Kobalt

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Stukjes Kobalt
Naam	Kobalt, naar Kobold (Duits)
Latijn
Symbool	Co
Atoomnummer	27
Soort	Overgangsmetaal
Kleur	Zilvergrijs
Smeltpunt	1495 ^oC
Kookpunt	2927 ^oC

Kobalt is een chemisch element met het symbool Co en atoomnummer 27 in het Periodiek Systeem van de scheikunde. Net als nikkel wordt kobalt alleen in een chemische verbinding in de aardkorst aangetroffen, behalve kleine afzettingen die worden aangetroffen in legeringen van natuurlijk meteoor-ijzer. Het vrijgemaakte pure element kobalt, is een hard, glanzend, zilvergrijs metaal.

Het reageert maar met weinig andere elementen, zoals fluor, chloor, broom, jodium, koolstof, fosfor, arseen en zwavel. Pas bij hoge temperatuur reageert het met zuurstof tot kobaltoxide, een zeer dun roest-laagje.

In het Engels wordt het Cobalt genoemd, vandaar de symboolletters Co.

Voorkomen

Vrij kobalt (het oorspronkelijke metaal) wordt op aarde niet gevonden vanwege de zuurstof in de atmosfeer en het chloor in de oceaan waarmee het makkelijk reageert. Zuurstof en chloor zijn overvloedig genoeg in de bovenste lagen van de aardkorst om de vorming van inheems (zuiver) metaalkobalt te voorkomen. Behalve als het in meteoor-ijzer zit, is zuiver kobalt in de vorm van inheemse metalen op aarde onbekend. De natuurlijke verbindingen van kobalt zijn talrijk en kleine hoeveelheden kobaltverbindingen worden aangetroffen in de meeste rotsen, bodems, planten en dieren.

In de natuur wordt kobalt vaak samen aangetroffen met nikkel. Beide zijn elementen die vaak voorkomen in meteoorijzer, hoewel kobalt veel minder overvloedig aanwezig is in ijzermeteorieten dan nikkel.

Kobalt in samengestelde vorm komt voor in koper- en nikkel-mineralen. Het wordt als 'bijproduct' meegekregen bij het delven van koper en nikkel. Omdat kobalt makkelijk verbindingen maakt met zwavel en arseen, komt het voor in de sulfidische kobaltiet (Coass), safflorite (CoA₂), glaucodot ( (Co, Fe) AsS ) en skutterudiet (CoA₃) mineralen. Het mineraal cattieriet is vergelijkbaar met pyriet ((FeS₂), een ijzersulfide) en komt voor in de koperafzettingen van de provincie Katanga in Congo. De Democratische Republiek Congo (DRC) produceert momenteel 63% van kobalt op de wereldmarkt. Dit marktaandeel kan tegen 2025 73% bereiken als verwachte uitbreidingen door mijnbouwproducenten zoals Glencore Plc inderdaad gaan plaatsvinden. De wijze van mijnbouw is vaak nog handmatig en onveilig en gaat ten koste van het milieu. De giftige metalen waarvan wordt aangenomen dat ze geboorteafwijkingen en ademhalingsmoeilijkheden veroorzaken zijn een bedreiging voor de daar wonende (vaak arme) bevolking. Ook kinderarbeid komt er nog voor, hoewel men dat (en andere slechte werkomstandigheden) vanaf 2017 probeert terug te dringen.

Wanneer kobalt-sulfidemineralen met lucht in aanraking komen, gaan ze oxideren (roesten) en vormen roze erythriet (Kobalt bloem: Co₃ (AsO₄)₂ ·8H₂O) en sferokobaltiet (CoCO₃).

Kobalt is ook een bestanddeel van tabaksrook. De tabaksplant absorbeert (haalt) en verzamelt gemakkelijk zware metalen zoals kobalt uit de omringende grond in zijn bladeren. Deze worden vervolgens ingeademd tijdens het roken van tabak.

Kobalt in erts of mineraal

Cobaltiet (of Kobaliet) is een sulfide mineraal bestaande uit kobalt, arseen en zwavel. De onzuiverheden kunnen tot 10% ijzer en verschillende hoeveelheden nikkel bevatten. Structureel lijkt het op pyriet (FeS₂), een ijzersulfide.
Het mineraal ahlfeldiet is een secundair gehydrateerd nikkel-kobalt-seleniet, met de chemische formule (Ni,Co)SeO₃·2H₂O.
Het mineraal erytriet (ook: erytrien) of kobaltbloem is een gehydrateerd kobalt-arsenaat met de chemische formule Co₃(AsO₄)₂·8(H₂O).
Het mineraal roseliet is een gehydrateerd calcium-kobalt-magnesium-arsenaat met de chemische formule Ca₂(Co,Mg)(AsO₄)₂·2(H₂O).
Safflorite is een zeldzame kobalt ijzer arsenide mineraal met de chemische formule (Co, Fe)As₂.
Glaucodot een kobalt ijzer arseen sulfide mineraal met formule (Co, Fe) AsS.
Skutterudiet een kobalt arsenide mineraal met variabele hoeveelheden nikkel en ijzer vervanging van kobalt de ideale formule CoA₃
Cattierite (CoS₂) een kobalt sulfide-mineraal uit Congo.
Spherokobaltiet of sphaerokobaltiet een kobalt-carbonaat ( koolstof-tri-oxide) mineraal met chemische samenstelling CoCO₃.

Geschiedenis

Chinees aardewerk met kobalt glazuur (1335)

Kobaltverbindingen worden al eeuwenlang gebruikt om glas, glazuren en keramiek een rijke blauwe kleur te geven. Kobalt is gevonden in Egyptische beeldhouwkunst, Perzische sieraden uit het derde millennium voor Christus, in de ruïnes van Pompeii, verwoest in 79 na Christus, en in glazuren van Chinees aardewerk, daterend uit de Tang-dynastie (618–907 na Christus) en de Ming-dynastie (1368–1644 na Christus).

Kobalt wordt al sinds de bronstijd gebruikt om glas te kleuren. De opgraving van het Uluburun-scheepswrak leverde een staaf van blauw glas op, gegoten in de 14e eeuw voor Christus. Blauw glas uit Egypte was ofwel gekleurd met koper, ijzer of kobalt. Het oudste kobaltkleurige glas stamt uit de achttiende dynastie van Egypte (1550-1292 v.Chr.). De bron van het kobalt dat de Egyptenaren gebruikten, is niet bekend.

Mijnwerkers hadden lang de naam kobold- erts (Duits) gebruikt voor enkele van de blauwpigment-producerende mineralen; ze werden zo genoemd omdat ze arm waren aan bekende metalen en bij het smelten giftige arseen-houdende dampen afgaven. In 1735 bleken dergelijke ertsen te wijzen naar een nieuw metaal (het eerste dat sinds de oudheid werd ontdekt), en dit werd uiteindelijk genoemd naar de kobold. Een kobold is een (vaak kwaadaardige) soort kabouter, een aardmannetje, voorkomend in Duitse en Scandinavische sprookjes.

De Zweedse chemicus Georg Brandt (1694-1768) wordt aangewezen als de ontdekker van kobalt (rond 1735), waaruit blijkt dat het een voorheen onbekend element is. Het was moeilijk te onderscheiden van bismut en andere traditionele metalen. Brandt noemde het een nieuw "semi-metaal". Hij toonde aan dat verbindingen van kobaltmetaal de bron waren van de blauwe kleur in glas, die eerder was toegeschreven aan het bismut gevonden met kobalt. Kobalt werd het eerste metaal dat werd ontdekt sinds de prehistorie. Alle andere bekende metalen (ijzer, koper, zilver, goud, zink, kwik, tin, lood en bismut) hebben daarom geen ontdekkers die beschreven staan.

Tijdens de 19e eeuw werd een aanzienlijk deel van de wereldproductie van kobaltblauw (een kleurstof of pigment gemaakt met kobaltverbindingen en aluminium-oxide) en smalt (kobaltglas in poedervorm voor gebruik in kleurstoffen voor in keramiek en verf) uitgevoerd in het Noorse Blaafarveværket. De eerste mijnen voor de productie van smalt in de 16e eeuw bevonden zich in Noorwegen, Zweden, Saksen en Hongarije. Met de ontdekking van kobalt-erts in Nieuw-Caledonië in 1864 nam de winning van kobalt in Europa af. Met de ontdekking van ertsafzettingen in Ontario, Canada in 1904 en de ontdekking van nog grotere afzettingen in de provincie Katanga in Congo in 1914 verschoof de mijnbouwactiviteiten weer. Toen het Shaba-conflict in 1978 begon, stopten de kopermijnen in de provincie Katanga bijna met de productie. Kobalt is een zeldzaam metaal, het pigment is zeer giftig en de industrie had al effectieve manieren gevonden om kobaltmaterialen te hergebruiken. In sommige gevallen kon de industrie overstappen op kobaltvrije alternatieven.

Gebruik

Kobalt wordt voornamelijk gebruikt in lithium-ion-batterijen, oplaadbare accu's en bij de vervaardiging van magnetische, slijtvaste en zeer sterke legeringen. De temperatuurstabiliteit van deze legeringen maakt ze geschikt voor turbineschoepen voor gasturbines en vliegtuigen straalmotoren. Sommige legeringen worden gebruikt voor prothetische (kunst) onderdelen (heup- en knieprothesen).

De verbindingen kobaltsilicaat en kobalt(II)aluminaat (CoAl₂O₄, kobaltblauw) geven een kenmerkende diepblauwe kleur aan glas, keramiek, inkten, verven en vernissen. Kobalthoudende smalt (soort glas) wordt ook fijngemalen gebruikt als de kleurstof ultramarijn. Deze kleur gebruikte Johannes Vermeer o.a. bij de hoofddoek van het meisje met de parel. Ultramarijn zat ook in blauwsel dat vroeger werd gebruikt om de witte was nog witter te laten lijken. Tegenwoordig zit het in wasmiddel voor de witte was.

Sinds de bouw van de elektrische auto nam het gebruik van kobalt sterk toe, de verwachting is dat dit in de komende jaren nog sterker gaat toenemen.

Biologie

Kobalt is het actieve centrum van een groep co-enzymen die cobalamines worden genoemd. Vitamine B ₁₂ , het bekendste voorbeeld van het type, is een belangrijke vitamine voor alle dieren en mensen. Kobalt is ook een voedingsstof voor bacteriën, algen en schimmels.

Waneer er teveel kobalt in het lichaam terecht komt, kan dat een hartkamer vergroting veroorzaken. Ook kan het kankerverwekkend zijn. Via de luchtwegen kan het astma veroorzaken.

Veiligheid

Te grote hoeveelheden Kobalt in het lichaam kunnen hartklachten, astma en kanker veroorzaken.
Kobalt mijnbouw en teveel kobalt is slecht voor het milieu