Kobalt

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - prvek Kobalt (chemická značka Co, latinsky Cobaltum) je namodralý, feromagnetický, tvrdý a pevný kov. Používá se především v metalurgii pro výrobu vysoce odolných slitin, v bateriích, jako barevný pigment a jeho radioizotop kobalt-60 má významné využití v medicíně. V malém množství je také esenciálním prvkem pro mnoho živých organismů, včetně člověka, kde je součástí vitamínu B12.

🧪 Chemické a fyzikální vlastnosti

Kobalt je stříbrolesklý kov s namodralým nádechem, který je tvrdší a pevnější než ocel. Je feromagnetický (přitahován magnetem) do Curieovy teploty 1115 °C (1388 K), nad kterou se stává paramagnetickým. V kompaktním stavu je na vzduchu i ve vodě stálý a nekoroduje. V jemně rozptýlené formě je však pyroforický, což znamená, že se na vzduchu může samovolně vznítit.

Dobře se rozpouští ve zředěné kyselině dusičné, zatímco v koncentrované se pasivuje. V ostatních silných kyselinách, jako je kyselina sírová, se rozpouští jen velmi pomalu za vzniku vodíku. Při zahřívání na vzduchu reaguje s kyslíkem; při 300 °C vzniká oxid kobaltnatý (CoO) a nad 500 °C oxid kobaltnato-kobaltitý (Co₃O₄).

Ve sloučeninách se nejčastěji vyskytuje v oxidačních stavech +II a +III. Sloučeniny kobaltu jsou typické svou výraznou barevností. Kobaltnaté soli (Co²⁺) bývají v bezvodém stavu modré, zatímco jejich hydráty jsou obvykle růžové nebo červené. Trojmocné sloučeniny (Co³⁺) mají silné oxidační vlastnosti.

⏳ Historie

Sloučeniny kobaltu jsou lidstvu známy po tisíciletí, především díky jejich schopnosti barvit sklo a keramiku na sytě modrou barvu. Archeologické nálezy z Egypta, datované až do roku 2600 př. n. l., dokládají použití kobaltových pigmentů pro barvení skleněných perel. Podobně se modré kobaltové sklo vyrábělo i ve starověkém Římě a Číně za dynastie Tchang.

Název "kobalt" pochází z německého slova Kobold, což je označení pro skřítka nebo démona. Středověcí horníci v Krušných horách takto nazývali rudy, které sice vypadaly jako železné nebo stříbrné, ale nedal se z nich získat žádný užitečný kov. Navíc tyto rudy často obsahovaly arsen, který při pražení uvolňoval jedovaté výpary, což horníci připisovali právě zlým skřítkům.

Jako samostatný prvek objevil kobalt v roce 1735 švédský chemik Georg Brandt. Brandtovi se podařilo z rudy zvané kobaltit izolovat neznámý polokov, který nazval cobalt rex. Prokázal, že právě tento nový prvek je zodpovědný za modrou barvu skla. V roce 1780 pak další švédský chemik, Torbern Bergman, potvrdil, že se jedná o nový kovový prvek.

🌍 Výskyt a těžba

Kobalt je v zemské kůře relativně vzácný prvek, jeho průměrný obsah se odhaduje na 25 mg/kg (0,0025 %), což ho řadí na 30. místo ve výskytu prvků. V přírodě se téměř nikdy nevyskytuje v ryzí formě, ale pouze ve sloučeninách. Často doprovází rudy niklu, mědi a železa. Mezi nejdůležitější kobaltové minerály patří kobaltin (CoAsS), smaltin (CoAs₂) a linneit (Co₃S₄).

Celosvětová těžba kobaltu je geograficky velmi koncentrovaná. Dlouhodobě a s drtivým náskokem je největším světovým producentem Demokratická republika Kongo (DRK), která se na globální produkci podílí přibližně 70 %. S velkým odstupem následují další země jako Indonésie, Rusko, Austrálie a Filipíny.

Těžba v DRK je spojena s vážnými etickými problémy, včetně porušování lidských práv a využívání dětské práce v nebezpečných podmínkách, zejména v tzv. řemeslných dolech. Zprávy mezinárodních organizací opakovaně upozorňují na tisíce dětí pracujících v dolech za minimální mzdu a bez základních ochranných pomůcek.

Většina kobaltu (přes 90 %) se získává jako vedlejší produkt při těžbě a zpracování měděných a niklových rud. Výrobní proces obvykle zahrnuje pražení rudy pro převedení na oxid, který se následně čistí a redukuje, například dřevěným uhlím za vysokých teplot.

Přední producenti kobaltu (2024, v metrických tunách):

• Demokratická republika Kongo: ~140 000
• Indonésie: ~28 000
• Rusko: ~8 700
• Austrálie: ~3 600
• Papua Nová Guinea: ~2 800

🏭 Využití

Kobalt je strategický kov s širokým uplatněním v moderních technologiích.

🔋 Baterie

Největší a nejrychleji rostoucí segment využití kobaltu je výroba katod pro lithium-iontové baterie. Tyto baterie se používají v přenosné elektronice (mobilní telefony, notebooky) a především v elektromobilech. Kobalt v katodě (např. v typech NMC - nikl-mangan-kobalt nebo NCA - nikl-kobalt-hliník) zvyšuje hustotu energie, prodlužuje životnost a zlepšuje stabilitu baterie. Kvůli vysoké ceně a etickým problémům s těžbou se výzkum zaměřuje na vývoj baterií s nižším obsahem kobaltu nebo zcela bez něj.

🔩 Slitiny

Kobalt je klíčovou složkou tzv. superslitin, které si zachovávají pevnost, tvrdost a odolnost proti korozi i při vysokých teplotách. Tyto vlastnosti je předurčují pro použití v extrémních podmínkách:

• Letecký průmysl: Lopatky turbín, součásti proudových a raketových motorů.
• Nástrojové oceli: Jako součást rychlořezných ocelí a tvrdokovů (slinutých karbidů) pro výrobu obráběcích nástrojů, které musí vydržet vysoké tření a teploty.
• Lékařské implantáty: Slitiny kobaltu a chromu se používají na výrobu umělých kyčelních a kolenních kloubů, zubních implantátů a dalších chirurgických nástrojů díky své biokompatibilitě a odolnosti proti opotřebení.

🧲 Magnety

Kobalt se používá k výrobě silných permanentních magnetů, jako jsou Alnico (slitina hliníku, niklu a kobaltu) a samarium-kobaltové magnety. Tyto magnety nacházejí uplatnění v elektromotorech, reproduktorech a různých elektronických zařízeních.

🎨 Pigmenty a katalyzátory

Historicky nejstarší využití kobaltu je jako pigment. Sloučeniny kobaltu, jako je kobaltová modř (CoAl₂O₄), se stále používají k barvení skla, keramiky, smaltů a barev. V chemickém průmyslu slouží sloučeniny kobaltu jako důležité katalyzátory, například při zpracování ropy nebo výrobě polyesterů.

☢️ Radioizotopy

Uměle vyrobený radioizotop kobalt-60 (⁶⁰Co) je silným zdrojem záření gama. Využívá se v:

• Radioterapii: V tzv. kobaltových ozařovačích ("kobaltové dělo") pro léčbu nádorových onemocnění.
• Sterilizaci: Ke sterilizaci lékařského vybavení, potravin a k ošetření historických předmětů (např. likvidace dřevokazného hmyzu).
• Průmyslové radiografii: Pro nedestruktivní kontrolu materiálů a svárů (defektoskopie).

🧬 Biologická role a toxicita

💊 Vitamín B12

Kobalt je v malém množství nezbytný pro život. Je centrálním atomem v molekule vitamínu B12 (kobalaminu), který je klíčový pro:

• Správnou funkci krvetvorby (tvorbu červených krvinek).
• Funkci nervového systému.
• Syntézu DNA.

Lidské tělo si vitamín B12 nedokáže samo vytvořit a musí ho přijímat v potravě. Jeho hlavními zdroji jsou živočišné produkty jako játra, maso, ryby, vejce a mléčné výrobky. Vegani a striktní vegetariáni jsou proto ohroženi jeho nedostatkem a měli by ho doplňovat formou doplňků stravy.

☠️ Toxicita

Zatímco stopové množství kobaltu je esenciální, ve vyšších dávkách je toxický. Dlouhodobé vystavení prachu nebo aerosolům kobaltu může způsobit respirační problémy, jako je astma nebo plicní fibróza (tzv. "nemoc z tvrdokovů"). Při požití může vyvolat nevolnost, zvracení a poškození štítné žlázy a srdce. Kontakt s pokožkou může u citlivých jedinců vyvolat alergickou dermatitidu.

💡 Pro laiky: Kobalt zjednodušeně

Představte si kobalt jako superhrdinu mezi kovy. Není tak slavný jako železo nebo zlato, ale má několik úžasných schopností, bez kterých by se moderní svět neobešel.

• Mistr výdrže: Kobalt je neuvěřitelně pevný a odolný. Když ho přidáte do jiných kovů, vytvoříte "superslitiny". Tyto slitiny jsou tak silné, že se z nich vyrábějí součástky do tryskových motorů, které musí vydržet obrovské teploty a tlak. Je to jako dát oceli neprůstřelnou vestu.
• Srdce baterií: Váš mobilní telefon nebo elektromobil funguje díky baterii. A právě kobalt je klíčovou ingrediencí, která bateriím dodává energii a výdrž. Dělá je menšími, silnějšími a déle fungujícími. Je to jako "energetický nápoj" pro vaši elektroniku.
• Nezbytný pro život: I vaše tělo potřebuje malinkou špetku kobaltu. Je to centrální část vitamínu B12, který pomáhá tvořit krev a udržuje zdravé nervy. Bez této malé dávky bychom byli unavení a nemocní.
• Lékařský paprsek: Speciální radioaktivní forma kobaltu, zvaná kobalt-60, umí vysílat silné paprsky. Lékaři tyto paprsky používají jako neviditelný "skalpel" k ničení rakovinných buněk, aniž by museli pacienta řezat.

Jednoduše řečeno, kobalt je všestranný pomocník – dává sílu motorům, energii bateriím a zdraví našemu tělu.

fascinating Zajímavosti

• Název kobaltu je odvozen od německého slova Kobold, což znamená "skřítek" nebo "démon". Horníci tak nazývali rudu, která jim při tavení nedávala žádný kov a navíc uvolňovala jedovaté arsenové páry.
• Kobalt byl zvažován pro použití v tzv. kobaltové bombě, teoretické jaderné zbrani navržené tak, aby po výbuchu zamořila obrovské území vysoce radioaktivním izotopem kobalt-60 s poločasem rozpadu přes 5 let, což by oblast učinilo na desítky let neobyvatelnou. Naštěstí taková zbraň nebyla nikdy sestrojena.
• Slitina zlata s kobaltem vytváří tzv. modré zlato, které se používá ve šperkařství.
• Koncentrace několika desetin miligramu kobaltu na kilogram půdy prokazatelně zlepšuje zdravotní stav pasoucího se dobytka.

Zdroje

Wikipedie: Kobalt Periodická soustava prvků: Kobalt Arnika.org: Kobalt Periodická video tabulka prvků: Kobalt Wikipédia (SK): Kobalt WikiSkripta: Vitamin B12 Ústav pro vzácné zeminy a kovy: 10 slibných zásob kobaltu Ped.muni.cz: Kobalt Redway Tech: Je kobalt lepší než lithium? Wikipedie: Vitamín B12 NeoNickel: Slitiny kobaltu Wikipedia (PL): Kobalt-60 Ústav vzácných zemin a strategických kovů: Kobalt Amnesty Slovakia: Dětská práce za smartphony Energy Titanium: Slitiny kovů pro lékařské implantáty Investiční web: Kdo má pod palcem těžbu surovin? Europarl: Kobaltové doly – dětská práce v DRK Amnesty International: Vláda DRK musí učinit přítrž dětské práci Investing News Network: Top Cobalt Producers by Country Masarykova univerzita: Příčiny dětské práce v DRK