Kobalt | ||||
---|---|---|---|---|
← Vas | Nikkel → | ||||
| ||||
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 "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.
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 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 %.
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]
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.
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]
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 .
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.
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.
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] .
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.
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.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |