Kobalt

český názevKobalt
latinský názevCobaltum
anglický názevCobalt
chemická značkaCo
protonové číslo27
relativní atomová hmotnost59,3332
perioda4
skupinaVIII.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu1735
objevitelG. Brandt
teplota tání [°C]1495
teplota varu [°C]2927
hustota [g cm-3]8,9
hustota při teplotě tání [g cm-3]7,75
elektronegativita1,88
standardní el. potenciál [V]-0,28
oxidační stavy-I, I, II, III, IV, V
elektronová konfigurace[Ar] 3d7 4s2
atomový poloměr [pm]152
kovalentní poloměr [pm]126
specifické teplo [J g-1K-1]0,42
slučovací teplo [kJ mol-1]16,19
tepelná vodivost [W m-1 K-1]100
elektrická vodivost [S m-1]1,7.107
1. ionizační potenciál [eV]7,881
2. ionizační potenciál [eV]17,06
3. ionizační potenciál [eV]33,5
tvrdost podle Mohse5
tvrdost podle Vickerse [MPa]1043
tvrdost podle Brinella [MPa]700
modul pružnosti ve smyku [GPa]75
modul pružnosti v tahu [GPa]209
Curieův bod [K]1394
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce kobaltu

Chemický prvek kobalt je lesklý, šedý, velmi tvrdý a pevný kov, který má feromagnetické vlastnosti, při teplotě nad 1000°C je paramagnetický. Vyskytuje se ve dvou alotropických modifikacích, hexagonální α-Co je stabilní do teploty 417°C, nad touto hranicí je stabilní kubická modifikace β-Co. Na vzduchu i ve vodě je kobalt stálý. Dobře se rozpouští ve zředěné kyselině dusičné, v koncentrované kyselině dusičné se nerozpouští:

3Co + 8HNO3 → 3Co(NO3)2 + 2NO + 4H2O

V ostatních silných kyselinách se rozpouští velmi pomalu za vzniku vodíku:

Co + H2SO4 → CoSO4 + H2

Za vysokých teplot se přímo slučuje s řadou prvků, při zahřátí na teplotu 300°C reaguje na vzduchu s kyslíkem za vzniku šedozeleného oxidu kobaltnatého CoO, při teplotách nad 500°C vzniká černý oxid kobaltnato-kobaltitý Co3O4. Práškový kobalt reaguje již při teplotě 60°C s oxidem siřičitým, produktem reakce je dithioničitan kobaltnatý:

Co + 2SO2 → CoS2O4

Oxidačním tavením s hydroxidy alkalických kovů vznikají barevné alkalické kobaltitany [CoO2]-1.

Sloučeniny

Kobalt tvoří velkou řadu sloučenin, ve kterých vystupuje v oxidačním stavu II a III. Sloučeniny jednomocného a čtyřmocného kobaltu jsou méně obvyklé, jednomocný kobalt se vyskytuje např. v CoBr(NO)2 nebo HCo(CO)4, čtyřmocný kobalt je znám v oxidu kobaltičitém CoO2 a v podvojných oxidech Sr2CoO4 a Ba2CoO4. V tetrakarbonylu [Co(CO)4] se vyskytuje v záporném oxidačním stavu -I.

Většina sloučenin dvoumocného kobaltu má své charakteristické, syté zbarvení. Za normální teploty obvykle červené, růžové nebo karmínové, zahříváním se často mění na modrou, viz tabulka tvorby barevných sloučenin, ale řada sloučenin dvoumocného kobaltu má i jiné zbarvení, např. oxid kobaltnatý CoO je šedozelený, hydroxid kobaltnatý Co(OH)2 je modrý, sulfid kobaltnatý CoS je černý a bezvodý bromid kobaltnatý CoBr2 je zelený. Trojmocný kobalt má silný sklon k tvorbě stabilních komplexních sloučenin s koordinačním číslem 4 nebo 6. Dvoumocný kobalt tvoří méně početné a nestabilní komplexní sloučeniny.

Kvalitativní důkaz kobaltu v roztoku je možné provést dusitanem draselným KNO2 za vzniku žluté sraženiny komplexní soli K3[Co(NO2)6] nebo přídavkem roztoku rhodanidu amonného za vzniku sytě modrého anionu tetrarhodanokobaltnatanu [Co(SCN)4]2-.

Kvantitativní stanovení kobaltu se provádí komplexometrickou titrací na indikátor brompyrogallolová červeň. V mírně alkalickém prostředí (pH=7-8) se bod ekvivalence projeví barevným přechodem indikátoru z modrofialové na červenou. V mírně kyselém prostředí (pH=6) se titruje na indikátor xylenolová oranž, bod ekvivalence je dosažen při barevném přechodu z červené na žlutou.

Výskyt kobaltu v přírodě

V přírodě se kobalt vyskytuje vždy v přítomnosti niklu. Průměrný obsah kobaltu v zemské kůře se pohybuje pod 0,01 % hmot.

Přírodní kobalt je ze 100 % tvořen izotopem 59Co. Uměle bylo připraveno dalších 21 nestabilních izotopů kobaltu s hmotnostními čísly od 50 do 72.

Důležité kobaltové rudy jsou smaltin CoAs2, linnaeit Co3S4, carrollit CuCo2S4 a kobaltin CoAsS, ale největší praktický význam pro průmyslovou výrobu kobaltu mají heterogenit CoO(OH) a erytrit Co3(AsO4)2·8H2O. Velmi perspektivní zdroje kobaltu jsou hlubokomořské polymetalické konkrece a kobaltonosné kůry na dně Tichého a Indického oceánu.

Mezi další minerály kobaltu patří např. glaukodot (Co,Fe)AsS, skutterudit (Co,Ni)As3 nebo safflorit (Co, Fe)As2. Ze všech nerostů má nejvyšší obsah kobaltu (67,4 % Co) kobaltpentlandit Co9S8, celkem bylo mineralogicky popsáno cca 100 nerostů s obsahem kobaltu.

Těžba a zásoby

V roce 2012 dosáhla celosvětová těžba kobaltu hodnoty 110 kt, z toho se 60 kt vytěžilo v Kongu, v Kanadě 6,7 kt, v Číně 7 kt, v Rusku 6,2 kt a 4,5 kt v Austrálii. Významným producentem kobaltových rud je s roční těžbou 3,7 kt Kuba. Celosvětové těžitelné zásoby kobaltu jsou odhadnuty na 7,5 Mt, z toho se 3,4 Mt nalézá v Kongu a 1,2 Mt v Austrálii. V Evropě se kobaltová ruda těží ve velmi malém množství pouze ve Finsku. Na všech světových nalezištích se kobaltonosné minerály těží jako doprovodný produkt při těžbě měděných nebo niklových rud. Pouze v ložisku Bou Azzer v Maroku se těží erytrit, skutterudit a linnaeit jako primární nerost.

Na území ČR se nenalézají žádné zdroje kobaltu, v roce 2010 bylo dovezeno 3 400 kg kobaltové rudy a 60 t kobaltu, průměrná dovozní cena kobaltových rud nebo jejich koncentrátů činila 357 000 Kč/t a 940 000 Kč/t u kovu.

Výroba a využití kobaltu

Průmyslová výroba kobaltu se nejčastěji provádí hydrometalurgickými postupy, z kterých je nejdůležitější kyselé tlakové loužení rudného koncentrátu (metoda PAL - Pressure Acid Leaching), při kterém se na rudu působí směsí minerálních kyselin při tlaku 4,5 MPa a teplotě 255°C. Přítomné kovy se z roztoku vysrážeji jako sulfidy pomocí sirovodíku. Působením kyslíku za zvýšeného tlaku se nerozpustné sulfidy převedou na rozpustné sulfáty, sulfáty jednotlivých kovů se z roztoku oddělují pomocí kapalinové extrakce.

Pyrometalurgická výroba kobaltu se obvykle prováděla tavením kobaltové rudy za přítomnosti ledku a sody. Tavenina se rozpustí v kyselině chlorovodíkové, doprovodné kovy se z roztoku vysrážejí pomocí sirovodíku. Z filtrátu se po oxidaci vyloučí kobalt ve formě Co2O3.H2O, který se po kalcinaci redukuje antracitem v elektrické peci na surový kovový kobalt, z kterého se odlévají elektrody pro následnou elektrolytickou rafinaci. Odpadní produkty z elektrolytické rafinace kobaltu jsou velmi důležitým zdrojem pro výrobu arsenu. Výroba práškového kobaltu se provádí redukcí oxidu kobaltnato-kobaltitého oxidem uhelnatým nebo vodíkem:

Co3O4 + 4CO → 3Co + 4CO2
Co3O4 + 4H2 → 3Co + 4H2O

Důležitým zdrojem pro výrobu kobaltu jsou odpadní produkty po elektrolytické rafinaci niklu. V elektrolytu se kobalt vyskytuje ve formě síranu kobaltnatého CoSO4. Působením plynného chloru se nejprve Co2+ oxiduje na Co3+ a uhličitanem nikelnatým NiCO3 se poté vyloučí špatně rozpustný hydroxid kobaltitý Co(OH)3. Hydroxid se po odfiltrování kalcinuje za vzniku oxidu kobaltnato-kobaltitého Co3O4, který se podrobí redukci na kovový kobalt.

Kovový kobalt se využívá v metalurgii k legování oceli (zlepšuje řezivost, zvyšuje magnetičnost a v menší míře i pevnost oceli), některých slitin hliníku (vylepšuje pevnostní i plastické vlastnosti) a k výrobě feromagnetických slitin, práškový kobalt je součástí slinutých karbidů. Slitina kobaltu se zlatem se využívá ve šperkařství pod názvem modré zlato.

Sloučeniny kobaltu se používají při výrobě smaltů, barviv a ve sklářském a keramickém průmyslu, uhličitan kobaltnatý CoCO3 je nejsilnější keramické barvivo. Mezi další kobaltové pigmenty patří kobaltová zeleň CoO·ZnO, kobaltová modř CoO·Al2O3, kobaltová violeť Co3(PO4)2 nebo celinová modř CoO·SnO2. Řada sloučenin kobaltu nalézá uplatnění jako analytická činidla a jako katalyzátory některých chemických reakcí (výroba vodíku konverzí vodního plynu nebo parciální oxidací, hydroformylace a alkoxykarbonylace alkenů a další). Dusičnan kobaltnatý Co(NO3)2 se používá jako červený pigment k barvení keramiky, hexanitrokobaltitan draselný K3[Co(NO2)6] (Fisherova sůl) se jako kobaltová žluť používá k malbě na sklo a porcelán, hexanitrokobaltitan sodný Na3[Co(NO2)6] (Koninckovo činidlo) slouží k analytickému důkazu draslíku. Fluorid kobaltitý CoF3 se používá jako fluorační činidlo.

Radioaktivní izotop 60Co (T1/2 = 5,27 roku) nalézá jako silný zdroj tvrdého gama záření uplatnění v medicíně i v řadě technických aplikací.

Biologický význam kobaltu

Kobalt je součástí vitaminu B12 - kobalaminu. Tento vitamin byl objeven jako poslední z vitaminů skupiny B v roce 1947. Vitamin B12 je červená krystalická látka, rozpustná ve vodě a je jedinou sloučeninou kobaltu, která je nezbytná pro život, současně se jedná o jediný vitamin skupiny B, který se v organismu (v játrech) ukládá do zásoby.

Kobalamin se podílí na tvorbě červených krvinek, chrání před vznikem ischemické choroby srdeční, účastní se metabolismu tuků, bílkovin a sacharidů. Klinické příznaky nedostatku vitaminu B12 jsou únava, deprese, svalová slabost, podrážděnost, nervozita, úzkost, napětí a bolesti zad. Chronický nedostatek vitaminu B12 se může projevit chudokrevností, ztrátou paměti, paralýzou a roztroušenou sklerózou.

Mezi přírodní zdroje vitaminu B12 patří hovězí, vepřové i rybí maso a vnitřnosti, vejce, mléko a mléčné výrobky. Vstřebávání probíhá v tenkém střevě a je podporováno dostatečným obsahem vápníku ve stravě, nadbytek sacharidů ve stravě resorpci kobalaminu naopak zpomaluje.

Denní doporučená dávka (DDD) vitaminu B12 pro dospělého člověka činí 2-4 µg, v těhotenství a při kojení se DDD zvyšuje na 4 µg, dětem je doporučováno 0,5-2 µg.

Zdroje

železo ← kobalt → nikl

TOPlist