Kobalt (chemická značka Co, Cobaltum) je namodralý, feromagnetický, tvrdý kov. Používá se v metalurgii pro zlepšování vlastností slitin, při barvení skla a keramiky a je důležitý i biologicky.
Základní fyzikálně-chemické vlastnosti Typický kovový feromagnetický prvek, stříbrolesklý s modrým nádechem. Je velmi pevný, svou tvrdostí a pevností předčí ocel. Kobalt je feromagnetický do teploty 1000 °C, nad touto teplotou své feromagnetické vlastnosti ztrácí; bod při němž kov ztrácí feromagnetické vlastnosti se nazývá Curieův bod. Kobalt patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Co+II a Co+III, vzácně se lze setkat i s Co+I, Co+IV a také s některými nestabilními sloučeninami v oxidačním stavu Co+V, například Na3CoVO4.
V přírodě se kobalt vyskytuje ve dvou alotropických modifikacích označovaných α-Co a β-Co. První je stabilní za obyčejné teploty a kobalt v ní zaujímá těsné uspořádání v hexagonální mřížce. Druhá modifikace je stabilní nad teplotou 417 °C a kobalt v ní zaujímá uspořádání atomů v plošně centrované kubické mřížce. Energie přeměny mezi modifikacemi je malá, což má vliv na fyzikální vlastnosti kovu.
V kompaktním stavu je kobalt vůči vzduchu i vodě stabilní. V jemně rozptýleném stavu je kobalt stejně jako železo na vzduchu samozápalný. Ve zředěných kyselinách, jako jsou kyselina chlorovodíková, kyselina sírová a kyselina dusičná, se rozpouští, ale velmi neochotně a pomalu. V koncentrované kyselině dusičné se kobalt, stejně jako železo, pouze pasivuje.
Při zahřívání shoří kobalt na vzduchu na oxid kobaltnato-kobaltitý Co3O4. Při zahřívání na vzduchu nad 900 °C shoří kobalt na oxid kobaltnatý CoO; ten vzniká i při působení vodní páry na kov zahřátý do červeného žáru. Za normální teploty je kobalt málo reaktivní, ale za vyšších teplot se často za vzniku plamene slučuje s mnoha prvky (sírou, fosforem, arsenem, antimonem, cínem, zinkem, křemíkem, borem, halogeny…). Neslučuje se však s dusíkem a vodíkem.
Historický vývoj náhled|Sloučeniny kobaltu mají různé barvy, např. modrou O prvním používání sloučenin kobaltu se dozvídáme z egyptských archeologických nálezů. Ty pochází z doby 2600 př. n. l. a jedná se o keramiku a skleněné perly, které byly barveny kobaltovou modří do modra. Horníci ve středověku označovali jako kobalty rudy, které se i přes svůj kovový vzhled nedaly hutnicky zpracovat na kov. Jméno kobalt má základ v německém pojmenování skřítků koboldů, kteří byli spíše zlomyslní a kazili horníkům práci. Přítomnost kobaltu totiž zhoršovala kvalitu a zpracovatelnost vytěžených niklových rud a kobaltové příměsi i více ohrožovaly jejich zdraví, protože se při jejich pražení uvolňovaly nebezpečné jedovaté plyny s obsahem As4O6. Později se toto označení omezilo pouze na rudy, které se daly obtížně hutnicky zpracovat a barvily sklo na modro. Kov, který byl součástí těchto rud, objevil roku 1735 švédský chemik Georg Brandt a nazval jej cobalt rex a roku 1780 T. O. Bergman ukázal, že jde o nový prvek.
Výskyt náhled|200px|vlevo|Ruda kobaltu Oproti příbuznému niklu je zastoupení kobaltu na Zemi i ve vesmíru výrazně nižší. V zemské kůře činí průměrný obsah kobaltu kolem 25 mg/kg, čímž se zařazuje na 30. místo ve výskytu prvků na zemi. Jeho procentuální obsah odpovídá 29 ppm (parts per milion = počet částic na 1 milion částic). V mořské vodě se jeho koncentrace pohybuje na úrovni 0,27 mikrogramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom kobaltu přibližně 15 milionů atomů vodíku.
V přírodě nejsou známa naleziště rud s převažujícím množstvím kobaltu. Ten vždy pouze doprovází niklové rudy a nalezneme jej i jako doprovodný prvek v sulfidických rudách mědi nebo olova. Nejdůležitější nerosty kobaltu jsou smaltin CoAs3, linnéit Co3S4 a kobaltit CoAsS. V Nové Kaledonii se nachází manganová čerň, která obsahuje kobalt a nazývá se asbolan. V ryzím stavu je možné nalézt kobalt v množství 0,5–2,5 % v železných meteoritech.
Největší zásoby rud s významným podílem kobaltu jsou v Rusku, Číně, Austrálii, Demokratické republice Kongo a Zambii. Například roku 2005 se vytěžilo 22 000 tun kobaltových rud.
Výroba Základ pro výrobu kobaltu tvoří míšně, které se získávají při hutnickém zpracování rud niklu, mědi a olova obsahujících arsen, kde je kobalt přítomen zejména jako arsenid. Z míšně se vyráběly oxidy kobaltu, které se používaly při výrobě kobaltových barev a nemusely být v příliš čistém stavu. Dnes se však vyrábí zejména kovový kobalt.
Příprava čistého kobaltu je velmi náročná, protože největší problém činí odstranit nikl, který tvoří podstatnou část kobaltových rud. Nejčastěji se postupuje tak, že se rudy kobaltu nebo míšně pražením převedou na směs oxidů a arseničnanů, která se podle červeného zbarvení nazývá safor nebo cafra. Tato směs se rozpustí v kyselině chlorovodíkové a sulfanem se srazí měď, olovo, bismut a další těžké kovy. Po oxidaci chlorem se srazí arsen a železo uhličitanem vápenatým jako hydroxid železitý a arseničnan vápenatý. Pak se přidá chlorové vápno v takovém množství, aby se srazil jen kobalt, který se sráží přednostně před niklem. Díky tomu zůstane nikl přítomen v roztoku a kobalt, který je nyní přítomen v podobě svého oxidu se může od stop niklu ještě několikrát přečistit. Nakonec se oxid kobaltnato-kobaltičitý redukuje uhlím nebo koksem a získá se tak kovový kobalt.
Využití Cena kobaltu je díky jeho poměrně nízkému výskytu i obtížnosti výroby dosti vysoká a v některých obdobích dosahuje burzovní cena kobaltu úrovně stříbra. Proto je především v metalurgii využíván pouze v případech, kdy se nedá nahradit některým levnějším kovem a do slitin je legován obvykle jen v relativně nízkém množství.
Lithium-iontový akumulátor Značná část kobaltu je spotřebovávána na výrobu lithium-iontových akumulátorů (Li-Ion), které pro svoji vysokou měrnou kapacitu přibližně 250 Wh/kg v posledních letech postupně prakticky vytlačily starší typy akumulátorů (NiMH, NiCd) ze všech přenosných zařízení. Spotřeba kobaltu bude dále významně růst společně s rozvojem elektromobility a potřebou vyrábět velké množství Li-Ion akumulátorů, které jsou v současnosti jedinou praktickou možností jak dosáhnout přijatelný dojezd a racionální hmotnost baterií elektromobilu např. osobní automobil s 300 kg Li-Ion má přibližně 500 km dojezd. Ostatní typy akumulátorů (včetně jiných typů akumulátorů na bázi lithia) dosahují v nejlepším případě poloviční měrné kapacity Lithium-iontových akumulátorů, pro stejný dojezd by hmotnost těchto jiných akumulátorů byla dvojnásobná proti Li-Ion a proto využití jiných dnes prakticky dostupných akumulátorů pro elektromobilitu je nevhodné. Celosvětová spotřeba kobaltu do roku 2010 před rozvojem Lithium-iontových akumulátorů činila přibližně 50 000 tun. V roce 2016 byla spotřeba kobaltu 100 000 tun a z toho zhruba polovina na výrobu Lithium-iontových akumulátorů. Osobní elektromobil s dojezdem 500 km potřebuje pro svoji 300 kg baterii přibližně 10 kg Kobaltu a 7 kg lithia. Nedostatečné zásoby kobaltu mohou v budoucnu omezovat rozvoj elektromobility více než zásoby lithia.
Slitiny V ocelářském průmyslu slouží kobalt jako složka některých nástrojových ocelí, které musí vykazovat vynikající mechanické vlastnosti – tvrdost, pevnost a odolnost. Z ocelí tohoto typu se vyrábějí nástroje a přípravky pro obrábění kovů (rychlořezná ocel), ale i např. turbíny plynových generátorů, součásti spalovacích motorů a vrtné hlavice pro geologický průzkum.
Stellity jsou slitiny kobaltu s přibližně 50 % kobaltu, 27 % chromu, 12 % wolframu, 2,5 % uhlíku a až 5 % železa. Ve stopovém množství ještě obsahují mangan a křemík. Tyto velmi tvrdé slitiny se používají pro odlévání součástí strojů a obráběcích nástrojů. Jsou ještě tvrdší než rychlořezné oceli, ale také podstatně dražší.
Pro výrobu velmi silných permanentních magnetů se používá typ slitin s obchodním názvem Alnico, které se skládají ze železa, kobaltu, niklu, hliníku a mědi. Jde o velmi silný permanentní magnet, který překoná 25krát výkon ocelových magnetů. Ještě lepší magnetické vlastnosti mají slitiny kobaltu a samaria, vyvinuté v 70. letech 20. století. Vykazují vysokou koercivitu, odolnost vůči korozi a dobrou teplotní stabilitu, některé z druhů lze používat až do 550 °C a Curieova teplota u nich dosahuje 800 °C. Co do magnetických vlastností je z komerčně dostupných překonávají pouze neodymové magnety.
Pro pacienty, kteří si nemohou dovolit uhradit běžné dentální slitiny z drahých kovů se jako levná varianta používá několik typů slitin na bázi kobaltu, molybdenu, wolframu a niklu. Tento materiál velmi dobře odolává korozním vlivům, ale obtížně se zpracovává pro velmi vysokou tvrdost a vysoký bod tání.
Slinuté karbidy Kovový kobalt je společně s karbidem wolframu základní složkou tvrdokovů. Tyto umožňují třískové obrábění s ještě vyšší produktivitou než rychlořezné oceli. Používají se i ve strojírenství pro výrobu součástí, které musejí mít vysokou tvrdost a otěruvzdornost i za vysokých teplot.
Galvanické pokovování Odolnost kovového kobaltu proti vlivům prostředí (atmosférická oxidace, působení vody) znamená, že elektrolytickým vyloučením kobaltového povlaku na povrchu méně ušlechtilého kovu jej ochráníme proti korozi.
Barvení skla a keramiky vpravo|250px|náhled|sklo obarvené kobaltovou modří Soli kobaltnaté i kobaltité jsou barevné, obvykle modré nebo červené. Přídavkem solí kobaltu do skloviny nebo keramické hmoty se docílí toho, že výsledný výrobek je po vytavení a vypálení trvale zbarven. Toto znali a používali již staří Egypťané a Římané.
U keramických materiálů nebo porcelánu se však spíše používá tzv. glazování, kdy je primárně vypálený střep pokryt vrstvou tekuté glazury, která jako barvicí pigmenty obsahuje většinou soli různých těžkých kovů. Opětným vypálením předmětu v peci se glazura stabilizuje ve formě různých směsných oxidů, křemičitanů a dalších solí, které trvale zbarví její povrch. Protože barva glazovací směsi před vypálením je vždy jiná než po konečném tepelném zpracování, je finální vzhled výrobku vždy otázkou zkušenosti a řemeslné dovednosti keramika.
V keramickém průmyslu se kobalt dnes používá zejména jako bělidlo k optickému vyrovnání žlutavého nádechu, který vytváří železnaté sloučeniny.
Zdroj radioaktivního záření Ozářením stabilního izotopu kobaltu 59Co energetickými neutrony (např. v jaderném reaktoru) vzniká radioizotop 60Co. Ten se rozpadá s poločasem 5,2714 let za uvolňování silného gama-záření o energii 1,17 MeV a 1,33MeV. Kobalt byl z tohoto důvodu někdy zvažován pro použití ve svrchním plášti jaderné bomby (takzvaná kobaltová bomba), po výbuchu by došlo k výše zmíněné transmutaci a zamoření oblasti radioizotopem 60Co (praktická aplikace tohoto typu není známa).
Protože 60Co lze poměrně snadno připravit a manipulace s ním není obtížná, využívá se v medicíně jako zdroj gama-paprsků pro ozařování rakovinných nádorů a dalších tkání. Přístroj pro ozařování se nazývá kobaltové dělo a jeho podstatou je silná olověná ochranná schránka válcovitého tvaru, která propouští potřebné gama-záření pouze v úzkém paprsku určeným směrem.
Izotop 60Co je využíván i v defektoskopii pro vyhledávání vnitřních skrytých vad materiálů. Uvolněným zářením jsou prozařovány kovové součásti důležitých aparatur – zařízení pro jaderný průmysl, chemické reaktory pro vysoké tlaky, části kosmických raket apod. Citlivý detektor snímá množství gama paprsků, které materiálem projdou a výskyt vady (trhliny, chybného svaru) se projeví změnou intenzity měřeného záření.
Ozařování gama-paprsky slouží i k likvidaci hub, plísní a dřevokazného hmyzu v historicky cenných dřevěných předmětech, které není možno ošetřit klasickými chemickými přípravky kvůli zachování jejich vzhledu.
Sloučeniny