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鈷   27Co
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-



外觀
金屬光澤,銀白色
概況
名稱·符號·序數 鈷(Cobalt)·Co·27
元素類別 過渡金屬
·週期· 9 ·4·d
標準原子質量 58.933195(5)(2)
電子排布

[] 3d7 4s2
2, 8, 15, 2

歷史
發現 喬治·勃蘭特(1735年)
分離 喬治·勃蘭特
物理性質
物態 固體
密度 (接近室溫
8.9 g·cm−3
熔點時液體密度 8.86 g·cm−3
熔點 1768 K,1495 °C,2723 °F
沸點 3200 K,2927 °C,5301 °F
熔化熱 16.06 kJ·mol−1
汽化熱 377 kJ·mol−1
比熱容 24.81 J·mol−1·K−1

蒸氣壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1790 1960 2165 2423 2755 3198
原子性質
氧化態 5,4,3,2,1,-1
兩性
電負性 1.88(鮑林標度)
電離能

第一:760.4 kJ·mol−1
第二:1648 kJ·mol−1
第三:3232 kJ·mol−1

更多
原子半徑 125 pm
共價半徑 126±3(低自旋),150±7(高自旋) pm
雜項
晶體結構 六方密堆積
磁序 鐵磁性
居里點 1396 K
電阻率 (20 °C)62.4n Ω·m
熱導率 100 W·m−1·K−1
膨脹系數 (25 °C)13.0 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)4720 m·s−1
楊氏模量 209 GPa
剪切模量 75 GPa
體積模量 180 GPa
泊松比 0.31
莫氏硬度 5.0
維氏硬度 1043 MPa
布氏硬度 700 MPa
CAS號7440-48-4
最穩定同位素

主條目:鈷的同位素

同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
59Co 100% 穩定,帶32個中子
60Co syn 5.2714 y β, γ 2.824 60Ni

是一種化學元素符號Co,原子序27。鈷和鎳一樣,在地殼中只能有化合物形式,以少量沉澱於隕鐵(Meteoric iron)的方式儲存。用還原方法冶煉出的純元素,是一種堅硬、具有光澤的銀灰色金屬

以鈷為基底的藍色顏料(鈷藍英語cobalt blue)自古以來就用在珠寶和油漆上,並賦予玻璃獨特的藍色調,但之後煉金術士認為這個顏色是來自於這個已知金屬。礦工長期用哥布林礦石( kobold ore) (German for goblin ore)來稱呼某些製造藍色顏料的礦物,他們會被如此命名是因為他們在已知金屬中的含量較少而且在提煉時會產生有毒的含氣體。在1735年,發現這種礦石可被還原成一種新的金屬(自古以來第一次被發現),這種礦石最終被命名為kobold

現今,有些鈷是特別由許多具金屬光澤的礦石之一製造得到的,例如輝砷鈷礦CoAsS)。然而,該元素通常是開採的副產物。剛果民主共和國(DRC)和贊比亞帶狀產銅區英語The copper belt產量佔全球鈷產量的大部分。根據加拿大自然資源部的數據,2016年剛果民主共和國就佔世界產量的50%以上(123,000噸)。[1] 鈷主要用於製造磁性,耐磨和高強度合金。化合物矽酸鈷和鋁酸鈷(II)英語cobalt blue(CoAl2O4,鈷藍)為玻璃陶瓷油墨、油漆(paint英語paint)和清漆英語varnish提供獨特的深藍色。天然存在的鈷僅有一種穩定同位素鈷-59。鈷-60是商業上重要的放射性同位素,用作放射性追蹤劑英語radioactive tracer並用於生產高能伽馬射線

鈷是一組被稱為鈷胺素輔酶的活性中心。維生素B12是該類型中最著名的例子,是所有動物必需的維生素。無機形式的鈷也是細菌藻類真菌微量營養素

名稱

鈷的英文名稱「Cobalt」來自於德文的Kobold,意為「壞精靈」,因為鈷礦有毒,礦工、冶煉者常在工作時染病,鈷還會污染別的金屬,這些不良效果過去都被看作精靈的惡作劇。

分佈

輝砷鈷礦
輝砷鈷礦

穩定的鈷同位素鈷-59是通過超新星上的R-過程生成的。鈷在地球上的分佈極為廣泛,但在地殼中的含量僅0.0023%,許多等礦中都含有微量的鈷。天然水﹑泥土和動植物中都發現有鈷的蹤跡。

自然界中,鈷經常和鐵伴存,儘管鐵隕石中鈷的豐度要小於鎳,但兩者都是隕鐵的特徵成分。與鎳一樣,雖然未發現鈷在古地殼以金屬的形式存在,但隕鐵合金中的鈷由於未受氧氣和水分的侵蝕能以金屬(合金)的形式存在。

化合物形式的鈷是銅和鎳礦石中的次要成分。

鈷礦:

鈷礦的分佈極為不均勻。目前全球礦產逾半產自剛果民主共和國,中國、加拿大等國生產額均占不到一成。[3]

性質

物理性質

鈷是具有鋼灰色和金屬光澤的硬質金屬。

化學性質

鈷在常溫下與空氣都不起作用,性質同相似。在加熱時,鈷與發生劇烈反應。也能與一氧化碳形成羰基化合物

化合物

鈷最常見的化合價是+2,此外還有0和+3價的鈷化合物。

鈷(II)

+2價的鈷可以和所有陰離子形成鈷鹽,如氯化鈷硫酸鈷乙酸鈷等。

Co(II)的配合物的顏色是很有意思的,八面體配合物大多數是粉紅色的,如[Co(H2O)6]2+,而四面體配合物大多數是藍色的,如[CoCl4]2-、[Co(CNS)4]2-等。[4]

鈷(III)

+3價的鈷更常見於一些配合物,如[Co(NH3)6]3+。而以水為配體的Co(III)配合物不如氨的穩定,而二價的鈷氨配合物很容易在水中被空氣或其它氧化劑氧化為三價鈷的配合物。

對於一些簡單化合物,三氧化二鈷、羥基氧化鈷也是已知的。

用途

鈷最主要的用途是製作合金

合金

鈷鉻合金可以用於牙科填補材料,以取代對部分人致敏的含鎳材料。

鈷以5%的比例添加於中出現於首飾中,這種合金略有磁性。[5]

電池

鈷的化合物鈷(III)酸鋰被廣泛用於鋰離子電池(鈷酸鋰電池)中。

染料

在19世紀之前,鈷元素的最廣泛的用處就是染料。自從中世紀,鈷就作為一種藍色玻璃的添加物鈷藍(CoAl2O4)投入生產。

也有鈷綠顏料。

放射性同位素

鈷-60是一個γ射線放射源,它是通過用中子轟擊鈷而產生的高能放射源。它釋放出兩種γ射線,其能量分別為1.17和1.33MeV

其他

鈷在電鍍方面也有廣泛應用,由於其吸引人的外觀,堅硬和具有抗氧化性,還用於作為瓷釉的底釉。

參考資料

  1. ^ Danielle Bochove. Electric car future spurs Cobalt rush: Swelling demand for product breathes new life into small Ontario town. Vancouver Sun. Bloomberg. November 1, 2017. 
  2. ^ 謝高陽 等. 無機化學叢書 第九卷 錳分族 鐵系 鉑系. 科學出版社, 2011. pp 240. 10.硫化鈷(II). ISBN 978-7-03-030545-9
  3. ^ 全球爭奪新熱點——鈷. 日經中文網. 2018年2月23日 [2018年3月12日] (中文(繁體)‎). 
  4. ^ 關於無機物顏色中的三個問題[J]. 杜小旺. 重慶師範學院學報(自然科學版). 1993年3月. Vol.10, No.1
  5. ^ Biggs, T.; Taylor, S. S.; Van Der Lingen, E. (2005). "The Hardening of Platinum Alloys for Potential Jewellery Application". Platinum Metals Review 49: 2. doi:10.1595%2F147106705X24409.

外部連結


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