Cobalt
Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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[Ar] 3d7 4s2 27Co Periodensystem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Name, Symbol, Ordnungszahl | Cobalt, Co, 27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe, Periode, Block | 9, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aussehen | metallisch mit einem bläulich-gräulichen Farbton | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-Nummer | 7440-48-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massenanteil an der Erdhülle | 37 ppm[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomar [2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 58,933194(4)[3]u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (berechnet) | 135 (152) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | low-spin: 126 pm, high-spin: 150 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Ar] 3d7 4s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Austrittsarbeit | 5,0 eV[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 760,4 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 1648 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 3232 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 4950 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physikalisch [2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Modifikationen | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dichte | 8,90 g/cm3 (20 °C)[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohshärte | 5,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetismus | ferromagnetisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 1768 K (1495 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3173 K[6] (2900 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molares Volumen | 6,67 · 10−6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungswärme | 390 kJ/mol[6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzwärme | 17,2[7] kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 4720 m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spezifische Wärmekapazität | 421[1] J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 16,7 · 106 A/(V · m) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 100 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemisch [2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustände | 2, 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxide (Basizität) | amphoter (neutral) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normalpotential | −0,28 V (Co2+ + 2 e− → Co) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität | 1,88 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Cobalt (chemische Fachsprache; lateinisch cobaltum, standardsprachlich Kobalt; vom Erstbeschreiber nach dem Kobalterz als Ausgangsmaterial Cobalt Rex benannt[10][11]) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Co und der Ordnungszahl 27. Cobalt ist ein ferromagnetisches Übergangsmetall aus der 9. Gruppe oder Cobaltgruppe des Periodensystems. In der älteren Zählweise zählt es zur 8. Nebengruppe oder Eisen-Platin-Gruppe.
Inhaltsverzeichnis
1 Geschichte
2 Eigenschaften
2.1 Physikalische Eigenschaften
2.2 Chemische Eigenschaften
3 Isotope
4 Vorkommen
5 Gewinnung und Darstellung
6 Förderung
6.1 Staaten mit der größten Fördermenge
6.2 Cobaltproduzenten
7 Verwendung
8 Physiologie
9 Nachweis
10 Verbindungen
10.1 Cobaltkomplexe
11 Siehe auch
12 Literatur
13 Weblinks
14 Einzelnachweise
Geschichte |
Cobalterze und Cobaltverbindungen sind seit langer Zeit bekannt und wurden als Cobaltblau vorwiegend zum Färben von Glas und Keramik verwendet. Im Mittelalter wurden sie häufig für wertvolle Silber- und Kupfererze gehalten. Da sie sich aber nicht verarbeiten ließen und wegen des Arsengehalts beim Erhitzen schlechte Gerüche abgaben, wurden sie als verhext angesehen. Angeblich hätten Kobolde das kostbare Silber aufgefressen und an seiner Stelle wertlosere silberfarbene Erze ausgeschieden. Neben Cobalt waren dies auch Wolfram- und Nickelerze. Diese Erze wurden von den Bergleuten dann mit Spottnamen wie Nickel, Wolfram (etwa „Wolfs-Schaum“, lat. lupi spuma) und eben Kobolderz, also Cobalt belegt.[12] 1735 entdeckte der schwedische Chemiker Georg Brandt bei der Aufbereitung von Kobalterzen das bis dahin unbekannte Metall, beschrieb seine Eigenschaften und gab ihm seinen heutigen Namen. 1780 entdeckte Torbern Olof Bergman bei der genaueren Untersuchung der Eigenschaften, dass Cobalt ein Element ist.[11]
Eigenschaften |
Physikalische Eigenschaften |
Cobalt ist ein stahlgraues, sehr zähes Schwermetall mit einer Dichte von 8,89 g/cm3.[14] Es ist ferromagnetisch mit einer Curie-Temperatur von 1150 °C.[14] Cobalt tritt in zwei Modifikationen auf: einer hexagonal-dichtesten (hcp) Kristallstruktur in der Raumgruppe P63/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 mit den Gitterparametern a = 250,7 pm und c = 406,9 pm sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle und einer kubisch-flächenzentrierten Form (fcc) mit dem Gitterparameter a = 354,4 pm.[13] Die hcp Modifikation (α-Cobalt, historisch ε-Cobalt[11]) ist bei tieferen Temperaturen stabiler und wandelt bei ca. 450 °C in die fcc Modifikation (β-Cobalt, historisch α-Cobalt[11]) um.[15]
Als typisches Metall leitet es Wärme und Strom gut, die elektrische Leitfähigkeit liegt bei 26 Prozent von der des Kupfers.[16]
Eine Besonderheit stellt die Atommasse des natürlich vorkommenden Cobalts dar; sie ist mit 58,93 größer als die mittlere Atommasse von Nickel mit 58,69, dem nächsten Element im Periodensystem. Diese Besonderheit gibt es auch zwischen Argon und Kalium sowie zwischen Tellur und Iod.
Chemische Eigenschaften |
Im chemischen Verhalten ist es dem Eisen und Nickel ähnlich, an der Luft durch Passivierung beständig; es wird nur von oxidierend wirkenden Säuren gelöst. Cobalt zählt mit einem Normalpotential von −0,277 V zu den unedlen Elementen. In Verbindungen kommt es vorwiegend in den Oxidationsstufen +II und +III vor. Es sind jedoch auch die Oxidationsstufen −I, 0, +I, +II, +III, +IV und +V in Verbindungen vertreten. Cobalt bildet eine Vielzahl von meist farbigen Komplexen. Darin ist, im Gegensatz zu kovalenten Verbindungen, die Oxidationsstufe +III häufiger und stabiler als +II.
Isotope |
Es sind insgesamt 30 Isotope und 18 weitere Kernisomere zwischen 47Co und 77Co bekannt. Natürliches Cobalt besteht dabei vollständig aus dem Isotop 59Co. Das Element ist daher eines der 22 Reinelemente.[17] Dieses Isotop lässt sich durch die NMR-Spektroskopie untersuchen.
Das Nuklid 57Co zerfällt über Elektroneneinfang zu 57Fe. Die beim Übergang in den Grundzustand des Tochterkerns emittierte Gammastrahlung hat eine Energie von 122,06 keV (85,6 %) und 14,4 keV (9,16 %).[18] Hauptanwendung von 57Co ist die Mößbauerspektroskopie zur Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen.
Das langlebigste der instabilen Isotope ist 60Co (Cobalt-60, Spin 5+), das mit einer Halbwertszeit von 5,27 Jahren unter Betazerfall zunächst in einen angeregten Zustand von 60Ni (Spin 4+) und anschließend unter Aussendung von Gammastrahlung (zwei Gammaquanten der Energie 1,17 und 1,33 MeV[19]) in den Grundzustand (Spin 0+) dieses Nuklids zerfällt. Aus diesem Grund wird 60Co als Gammastrahlungsquelle zur Sterilisierung oder Konservierung von Lebensmitteln, zur Materialuntersuchung (Durchstrahlungsprüfung) und in der Krebstherapie („Kobaltkanone“) verwendet.[20] In der Medizin können auch andere Isotope wie 57Co oder 58Co als Tracer verwendet werden.[21]
60Co wird ausschließlich künstlich durch Neutronenaktivierung aus 59Co gewonnen. Als Neutronenquelle für die Herstellung kleinerer Mengen dienen Spontanspaltungsquellen wie 252Cf, zur Herstellung größerer Mengen werden 59Co-Pellets dem Neutronenfluss in Kernreaktoren ausgesetzt.
Die Entstehung von 60Co aus 59Co unter Neutronenstrahlung könnte potentiell auch zur Verstärkung der Wirkung von Kernwaffen benutzt werden, bei denen Neutronenstrahlung entsteht, indem diese mit Cobalt ummantelt würden (Cobaltbombe). Bei der Detonation würde dann der starke Gammastrahler gebildet, durch den die Umgebung stärker kontaminiert würde als durch die Kernexplosion allein.[22] Wird 60Co nicht sachgerecht entsorgt, sondern mit anderem Cobalt eingeschmolzen und zu Stahl verarbeitet, können daraus gefertigte Stahlteile in schädlichem Maß radioaktiv sein.[23][24]
Mit 60Co wurde das Wu-Experiment vorgenommen, durch das die Paritätsverletzung der schwachen Wechselwirkung entdeckt wurde.[25]
Vorkommen |
Cobalt ist ein seltenes Element mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von 0,004 Prozent.[1] Damit steht es in der Liste der nach Häufigkeit geordneten Elemente an dreißigster Stelle.[5] Elementar kommt es nur äußerst selten in Meteoriten sowie im Erdkern vor. In vielen Mineralen ist Cobalt vertreten, kommt jedoch meist nur in geringen Mengen vor. Das Element ist stets mit Nickel, häufig auch mit Kupfer, Silber, Eisen oder Uran vergesellschaftet. Nickel ist dabei etwa drei- bis viermal so häufig wie Cobalt. Beide Metalle zählen zu den siderophilen Elementen und sind für basische und ultrabasische Magmatite charakteristisch.
Cobalt findet sich als Spurenelement in den meisten Böden. Es gibt eine Reihe Cobalterze, in denen sich das Cobalt durch Verwitterung oder andere Prozesse angereichert hat. Die wichtigsten sind: Cobaltit (veraltet Kobaltglanz; CoAsS), Linneit und Siegenit (veraltet und irreführend Kobaltnickelkies[26]; (Co,Ni)3S4), Erythrin (veraltet Kobaltblüte), Asbolan (veraltet Erdkobalt), Skutterudit (Speiskobalt, Smaltin, CoAs3) und Heterogenit (CoOOH). Der Cobaltgehalt der sulfidischen Erze ist aber gering, meist nur 0,1–0,3 Prozent.[16]
Die weltweit bekannten Cobalt-Reserven betragen 25 Millionen Tonnen.[27] Die wichtigsten Erzlagerstätten befinden sich in der Demokratischen Republik Kongo und in Sambia, wo das Cobalt zusammen mit Kupfer auftritt, außerdem in Kanada, Marokko, Kuba, Russland, Australien und den USA. Weitere 120 Millionen Tonnen Cobalt werden in der Erdkruste auf den Böden des Atlantischen, Pazifischen und des Indischen Ozeans vermutet.[27]
Gewinnung und Darstellung |
Cobalt wird überwiegend aus Kupfer- und Nickelerzen gewonnen. Die genaue Gewinnungsart ist von der Zusammensetzung des Ausgangserzes abhängig. Zunächst wird ein Teil der vorhandenen Eisensulfide durch Rösten in Eisenoxid umgewandelt und mit Siliciumdioxid als Eisensilikat verschlackt. Es entsteht der sogenannte Rohstein, der neben Cobalt noch Nickel, Kupfer und weiteres Eisen als Sulfid oder Arsenid enthält. Durch weiteres Abrösten mit Natriumcarbonat und Natriumnitrat wird weiterer Schwefel entfernt. Dabei bilden sich aus einem Teil des Schwefels und Arsens Sulfate und Arsenate, die mit Wasser ausgelaugt werden. Es bleiben die entsprechenden Metalloxide zurück, die mit Schwefel- oder Salzsäure behandelt werden. Dabei löst sich nur Kupfer nicht, während Nickel, Cobalt und Eisen in Lösung gehen. Mit Chlorkalk kann anschließend selektiv Cobalt als Cobalthydroxid ausgefällt und damit abgetrennt werden. Durch Erhitzen wird dieses in Cobalt(II,III)-oxid (Co3O4) umgewandelt und anschließend mit Koks oder Aluminiumpulver zu Cobalt reduziert:
- Co3O4+2 C⟶3 Co+2 CO2{displaystyle mathrm {Co_{3}O_{4}+2 Clongrightarrow 3 Co+2 CO_{2}} }
Förderung |
Staaten mit der größten Fördermenge |
Land | 2006[28] | 2013[27] | 2016[29] |
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DR Kongo | 22000 | 54000 | 66000 |
China | 1400 | 7200 | 7700 |
Kanada | 5600 | 6920 | 7300 |
Russland | 5100 | 6300 | 6200 |
Brasilien | 1000 | 3000 | 5800 |
Australien | 6000 | 6400 | 5100 |
Sambia | 8600 | 5200 | 4600 |
Kuba | 4000 | 4200 | 4200 |
Philippinen | 3000 | 3500 | |
Neukaledonien | 1100 | 3190 | 3300 |
Südafrika | 3000 | 3000 | |
Marokko | 1500 | 1700 | |
restliche Länder | 1200 | 8000 | 8300 |
Gesamt | 57.500 | 110.000 | 123.000 |
Cobaltproduzenten |
Vielfach wird Cobalt nicht in den Ländern raffiniert, in denen Cobalterze gefördert werden. Die folgende Tabelle des Cobalt Development Instituts (CDI)[30] listet die Produzenten von metallischem Cobalt sowie Cobaltsalzen und deren Produktionsmengen in Tonnen auf:[31][32][33]
Name | Land | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | |
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CDI- Mit- glieder | Ambatovy | Madagaskar | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2083 | 2915 | 3464 | 3273 |
BHPB/QNPL[A 1] | Australien | 1800 | 1900 | 1400 | 1600 | 1800 | 1600 | 1700 | 2141 | 2631 | 2369 | |||||
CTT | Marokko | 1431 | 1593 | 1613 | 1405 | 1591 | 1711 | 1600 | 1545 | 1788 | 1314 | 1353 | 1391 | 1722 | 1568 | |
Eramet | Frankreich | 181 | 199 | 280 | 256 | 305 | 311 | 368 | 302 | 354 | 326 | 308 | 219 | 133 | 119 | |
Freeport Cobalt, früher OMG | Finnland | 7990 | 7893 | 8170 | 8580 | 9100 | 8950 | 8850 | 9299 | 10441 | 10547 | 10010 | 11452 | 8582 | 11187 | |
Gécamines | DR Kongo | 1200 | 735 | 600 | 550 | 606 | 300[A 2] | 415 | 745 | 650 | 870 | 700 | 500 | 400 | 400 | |
Glencore[A 3], Katanga | DR Kongo | 2800 | 2900 | 0 | ||||||||||||
Glencore, Minara | Australien | 2900 | 3300 | 3200 | ||||||||||||
Glencore, Mopani Copper | Sambia | 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
Glencore, früher Xstrata | Norwegen | 4556 | 4670 | 5021 | 4927 | 3939 | 3719 | 3510 | 3208 | 3067 | 2969 | 3400 | 3600 | 3100 | 3500 | |
ICCI | Kanada | 3141 | 3225 | 3391 | 3312 | 3573 | 3428 | 3721 | 3706 | 3853 | 3792 | 3319 | 3210 | 3733 | 3693 | |
Rubamin | Indien[A 4] | 0 | 517 | 579 | 200 | 45 | ||||||||||
Sumitomo | Japan | 379 | 429 | 471 | 920 | 1084 | 1071 | 1332 | 1935 | 2007 | 2542 | 2747 | 3654 | 4259 | 4305 | |
Umicore[A 5] | Belgien | 1704 | 2947 | 3298 | 2840 | 2825 | 3020 | 2150 | 2600 | 3187 | 4200 | 5415 | 5850 | 6306 | 6329 | |
Vale Inco | Kanada | 1000 | 1562 | 1563 | 1711 | 2033 | 2200 | 1193 | 940 | 2070 | 1890 | 2240 | 2051 | 1858 | 1851 | |
Chambishi Metals | Sambia | 4570 | 3769 | 3648 | 3227 | 2635 | 2591 | 235 | 3934 | 4856 | 5435 | 5000 | 4317 | 2997 | 4725 | |
Gesamt CDI | 27.952 | 28.922 | 29.455 | 29.328 | 29.491 | 28.901 | 25.074 | 30.872 | 35.483 | 36.454 | 36.620 | 44.859 | 42.754 | 44.150 | ||
Nicht- CDI- Mit- glieder | China[A 6] | 4576 | 8000 | 12700 | 12700 | 13245 | 18239 | 2544 | 35929 | 34969 | 29784 | 36062 | 39292 | 48719 | 45046 | |
Indien[A 7] | 255 | 545 | 1220 | 1184 | 980 | 858[A 2] | 1001 | 670 | 720 | 600 | 250 | 100 | 150 | 100 | ||
Glencore[A 3], Katanga | DR Kongo | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 749 | 2535 | 3437 | 2433 | 2129 | 2300 | ||||
Kasese | Uganda | 0 | 457 | 638 | 674 | 698 | 663 | 673 | 624 | 661 | 556 | 376 | 0 | 0 | 0 | |
Glencore[A 3], Minara | Australien | 2039 | 1979 | 1750 | 2096 | 1884 | 2018 | 2350 | 1976 | 2091 | 2400 | 2700 | ||||
Glencore[A 3], Mopani Copper [A 2] | Sambia | 2050 | 2022 | 1774 | 1438 | 1700 | 1450 | 1300 | 1092 | 1100 | 230 | 0 | ||||
Norilsk Nickel[A 8] | Russland | 4654 | 4524 | 4748 | 4759 | 3587 | 2502 | 2352 | 2460 | 2337 | 2186 | 2368 | 2302 | 2040 | 3092 | |
QNPL[A 1] | Australien | 2281 | 2519 | 1850 | 0 | |||||||||||
Südafrika | 285 | 300 | 214 | 257 | 307 | 244 | 236 | 833 | 840 | 1100 | 1294 | 1332 | 1300 | 1101 | ||
Votorantim | Brasilien | 1097 | 1155 | 1136 | 902 | 1148 | 994 | 1012 | 1369 | 1613 | 1750 | 1653 | 1350 | 1300 | 400 | |
DLA[A 9] | USA | 1987 | 1632 | 1199 | 294 | 617 | 203 | 180 | −8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Gesamt Nicht-CDI | 16.943 | 20.614 | 25.379 | 24.304 | 24.166 | 27.920 | 37.183 | 48.382 | 46764 | 40.735 | 49.284 | 46.895 | 55.359 | 49.739 | ||
Gesamt[A 10] | 44.895 | 49.536 | 54.834 | 53.632 | 53.657 | 56.821 | 59.851 | 79.252 | 82.247 | 77.189 | 85.904 | 91.754 | 98.113 | 93.889 |
Anmerkungen A:
↑ ab seit 2013 kein CDI-Mitglied mehr
↑ abc geschätzt
↑ abcd seit 2014 CDI-Mitglied
↑ von 2009 bis 2013 CDI Mitglied
↑ inklusive Umicore China
↑ ohne Umicore China
↑ inklusive Nicomet und Rubamin (nicht 2009 bis 2013)
↑ seit 2009 kein CDI-Mitglied mehr
↑ Defence Logistic Agency: Cobaltverkauf aus den strategischen Reserven der USA
↑ beinhaltet keine Mengen von Herstellern, die ihre Produktion nicht veröffentlichen
Verwendung |
Cobalt wurde in Form von Oxiden, Sulfaten, Hydroxiden oder Carbonaten als Erstes für hitzefeste Farben und Pigmente, z. B. für die Bemalung von Porzellan und Keramik verwendet (siehe auch Smalte sowie Blaufarbenwerke). Danach folgte die wohl bekannteste dekorative Anwendung in Form des blauen Kobaltglases. Nach 1800 wurde das Cobaltaluminat (CoAl2O4) als farbkräftiges Pigment industriell hergestellt.
Cobalt dient heute als Legierungsbestandteil zur Erhöhung der Warmfestigkeit legierter und hochlegierter Stähle, insbesondere Schnellarbeitsstahl und Superlegierungen, als Binderphase in Hartmetallen und Diamantwerkzeugen (siehe: Widia).
Seine Verwendung als Legierungselement und in Cobaltverbindungen macht es zu einem strategisch wichtigen Metall. (Siehe Vitallium: Implantate, Turbinenschaufel, chemische Apparate.)
Cobalt ist Bestandteil von magnetischen Legierungen, als Trockner (Sikkativ) für Farben und Lacke, als Katalysator zur Entschwefelung und Hydrierung, als Hydroxid oder Lithium-Cobalt-Dioxid (LiCoO2) in Batterien, in korrosions- bzw. verschleißfesten Legierungen und als Spurenelement für Medizin und Landwirtschaft. Cobalt wird ebenfalls in der Produktion magnetischer Datenträger wie Tonband- und Videokassetten verwendet, wo es durch Dotierung die magnetischen Eigenschaften verbessert. Seit geraumer Zeit dient Cobalt als Legierungsbestandteil für Gitarrensaiten.
Seit Lithium-Ionen-Akkumulatoren in den 1990er Jahren auf den Markt kamen, wird Cobalt für Akkumulatoren vor allem für mobile Anwendungen eingesetzt, da der Lithium-Cobaltoxid-Akkumulator eine besonders hohe Energiedichte aufweist. Der erste kommerziell erhältliche Lithium-Ionen-Akku kam als Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator von Sony im Jahr 1991 auf den Markt. Aufgrund der zu erwartenden zunehmenden Bedeutung von Akkumulatoren für mobile Elektronik und Elektromobilität rät der Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI): „Aufgrund der hohen Konzentration der Kobaltvorkommen auf die politisch instabileren Staaten Kongo und Sambia wird eine verstärkte Forschung in Mangan- und Eisenphosphat-Elektroden und auch in Nickel-Elektroden, die keine beziehungsweise nur geringe Mengen Kobalt enthalten, grundsätzlich empfohlen“. In einem Positionspapier des BDI zu innovativen Antriebstechniken wird prognostiziert: „Der globale Rohstoffbedarf an Kobalt könnte allein durch die steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkumulatoren bis zum Jahr 2030 gegenüber 2006 um das 3,4-Fache steigen“.
Physiologie |
Cobalt ist Bestandteil von Vitamin B12, dem Cobalamin, das für den Menschen überlebensnotwendig ist. Beim gesunden Menschen kann dieses Vitamin möglicherweise von Darmbakterien direkt aus Cobaltionen gebildet werden. Allerdings muss Cobalamin von dem im Magen produzierten Intrinsic Factor gebunden werden, um im Ileum aufgenommen werden zu können.[34] Da der Produktionsort des vom Menschen hergestellten Cobalamin jedoch im Dickdarm liegt,[35] ist eine Resorption nach aktuellem Wissensstand nicht möglich. Es wird dennoch eine tägliche Zufuhr von 0,1 μg Cobalt als Spurenelement für den täglichen Bedarf für Erwachsene angegeben. Der Mangel an Vitamin B12 kann zu einer gestörten Erythropoese und damit zu Blutarmut führen.[36] Bei Wiederkäuern beruht ein solcher Mangel überwiegend auf unzureichender Cobaltzufuhr.[37] In der Tierproduktion wird dem Futter in Spuren Cobalt hinzugefügt, falls die Tiere von cobaltarmen Weideflächen ernährt werden müssen. Hierüber soll Wachstums- und Laktationsstörungen, Blutarmut und Appetitlosigkeit entgegengewirkt werden.[38]
Während kleine Überdosen von Cobalt-Verbindungen für den Menschen nur gering giftig sind, führen größere Dosen ab 25 bis 30 mg pro Tag zu Haut-, Lungen-, Magenerkrankungen, Leber-, Herz-, Nierenschäden und Krebsgeschwüren.
Mitte der 1960er Jahre kam es in Kanada und den USA zu einer Reihe von Fällen einer cobalt-induzierten Kardiomyopathie (Cobalt-Kardiomyopathie). In Quebec wurden 49, in Omaha 64 Patienten registriert. Die Symptome umfassten unter anderem Magenschmerzen, Gewichtsverlust, Übelkeit, Atemnot und Husten. Die Letalitätsrate betrug 40 Prozent. Autopsien ergaben schwere Schädigungen an Herzmuskel und Leber. Alle Patienten waren starke Biertrinker mit einem Konsum von 1,5 bis 3 Liter pro Tag. Sie konsumierten bevorzugt Sorten von lokalen Brauereien, die etwa einen Monat zuvor angefangen hatten, dem Bier Cobalt(II)-sulfat als Schaumstabilisator beizumischen.[39] Die Grenzwerte für Cobalt in Lebensmitteln wurden hierbei nicht überschritten. Das Auftreten der Krankheitsfälle kam unmittelbar zum Stillstand, nachdem die Brauereien die Cobalt(II)-sulfat-Beimischungen eingestellt hatten.[40][41]
Cobalt(II)-Salze aktivieren die hypoxie-induzierbaren Transkriptionsfaktoren (HIF) und steigern die Expression HIF-abhängiger Gene. Hierzu gehört das Gen für Erythropoietin (EPO). Cobalt(II)-Salze könnten von Sportlern missbraucht werden, um die Bildung roter Blutzellen zu fördern.[42]
Nachweis |
Eine relativ aussagekräftige Vorprobe für Cobalt ist die Phosphorsalzperle, die von Cobaltionen intensiv blau gefärbt wird. Im Kationentrennungsgang kann es neben Nickel mit Thiocyanat und Amylalkohol nachgewiesen werden, es bildet beim Lösen im Amylalkohol blaues Co(SCN)2. Das in Wasser rotviolette Cobalt(II)-thiocyanat wird beim Versetzen mit Aceton ebenfalls blau.[43]
Quantitativ kann Cobalt mit EDTA in einer komplexometrischen Titration gegen Murexid als Indikator bestimmt werden.[44]
Verbindungen |
Cobalt tritt in seinen Verbindungen meist zwei- oder dreiwertig auf. Diese Verbindungen besitzen oft kräftige Farben (Kategorie: Cobaltverbindung).
Wichtige Cobaltverbindungen sind:
- Cobalt(II)-chlorid
- Cobaltoxide, wie Cobalt(II)-oxid oder Cobalt(II,III)-oxid
- Cobalt(II)-nitrat
- Cobalt(II)-sulfat
- Cobalt(II)-thiocyanat
- Cobalt(II)-acetat
- Cobaltgelb
- Thénards Blau
- Rinmans Grün
Cobaltkomplexe |
Aus einer Cobalt(II)-chloridlösung fällt bei Zugabe von Ammoniaklösung zunächst ein Niederschlag von Cobalt(II)-hydroxid aus, der sich im Überschuss von Ammoniaklösung und Ammoniumchlorid bei Gegenwart von Luftsauerstoff als Oxidationsmittel unter Bildung von unterschiedlichen Ammincobalt(III)-komplexen auflöst. Hierbei entstehen insbesondere das orangegelbe Hexaammincobalt(III)-chlorid und das rote Aquapentaammincobalt(III)-chlorid.
- 2 CoCl2+2 NH4Cl+10 NH3+1/2 O2⟶2 [Co(NH3)6]Cl3+H2O{displaystyle mathrm {2 CoCl_{2}+2 NH_{4}Cl+10 NH_{3}+1/2 O_{2}longrightarrow 2 [Co(NH_{3})_{6}]Cl_{3}+H_{2}O} }
2 CoCl2+2 NH4Cl+8 NH3+1/2 O2⟶2 [Co(H2O)(NH3)5]Cl3{displaystyle mathrm {2 CoCl_{2}+2 NH_{4}Cl+8 NH_{3}+1/2 O_{2}longrightarrow 2 [Co(H_{2}O)(NH_{3})_{5}]Cl_{3}} }
Daneben können sich auch verschiedene Chloroammincobalt(III)-komplexe bilden, wie Chloropentaammincobalt(III)-chlorid oder Dichlorotetraammincobalt(III)-chlorid. Teilweise fallen diese Verbindungen aus der Lösung aus. Daneben existieren auch Amminkomplexe von Cobalt(II)-salzen, wie das Hexaammincobalt(II)-sulfat, das durch Überleiten von Ammoniakgas über wasserfreies Cobalt(II)-sulfat hergestellt werden kann.
- CoSO4+6 NH3⟶[Co(NH3)6]SO4{displaystyle mathrm {CoSO_{4}+6 NH_{3}longrightarrow [Co(NH_{3})_{6}]SO_{4}} }
Neben den Amminkomplexen existieren eine Vielzahl von Verbindungen mit unterschiedlichen Liganden. Beispiele sind das Kaliumhexacyanocobaltat(II) (K4[Co(CN)6]), das Kaliumtetrathiocyanatocobaltat(II) (K2[Co(SCN)4]), das Kaliumhexanitritocobaltat(III) (Fischers Salz, Cobaltgelb), sowie Komplexe mit organischen Liganden wie Ethylendiamin oder dem Oxalation.[43]
Bemerkenswert ist eine Eigenschaft von [Co(NH3)5(NO2)]Cl(NO3). Bei Bestrahlung mit UV-Licht springen die mikrometer- bis millimetergroßen Kristalle in dieser Cobalt-Koordinationsverbindung und legen dabei Distanzen zurück, die dem tausendfachen ihrer Größe entsprechen. Ursache dafür sind Isomerisierungen des Nitrit-Ligands (NO2), was zu Spannungen im Kristall führt. Diese Umwandlung von Licht- in mechanische Energie wurde von Wissenschaftlern der Vereinigten Arabischen Emirate und Russland untersucht.[45]
Siehe auch |
- Blaufarbenwerk
Literatur |
A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1681–1695.
- Michael Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage, Spektrum Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3-8274-0208-5.
- Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
Weblinks |
Commons: Cobalt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Cobalt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Cobalt – Lern- und Lehrmaterialien
Wikisource: Ueber die chemische Zusammensetzung der Producte der freiwilligen Zersetzung der Kobalt- und Nickelerze – Quellen und Volltexte
Mineralienatlas:Kobalt (Wiki)- The Cobalt Development Institute
Einzelnachweise |
↑ abc Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Cobalt) entnommen.
↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013
↑ Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper. 2. Auflage, Walter de Gruyter, 2005, ISBN 978-3-11-017485-4, S. 361.
↑ ab N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1427.
↑ ab Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
↑ John Dallas Donaldson, Detmar Beyersmann: Cobalt and Cobalt Compounds. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a07_281.pub2 (Zugang über subskribierte Institutionen).
↑ ab Eintrag zu Cobalt in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016 (JavaScript erforderlich)
↑ Eintrag zu Cobalt im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
↑ Claus Priesner, Karin Figala: Alchemie: Lexikon einer hermetischen Wissenschaft. C.H.Beck, 1. Januar 1998, ISBN 978-3-406-44106-6, S. 199.
↑ abcd Centre D’Information du Cobalt (Hrsg.): Cobalt Monograph. Prepared in collaboration with the staff of Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio. M. Weissenbruch, Brüssel 1960, OCLC 921191777 (englisch, 515 S.).
↑ Joachim Heimannsberg: Brockhaus! Was so nicht im Lexikon steht. ISBN 3-7653-1551-6, S. 255–256.
↑ ab K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. In: Acta Crystallographica. 1974, B30, S. 193-204, doi:10.1107/S0567740874002469.
↑ ab A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1682.
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↑ ab Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie. Bd. 1, 9. Auflage, dtv Verlagsgesellschaft, München 2000, ISBN 3-423-03217-0.
↑ G. Audi, F. G. Kondev, Meng Wang, W.J. Huang, S. Naimi: The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties. In: Chinese Physics C. 41, 2017, S. 030001, doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001 (Volltext).
↑ Table of Isotopes decay data.
↑ Georgia State University: Cobalt-60 bei HyperPhysics.
↑ Centers for Disease Control and Prevention (CDC): Cobalt-60. (Memento des Originals vom 30. November 2005 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bt.cdc.gov Atlanta 2004, abgerufen am 21. Februar 2009.
↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1681.
↑ Cobalt bei rutherford-online – Lexikon der Elemente 2006.
↑ Christian Schwägerl: Strahlenschrott wurde über ganz Deutschland verteilt. In: Spiegel Online vom 17. Februar 2009.
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↑ Mineralienatlas:Kobaltnickelkies (Wiki).
↑ abc Cobalt 2014 bei USGS Mineral Resources (PDF-Datei; 28 kB).
↑ Cobalt 2007 bei USGS Mineral Resources (PDF-Datei; 60 kB).
↑ Cobalt 2016 bei USGS Mineral Resources (PDF-Datei; 28 kB).
↑ Offizielle Website des Cobalt Development Instituts
↑ Cobalt Development Institut: Cobalt_news_april12 (PDF, 2,0 MB)
↑ Cobalt Development Institut: 14-2_cobalt_news (PDF, 1,6 MB)
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↑ Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen. 30. Auflage, S. 856.
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↑ Wolfgang Löscher, Fritz Rupert Ungemach, Reinhard Kroker: Vitamin B12. In: Pharmakotherapie bei Haus- und Nutztieren, 7. Auflage, Georg Thieme Verlag 2006; S. 346. ISBN 978-3-8304-4160-1.
↑ Hans-Konrad Biesalski, Stephan C. Bischoff, Christoph Puchstein (Hrsg.): 11.4 Cobalt. In: Ernährungsmedizin: nach dem neuen Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer, 4. Auflage, Georg Thieme Verlag 2010; ISBN 978-3-13-100294-5, S. 205.
↑ C. Thomas: Spezielle Pathologie. Schattauer Verlag, 1996, ISBN 3-7945-2110-2, S. 179 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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↑ Wolfgang Jelkmann: The Disparate Roles of Cobalt in Erythropoiesis, and Doping Relevance. In: Open Journal of Hematology. Band 3, 2012, ISSN 2075-907X, S. 3–6, doi:10.13055/ojhmt_3_1_6.121211.
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↑ Panče Naumov, Subash Chandra Sahoo u. a.: Dynamic Single Crystals: Kinematic Analysis of Photoinduced Crystal Jumping (The Photosalient Effect). In: Angewandte Chemie. 125, 2013, S. 10174–10179, doi:10.1002/ange.201303757.
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