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Cobalt

Chemie und Physik des chemischen Elements Cobalt.



Cobalt

Cobalt ist ein chemisches Element, das sich im Periodensystem an 27. Stelle in der Gruppe der Übergangsmetalle befindet. Cobalt ist in reiner Form ein robustes, graues Metall, das Eisen und Nickel ähnelt. Eisen, Cobalt und Nickel sind die drei natürlich vorkommenden magnetischen Metalle.

Cobalt wurde erstmals 1735 von George Brandt in Stockholm, Schweden, als eigenständiges Metall erkannt; 35 Jahre später - 1780 - entdeckte der schwedische Chemiker und Mineraloge Torbern Olof Bergman die Zugehörigkeit des Kobalts zu den chemischen Elementen.

Das Wort Kobalt stammt vom deutschen Wort Kobold ab - ein Name für Haus- und Naturgeister, die bisweilen hinterlistig und spitzohrig agieren und nach Meinung der Bergleute das Erz verhext haben, weil es schwierig abzubauen war oder auch - durch schädliche Beimengungen wie Arsenminerale - die Gesundheit beeinträchtigte.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Cobalt

Bezeichnung:Cobalt Andere Namen:Kobalt Symbol:Co Ordnungszahl:27 Atommasse:58,933194(3) u Periodensystem-Stellung:9. Gruppe, 4. Periode, d-Block (8. Nebengruppe) Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetalle, Cobalt-Gruppe, (Eisen-Platin-Gruppe) Entdeckung:1735 - Georg Brandt (schwedischer Chemiker) Bedeutung des Namens:Kobold-Erz (spöttisch) Englischer Name:Cobalt CAS-Nummer:7440-48-4 InChI-Key:GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N

 

Das Cobalt-Atom

Das Co-Atom - und damit das chemische Element Cobalt - ist eindeutig durch die 27 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Chrom-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Cobalt-Isotope bzw. Cobalt-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Cobalt-Vorkommen bestehen aus nur einem Isotop; die relative Atommasse wird mit 58,933194(3) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Co27[Ar] 3d7 4s2 2262672

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Cobalt-Atom zu trennen.

1. IE: 7,88101 eV2. IE: 17,084 eV3. IE: 33,50 eV4. IE: 51,3 eV5. IE: 79,5 eV6. IE: 102,0 eV
7. IE: 128,9 eV8. IE: 157,8 eV9. IE: 186,13 eV10. IE: 275,4 eV11. IE: 305 eV12. IE: 336 eV
13. IE: 379 eV14. IE: 411 eV15. IE: 444 eV16. IE: 511,96 eV17. IE: 546,58 eV18. IE: 1397,2 eV
19. IE: 1504,6 eV20. IE: 1603 eV21. IE: 1735 eV22. IE: 1846 eV23. IE: 1962 eV24. IE: 2119 eV
25. IE: 2219,0 eV26. IE: 9544,1 eV27. IE: 10012,0 eV28. IE: eV29. IE: eV30. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Cobalt-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
7709925,1793,2778,1

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
10158,959,9

 

Weitere Daten

Atomradius:152 pm (berechnet)
135 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:111 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
103 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
96 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:6,67 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,388; ωL1: 0,0012; ωL2: 0,0077; ωL3: 0,0077 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,30; F13: 0,56; F23: Austrittsarbeit:5,0 eV

 

Spektrallinien des Cobalts

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Cobalts mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Cobalt-Spektrallinien

 

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,88 nach Pauling
1,84 nach Allen
3,7305 eV nach Gosh-Gupta
4,3 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,662 26(5) eV bzw. 63,898(5) kJ mol-1Oxidationsstufen:+2, +3 (-3, -1, +1, +4, +5)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,28+ IICobalt(II)-KationCo2++ 2 e-Co (s)Cobalt0
1,42+ IVCobalt(IV)-oxidCoO2 (s) + 4 H++ e-Co3+ + 2 H2OCobalt(III)-Kation+ III
1,82+ IIICobalt(III)-KationCo3++ e-Co2+Cobalt(II)-Kation+ II

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Cobalts

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Cobalt-Metalls auf.

Schmelzpunkt:1495 °C Schmelzenthalpie (molar):16,06 kJ mol-1 Siedepunkt:2927 °C Verdampfungsenthalpie:382,4 kJ mol-1 Wärmekapazität:24,81 J mol-1 K-1 (molar)
0,421 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:460 K Thermische Leitfähigkeit:100 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:13,0 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrischer Widerstand:62,4 nΩ m bei 20 °C Dichte:8,90 g cm-3 Elastizitätsmodul:211 GPa, ε-Co (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):191,4 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00522 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,31 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:hexagonal-dichteste Packung - hcp Gitterkonstanten:a = 250,7 pm, c = 406,9 pm; Z = 2 Raumgruppe:P63/mmc; Nr. 194 Härte:nach Mohs: 5,0
nach Vickers: 1,043 GPa
nach Brinell: 0,7 GPa
nach Brinell (neu): 1,291 GPa (geglüht)
Magnetismus:ferromagnetisch Curie-Temperatur:1150 °C Schallgeschwindigkeit:4720 m s-1 bei 20 °C

 

Bis zu einer Temperatur von etwa 450 °C liegt das Metall in der α-Modifikation (früher: ε-Co) vor und kristallisiert in der o.g. Form. Oberhalb dieser Temperatur bis zum Schmelzpunkt spricht man vom β-Cobalt (früher als α-Form bezeichnet); die Kristallstruktur ist hier kubisch-flächenzentriert (fcc) mit a = 354,4 pm.

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 22.01.2019.



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