Kobalt

Kobalt (Co, łac. cobaltum) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych układu okresowego.

Kobalt

żelazo ← kobalt → nikiel
– ↑ Co ↓ Rh 27 Co
Wygląd
niebieskawoszary
Widmo emisyjne kobaltu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	kobalt, Co, 27 (łac. cobaltum)
Grupa, okres, blok	9, 4, d
Stopień utlenienia	II, III
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	58,933 ± 0,001[1][a]
Stan skupienia	stały
Gęstość	8,9 g/cm³ (20 °C)[2]
Temperatura topnienia	1495 °C[2]
Temperatura wrzenia	2927 °C[2]
Numer CAS	7440-48-4
PubChem	104730
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 135 (obl. 152) pm 126 pm Konfiguracja elektronowa [Ar]3d74s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 15, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,88 1,70 Potencjały jonizacyjne I 760,4 kJ/mol II 1648 kJ/mol III 3232 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 376,5 kJ/mol Ciepło topnienia 16,19 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 175 Pa (1768 K) Konduktywność 17,2×106 S/m Ciepło właściwe 420 J/(kg·K) Przewodność cieplna 100 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 5 Prędkość dźwięku 4720 m/s (293,15 K) Objętość molowa 6,67×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 56Co {syn.} 77,27 dnia w.e. 4,566 56Fe 57Co {syn.} 271,79 dnia w.e. 0,836 57Fe 58Co {syn.} 70,86 dnia w.e. 2,307 58Fe 59Co 100% stabilny izotop z 32 neutronami 60Co {syn.} 5,2714 roku β−, γ, γ 2,824 60Ni
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-05] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[3] Niebezpieczeństwo Zwroty H H317, H334, H413 Zwroty P P261, P280, P342+P311[4] NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[4] 0 2 3   Numer RTECS GF8750000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Ma 26 izotopów z przedziału mas 50–75. Trwały jest tylko izotop 59, który stanowi 100% naturalnego kobaltu. Został odkryty w roku 1735 przez Georga Brandta.

Czysty kobalt jest lśniącym, srebrzystym metalem o własnościach ferromagnetycznych. Jest stosowany jako dodatek do stopów magnetycznych.

Występowanie

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 15–30 ppm^[5], w postaci różnych minerałów m.in. smaltynu, kobaltynu oraz skutterudytu. Występuje najczęściej w postaci siarczków oraz arsenków w towarzystwie siarczków żelaza, pirytu (FeS₂) oraz pirotynu (FeS)^[6]. W postaci metalicznej w przyrodzie nie występuje.

Najbogatsze poznane złoża znajdują się w Afryce w Pasie Miedzionośnym znajdującym się na terenie Zambii i Demokratycznej Republiki Konga. Demokratyczna Republika Konga jest państwem posiadającym największe zasoby kobaltu, które szacuje się na 3400 tys. ton, czyli 49% światowych zasobów tego pierwiastka^[7]. Pozostała część wydobycia pochodzi z: Kanady, Kuby, Brazylii, Maroka, Botswany, Zimbabwe, Republiki Południowej Afryki, Rosji, Chin, Indonezji, Australii i Vanuatu.

Według raportu z 2022 r. branżowego magazynu Illuminem, głównymi producentami są przedsiębiorstwa zarejestrowane w Wielkiej Brytanii (Glencore i Eurasian Natural Resources) oraz w Chinach (China Molybdenum i Metorex). Chińscy akcjonariusze kontrolują 13,8% światowej produkcji. Firmy zarejestrowane w Demokratycznej Republice Konga odpowiadają za 3,5% światowej produkcji^[8].

Istnieją również nieeksploatowane dotąd złoża kobaltu znajdujące się na dnie oceanicznym. Do jednych z najbardziej znanych obszarów, które mogą w przyszłości mieć znaczenie komercyjne, należy pole konkrecjonośne Clarion-Clipperton znajdujące się na Pacyfiku^[9]. Znajdujące się tylko w tym regionie pokłady kobaltu szacuje się na 78 milionów ton, a te zidentyfikowane na dnie oceanów łącznie na 120 milionów ton. Dla porównania zasoby znajdujące się na lądzie są szacowane przez United States Geological Survey na jedyne 25 milionów ton^[7].

W Polsce rudę kobaltu można spotkać m.in. w Górach Izerskich w rejonie wsi Krobica, Gierczyn Przecznica, gdzie był wydobywany w XVI-XIX wieku. Odkryty przy okazji wydobycia rudy cyny.

Zastosowanie

Kobalt jest składnikiem niektórych stopów o wysokich parametrach (tzw. nadstopy), ponieważ wyróżnia się wysoką temperaturą topnienia wynoszącą 1495 °C oraz dobrą stabilnością wymiarową w wysokich temperaturach^[10]. Stopy te znajdują zastosowanie w przemysłach takich jak lotniczy oraz kosmiczny.

W postaci metalicznej lub jako tlenek jest składnikiem elektrod akumulatorów litowo-jonowych, niklowo-kadmowych i niklowo-metalowo-wodorkowych. W akumulatorach litowo-jonowych kobalt występuje zazwyczaj w postaci tlenków, najczęściej LiCoO₂ lub LiNiMnCoO₂, pełniąc rolę materiału budującego katodę. Jest to aktualnie wiodący obszar zastosowań tego pierwiastka^[6].

Kobalt znajduje zastosowanie w przemyśle katalitycznym, ze względu na możliwość tworzenia związków kompleksowych oraz faktu, że występuje na kilku stopniach utlenienia. Kompleksy karbonylkowe i fosfinowe są stosowane jako katalizatory wielu reakcji organicznych.

Niesymetryczne sole kobaltu np. K
3CoO
4 mają silne własności ferromagnetyczne i piezoelektryczne i są wykorzystywane w elektronice.

Przed wiekiem XIX kobalt był używany przeważnie jako barwnik. Od czasów średniowiecza używa się go do produkcji niebieskiego szkła. Barwa niebieska powstaje w wyniku zmieszania smaltynu rozgrzanego gorącym powietrzem, kwarcu oraz węglanu potasu. Tak otrzymuje się barwnik – smaltę^[11]. W 1780 roku Sven Rinman odkrył zieleń kobaltową, a w 1802 Louis Jacques Thénard błękit kobaltowy (błękit Thénarda). Błękit Thénarda, glinian kobaltu oraz zieleń kobaltowa (mieszanina tlenku kobaltu (II) oraz tlenku cynku) były używane jako barwniki przy tworzeniu obrazów z powodu trwałości^[12]. Roztwory soli kobaltu (II) i (III) mają intensywną krwisto-czerwoną i niebieską barwę i są używane jako pigmenty farb oraz służą do barwienia ceramiki.

Radioizotop Kobalt-60 (60
Co) jest użytecznym źródłem promieniowania gamma. Izotop ten, o czasie połowicznego rozpadu 5,2714 lat, jest względnie łatwo otrzymywany w użytecznych ilościach poprzez bombardowanie neutronami stabilnego izotopu 59
Co^[13]. Kobalt-60 używany jest w medycynie przy radioterapii (bomba kobaltowa) oraz sterylizacji sprzętu medycznego i odpadów medycznych, do utrwalania żywności, a także w przemyśle między innymi do prześwietlania złączy spawanych i kontroli poziomu napełnienia zbiorników.

Znaczenie biologiczne

Kobalt jest jednym z mikroelementów, obecnym w centrach reaktywnych kilku enzymów. Zapotrzebowanie dobowe na ten pierwiastek jest jednak bardzo małe – 0,05 ppm. Wchodzi również w skład kobalaminy (witaminy B₁₂). Jest niezbędny roślinom motylkowym żyjącym w symbiozie z bakteriami brodawkowymi, jego niedobór powoduje zahamowanie procesu wiązania azotu. Niedobór u ludzi i zwierząt powoduje zaburzenia procesu krzepnięcia krwi.

Etymologia

Nazwa kobalt wywodzi się od kobolda, złego ducha, krasnala lub gnoma, rzekomo podrzucającego rudę bezwartościowego wówczas kobaltu w miejsce skradzionej rudy srebra^[14].

Zobacz też

• bomba kobaltowa
• niebiesko-biała ceramika

Uwagi

1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 58,993194 ± 0,000003. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

1. ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
2. David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-10, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
3. Iron, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).
4. Iron (nr 60784) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-05]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
5. StephenS. Roberts StephenS., GusG. Gunn GusG., Cobalt, [w:] GusG. Gunn (red.), Critical Metals Handbook, Oxford: John Wiley & Sons, 2014, s. 122, DOI: 10.1002/9781118755341.ch6, ISBN 978-1-118-75534-1 (ang.).
6. SamanthaS. DeCarlo SamanthaS., DanielD. Matthews DanielD., More Than a Pretty Color: The Renaissance of the Cobalt Industry, „Journal of International Commerce and Economics”, February, 2019 [dostęp 2020-10-18] (ang.). Brak numerów stron w czasopiśmie
7. Cobalt Statistics and Information [online], minerals.usgs.gov [dostęp 2020-10-17] (ang.).
8. AdnanA. Mazarei AdnanA., Who controls the world’s minerals needed for green energy? [online], Illuminem, 22 września 2022 [dostęp 2022-10-28] (ang.).
9. DominikD. Zawadzki DominikD., Stan rozpoznania i możliwości pozyskiwania metali strategicznych z polimetalicznych kopalin oceanicznych, „Przegląd Geologiczny”, 61 (1), 2013, s. 45–53 [dostęp 2020-10-18].
10. Valeriya K.V.K. Kovacheva-Ninova Valeriya K.V.K. i inni, Trends in the development of cobalt production, „Electrotechnica and Electronica”, 53 (3–4), 2018, s. 84–94 [dostęp 2020-10-18] (ang.).
11. FrederickF. Overman FrederickF., A treatise on metallurgy, D. Appleton, 1852, s. 631–637 [dostęp 2020-10-18] (ang.).
12. H.J.H.J. Witteveen H.J.H.J., E.F.E.F. Farnau E.F.E.F., Colors Developed by Cobalt Oxides, „Journal of Industrial & Engineering Chemistry”, 13 (11), 1921, s. 1061–1066, DOI: 10.1021/ie50143a048 (ang.). Wersja artykułu dostępna bezpłatnie [online] [dostęp 2020-10-18] (ang.).
13. G.R.G.R. Malkoske G.R.G.R., J.J. Slack J.J., J.L.J.L. Norton J.L.J.L., Cobalt-60 Producion in CANDU Power Reactors [online], www.nuclearfaq.ca [dostęp 2020-10-18] (ang.).
14. kobold, kobalt. W: Władysław Kopaliński: Słownik wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych. Warszawa: Świat Książki, 2000. ISBN 83-7227-582-3. Brak numerów stron w książce

Linki zewnętrzne

• Miejsce chemii nieorganicznej w medycynie. Ten skromny kobalt…. postepy-farmacji.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-07-31)]. artykuł z Postępów Farmacji ISSN 2084-3569.

Kontrola autorytatywna (pierwiastek chemiczny):

• LCCN: sh85027513
• GND: 4070047-1
• NDL: 00566072
• BnF: 119794179
• BNCF: 22939
• NKC: ph543047
• J9U: 987007284052205171
• LNB: 000216325

Encyklopedie internetowe:

• Britannica: science/cobalt-chemical-element
• The Canadian Encyclopedia: cobalt
• Treccani: cobalto
• Universalis: cobalt
• Nacionālā enciklopēdija: 112080
• SNL: kobolt
• DSDE: cobalt