Cobalt

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
⁵⁵Co	{syn.}	17,53 h	ε	3,451	⁵⁵Fe
⁵⁶Co	{syn.}	77,27 d	ε	4,566	⁵⁶Fe
⁵⁷Co	{syn.}	271,79 d	ε	0,836	⁵⁷Fe
⁵⁸Co	{syn.}	70,86 d	ε	2,307	⁵⁸Fe
⁵⁹Co	100 %	Stabil
⁶⁰Co	{syn.}	5,2714 a	β-	2,824	⁶⁰Ni
⁶¹Co	{syn.}	1,850 h	β-	1,322	⁶¹Ni

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad/(T·s)	E	f_L bei B = 4,7 T in M Hz
⁵⁹Co	7/2	6,317 · 10⁷	0,277	47,2

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung
aus RL 67/548/EWG, Anh. 1

Gefahrensymbole
Xn Gesundheits- schädlich

R- und S-Sätze

R: 42/43-53

S: (2-)22-24-37-61

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cobalt (fachsprachlich; standardsprachlich Kobalt) (von lat. cobaltum Kobold) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Co und der Ordnungszahl 27. Cobalt ist ein ferromagnetisches Schwermetall aus der 9.Gruppe (früher 8.Nebengruppe) des Periodensystems der Elemente. Es zählt zu den Übergangsmetallen. 1735 entdeckte der schwedische Chemiker Georg Brandt das bis dahin unbekannte Element und gab ihm seinen Namen.

Eine Besonderheit der molaren Masse von Cobalt ist, dass sie größer als die des nächsten Elementes im Periodensystem (Nickel) ist.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Die Staaten mit der größten Förderung
4 Gewinnung und Darstellung
5 Eigenschaften
- 5.1 Physikalische Eigenschaften
- 5.2 Chemische Eigenschaften
6 Anwendungen
7 Physiologie
8 Nachweis
9 Verbindungen
10 Siehe auch
11 Quellen
12 Literatur
13 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Cobaltverbindungen sind schon seit sehr langer Zeit bekannt und wurden vorwiegend zum Färben von Glas und Keramik verwendet (Cobaltblau).

Cobalterze sind schon seit langer Zeit bekannt. Im Mittelalter wurden sie häufig für wertvolle Silber- und Kupfererze gehalten. Da sie sich aber nicht verarbeiten ließen und wegen des Arsengehaltes 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 „Wolfsspucke“, lat. lupi spuma) und eben Kobolderz, also Cobalt belegt^[1].

[Bearbeiten] Vorkommen

Kobalterz

Cobalt ist ein seltenes Element mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von ca. 0,003 %.^[2]. Elementar kommt es nur äußerst selten im 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 Elemente sind chalkophil (schwefelliebend) und für basische und ultrabasische Magmatite charakteristisch.

Es gibt eine Reihe Cobalterze, in denen sich das Cobalt durch Verwitterung oder andere Prozesse angereichert hat. Die wichtigsten sind: Kobaltglanz (Cobaltit; CoAsS), Cobalt-Nickel-Kies (Linneit-Siegenit, (Co,Ni)₃S₄), Cobaltblüte (Erythrin), Erdkobalt (Asbolan), Speiskobalt (Smaltin, CoAs₃) und Heterogenit (CoOOH). Der Cobaltgehalt der sulfidischen Erze ist aber gering (meist nur 0,1−0,3 %^[2]). Wichtige Erzlagerstätten befinden sich in Kanada, Sambia, Marokko, Demokratische Republik Kongo, Kuba, Russland, Australien und in den USA.

Cobalt findet sich als Spurenelement in den meisten Böden.

[Bearbeiten] Die Staaten mit der größten Förderung

Die Staaten mit der größten Förderung von Cobalt (2002)^[3]

Rang	Land	Fördermengen ( in t )
1	Demokratische Republik Kongo	22000
2	Sambia	8600
3	Australien	6000
4	Kanada	5600
5	Russische Föd.	5100
6	Kuba	4000
7	Marokko	1500
8	China	1400
9	Neukaledonien	1100
10	Brasilien	1000
10	Andere Länder	1200
10	Gesamt	57500

Die Staaten mit der größten Förderung sind die Demokratische Republik Kongo (24,1 % Weltmarktanteil im Jahr 2003), Sambia (22,7 %), Australien (13,9 %), Russland (9,7 %) und Kanada (8,7 %)

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

Zunächst werden die Cobalterze durch Flotation angereichert. Auch als Nebenprodukt bei der Kupferherstellung fallen cobalthaltige Erze an. Nach dem Rösten fließt ein Großteil des Eisens in der Schlacke ab. Der übrig bleibende „Rohstein“ enthält noch Kupfer-, Nickel- und Cobalterze in Form von Sulfiden und Arseniden. Durch das Abrösten mit Natriumcarbonat und -nitrat entweicht ein Teil des Schwefels und des Arsens. Die verbleibenden Metalloxide werden mit heißer Salzsäure umgesetzt und mit Chlorkalk getrennt. Das enthaltene Cobaltoxid (CoO) fällt als Cobalthydroxid aus und kann durch Erhitzen in Cobalt(II,III)-oxid (Co₃O₄) umgewandelt werden. Dieses lässt sich mit Koks oder Aluminiumpulver zu Cobalt reduzieren:

$\mathrm{Co_3O_4 + 2 \ C \longrightarrow 3 \ Co + 2 \ CO_2}$

[Bearbeiten] Eigenschaften

[Bearbeiten] Physikalische Eigenschaften

Cobalt ist ein stahlgraues, sehr zähes Schwermetall mit einer Dichte von 8,9 g/cm³^[4]. Es ist ferromagnetisch mit einer Curie-Temperatur von 1150 °C^[4]. Cobalt tritt in zwei Modifikationen, α-Cobalt mit einem hexagonal-dichtesten und β-Cobalt in einer [kubisch-flächenzentriert]en Kugelpackung, auf. Als typisches Metall leitet es Wärme und Strom (elektrische Leitfähigkeit 26 % von der des Kupfers^[2]).

[Bearbeiten] 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, bekannt sind aber andere von +I bis +V. Dabei ist die Oxidationsstufe +II in Verbindungen an stailsten. Cobalt bildet eine Vielzahl von -meist farbigen- Komplexen. Darin ist die Oxidationsstufe +III häufiger und stabiler.

[Bearbeiten] Anwendungen

Kobaltblaue Glasgegenstände aus Bristol

Als Legierungsbestandteil zur Erhöhung der Verschleiß- und Warmfestigkeit von legierten und hochlegierten Stählen und Superlegierungen, als Binderphase in Hartmetall-Sinterwerkstoffen und Diamantwerkzeugen, als Oxid, Sulfat, Hydroxid oder Carbonat in hitzefesten Farben und Pigmenten (z. B. für die Bemalung von Porzellan und Keramik), als Bestandteil von magnetischen Legierungen, als Acetat in Trocknern für Farben und Lacke, als Katalysator(Entschwefelung/Hydrierung), als Hydroxid oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO₂) in Batterien, in korrosions- bzw. verschleißfesten Legierungen und als Spurenelement für Medizin und Landwirtschaft. Seine Verwendung als Legierungselement und in Cobaltverbindungen macht es zu einem strategisch wichtigen Metall.

Das radioaktive Isotop ⁶⁰Co dient als Gamma-Strahler – für Krebstherapie, Sterilisation, Konservierung, Durchstrahlungsprüfung, etc.

[Bearbeiten] Physiologie

Cobalt ist für die menschliche Ernährung ein essentielles Spurenelement als Bestandteil von Vitamin B12 (Cobalamin), welches beim gesunden Menschen von den Darmbakterien direkt aus Cobalt-Ionen gebildet werden kann. Die benötigte Cobaltmenge ist extrem gering, nur etwa 0,2 Mikrogramm pro Tag. Während kleine Überdosen von Co-Verbindungen für den Menschen nur wenig giftig sind, führen größere Überdosen (ab etwa 25–30 Milligramm pro Tag) zu Haut-, Lungen-, Magenerkrankungen, Leber-, Herz-, Nierenschäden und Krebsgeschwüren. Als man in Kanada früher Biere zur Schaumstabilisierung mit Cobalt anreicherte, stieg die Mortalitätsrate bei starken Biertrinkern auf annähernd 50% an – bedingt durch Herzmuskelschwäche („kanadisches Biertrinkerherz“). Heute wird dem Bier jedoch kein Cobalt mehr zugesetzt. ^[5]

[Bearbeiten] 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.

Quantitativ kann Cobalt mit EDTA in einer komplexometrischen Titration gegen Murexid als Indikator bestimmt werden.

[Bearbeiten] Verbindungen

Cobalt tritt in seinen Verbindungen meist zwei- oder dreiwertig auf, diese Verbindungen besitzen oft kräftige Farben.

Wichtige Cobaltverbindungen:

[Bearbeiten] Siehe auch

Wiktionary: Cobalt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme und Übersetzungen

Modum Blaufarbenwerk

[Bearbeiten] Quellen

↑ Brockhaus!, "Was so nicht im Lexikon steht", S. 255f, ISBN 3-7653-1551-6
↑ ^a ^b ^c dtv-Atlas Chemie, Band 1, dtv-Verlag (2000)
↑ Cobalt bei USGS Mineral Resources
↑ ^a ^b Hollemann, Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 91.–100. Auflage,de Gruyter, Berlin, 1985. ISBN 3-11-007511-3 (S.1146-1152)
↑ Expert Group on Vitamins and Minerals, 2002

[Bearbeiten] Literatur

Hollemann-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie 91.–100. Auflage, de Gruyter, Berlin, 1985. ISBN 3-11-007511-3.
Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie, Band 1, dtv-Verlag, 9. Auflage 2000 ISBN 3-423-03217-0
M. Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie, Spektrum Verlag, 1.Auflage 2004 ISBN 3-8274-0208-5