Кобалтът е един от най-значимите преходни метали в съвременната наука и индустрия. Открит още през XVIII век, този твърд, сребристосив елемент с лек синкав оттенък има ключова роля в развитието на магнитни материали, сплави с висока якост и литиево-йонни батерии.
| Кобалт | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Кобалт |
| Латинско / международно наименование | Cobalt |
| Химичен символ | Co |
| Пореден номер (атомно число) | 27 |
| Период и група в таблицата | 4-ти период, 9-та група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 58.933 g/mol |
| Изотопи | Co-59 (стабилен), Co-60 (радиоактивен) |
| Средна атомна маса | 58.93 u |
| Плътност | 8.90 g/cm³ |
| Температура на топене | 1495°C |
| Температура на кипене | 2927°C |
| Кристална структура | Хексагонална / кубична (в зависимост от температурата) |
| Цвят / външен вид | Сребристосинкав метален блясък |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Георг Бранд, 1735 г. |
| Място на откриване | Швеция |
| Етимология на името | От нем. Kobold – „гоблин“, „зъл дух“ |
| Окислителни степени | +2, +3 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d⁷ 4s² |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 1.88 |
| Йонизационна енергия | 760 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 1.26 Å |
| Атомен радиус | 1.52 Å |
| Топлопроводимост | 100 W/m·K |
| Електрическа проводимост | 17.9 ×10⁶ S/m |
| Магнитни свойства | Феромагнитен |
| Основни минерали и съединения | Кобалтин, линеит, еритрит, скутерудит |
| Разпространение в природата | В никелови и медни руди |
| Начини за получаване / добив | Електролитно рафиниране, редукция на кобалтови оксиди |
| Основни производители | ДР Конго, Русия, Канада, Австралия, Китай |
| Основни приложения | Батерии, сплави, магнити, пигменти, катализатори |
| Биологично значение | Компонент на витамин B₁₂ |
| Токсичност и безопасност | Токсичен при високи концентрации |
| Използване в индустрията | Енергетика, металургия, медицина |
| Използване в медицината / фармацията | Изотоп Co-60 в радиотерапия |
| Ядрени свойства | Co-60 – силно радиоактивен изотоп (β- и γ-излъчване) |
| Влияние върху околната среда | Замърсяване при неконтролиран добив |
| Методи за рециклиране | Извличане от употребявани батерии |
| Глобално годишно производство | Около 180 000 тона |
| Историческо значение | Един от първите метали, използвани за цветно стъкло |
| CAS номер | 7440-48-4 |
| PubChem CID | 104730 |
| Код по IUPAC / ISO | Co, ISO 27 |
| Символика и културно значение | Символ на устойчивост, интелект и духовно равновесие |
Неговият химичен символ е Co, а атомният му номер е 27. Металът принадлежи към групата на желязото и споделя сходни физикохимични свойства с него и с никела. Освен индустриалното си значение, кобалтът играе и жизненоважна биологична роля, тъй като е основен компонент на витамин B₁₂ (кобаламин) – един от най-важните витамини за нервната система и кръвообразуването.
Химични и физични свойства
Кобалтът е твърд и ковък метал със сребристосинкав цвят, който не се среща в чиста форма в природата, а само в съединения с други елементи като арсен, сяра или кислород. Той има плътност от около 8,9 g/cm³ и температура на топене 1495°C, което го прави устойчив на високи температури и подходящ за изработка на сплави, използвани в турбинни лопатки, двигатели и инструменти.
Химически кобалтът проявява две основни валентности – +2 и +3, като образува стабилни съединения и комплекси с богато оцветяване, често в ярки сини нюанси. Тези цветни съединения са основата за т.нар. „кобалтово синьо“, използвано в стъкларството и керамиката още от древността.
Историческо откриване
Кобалтът е открит през 1735 г. от шведския химик Георг Бранд (Georg Brandt), който доказва, че синият цвят на стъклото не се дължи на мед, както се смятало дотогава, а на нов метал. Името „кобалт“ произлиза от немската дума Kobold – „зъл дух“ или „гоблин“.
Миньорите в Германия наричали така рудите, които изглеждали богати на сребро, но при топене отделяли отровни изпарения (арсенови съединения) и не давали очаквания метал.
Разпространение и находища
Кобалтът е сравнително рядък елемент в земната кора, със средно съдържание от около 25 ppm. Най-богатите му находища се намират в Демократична република Конго, Русия, Канада, Австралия и Куба. Африка днес доминира световното производство – над 70% от кобалта се добива в Конго, главно като страничен продукт от медните и никеловите мини.
В България кобалт се среща в малки количества в сулфидни руди в Родопите и Стара планина, но не се добива в промишлени мащаби.
Добив и пречистване
Процесът на добив на кобалт е сложен, защото рядко се среща самостоятелно. Обикновено се извлича като страничен продукт при обработката на никелови или медни руди. Основните методи включват хидрометалургично и пирометалургично извличане, последвано от електролитно рафиниране.
Чистият кобалт се получава като плътни метални кюлчета или прахообразен материал, който впоследствие се използва в различни промишлени приложения.
Приложения в индустрията
Кобалтът има изключително разнообразни приложения:
- Магнитни материали: използва се за производство на висококачествени постоянни магнити (сплави като Alnico и самарий-кобалтови магнити), които издържат на високи температури.
- Батерии: съществен компонент на литиево-йонните акумулатори, използвани в електромобили, лаптопи и мобилни телефони.
- Катализатори: кобалтовите съединения участват в хидрогенизация и други химични реакции в петролната и химическата индустрия.
- Сплави: сплавите с кобалт се отличават с голяма твърдост и устойчивост на износване, което ги прави подходящи за инструменти и ножове.
- Оцветители и пигменти: кобалтовият оксид придава дълбок син цвят на стъкло, емайли и керамика.
Биологично значение
Кобалтът е жизненоважен микроелемент за живите организми. Той е част от структурата на витамин B₁₂ (кобаламин), който регулира образуването на червени кръвни клетки и поддържа функцията на нервната система. Недостигът на кобалт може да доведе до анемия и неврологични нарушения.
В природата растенията абсорбират малки количества кобалт от почвата, които впоследствие навлизат в хранителната верига. Излишъкът от кобалт обаче може да бъде токсичен, затова се изисква внимателен контрол върху неговите съединения в хранителни и промишлени продукти.
Кобалт и екология
С нарастващото търсене на батерии за електрически автомобили, добивът на кобалт предизвиква сериозни екологични и етични въпроси. В някои региони на Африка се съобщава за опасни условия на труд и замърсяване на почви и води.
Затова все повече компании разработват алтернативни технологии – батерии без кобалт или с по-ниско съдържание. Рециклирането на използвани батерии се очертава като ключов метод за устойчиво осигуряване на кобалт в бъдеще.
Интересни факти
Кобалтът е феромагнитен метал, който запазва магнитните си свойства до температура от около 1120°C – много по-висока от тази на желязото. Радиоактивният изотоп кобалт-60 се използва в медицината и индустрията за стерилизация, радиотерапия и контрол на материални дефекти.
В древността синьото стъкло, получавано от кобалтови съединения, било символ на власт и духовност. През XX век сплавите на кобалт с хром и волфрам се използват в стоматологията и хирургията заради изключителната им биосъвместимост.