropských regionech ( Švédsko , Norsko , Španělsko ). Tento stav pokračoval až do 60. let 19. století, kdy francouzský inženýr Jules Garnier zjistil, že Nová Kaledonie má bohatá naleziště niklových a kobaltových rud. Od 70. let 19. století začal jejich intenzivní rozvoj a francouzský ostrov se na několik desetiletí stal hlavním vývozcem kobaltu. Na počátku 20. století byla v kanadské provincii Ontario , která se stává hlavním dodavatelem kobaltu na světový trh, nalezena bohatá ložiska stříbro-kobaltových rud. V roce 1909 se zde vytěžilo více než 1500 tun kovu, načež začala výroba v tomto regionu postupně klesat [3] . Od 20. let 20. století se těžební centrum přesunulo do provincie Katanga v Belgickém Kongu , kde Union Minière du Haut-Katanga zahájila průmyslovou těžbu kobaltu [11] . V 21. století je hlavním světovým producentem kobaltu švýcarská společnost Glencore . Právě ona je hlavním dodavatelem kobaltu při výrobě baterií pro elektronická zařízení a elektromobily. Hlavním aktivem švýcarského obchodníka v této oblasti je produkce kobaltu v Zairu [12] [13] . Těžba kobaltu byla stimulována objevem jeho vlastností a rozšířením jeho působnosti. V 1897 francouzský chemik Paul Sabatier navrhl to jako katalyzátor . Od roku 1901 se kov zavádí do výroby rychleschnoucích olejových barev. V roce 1907 si americký vynálezce a průmyslník Elwood Haynes nechal patentovat způsob výroby kovoobráběcích fréz ze stelitů  , supertvrdých slitin kobaltu a chrómu a později se do nich začaly zavádět technologie využívající různé přísady (wolfram a/nebo molybden). Stelity jsou široce používány pro nástřik, navařování a pájení strojních součástí, obráběcích strojů a nástrojů za účelem zvýšení odolnosti proti opotřebení [14] . Od první světové války se kobalt používá k výrobě hopcalitu , používaného v osobních ochranných pomůckách dýchacích cest , zejména plynových maskách. V roce 1917 objevil japonský vědec a vynálezce Kotaro Honda magnetické slitiny obsahující kobalt (kobalt, japonská ocel) [14] [15] .

Být v přírodě

Hmotnostní zlomek kobaltu v zemské kůře je 4⋅10 −3 %.

Kobalt je složkou minerálů: karolit CuCo 2 S 4 , linneit Co 3 S 4 , kobaltit CoAsS, sférokobaltit CoCO 3 , smaltin CoAs 2 , skutterudit (Co, Ni)As 3 a další. Celkem je známo asi 30 minerálů obsahujících kobalt. Kobalt je doprovázen arsenem , železem , niklem , chromem , manganem a mědí .

Obsah v mořské vodě je přibližně (1,7)⋅10 −10 %.

Vklady

60 % prozkoumaných zásob kobaltu je v Kongu (6 milionů tun) [16] . Kromě toho jsou ložiska známá v Austrálii (1 milion tun), na Kubě (500 tisíc tun), na Filipínách (290 tisíc tun), Kanadě (270 tisíc tun), Zambii (270 tisíc tun), Rusku (250 tisíc tun), stejně jako v USA , Francii a Kazachstánu [17] . Produkce kobaltu ve světě se může do roku 2025 zvýšit až na 200 tisíc tun [18]

Získání

Kobalt se získává hlavně z niklových rud jejich úpravou roztoky kyseliny sírové nebo čpavku. Používají se také pyrometalurgické techniky .

Chlor se používá k oddělení od niklu s podobnými vlastnostmi , chlorečnan kobaltnatý ( Co(ClO 3 ) 2 ) se vysráží a sloučeniny niklu zůstávají v roztoku.

Náklady na kovový kobalt

Kvůli politické situaci v konžské pánvi na konci 70. let stoupla cena kobaltu za rok o 2000 %.

K 15. lednu 2018 jsou náklady na kobalt na světovém trhu podle London Metal Exchange 75 000 $/t [19] . V březnu 2021 dosáhla cena na burzách 53 000 dolarů za tunu. [dvacet]

Fyzikální vlastnosti

Kobalt je tvrdý kov, který existuje ve dvou modifikacích . Při teplotách od pokojové teploty do 427 °C je α - modifikace stabilní. Při teplotách od 427 °C do bodu tání (1494 °C) je β -modifikace kobaltu stabilní (obličejově centrovaná kubická mřížka). Kobalt je feromagnet , Curieův bod 1121 °C. Tenká vrstva oxidů mu dodává nažloutlý odstín .

Izotopy

Kobalt má pouze jeden stabilní izotop, 59Co ( zastoupení izotopů 100 [21]  %). Je známo dalších 22 radioaktivních izotopů kobaltu. Umělý izotop kobalt-60 je široce používán jako zdroj tvrdého gama záření pro sterilizaci, v lékařství v gama noži , detekci gama defektů atd.

Chemické vlastnosti

Oxidy

• Na vzduchu kobalt oxiduje při teplotách nad 300 °C.
• Oxid kobaltnatý, stabilní při teplotě místnosti, je komplexní oxid Co304 se spinelovou strukturou , v jehož krystalové struktuře je jedna část míst obsazena ionty Co2 + a druhá ionty Co3 + ; se při teplotách nad 900 °C rozkládá za vzniku CoO.
• Při vysokých teplotách lze získat α -formu nebo β- formu oxidu CoO .
• Všechny oxidy kobaltu se redukují vodíkem:

• Oxid kobaltnatý lze získat kalcinací sloučenin kobaltu (II), například:

Další spojení

• Při zahřívání kobalt reaguje s halogeny a sloučeniny kobaltu (III) se tvoří pouze s fluorem .

• Se sírou tvoří kobalt 2 různé modifikace CoS . Stříbrošedá α-forma (když se prášky roztaví) a černá β-forma (sráží se z roztoků).
• Když se CoS zahřívá v atmosféře sirovodíku , získá se komplexní sulfid Co 9 S 8 .
• S dalšími oxidačními prvky, jako je uhlík , fosfor , dusík , selen , křemík , bór , tvoří kobalt také komplexní sloučeniny, což jsou směsi, kde je kobalt přítomen s oxidačním stavem 1, 2, 3.
• Kobalt je schopen rozpouštět vodík bez vytváření chemických sloučenin . Nepřímo byly syntetizovány dva stechiometrické kobalthydridy CoH 2 a CoH .
• Roztoky kobaltových solí CoSO 4 , CoCl 2 , Co(NO 3 ) 2 dávají vodě světle růžovou barvu, protože ve vodných roztocích existuje iont Co 2+ ve formě růžové [Co(H 2 O) 6 ] 2+ aqua komplexy . Roztoky solí kobaltu v alkoholech jsou tmavě modré. Mnoho kobaltových solí je nerozpustných.
• Kobalt tvoří komplexní sloučeniny . V oxidačním stavu +2 tvoří kobalt labilní komplexy, zatímco v oxidačním stavu +3 jsou velmi inertní. V důsledku toho je téměř nemožné získat komplexní sloučeniny kobaltu přímou výměnou ligandu, protože tyto procesy jsou extrémně pomalé. Nejznámější aminokomplexy kobaltu.

Nejstabilnějšími komplexy jsou luteosali (např. [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ) žlutá a růžové soli (např. [Co(NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ ) červená nebo růžová.

• Kobalt také tvoří komplexy s CN - , NO 2 - a mnoha dalšími ligandy. Komplexní anion hexanitrokobaltát [Co(NO 2 ) 6 ] 3− tvoří s draselnými kationty nerozpustnou sraženinu, která se využívá v kvalitativní analýze.

Aplikace

• Speciální slitiny a oceli jsou hlavní aplikací kobaltu.
  • Legováním oceli kobaltem se zvyšuje její tvrdost, opotřebení a tepelná odolnost [22] . Kobaltové oceli se používají k vytvoření zpracovatelského nástroje: vrtáky, frézy atd.
  • Slitiny kobaltu a chrómu dostaly svůj vlastní název stellit [22] . Mají vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Některé stelity se také díky své odolnosti proti korozi a biologické neutralitě používají v protetice (viz článek „ Vitálně “).
  • Některé slitiny kobaltu, jako jsou ty se samariem nebo erbiem, vykazují vysokou remanenci, což znamená, že jsou vhodné pro výrobu silných tepelně odolných permanentních magnetů (viz Samarium Cobalt Magnet ).). Jako magnety se používají také slitiny na bázi železa a hliníku s kobaltem, např. alnico [22] .
  • Kobalt se používá při výrobě chemicky odolných slitin [22] .
• Kobalt a jeho sloučeniny se používají v nikl-kadmiových a některých konstrukcích lithium-iontových baterií.
• Sloučeniny kobaltu se široce používají k získání řady barev a při barvení skla a keramiky [22] . Například tenar blue .
• Kobalt se používá jako katalyzátor pro chemické reakce v petrochemickém průmyslu, průmyslu polymerů a dalších procesech.
• Silicid kobaltu  je vynikající termoelektrický materiál, umožňuje výrobu termoelektrických generátorů s vysokou účinností.
• Umělý izotop kobalt-60 je široce používán jako zdroj tvrdého gama záření pro sterilizaci, v lékařství v gama noži , detekci gama defektů, ozařování potravin atd.

Použití kobaltu ve výzdobě keramiky a skla

Existuje názor, že kobalt byl poprvé použit v Mezopotámii na přelomu 3. a 2. tisíciletí před naším letopočtem. Odtud se do starověkého Egypta rozšířily technologické postupy pro kombinování kobaltu s mědí. Pomocí kobaltu bylo možné napodobit lapis lazuli a tyrkys, které si oblíbili Egypťané. Archeologové našli v Ninive keramické tabulky , které vyprávěly o výrobě umělého lapis lazuli a safírů. Tyto tabulky jsou datovány do 7. století před naším letopočtem. Antikičtí a benátští skláři aktivně používali kobalt.

V Číně se kobalt začal používat pro barvení keramiky současně s rozšířením porcelánu. Stalo se to během éry Tang (618-907 n. l.). Za vlády mongolské dynastie Yuan (1280-1368) se začalo používat kobalt pro malbu pod glazurou. Rozkvět výroby porcelánu s modrou podglazurní malbou připadl na éru Mingů (1368-1644). Distribuci kobaltu ovlivnil objev rudného ložiska poblíž Jingdezhenu. V 17. století se rozšířila technika modrého pudre (soufle). Kobaltový prášek byl foukán na vlhký porcelánový povrch bambusovou trubicí, jejíž konec byl překryt hedvábnou látkou. Kobalt ležel na výrobku v nestejnoměrně tenké vrstvě, což dávalo efekt blikání.

Kobalt byl také aktivně používán v Japonsku. Navíc na objednávku Východoindické společnosti maloval ve stylu čínských mistrů, po jejichž výrobcích byla zvláštní poptávka [23] .

Biologická role

Kobalt je jedním ze stopových prvků životně důležitých pro tělo. Je součástí vitaminu B12 ( kobalamin ) . Kobalt se podílí na krvetvorbě, funkcích nervového systému a jater, enzymatických reakcích. Lidská potřeba kobaltu je 0,007-0,015 mg denně. Lidské tělo obsahuje 0,2 mg kobaltu na každý kilogram tělesné hmotnosti. V nepřítomnosti kobaltu se rozvíjí akobaltóza .

Škodí však i nadbytek kobaltu v těle.

Toxikologie

Kobalt a jeho sloučeniny jsou toxické při požití ve vysokých dávkách. O jeho anorganických sloučeninách je také známo, že mají karcinogenní a mutagenní účinky (například sulfát ).

V 60. letech 20. století byly kobaltové soli používány některými pivovarnickými společnostmi ke stabilizaci pěny. Ti, kteří pravidelně pili více než čtyři litry piva denně, měli vážné vedlejší účinky na srdce a v některých případech to vedlo ke smrti. Známé případy tzv. kobaltová kardiomyopatie spojená s konzumací piva se vyskytovala v letech 1964 až 1966 v Omaze (Nebraska), Quebecu (Kanada), Lovani (Belgie) a Minneapolis (Minnesota). Jeho použití v pivovarnictví bylo od té doby přerušeno a v současnosti je nezákonné [24] [25] .

MPC prachu kobaltu v ovzduší je 0,5 mg/m³, v pitné vodě je přípustný obsah solí kobaltu 0,01 mg/l.

Toxická dávka ( LD50 pro potkany) - 50 mg.

Zvláště toxické jsou výpary oktakarbonylu kobaltu Co 2 (CO) 8 .

40 000 dětí do 13 let je přitom v Kongu denně využíváno jako dělníci při těžbě kobaltu, který se používá k získávání dílů pro mobilní telefony a další spotřební elektroniku.

Poznámky

1. ↑ 1 2 Chemická encyklopedie: v 5 tunách / Knunyants I. L. - M . : Sovětská encyklopedie, 1990. - V. 2. - S. 414. - 671 s. — 100 000 výtisků.
2. ↑ Ann Rooneyová. Chemie. Od periodické tabulky k nanotechnologii . - M. : AST, 2020. - 206 s. — ISBN 978-5-17-114753-2 . Archivováno 24. prosince 2021 na Wayback Machine
3. ↑ 1 2 3 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , str. patnáct.
4. ↑ 1 2 3 Svidunovich et al., 2020 , str. 38.
5. ↑ Venetsky, 2005 , s. 113-114.
6. ↑ Venetsky, 2005 , s. 114-115.
7. ↑ Venetsky, 2005 , s. 111-112.
8. ↑ 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , str. 13.
9. ↑ Kritzman, Stanzo, 1990 , str. 117.
10. ↑ 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , str. čtrnáct.
11. ↑ Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , str. 17.
12. ↑ Glencore se chystá prodat třetinu vytěženého kobaltu do Číny . Vědomosti . Získáno 24. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 24. prosince 2021. (Ruština)
13. ↑ Zvláštní zpráva: Glencore: The Soulless Commodity Giant . IndustriALL (26. dubna 2018). Získáno 24. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 24. prosince 2021. (Ruština)
14. ↑ 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , str. osmnáct.
15. ↑ Venetsky, 2005 , s. 115.
16. ↑ technologické firmy žalovány kvůli úmrtí na těžbu kobaltu v DR Kongo  (nedostupný odkaz) , BBC, 17.12.2019
17. ↑ Ceny smartphonů podle předpovědi raketově porostou . Získáno 14. ledna 2018. Archivováno z originálu 20. října 2020. (neurčitý)
18. ↑ Čína získala kontrolu nad světovými dodávkami kobaltu - Vedomosti . Získáno 26. listopadu 2021. Archivováno z originálu dne 26. listopadu 2021. (neurčitý)
19. ↑ London Metal Exchange : Home  . www.lme.com. Staženo 15. 1. 2018. Archivováno z originálu 10. 1. 2018.
20. ↑ Ceny kobaltu stoupají, ale na ropu nikdo nezapomíná | Kdo je v tom ví . Získáno 26. listopadu 2021. Archivováno z originálu dne 26. listopadu 2021. (neurčitý)
21. ↑ Audi G. , Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. Hodnocení jaderných vlastností Nubase2016  // Chinese Physics  C. - 2017. - Sv. 41 , iss. 3 . - S. 030001-1-030001-138 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . - .
22. ↑ 1 2 3 4 5 Použití kobaltu . Staženo 26. ledna 2019. Archivováno z originálu 25. ledna 2019. (neurčitý)
23. ↑ Věčný kobalt na křehkém porcelánu. N. Pavluhina. Starožitnosti, umění a sběratelské předměty. č. 3(65), 2009, s. 4 - 17
24. ↑ Různé problémy Archivováno 1. února 2010 na Wayback Machine // truealcohol.land.ru .
25. ↑ Výnos hlavního státního sanitáře Ruské federace ze dne 14. listopadu 2001 N 36 „O uzákonění hygienických pravidel“ (se změnami a doplňky) Archivovaná kopie ze dne 19. ledna 2012 na Wayback Machine .

Literatura

• Venetsky S. I. Pohádky o kovech. — M .: MISIS; Rudy a kovy, 2005. - 432 s. — ISBN 5-87623-147-9 .
• Encyklopedický slovník mladého chemika / Kritzman V. A., Stanzo V. V. - M . : Pedagogika, 1990. - 320 s. — ISBN 5-7155-0292-6 .
• Reznik I. D., Sobol S. I., Khudyakov V. M. Cobalt. - M . : Mashinostroenie, 1995. - T. 1: Historická esej. Surové zdroje kobaltu. Pyrometalurgie kobaltu. — 440 s. - ISBN 5-217-02685-5 .
• Vityaz, P., Svidunovič, N.; Kuis, D.; Voitov I., Myurek, M. Volba a aplikace materiálů / Ed. vyd. N. A. Svidunovič. - Minsk: Belarusian Science, 2020. - V. 4. Výběr a použití neželezných kovů a slitin. — 616 s. - ISBN 978-985-08-2531-5 .

Odkazy

• Cobalt on Webelements Archivováno 30. srpna 2004 na Wayback Machine
• Kobalt v Popular Library of Chemical Elements Archived 25. května 2007 na Wayback Machine

Slovníky a encyklopedie	Skvělý norský velká ruština  (ruština) Brockhaus a Efron Brockhaus a Efron kanadský Malý Brockhaus a Efron Britannica (11.) Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích BNF : 119794179 GND : 4070047-1 J9U : 987007284052205171 LCCN : sh85027513 NDL : 00566072 NKC : ph543047