Kobalt

Kobalt, Co, je namodralý, tvrdý, feromagnetický kov. Využívá se při barvení skla a keramiky a ve slitinách.

Atomové číslo	27	Počet stabilních izotopů	1
Atomová hmotnost	58,933195	Elektronová konfigurace	[Ar] 3d7 4s2
Teplota tání [°C]	1495	Teplota varu [°C]	3100
Elektronegativita	1,88	Hustota [g.cm-3]	8,90

Kobalt existuje ve dvou krystalických modifikacích, α-Co krystaluje v nejtěsnějším hexagonálním uspořádání (HCP), zatímco β-Co krystaluje v plošně centrované kubické mřížce (FCC). Přechod mezi modifikacemi nastává při teplotě 417 °C.

Izotopy

Kobalt je monoizotopický, jediným stabilním izotopem je ⁵⁹Co. Známe 29 radioizotopů.

Izotop	Poločas rozpadu
56Co	77,24 dne
57Co	274,81 dne
58Co	70,84 dne
60Co	5,27 let

⁵⁷Co

Připravuje se ozařováním kovového železa deuterony:

$$^{56}_{26}\textrm{Fe}\ +\ ^{2}_{1}\textrm{H}\ \rightarrow\ ^{57}_{27}\textrm{Co}\ +\ \textrm{n}$$

Využívá se v medicíně, např. na značení vitamínu B12. Tak je možné určit příjem vitamínu střevní sorbcí.[6]

⁶⁰Co

Izotop ⁶⁰Co je radioizotopem kobaltu s nejdelším poločasem rozpadu. Připravuje se ostřelováním slitiny kobaltu s niklem neutrony v jaderném reaktoru:

$$^{59}_{27}\textrm{Co}\ +\ ^{1}_{0}\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{60}_{27}\textrm{Co}$$

Využívá se jako zdroj γ záření, emituje silně pronikavé gamma záření, což umožňuje prozařování i objemnějších předmětů. S kobaltovými zářiči se můžeme potkat v medicíně, kde slouží ke sterilizaci lékařského vybavení. V chemii se využívají izotopicky značené sloučeniny kobalu ke zkoumání průběhu chemických reakcí.

Výskyt

V zemské kůře je jeho koncentrace cca 29 ppm. Doprovází niklové rudy, příp. sulfidické rudy mědi a olova. Nejrozšířenějšími nerosty jsou smaltin CoAs₃, linnéit Co₃S₄ a kobaltit CoAsS. Výroba kovového kobaltu je poměrně složitý proces, protože je nutné odstranit doprovodné kovy (Ni, Cu, Pb, Fe, Bi, As). Poté se oxid kobaltnato-kobaltitý redukuje uhlíkem.

Chemické vlastnosti

Nejběžnějšími oxidačními čísly kobaltu ve sloučeninách jsou II a III. Kobaltitý ion má silné oxidační vlastnosti, oxiduje vodu za vývoje kyslíku, z toho důvodu je známo jen několik málo kobaltitých sloučenin. Naproti tomu je známo velké množství komplexních sloučenin s kationtem Co^III.

Oxidační čísla

Oxidační stav	Koordinační číslo	Tvar molekuly	Sloučenina
-I (d10)	4	tetraedr	[Co(CO)4]–
0 (d9)	4	tetraedr	[Co(PMe3)4]
I (d8)	5	trigonální bipyramida	[Co(NCMe)5]+
		tetragonální pyramida	[Co(NCPh)5]+
	6	oktaedr	[Co(bipy)3]+
II (d7)	2	lineární	[Co{N(SiMe3)2}2]
	3	trojúhelník	[Co{N(SiMe3)2}2(PPh3)]
	4	tetraedr	[CoCl4]2-
		čtverec	[Co(ftalocyanin)]
	5	trigonální bipyramida	[CoBrN(C2H4NMe2)3)]+
		tetragonální pyramida	[Co(CN)5]3-
	6	oktaedr	[Co(H2O)6]2+
	8	dodekaedr	[Co(NO3)4]2-
III (d6)	6	oktaedr	[Co(NH3)6]3+
IV (d5)	4	tetraedr	[Co(1-norbornyl)4]
	6	oktaedr	[CoF6]2-

Oxidy

Známe tři oxidy kobaltu: kobaltnatý (CoO), kobaltitý (Co₂O₃) a kobaltnato–kobaltitý (Co₃O₄). Oxid kobaltnatý získáme žíháním hydroxidu, dusičnanu nebo uhličitanu kobaltnatého za nepřístupu vzduchu. Na vzduchu je stabilní i za vysokých teplot. Zahříváním na teplotu 600-700 °C přechází na oxid kobaltnato-kobaltitý, který má spinelovou strukturu.

Halogenidy

Halogenid	Barva
CoF3	světle hnědý
CoF2	růžový
CoCl2	modrý
CoBr2	zelený
CoI2	modročerný

Fluorid kobaltitý se využívá jako fluorační činidlo ve Fowlerově procesu.

Barva chloridu kobaltnatého závisí na stupni hydratace. Bezvodý je světle modrý a při hydrataci postupně přechází až na červený hexahydrát.

Bezvodý fluorid kobaltnatý je možné připravit zahříváním chloridu ve fluorovodíku. Bezvodý chlorid a bromid se připravují působením halogenu na zahřátý kobalt, jodid se připravuje působením HI na zahřátý kobalt. Hydratovaný chlorid kobaltnatý je možné snadno vyrobit srážením dusičnanu kobaltnatého sodou a následným rozpuštěním vzniklého uhličitanu pomocí kyseliny chlorovodíkové.

Koordinační sloučeniny

Koordinační sloučeniny kobaltité vynikají barevností, viz tabulka.

Komplexní ion	Barva
[Co(NH3)6]3+	zlatohnědá
[Co(NH3)5(H2O)]3+	světle červená
[Co(NH3)5Cl]2+	purpurová
[Co(NH3)5NO2]2+	oranžová
cis-[Co(NH3)4Cl2]+	tmavě fialová
trans-[Co(NH3)4Cl2]+	zelená
cis-[Co(NH3)4(NO2)2]+	zlatožlutá
trans-[Co(NH3)4(NO2)2]+	šafránová

Organokovové sloučeniny

Tyto sloučeniny obsahují přímou vazbu Co-C. Setkáváme se s nimi v mnoha přírodních sloučeninách, příkladem je vitamín B₁₂, který se označuje jako kobalamin. Základem tohoto vitamínu je kobalt koordinovaný dusíky z okolních pyrrolových jader.

Další důležitou sloučeninou je oktakarbonyl dikobaltu, Co₂(CO)₈. Známe několik izomerních forem této sloučeniny, ligandy CO mohou vystupovat jako terminální, i jako můstkové. Dva hlavní izomery existující v roztoku jsou na obrázku dole.

Využívá se jako katalyzátor při mnoha organických reakcích, např. při hydroformylaci. To je syntéza aldehydu z terminálního alkenu.

Analogen ferrocenu je kobaltocen, Co(Cp)₂, tmavě fialová krystalická látka, lze ho také snadno sublimovat (podobně jako ferrocen). Můžeme ho připravit reakcí alkalického cyklopentadienidu s chloridem kobaltnatým v bezvodém tetrahydrofuranu.

Dekamethylkobaltocen je základem kobaltových dendrimerů, které patří mezi největší dosud známé molekuly. Největší dendrimer obsahuje 19683 atomů kobaltu, jeho sumární vzorec je C₉₃₄₈₉₃H_1495830O₄₉₂₀₃Si₄₉₂₀₃Co₁₉₆₈₃P₁₉₆₈₃F₁₁₈₀₉₈.[7]

Využití

Nejvíce kobaltu se spotřebovává pro výrobu teplotně odolných slitin, které se využívají ve spalovacích turbínách nebo letadlových motorech. Další oblastí, kde se kobalt využívá jsou lithiové baterie, jejich katody obsahují sloučeninu LiCoO₂, což je oxid kobaltitý s interkalovanými ionty lithia.

Fowlerův proces

Fluorid kobaltitý, CoF₃, je velmi dobré fluorační činidlo.

Využívá se pro přípravu perfluorovaných alkanů (Fowlerův proces):[8]

C₅H₁₂ + 24 CoF₃ → C₅F₁₂ + 12 HF + 24 CoF₂

Vznikající fluorid kobaltnatý (CoF₂) lze následně regenerovat plynným fluorem:

2 CoF₂ + F₂ → 2 CoF₃

NMR

Kobalt je monoizotopický prvek. Jádro ⁵⁹Co je kvadrupolární a má vysokou citlivost. Signály jsou široké a kobalt má i extrémně široké rozpětí chemických posunů. Standardem je roztok hexakyanokobaltitanu draselného v D₂O. Kobaltnaté soli měřit nelze, protože jsou paramagnetické.

	59Co
Spin	7/2
Zastoupení v přírodě [%]	100
Citlivost vzhledem k 1H	0,278
Citlivost vzhledem k 13C	1640
Rozsah chemických posunů	-4000 – 14000 ppm
Rezonanční frekvence v poli 1 T	10,077
Jaderný magnetický moment	+4,627

Chemické posuny

Co3+	14000 – 3000
Co+	3000 – 0
K3[Co(CN)6]	0
Klastry kobaltu	0 – -4000

Odkazy

1. Kobalt na české wikipedii
2. Kobalt na anglické wikipedii
3. Cobalt NMR
4. ⁵⁹Co : Temperature Dependent Chemical Shifts
5. Selected recent developments in organo-cobalt chemistry
6. HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1.
7. Giant Cobalticinium Dendrimers
8. Perfluoroalkanes

Navigace

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr