Element 27 - Kobalt - Periodiek systeem - Exact wat je zoekt (2024)

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Veiligheidsscheermes, reactoren en motoren.

De bekende scheermes­jes bestaan vaak uit kobalt­staal (40-60 % kobalt, met chroom, wolfraam en koolstof) of stelliet (50-60 % kobalt, 30-40 % chroom, 8-20 % wolfraam) vanwege de grote slijtvast­heid en hoge corrosiebe­sten­digheid. Stelliet is een veel toegepaste kobaltlegering die onder andere te vinden is in de beitelpunt van boorwerktuigen, reactoren in de chemische industrie, chirurgische instrumenten en in de motoren en turbines van straalvliegtuigen, schepen, racemotoren en gasturbines.

Permanente magneet

Een aantal kobaltlegeringen hebben zeer goede magneti­sche eigenschap­pen. Zo is een magneet gemaakt van de legeringAlnico25 maal krachtiger dan een gewone staalmagneet. Alnico is een legering van aluminium, kobalt en nikkel (AlNiCo).

Ook Co₅Sm heeft onge­wone magnetische eigen­schap­pen. Het geldt voor alle verbin­dingen Co₅Z, Co₇Z₂, Co₁₇Z₂, waarin Z een zeldzaam aardmetaal voorstelt.

Katalysator uitlaatgas

Kobaltoxide (Co₃O₄) in de uitlaatkatalysator van auto’s helpt bij de volledige verbran­ding van koolmonoxide:

$2\mathrm{NO}+2\mathrm{CO}\to {\mathrm{N}}_2+2{\mathrm{CO}}_2$

Kobaltmolybdeensulfide (op aluminiumoxide als drager) katalyseert de reactie:

$\mathrm{CO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2$

Pigment

Kobaltblauw (kobaltaluminaat, CoAl₂O₄) is een veelgebruikte pigmentstof om een blauwe kleur te geven aan email, porselein, glas en verf. Het is ook te vinden in het blauw van bankbiljetten. Kobaltblauw heeft allerlei namen, zoals Thénard’s blauw. Het is een helder blauwe verf­stof, zeer lichtvast en goed bestand tegen hoge tempe­ratu­ren en tegen aantasting door zuren en basen. Ook het bekende “Delfts blauw”bevat kobaltverbindingen als pigment.

Weerprofeet

Bij een aantal kobalt(II)zouten treedt verkleuring op als ze kristalwater opnemen. Zo is droog kobalt(II)chloride blauw, maar met kristalwater is het roze tot rood. Dit hydratatie­proces is omkeerbaar zodat de kleur van het zout afhanke­lijk is van de luchtvochtig­heid van de omge­ving. Zo’n ‘weerprofeet’ is dus blauw bij mooi weer blauw en roze bij vochtig weer.

Gammabestralingsbron

Het radioactieve isotoop⁶⁰Co is een krachtige gammastraler met een halfwaardetijd van 5,3 jaar. Het is veel goedko­per dan radium, veroorzaakt minder ernstige bescha­di­gingen van de huid en heeft weinig schade­lijke bijwerkingen. In 1951 vond de eerste bestraling met kobalt-60 plaats in een Canadees ziekenhuis. Het isotoop wordt verder gebruikt voor de sterilisatie van instrumenten, de conserve­ring van voedsel en als ‘merk­stof’ in de biologie, de indus­trie en de chemie.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• Beschermlaag voor metalen
• Bot- en tandprothese (64 % Co, 30 % Cr, 5 % Mo)
• Elektrische weerstandsdraad (Co, Fe, Cr, Al)
• Slijpschijven voor diamanten
• Horlogeveer (40 % Co + Cr, Ni, Mo, Mn, C, B)

In verbindingen

Naam

De naamkobaltis afgeleid vanKobold, de Oud Ger­maanse (berg)gees­t. In vroeger tijden werd de lastige winning van het metaal toegeschreven aan tegenwerking van de Kobolden. Kobaltertsen zien er net zo uit als koper- of zilver­ertsen, maar met de primitieve methoden was het niet mogelijk er metaal uit te isoleren. Later verbasterde de naam tot kobalt, wat in het Latijncobalt­umwerd.

Ontdekking

De Egyptenaren, Grieken en Romeinen gebruikten al in de oudheid verbindingen met kobalt, vooral om glas blauw te kleuren. In Perzië is een halssnoer met blauwe glaskralen gevonden uit 2250 v. Chr. Ook de Chinezen gebruikten kobalt ver­bin­dingen. Ze kleurden er hun beroemde porselein mee, onder andere ten tijde van de Tang en Ming-dynastieën (respectievelijk 7-10^een 14-17^eeeuw).

Kobalt is het eerste metaal waarvan de ontdekking echt aan iemand is toe te schrijven. Eerdere metalen (ijzer, koper, zilver, goud, zink, kwik, tin, lood en bismuth) waren al sinds mensenheugenis bekend en hadden geen bekende ontdekkers.

De ontdekker van kobalt is de Zweedse chemicusGeorg Brandt. Die stelde in 1735 vast dat een nieuw element verantwoordelijk moest zijn voor de blauwe kleuring, en niet bismuth, zoals lang werd gedacht. In 1780 wist de Zweedse chemicus/mineraloogTorbern Olof Bergman(foto) het eerste metallisch kobalt te isoleren.

In 1938 ontdekten de Amerikaanse radiochemici John Livingood enGlenn T. Seaborghet isotoop kobalt-60, dat (onder andere) veel wordt gebruikt voor de bestraling van tumoren.

Voorkomen

Kobalt staat op de dertigste plaats in de lijst van meest voorkomende elementen, met een aandeel van 0,0025% in het gewicht van de aardkost.

Kobalt is ook een essentieel mineraal voor mensen, het is bijvoorbeeld onderdeel van vitamine B12. Toch is het in ons lichaam één van de minst voorkomende elementen. Een menselijk lichaam bevat ongeveer 1 mg kobalt.

Kobalt wordt in allerlei mineralen aangetroffen. De belangrijkste zijn:

Ook mangaanknollen bevatten kobalt, tot ruim 2 % – zowel in de aarde als op de zeebo­dem. Verder is het te vinden in nikkelertsen zoals kobaltnik­kelkies of siegeniet ((Co,Ni)₃S₄) en in koperertsen zoals carro­liet ((Cu,Co)₂S₄).

Men neemt aan dat in het binnenste van de aarde het kobalt­gehalte veel hoger is dan in de aardkorst (ruwweg de buitenste 16 km), aangezien materiaal afkomstig van meteorieten veel meer kobalt bevat (0,5 – 2,5 %) dan de aardkorst.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in de Democratische Republiek Congo (Katanga), Zambia, de Verenigde Staten van Amerika, Cuba, Nieuw Caledonië, Australië, Canada (Ontario), Rusland (Kau­kasus), Finland, Zweden, Noorwegen, Ma­rokko, Burma, Zimbab­we, Indonesië en Japan. De EU heeft met de Critical Raw Materials Act in 2022 het element kobalt op de lijst van schaarse en strategische grondstoffen gezet.

Bereiding

Vroeger

Vroeger werd kobalt bereid door kobalt houdende ertsen reduceren met houtskool.

Tegenwoordig

Veel kobalt wordt gewonnen als ‘bijproduct’ bij de winning van nikkel of andere metalen zoals koper, ijzeren zilver. Er zijn verscheidene productieprocessen, bijvoorbeeld:

Door ‘roosten’ (verhitten) en een behandeling met soda en salpeterzuur ontstaan oxides, waaruit door reductie een legering van de aanwezige metalen ontstaat. Bij behandeling van deze legering met 20 % zwavelzuur lossen ijzer en kobalt op. Eventueel aanwezig koper is door elektrolyse te verwijderen. Vervolgens wordt eerst het ijzer verwijderd door een behandeling met natriumchloraat (NaClO₃) en natriumcarbonaat (Na_­2CO₃). Daarna leidt het toevoegen van chloorkalk tot het neerslaan van kobalthydroxide, dat tenslotte met co*kes wordt gereduceerd tot het metaal.

Ook wordt kobalt verkregen doorelektro­lysevan uitgeloogde ertsen of door het oplossen van kobaltverbindingen in ammoniak (NH₃), gevolgd door reductie met waterstof.