Kobolt

Kobolt
←  Jern | Nikkel  →
27 Co

Rh
Periodisk system af grundstoffer27Co _
Udseende af et simpelt stof
Koboltprøver
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer Cobalt / Cobaltum (Co), 27
Gruppe , punktum , blok 9 (forældet 8), 4,
d-element
Atommasse
( molær masse )
58.933194(4)  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration [Ar] 3d 7 4s 2
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2
Atomradius 125 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius 116  kl
Ion radius (+3e) 63 (+2e) 72  kl
Elektronegativitet 1,88 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale E 0 (Co 2+ /Co) \u003d -0,277 V
Oxidationstilstande +1; +2; +3; +4; +5
Ioniseringsenergi
(første elektron)
758,1 (7,86)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. ) 8,9 g/cm³
Smeltetemperatur 1768K _
Kogetemperatur 3143K _
Oud. fusionsvarme 15,48 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme 389,1 kJ/mol
Molær varmekapacitet 24,8 [1]  J/(K mol)
Molært volumen 6,7  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur Sekskantet tætpakket op til Т = 427 °С
Gitterparametre a=2,505 c=4,089  Å
c / a -forhold 1,632
Debye temperatur 445K  _
Andre egenskaber
Varmeledningsevne (300 K) 100 W/(m K)
CAS nummer 7440-48-4
27 Kobolt
co58,9332
3d 7 4s 2

Kobolt ( kemisk symbol  - Co , fra lat.  Co baltum ) er et kemisk grundstof af den 9. gruppe (ifølge den forældede klassifikation  - en sideundergruppe af den ottende gruppe, VIIIB), den fjerde periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 27.

Det simple stof kobolt  er et sølvhvidt, let gulligt overgangsmetal med en lyserød eller blålig farvetone. Det findes i to krystallinske modifikationer: α -Co med et sekskantet tætpakket gitter , β -Co med et kubisk fladecentreret gitter , overgangstemperatur α↔β 427 °C [1] .

Navnets oprindelse

Navnet "kobolt" kommer derfra .  "Kobold"  - brownie, nisse. Ristning af arsenholdige koboltmineraler frigiver flygtigt, giftigt arsenoxid . Malmen, der indeholdt disse mineraler, fik navnet bjergånden kobold af minearbejderne . De gamle nordmænd tilskrev forgiftningen af ​​smelteværkerne under omsmeltningen af ​​sølv til denne onde ånds tricks. Heri ligner oprindelsen af ​​navnet på kobolt oprindelsen af ​​navnet på nikkel ( tysk  nikkel - drilsk, dværg nikkel) [2] . I 1735 var den svenske mineralog Georg Brandt i stand til at isolere et hidtil ukendt metal fra saksiske polymetalliske malme , som han kaldte kobolt, som han beskrev i sin afhandling "Om halvmetaller" ( Dissertatio de semimetallis ) [3] [4] . Heri viste han, at han havde æren af ​​at opdage et nyt "halvmetal", der tidligere ofte blev forvekslet med bismuth [5] . Han fandt også ud af, at forbindelserne af dette særlige grundstof bliver glasblå - denne egenskab blev brugt selv i det gamle Assyrien og Babylon . I første omgang fik Brandts opdagelse dog ikke den behørige berømmelse [4] . Nogle videnskabsmænd mente, at det metal, svenskeren opdagede, var en blanding af stoffer med en "særlig jord". Den franske kemiker Pierre Joseph Maker i 1781 [4] beviste endelig, at dette er et selvstændigt element ; han gav også en beskrivelse af metallurgiske metoder til dets udvinding [3] . I midten af ​​1830'erne udviklede den franske dyrlæge Charles Askin en metode til at adskille kobolt-nikkelmalme ved hjælp af blegemiddel . Senere blev denne metode forbedret og indført i industriel produktion [6] .

Koboltblå har hex-farvekoden #0047ab.

Historie

Koboltforbindelser har været kendt af mennesket siden oldtiden. Kobolt blev oprindeligt brugt som blåt farvestof i fremstillingen af ​​dekorativ og brugskunst, glas, emaljer, porcelæn og keramik osv. [7] Koboltporcelæn og keramik udmærker sig ved en særlig dyb mørkeblå farve. Koboltmaling er blandt de ældste og blev brugt i mange centre for dekorativ og brugskunst i Europa og Asien . Det menes, at i Kina begyndte brugen af ​​kobolt til farvning af keramik samtidig med spredningen af ​​porcelæn. Blå koboltglas, emaljer, maling findes i gravene i Babylonien og det gamle Egypten senest 2600 f.Kr. e. [8] Så i Tutankhamons grav fandt de genstande lavet af glas, malet blåt og ikke kun med kobber, men også kobolt [9] . Blå glas og emaljer fremstillet ved hjælp af kobolt er kendt blandt arven fra det antikke Grækenland og det antikke Rom . Det vides ikke, om forberedelsen af ​​briller og maling var bevidst eller tilfældig. Det er blevet fastslået, at kobolt er blevet brugt i Aserbajdsjan til fremstilling af glas, emaljer og glasurer siden det 10.-12. århundrede. Tilsyneladende var det et biprodukt i smeltningen af ​​kobber fra malmforekomsterne i Dashkesan . I middelalderens Europa har brugen af ​​metal til at skabe husholdningsartikler ( venetiansk glas ) været kendt siden anden halvdel af det 15. århundrede [8] . Senere, i det 15.-16. århundrede, begyndte det at blive brugt mere udbredt i Europa. I 1550 bemærkede alkymisten Berenguccio, at glassets blå farve skyldtes indholdet af stoffet zaffer (zaffer). Siden dengang er varianter af dette navn blevet fundet i andre forfatteres værker. Det antages, at et af koboltmineralerne, safflorit, skylder sit navn til zaffar [10 ] .

På grundlag af den sydsaxiske polymetalliske malmforekomst i Schneeberg ( Ertsbjergene ) blev koboltminedrift iværksat. Det er blevet fastslået, at man fra 1520'erne begyndte at fremstille maling af det, som blev sendt til Venedig  , det største center for glasproduktion. I 1679 gav den tyske alkymist Johann Kunkel en beskrivelse af produktionen af ​​en zaffer. I 1790 var der 25 koboltfabrikker i Europa, der specialiserede sig i fremstilling af smalt , også kendt som blåt koboltglas, blå smalt - et af elementerne i mosaikken [10] . Indtil anden halvdel af det 19. århundrede var Tyskland hovedcentret for metaludvinding, selvom det også blev produceret i mindre mængder i andre europæiske regioner ( Sverige , Norge , Spanien ). Denne tilstand fortsatte indtil 1860'erne, hvor den franske ingeniør Jules Garnier opdagede, at Ny Kaledonien havde rige forekomster af nikkel- og koboltmalme. Siden 1870'erne begyndte deres intensive udvikling, og den franske ø blev den største eksportør af kobolt i flere årtier. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev der fundet rige forekomster af sølv-koboltmalme i den canadiske provins Ontario , som er ved at blive hovedleverandøren af ​​kobolt til verdensmarkedet. I 1909 blev mere end 1.500 tons metal udvundet der, hvorefter produktionen i denne region gradvis begyndte at falde [3] . Siden 1920'erne er minecentret flyttet til provinsen Katanga i Belgisk Congo , hvor Union Minière du Haut-Katanga har startet industriel koboltminedrift [11] . I det 21. århundrede er den største producent af kobolt i verden den schweiziske virksomhed Glencore . Det er hende, der er hovedleverandøren af ​​kobolt i produktionen af ​​batterier til elektroniske enheder og elektriske køretøjer. Den schweiziske forhandlers største aktiv på dette område er koboltproduktionen i Zaire [12] [13] . Koboltminedrift blev stimuleret af opdagelsen af ​​dens egenskaber og udvidelsen af ​​dens omfang. I 1897 foreslog den franske kemiker Paul Sabatier det som en katalysator . Siden 1901 er metallet blevet introduceret i produktionen af ​​hurtigtørrende oliemaling. I 1907 patenterede den amerikanske opfinder og industrimand Elwood Haynes en metode til fremstilling af metalskærere fra stelliter  , superhårde legeringer af kobolt og krom, og senere begyndte teknologier, der anvender forskellige tilsætningsstoffer (wolfram og/eller molybdæn), at blive introduceret i dem. Stellitter er meget brugt til sprøjtning, overfladebehandling og lodning af maskindele, værktøjsmaskiner og værktøj for at øge slidstyrken [14] . Siden Første Verdenskrig er kobolt blevet brugt til fremstilling af hopcalite , brugt i personligt åndedrætsværn , især gasmasker. I 1917 opdagede den japanske videnskabsmand og opfinder Kotaro Honda koboltholdige magnetiske legeringer (kobolt, japansk stål) [14] [15] .

At være i naturen

Massefraktionen af ​​kobolt i jordskorpen er 4⋅10 −3 %.

Cobalt er en bestanddel af mineraler: carolit CuCo 2 S 4 , linneit Co 3 S 4 , cobaltite CoAsS, spherocobaltite CoCO 3 , smaltine CoAs 2 , skutterudite (Co, Ni)As 3 og andre. I alt kendes omkring 30 koboltholdige mineraler. Kobolt er ledsaget af arsen , jern , nikkel , krom , mangan og kobber .

Indholdet i havvand er cirka (1,7)⋅10 −10 %.

Indskud

60 % af de udforskede koboltreserver er i Congo (6 millioner tons) [16] . Derudover er aflejringer kendt i Australien (1 million tons), Cuba (500 tusinde tons), Filippinerne (290 tusinde tons), Canada (270 tusinde tons), Zambia (270 tusinde tons), Rusland (250 tusinde tons ), samt i USA , Frankrig og Kasakhstan [17] . Koboltproduktionen i verden kan stige op til 200 tusinde tons i 2025 [18]

Henter

Cobalt opnås hovedsageligt fra nikkelmalme ved at behandle dem med opløsninger af svovlsyre eller ammoniak. Pyrometallurgi- teknikker bruges også .

Klor bruges til at adskille fra nikkel med lignende egenskaber , cobalt(II)chlorat (Co(ClO 3 ) 2 ) udfælder, og nikkelforbindelser forbliver i opløsning.

Omkostningerne ved metallisk kobolt

På grund af den politiske situation i Congo-bassinet i slutningen af ​​1970'erne steg prisen på kobolt med 2000% på et år.

Pr. 15. januar 2018 er prisen på kobolt på verdensmarkedet ifølge London Metal Exchange $75.000/t [19] . I marts 2021 nåede prisen $53.000 per ton på børserne. [tyve]

Fysiske egenskaber

Kobolt er et hårdt metal, der findes i to modifikationer . Ved temperaturer fra stuetemperatur til 427 °C er α- modifikationen stabil. Ved temperaturer fra 427 °C til smeltepunktet (1494 °C) er β -modifikationen af ​​kobolt stabil (ansigtscentreret kubisk gitter). Kobolt er en ferromagnet , Curie-punkt 1121 °C. Et tyndt lag oxider giver det en gullig farvetone .

Isotoper

Kobolt har kun én stabil isotop, 59Co ( isotopisk overflod 100 [21]  %). Yderligere 22 radioaktive isotoper af kobolt er kendt. Den kunstige isotop kobolt-60 er meget udbredt som en kilde til hård gammastråling til sterilisering, i medicin i gammaknive , gammafejldetektion osv.

Kemiske egenskaber

Oxider

Andre forbindelser

De mest stabile komplekser er luteosalte (f.eks. [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ) gule og roseosalte (f.eks. [Co(NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ ) røde eller lyserøde.

Ansøgning

Brugen af ​​kobolt til udsmykning af keramik og glas

Der er en opfattelse af, at kobolt først blev brugt i Mesopotamien ved overgangen til det 3. og 2. årtusinde f.Kr. Derfra spredte teknologiske metoder til at kombinere kobolt med kobber sig til det gamle Egypten. Ved hjælp af kobolt var det muligt at efterligne lapis lazuli og turkis, som var populære blandt egypterne. Arkæologer fandt keramiske tabletter i Nineve , som fortalte om produktionen af ​​kunstige lapis lazuli og safirer. Disse tavler er dateret til det 7. århundrede f.Kr. Antikke og venetianske glaspustere brugte aktivt kobolt.

I Kina begyndte brugen af ​​kobolt til farvning af keramik samtidig med udbredelsen af ​​porcelæn. Dette skete under Tang-æraen (618-907 e.Kr.). Under det mongolske Yuan-dynastiets regeringstid (1280-1368) begyndte brugen af ​​kobolt til underglasurmaling. Storhedstiden for produktionen af ​​porcelæn med blåt underglasurmaleri faldt på Ming-æraen (1368-1644). Fordelingen af ​​kobolt blev påvirket af opdagelsen af ​​en malmforekomst nær Jingdezhen. I det 17. århundrede blev den blå poudre (soufle) teknik udbredt. Koboltpulveret blev blæst på den våde porcelænsoverflade med et bambusrør, hvis ende var dækket af et silkeklæde. Kobolt lagde sig på produktet i et ujævnt tyndt lag, hvilket gav effekten af ​​flimren.

Kobolt blev også aktivt brugt i Japan. Desuden malede han efter ordre fra East India Company i stil med kinesiske mestre, hvis produkter der var en særlig efterspørgsel [23] .

Biologisk rolle

Kobolt er et af de sporstoffer, der er afgørende for kroppen. Det er en del af vitamin B 12 ( cobalamin ). Kobolt er involveret i hæmatopoiesis, nervesystemets og leverens funktioner, enzymatiske reaktioner. Menneskets behov for kobolt er 0,007-0,015 mg dagligt. Den menneskelige krop indeholder 0,2 mg kobolt for hvert kilo kropsvægt. I fravær af kobolt udvikles acobaltosis .

Et overskud af kobolt i kroppen er dog også skadeligt.

Toksikologi

Kobolt og dets forbindelser er giftige, når de indtages i høje doser. Dets uorganiske forbindelser er også kendt for at have kræftfremkaldende og mutagene virkninger (for eksempel sulfat ).

I 1960'erne blev koboltsalte brugt af nogle bryggerifirmaer til at stabilisere skummet. De, der regelmæssigt drak mere end fire liter øl om dagen, fik alvorlige bivirkninger på hjertet, og i nogle tilfælde førte det til døden. Kendte tilfælde af den såkaldte. kobolt kardiomyopati forbundet med ølforbrug forekom fra 1964 til 1966 i Omaha (Nebraska), Quebec (Canada), Leuven (Belgien) og Minneapolis (Minnesota). Dets brug i brygning er siden blevet afbrudt og er i øjeblikket ulovligt [24] [25] .

MPC -støv af kobolt i luften er 0,5 mg/m³, i drikkevand er det tilladte indhold af koboltsalte 0,01 mg/l.

Toksisk dosis ( LD50 for rotter) - 50 mg.

Særligt giftige er dampene af cobalt octacarbonyl Co 2 (CO) 8 .

Samtidig bliver 40.000 børn under 13 år i Congo dagligt brugt som arbejdere i udvindingen af ​​kobolt, som bruges til at skaffe dele til mobiltelefoner og anden forbrugerelektronik.

Noter

  1. 1 2 Chemical Encyclopedia: in 5 tons / Knunyants I. L. - M . : Soviet Encyclopedia, 1990. - V. 2. - S. 414. - 671 s. — 100.000 eksemplarer.
  2. Ann Rooney. Kemi. Fra det periodiske system til nanoteknologi . - M. : AST, 2020. - 206 s. — ISBN 978-5-17-114753-2 . Arkiveret 24. december 2021 på Wayback Machine
  3. 1 2 3 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , s. femten.
  4. 1 2 3 Svidunovich et al., 2020 , s. 38.
  5. Venetsky, 2005 , s. 113-114.
  6. Venetsky, 2005 , s. 114-115.
  7. Venetsky, 2005 , s. 111-112.
  8. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , s. 13.
  9. Kritzman, Stanzo, 1990 , s. 117.
  10. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , s. fjorten.
  11. Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , s. 17.
  12. Glencore vil sælge en tredjedel af den udvundne kobolt til Kina . Vedomosti . Hentet 24. december 2021. Arkiveret fra originalen 24. december 2021.
  13. Særrapport: Glencore: The Soulless Commodity Giant . IndustriALL (26. april 2018). Hentet 24. december 2021. Arkiveret fra originalen 24. december 2021.
  14. 1 2 Reznik, Sobol, Khudyakov, 1995 , s. atten.
  15. Venetsky, 2005 , s. 115.
  16. Teknologifirmaer sagsøgt over koboltminedødsfald i DR Congo  (utilgængeligt link) , BBC, 17/12/2019
  17. Smartphonepriser forventes at stige i vejret . Hentet 14. januar 2018. Arkiveret fra originalen 20. oktober 2020.
  18. Kina har etableret kontrol over verdens forsyning af kobolt - Vedomosti . Hentet 26. november 2021. Arkiveret fra originalen 26. november 2021.
  19. ↑ London Metal Exchange : Hjem  . www.lme.com. Hentet 15. januar 2018. Arkiveret fra originalen 10. januar 2018.
  20. Koboltpriserne stiger, men ingen glemmer olien | Hvem ved det . Hentet 26. november 2021. Arkiveret fra originalen 26. november 2021.
  21. Audi G. , Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. Nubase2016-evalueringen af ​​nukleare egenskaber  // Kinesisk fysik  C. - 2017. - Bd. 41 , udg. 3 . - P. 030001-1-030001-138 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . - .Åben adgang
  22. 1 2 3 4 5 Brugen af ​​kobolt . Hentet 26. januar 2019. Arkiveret fra originalen 25. januar 2019.
  23. Evig kobolt på skrøbeligt porcelæn. N. Pavluhina. Antikviteter, kunst og samleobjekter. nr. 3(65), 2009, s. 4 - 17
  24. Diverse problemer Arkiveret 1. februar 2010 på Wayback Machine // truealcohol.land.ru .
  25. Dekret fra Chief State Sanitary Doctor i Den Russiske Føderation af 14. november 2001 N 36 "Om indførelse af sanitære regler" (med ændringer og tilføjelser) Arkiveret kopi af 19. januar 2012 på Wayback Machine .

Litteratur

Links