Kobalt

27 vas ← kobalt → nikkel - ↑ Co ↓ Rh 27 Co Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	kobalt, Co, 27
Latin megnevezés	cobaltum
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	9, 4, d
Megjelenés	fémes szürke árnyalattal
Atomtömeg	58,933194(3) g/mol[1]
Elektronszerkezet	[Ar] 3d7 4s2
Elektronok héjanként	2, 8, 15, 2
Fizikai tulajdonságok
Sűrűség (szobahőm.)	8,90 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	7,75 g/cm³
Olvadáspont	1768 K (1495 °C, 2723 °F)
Forráspont	3200 K (2927 °C, 5301 °F)
Olvadáshő${\displaystyle \Delta _{fus}{H}^{\ominus }}$	16,06 kJ/mol
Párolgáshő ${\displaystyle \Delta _{vap}{H}^{\ominus }}$	377 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 24,81 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 1790 1960 2165 2423 2755 3198
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs szám	2, 3 (amfoter oxid)
Elektronegativitás	1,88 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 760,4 kJ/mol
	2.: 1648 kJ/mol
	3.: 3232 kJ/mol
Atomsugár	135 pm
Atomsugár (számított)	152 pm
Kovalens sugár	126 pm
Egyebek
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 62,4 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező	(300 K) 100 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 13,0 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 4720 m/s
Young-modulus	209 GPa
Nyírási modulus	75 GPa
Kompressziós modulus	180 GPa
Poisson-tényező	0,31
Mohs-keménység	5,0
Vickers-keménység	1043 MPa
Brinell-keménység	700 HB
CAS-szám	7440-48-4
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A kobalt izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 56Co mest. 77,27 d ε 4,566 56Fe 57Co mest. 271,79 d ε 0,836 57Fe 58Co mest. 70,86 d ε 2,307 58Fe 59Co 100% Co stabil 32 neutronnal 60Co mest. 5,2714 év β- 2,824 60Ni
Hivatkozások

A kobalt (régi magyar nevén: kékleny^[2] vagy kobany, latinul: Cobaltum) a periódusos rendszer kémiai eleme, az átmenetifémek közé soroljuk. Kemény, csillogó, ezüstszürke. Rendszáma 27, vegyjele Co. A 4. periódusban, a VIII. B mellékcsoportban található. Megtalálható különböző ércekben, a nagy ellenállóképességű, mágneses ötvözetek fontos alkotóeleme. Vegyületeit általában tintákhoz, festékekhez és lakkokhoz használják fel.

A kobalt név a német Kobold (hegyi manó) szóból származik. Korábban ugyanis kobalt ásványokból akartak rezet, ezüstöt, ónt nyerni, és a sikertelenséget a gonosz manóknak tulajdonították.^[3]

Általános jellemzői

A kobalt elemi állapotában szürkés-ezüstös színű és mágneses. Azonban nem fordul elő a természetben elemi állapotban, legtöbbször vegyületeiben található meg. Kis mennyiségben sziklákban, termőföldben, vízben, növényekben és állatokban is előfordul. Curie-pontja 1388 K 1,6-1,7 Bohr-magneton per atommal. Sűrűn a nikkellel társul, mindkettő jellemző eleme a vasmeteoritoknak. Az emlősöknek szükségük van kis mennyiségű kobaltra, mivel a kobalt a B₁₂-vitamin alapja. Vegyületei jellegzetesen bíborvörös színűek vizes közegben, illetve kristályvizes sókként. Szerves vegyületei, vagy vízmentesített sói viszont kék színűek – ez a sajátságos tulajdonság a kobalt azonosítására is felhasználható.

Kémiai reakciói

Reakciói levegőn

Szobahőmérsékleten stabil a felületén kialakult védő oxidréteg miatt. Fölös mennyiségű oxigénben hevítés hatására Co₃O₄, kevés oxigén hatására CoO keletkezik, nitrogénnel közvetlenül nem reagál.

${\displaystyle \mathrm {3\ Co+2\ O_{2}\rightarrow \ Co_{3}O_{4}} \,\!}$

Reakciója vízzel

Vízzel csak vörösizzás hőmérsékletén reagál, CoO keletkezik:

${\displaystyle \mathrm {\ Co+H_{2}O\rightarrow \ CoO+H_{2}} \,\!}$

Reakciója halogénekkel

A fluor a hármas oxidációs számú CoF₃-dá oxidálja, a többi halogén csak dihalogeniddé:

${\displaystyle \mathrm {2\ Co+3\ F_{2}\rightarrow 2\ CoF_{3}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co+Cl_{2}\rightarrow CoCl_{2}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co+Br_{2}\rightarrow CoBr_{2}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co+I_{2}\rightarrow CoI_{2}} \,\!}$

Reakciója savakkal

Híg savak a kobaltot hidrogénfejlődés kíséretében jól oldják, tömény salétromsav azonban passziválja, és ezt az állapotát jobban megtartja, mint a nikkel vagy a vas: ^[4]

${\displaystyle \mathrm {Co+2\ HCl\rightarrow CoCl_{2}+H_{2}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co+H_{2}SO_{4}\rightarrow CoSO_{4}+H_{2}} \,\!}$

Kobalt(II)-ion reakciói

A kobalt(II)-sók vizes oldata rózsaszínű, ami a [Co(H₂O)₆]²⁺ akvakomplexnek köszönhető:

${\displaystyle \mathrm {Co^{2+}+6\ H_{2}O\rightarrow [Co(H_{2}O)_{6}]^{2+}} \,\!}$

Kloridionok jelenlétében az oldat mély kék színt ölt, ugyanis a klorokomplexe stabilabb:

${\displaystyle \mathrm {[Co(H_{2}O)_{6}]^{2+}+4\ Cl^{-}\rightarrow [CoCl_{4}]^{2-}+6\ H_{2}O} \,\!}$

Kén-hidrogén kobalt(II) semleges oldatából sötét színű zavarosodás alakjában kobalt(II)-szulfidot választ le. Ez a leválasztás teljessé tehető nátrium-acetáttal tompított oldatban, melegítéssel. Ammónium-szulfiddal szintén teljesen leválasztható. A kapott csapadék nem oldódik sem híg ecetsavban, sem híg sósavban, a királyvíz azonban kénkiválás mellett oldja (tartós hevítésre a kén kénsavvá oxidálódik és az oldat kitisztul):

${\displaystyle \mathrm {Co^{2+}+S^{2-}\rightarrow CoS} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co^{2+}+(NH_{4})_{2}S\rightarrow CoS+2\ NH_{4}^{+}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {CoS+2\ Cl\rightarrow CoCl_{2}+S} \,\!}$

Kobalt(II)-klorid oldatából a nátrium-hidroxid először kék színű bázisos kobalt(II)-kloridot választ le, mely a reagens feleslegével állás közben vagy melegítésre rózsaszínű kobalt(II)-hidroxiddá alakul. A keletkező kobalt(II)-hidroxid levegőn állva barna kobalt(III)-hidroxiddá oxidálódik:

${\displaystyle \mathrm {CoCl_{2}+OH^{-}\rightarrow Co(OH)Cl+Cl^{-}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co(OH)Cl+OH^{-}\rightarrow Co(OH)_{2}+Cl^{-}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {2\ Co(OH)_{2}+O+H_{2}O\rightarrow 2\ Co(OH)_{3}} \,\!}$

Kobalt(II)ionokból kálium-cianid vörösbarna kobalt(II)-cianid csapadékot választ le, mely cianidfeleslegben oldódik:

${\displaystyle \mathrm {Co^{2+}+2\ CN^{-}\rightarrow Co(CN)_{2}} \,\!}$

${\displaystyle \mathrm {Co(CN)_{2}+4\ CN^{-}\rightarrow [Co(CN)_{6}]^{4-}} \,\!}$

Karbonátionok hatására kék színű bázikus kobalt(II)-karbonát válik le, mely nem oldódik karbonátfeleslegben: ^[5]

${\displaystyle \mathrm {2\ Co^{2+}+2\ CO_{3}^{2-}+H_{2}O\rightarrow CoCO_{3}\centerdot Co(OH)_{2}} +CO_{2}\,\!}$

Izotópjai

A természetben előforduló kobalt monoizotóp, az egyetlen stabil izotóppal, az ⁵⁹Co -tal. Azonban 22 radioaktív izotópját ismerjük. A legstabilabb a ⁶⁰Co 5,2714 éves, a ⁵⁷Co 271,79 napos, a ⁵⁶Co 77,27 napos és a ⁵⁸Co 70,86 napos felezési idővel. A többi izotópjának felezési ideje kevesebb 18 óránál, azonban ezekből a legtöbbnek még 1 másodpercnél is kevesebb. A kobaltizotópok atomtömege 50 ATE/u-től (⁵⁰Co) 73-ig (⁷³Co) terjed.

Előfordulása

A kobaltbányák termelése (2017-ben) és a tartalékok tonnában az USGS alapján^[6]

Ország	Kitermelés	Tartalékok
Kongói Demokratikus Köztársaság	64000	3500000
Oroszország	5600	250000
Ausztrália	5000	1200000
Kanada	4300	250000
Kuba	4200	500000
Fülöp-szigetek	4000	280000
Madagaszkár	3800	150000
Pápua Új-Guinea	3200	51000
Zambia	2900	270000
Új-Kaledónia	2800	-
Dél-afrikai Köztársaság	2500	29000
Marokkó	1500
USA	650	23000
Egyéb országok	5900	560000
Összesen	110000	7100000

Előállítása

Aluminontermikus úton redukálják:

${\displaystyle \mathrm {3\ Co_{3}O_{4}+8\ Al\rightarrow 9\ Co+4\ Al_{2}O_{3}} \,\!}$

Felhasználása

• Ötvözetek
  • Szuperötvözetként, gázturbinás repülők hajtóműveinek részeként
  • Rozsdásodásálló ötvözetként
  • Gyorsacélokhoz
  • Karbidként
• Mágnesek, mágnesháttértárak
  • Al-Ni-Co mágnesként
  • Szamárium-kobalt mágnesként
• Katalizátorként
• Galvanizációban (nem oxidálódik)
• Szárító közegként festékekhez, lakkokhoz, tintákhoz
• Alapozó festésként porcelánlakkokhoz
• Színezékként (kobaltkék, kobaltzöld)
• Lítiumion-akkumulátor elektródájaként
• Acélövezetű gumiabroncsoknál

Jegyzetek

További információk

• a magyar Wikipédia kobaltot tartalmazó vegyületeinek listája

Kapcsolódó szócikkek

• Kobalt(II)-klorid
• B12-vitamin