Kobalt

Kobalt
←  Vas | Nikkel  →
27 Co

Rh
Periodikus elemrendszer27Co _
Egy egyszerű anyag megjelenése
Kobalt minták
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám Kobalt / Cobaltum (Co), 27
Csoport , időszak , blokk 9 (elavult 8), 4,
d-elem
Atomtömeg
( moláris tömeg )
58.933194 (4)  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció [Ar] 3d 7 4s 2
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2
Atom sugara 125 óra
Kémiai tulajdonságok
kovalens sugár 116  óra
Ion sugara (+3e) 63 (+2e) 72  óra
Elektronegativitás 1,88 (Pauling skála)
Elektróda potenciál E 0 (Co 2+ /Co) \u003d -0,277 V
Oxidációs állapotok +1; +2; +3; +4; +5
Ionizációs energia
(első elektron)
758,1 (7,86)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. ) 8,9 g/cm³
Olvadási hőmérséklet 1768 ezer _
Forráshőmérséklet 3143 ezer _
Oud. fúzió hője 15,48 kJ/mol
Oud. párolgási hő 389,1 kJ/mol
Moláris hőkapacitás 24,8 [1]  J/(K mol)
Moláris térfogat 6,7  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet Hatszögletű zárt, Т = 427 °С-ig
Rács paraméterei a=2,505 c=4,089  Å
c / arány _ 1.632
Debye hőmérséklet 445 ezer  _
Egyéb jellemzők
Hővezető (300 K) 100 W/(m K)
CAS szám 7440-48-4
27 Kobalt
co58,9332
3d 7 4s 2

A kobalt ( vegyjele  - Co , lat.  Co baltum ) a 9. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - a nyolcadik csoport mellékcsoportja, VIIIB), a kémiai elemek periódusos rendszerének negyedik periódusa . D. I. Mengyelejev , 27-es rendszámmal .

A kobalt egyszerű anyag  ezüstfehér, enyhén sárgás átmeneti fém , rózsaszínes vagy kékes árnyalattal. Két kristálymódosulatban létezik: α -Co hatszögletű szorosan tömörített ráccsal , β -Co köbös felületközpontú ráccsal , átmeneti hőmérséklete α↔β 427 °C [1] .

A név eredete

A "kobalt" név innen származik .  "Kobold"  - brownie, gnóm. Az arzéntartalmú kobalt ásványok pörkölésénél illékony, mérgező arzén-oxid szabadul fel . Az ezeket az ásványokat tartalmazó ércnek a bányászok a hegyszellem kobold nevet adták . Az ókori norvégok ennek a gonosz szellemnek a trükkjeinek tulajdonították a kohók ezüst újraolvasztás közbeni mérgezését. Ebben a kobalt nevének eredete hasonló a nikkel nevének eredetéhez ( német  Nickel - huncut, törpe Nickel) [2] . 1735-ben Georg Brandt svéd ásványkutatónak sikerült a szász polifémes ércekből egy korábban ismeretlen fémet izolálnia , amelyet kobaltnak nevezett el, és amelyet "A félfémekről" című disszertációjában ( Dissertatio de semimetallis ) írt le [3] [4] . Ebben megmutatta, hogy abban a megtiszteltetésben volt része, hogy felfedezett egy új "félfémet", amelyet korábban gyakran a bizmuttal tévesztettek [5] . Azt is kiderítette, hogy ennek az elemnek a vegyületei üvegkékké színeződnek – ezt a tulajdonságot még az ókori Asszíriában és Babilonban is használták . Kezdetben azonban Brandt felfedezése nem kapott kellő hírnevet [4] . Egyes tudósok úgy vélték, hogy a svéd által felfedezett fém „különleges földdel” lévő anyagok keveréke. Pierre Joseph Maker francia kémikus 1781-ben [4] végül bebizonyította, hogy ez független elem ; kitermelésének kohászati ​​módszereit is ismertette [3] . Az 1830-as évek közepén Charles Askin francia állatorvos kifejlesztett egy módszert a kobalt-nikkel ércek fehérítővel történő szétválasztására . Később ezt a módszert továbbfejlesztették és bevezették az ipari termelésbe [6] .

A kobaltkék hatszögletű színkódja #0047ab.

Történelem

A kobaltvegyületeket ősidők óta ismeri az ember. Kezdetben a kobaltot kék festékként használták díszítő- és iparművészet, üveg, zománc, porcelán és kerámia stb. gyártásában. [7] A kobaltporcelánt és kerámiát különleges mély sötétkék szín jellemzi. A kobaltfestékek a legrégebbiek közé tartoznak, és számos dekoratív és iparművészeti központban használták Európában és Ázsiában . Úgy tartják, hogy Kínában a kobalt kerámiák színezésére való felhasználása a porcelán elterjedésével egy időben kezdődött. Kék kobaltüvegeket, zománcokat, festékeket találnak Babilónia és az ókori Egyiptom sírjaiban, legkésőbb ie 2600-ban. e. [8] Tehát Tutanhamon sírjában üvegből készült, kékre festett tárgyakat találtak, és nem csak rézből, hanem kobaltból is [9] . A kobalt felhasználásával előállított kék üvegek és zománcok az ókori Görögország és az ókori Róma örökségei között ismertek . Nem tudni, hogy a poharak és festékek elkészítése tudatos vagy véletlen volt. Megállapítást nyert, hogy Azerbajdzsánban a kobaltot a 10-12. század óta használják üvegek, zománcok és mázak gyártására. Nyilvánvalóan a Dashkesan -i érctelepekből származó réz olvasztásának mellékterméke volt . A középkori Európában a fém felhasználása háztartási cikkek készítésére ( velencei üveg ) a 15. század második felétől ismert [8] . Később, a 15-16. században kezdték szélesebb körben alkalmazni Európában. 1550-ben Berenguccio alkimista megjegyezte, hogy az üveg kék színe a zaffer (zaffer) anyag tartalmának köszönhető. Azóta más szerzők munkáiban is megtalálhatók ennek a névnek a változatai. Feltételezik, hogy az egyik kobalt ásvány, a szafflorit a zaffarnak köszönheti a nevét [ 10 ] .

A schneebergi ( Érchegység ) délszász polifémes érctelep alapján kobaltbányászatot indítottak. Megállapítást nyert, hogy az 1520-as évektől elkezdtek belőle festéket készíteni, amelyet Velencébe  , az üveggyártás legnagyobb központjába küldtek. 1679-ben Johann Kunkel német alkimista leírást adott a zaffer előállításáról. 1790-re Európában 25 kobaltgyár működött, amelyek a smalt , más néven kék kobaltüveg, kék smalt – a mozaik egyik eleme – gyártására szakosodtak [10] . A 19. század második feléig Németország volt a fémbányászat fő központja, bár kisebb mennyiségben más európai régiókban is termeltek belőle ( Svédország , Norvégia , Spanyolország ). Ez az állapot egészen az 1860-as évekig tartott, amikor a francia mérnök Jules Garnier felfedezte, hogy Új-Kaledóniában gazdag nikkel- és kobaltérc-készletek találhatók. Az 1870-es évektől intenzív fejlődésük indult meg, és a francia sziget több évtizedre a kobalt fő exportőre lett. A 20. század elején ezüst-kobalt ércek gazdag lelőhelyeit találták a kanadai Ontario tartományban , amely a világpiac fő kobaltszállítójává válik. 1909-ben több mint 1500 tonna fémet bányásztak ott, ami után a termelés ebben a régióban fokozatosan hanyatlásnak indult [3] . Az 1920-as évek óta a bányászati ​​központ a belga-kongói Katanga tartományba költözött , ahol az Union Minière du Haut-Katanga megkezdte az ipari kobaltbányászatot [11] . A 21. században a világ fő kobaltgyártója a svájci Glencore cég . Ő a fő kobaltszállító az elektronikai eszközök és elektromos járművek akkumulátorainak gyártásában. A svájci kereskedő fő tőkéje ezen a területen a zaire-i kobalttermelés [12] [13] . A kobaltbányászatot tulajdonságainak felfedezése és hatókörének kiterjesztése ösztönözte. 1897-ben Paul Sabatier francia kémikus katalizátorként javasolta . 1901 óta a fémet bevezették a gyorsan száradó olajfestékek gyártásába. 1907-ben Elwood Haynes amerikai feltaláló és iparos szabadalmaztatott egy módszert fémvágó szerszámok előállítására sztellitekből  , szuperkemény kobalt- és krómötvözetekből, és később elkezdték bevezetni a különféle adalékanyagokat (volfrám és/vagy molibdén) használó technológiákat. A sztelliteket széles körben használják gépalkatrészek, szerszámgépek és szerszámok permetezésére, felületkezelésére és forrasztására a kopásállóság növelése érdekében [14] . Az első világháború óta a kobaltot hopcalit előállítására használják, amelyet személyi légzésvédő eszközökben , különösen gázálarcokban használnak. 1917-ben Kotaro Honda japán tudós és feltaláló felfedezett kobalttartalmú mágneses ötvözeteket (kobalt, japán acél) [14] [15] .

A természetben lenni

A kobalt tömeghányada a földkéregben 4⋅10 -3 %.

A kobalt ásványi anyagok alkotóeleme: karolit CuCo 2 S 4 , linneit Co 3 S 4 , kobaltit CoAsS, szferokobaltit CoCO 3 , szmaltin CoAs 2 , skutterudit ( Co, Ni)As 3 és mások. Összesen mintegy 30 kobalttartalmú ásvány ismeretes. A kobaltot arzén , vas , nikkel , króm , mangán és réz kíséri .

A tengervíz tartalma megközelítőleg (1,7)⋅10 -10 %.

Betétek

A feltárt kobaltkészletek 60%-a Kongóban található (6 millió tonna) [16] . Ezenkívül ismertek lelőhelyek Ausztráliában (1 millió tonna), Kubában (500 ezer tonna), a Fülöp -szigeteken (290 ezer tonna), Kanadában (270 ezer tonna), Zambiában (270 ezer tonna), Oroszországban (250 ezer tonna), valamint az USA -ban , Franciaországban és Kazahsztánban [17] . A világ kobalttermelése 2025-re akár 200 ezer tonnára is emelkedhet [18]

Getting

A kobaltot főként nikkelércekből állítják elő, kénsav- vagy ammóniaoldattal kezelve. Pirometallurgiai technikákat is alkalmaznak .

A klórt a hasonló tulajdonságú nikkeltől való elválasztásra használják , a kobalt(II)-klorát (Co(ClO 3 ) 2 ) kicsapódik, és a nikkelvegyületek oldatban maradnak.

A fémes kobalt költsége

Az 1970- es évek végén a Kongói-medencében kialakult politikai helyzet miatt a kobalt ára egy év alatt 2000%-kal emelkedett.

2018. január 15-én a kobalt ára a világpiacon a londoni fémtőzsde szerint 75 000 dollár/t [19] . 2021 márciusában a tonnánkénti ár elérte az 53 000 dollárt a tőzsdéken. [húsz]

Fizikai tulajdonságok

A kobalt egy keményfém, amely két változatban létezik . Szobahőmérséklettől 427 °C-ig terjedő hőmérsékleten az α -módosítás stabil. 427 °C-tól az olvadáspontig (1494 °C) tartó hőmérsékleten a kobalt β -módosítása stabil (felületközpontú köbös rács). A kobalt egy ferromágnes , Curie-pontja 1121 °C. Vékony oxidréteg sárgás árnyalatot ad .

Izotópok

A kobaltnak egyetlen stabil izotópja van, az 59Co ( izotóp - bőség 100 [21]  %). A kobalt további 22 radioaktív izotópja ismert. A mesterséges kobalt-60 izotópot széles körben használják kemény gamma-sugárzás forrásaként sterilizáláshoz, az orvostudományban gamma késekben , gammahiba-észlelésben stb.

Kémiai tulajdonságok

Oxidok

Egyéb kapcsolatok

A legstabilabb komplexek a luteosók (pl. [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ) sárga és a rózsasók (pl. [Co(NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ ) vörös vagy rózsaszín.

Alkalmazás

A kobalt felhasználása kerámiák és üvegek díszítésében

Van egy olyan vélemény, hogy a kobaltot először Mezopotámiában használták az ie 3. és 2. évezred fordulóján. Innen terjedtek el az ókori Egyiptomban a kobalt és a réz kombinálásának technológiai módszerei. A kobalt segítségével az egyiptomiak által kedvelt lapis lazulit és türkizt lehetett utánozni. A régészek Ninivében kerámia táblákat találtak, amelyek mesterséges lapis lazuli és zafír előállításáról meséltek. Ezek a táblák az ie 7. századra datálhatók. Az antik és velencei üvegfúvók aktívan használták a kobaltot.

Kínában a porcelán elterjedésével egyidőben kezdték el használni a kobaltot a kerámiák színezésére. Ez a Tang-korszakban történt (i.sz. 618-907). A mongol Yuan-dinasztia (1280-1368) uralkodása alatt kezdték használni a kobaltot a máz alatti festéshez. A kék aláfestett porcelángyártás virágkora a Ming-korszakra (1368-1644) esett. A kobalt elterjedését a Jingdezhen melletti érctelep felfedezése befolyásolta. A 17. században a blue poudre (soufle) technika terjedt el. A nedves porcelánfelületre bambuszcsővel fújták a kobaltport, melynek végét selyemkendővel borították. A kobalt egyenetlenül vékony rétegben feküdt a termékre, ami villogó hatást keltett.

A kobaltot Japánban is aktívan használták. Sőt, a Kelet-indiai Társaság megrendelésére kínai mesterek stílusában festett, akiknek termékeire különös igény mutatkozott [23] .

Biológiai szerep

A kobalt a szervezet számára létfontosságú nyomelemek egyike. A B12-vitamin ( kobalamin ) része . A kobalt részt vesz a vérképzésben, az idegrendszer és a máj működésében, enzimatikus reakciókban. Az ember kobaltszükséglete napi 0,007-0,015 mg. Az emberi szervezet testtömegkilogrammonként 0,2 mg kobaltot tartalmaz. Kobalt hiányában akobaltózis alakul ki .

A szervezetben lévő kobalttöbblet azonban káros is.

Toxikológia

A kobalt és vegyületei nagy dózisban lenyelve mérgezőek. Szervetlen vegyületeiről is ismert, hogy rákkeltő és mutagén hatásúak (például szulfát ).

Az 1960-as években egyes sörgyárak kobaltsókat használtak a hab stabilizálására. Azok, akik rendszeresen több mint négy liter sört ittak naponta, súlyos szívmellékhatásokat kaptak, és ez esetenként halálhoz is vezetett. Ismert esetek az ún. A sörfogyasztással összefüggő kobaltos kardiomiopátia 1964 és 1966 között fordult elő Omahában (Nebraska), Quebecben (Kanada), Leuvenben (Belgium) és Minneapolisban (Minnesota). A sörfőzésben való felhasználása azóta megszűnt, jelenleg illegális [24] [25] .

A levegőben lévő kobalt MPC por 0,5 mg/m³, az ivóvízben a megengedett kobaltsó-tartalom 0,01 mg/l.

Mérgező dózis ( LD50 patkányoknál) - 50 mg.

Különösen mérgezőek a kobalt-oktakarbonil - Co 2 (CO) 8 gőzei .

Ugyanakkor Kongóban naponta 40 000 13 év alatti gyereket használnak fel a kobalt kitermelésében, amelyet mobiltelefonok és egyéb szórakoztató elektronikai cikkek alkatrészeinek beszerzésére használnak.

Jegyzetek

  1. 1 2 Chemical Encyclopedia: in 5 tons / Knunyants I. L. - M . : Soviet Encyclopedia, 1990. - V. 2. - S. 414. - 671 p. — 100.000 példány.
  2. Ann Rooney. Kémia. A periódusos rendszertől a nanotechnológiáig . - M. : AST, 2020. - 206 p. — ISBN 978-5-17-114753-2 . Archiválva 2021. december 24-én a Wayback Machine -nél
  3. 1 2 3 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , p. tizenöt.
  4. 1 2 3 Svidunovich et al., 2020 , p. 38.
  5. Venetsky, 2005 , p. 113-114.
  6. Venetsky, 2005 , p. 114-115.
  7. Venetsky, 2005 , p. 111-112.
  8. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , p. 13.
  9. Kritzman, Stanzo, 1990 , p. 117.
  10. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , p. tizennégy.
  11. Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , p. 17.
  12. A Glencore a bányászott kobalt egyharmadát Kínának fogja eladni . Vedomosti . Letöltve: 2021. december 24. Az eredetiből archiválva : 2021. december 24.
  13. Különjelentés: Glencore: The Soulless Commodity Giant . IndustriALL (2018. április 26.). Letöltve: 2021. december 24. Az eredetiből archiválva : 2021. december 24.
  14. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , p. tizennyolc.
  15. Venetsky, 2005 , p. 115.
  16. Technológiai cégeket pereltek be a Kongói Demokratikus Köztársaság kobaltbányászatai miatt  (nem elérhető link) , BBC, 2019.12.17.
  17. Az okostelefonok árai az egekbe szöknek . Letöltve: 2018. január 14. Az eredetiből archiválva : 2020. október 20.
  18. Kína szabályozta a világ kobaltellátását – Vedomosti . Letöltve: 2021. november 26. Az eredetiből archiválva : 2021. november 26.
  19. ↑ Londoni Fémtőzsde : Kezdőlap  . www.lme.com. Letöltve: 2018. január 15. Az eredetiből archiválva : 2018. január 10.
  20. A kobalt ára szárnyal, de senki sem feledkezik meg az olajról | Aki tud . Letöltve: 2021. november 26. Az eredetiből archiválva : 2021. november 26.
  21. Audi G. , Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. A Nubase2016 értékelése a nukleáris tulajdonságokról  // Chinese Physics  C. - 2017. - Kt. 41 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-138 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . - .Nyílt hozzáférésű
  22. 1 2 3 4 5 A kobalt használata . Letöltve: 2019. január 26. Az eredetiből archiválva : 2019. január 25.
  23. Örök kobalt törékeny porcelánon. N. Pavluhina. Régiségek, műtárgyak és gyűjtemények. 3(65), 2009, 4-17
  24. Egyéb problémák Archiválva : 2010. február 1., a Wayback Machine // truealcohol.land.ru .
  25. Az Orosz Föderáció Állami Egészségügyi Főorvosának 2001. november 14-i rendelete N 36 „Az egészségügyi szabályok hatályba lépéséről” (módosításokkal és kiegészítésekkel) A Wayback Machine 2012. január 19-i archivált példánya .

Irodalom

Linkek