Cobalt

Eigenschaften
[Ar] 3d7 4s2 27Co Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Cobalt, Co, 27
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	9, 4, d
Aussehen	stahlgrauer metallisch glänzender Feststoff[1]
CAS-Nummer	7440-48-4
EG-Nummer	231-158-0
ECHA-InfoCard	100.028.325
Massenanteil an der Erdhülle	37 ppm (29. Rang)[2]
Atomar[3]
Atommasse	58,933194(3)[4] u
Atomradius (berechnet)	135 (152) pm
Kovalenter Radius	low-spin: 126 pm, high-spin: 150 pm
Elektronenkonfiguration	[Ar] 3d7 4s2
1. Ionisierungsenergie	7.88101(12) eV[5] ≈ 760.4 kJ/mol[6]
2. Ionisierungsenergie	17.0844(12) eV[5] ≈ 1648.39 kJ/mol[6]
3. Ionisierungsenergie	33.50(6) eV[5] ≈ 3232.3 kJ/mol[6]
4. Ionisierungsenergie	51.27(10) eV[5] ≈ 4947 kJ/mol[6]
5. Ionisierungsenergie	79.50(20) eV[5] ≈ 7671 kJ/mol[6]
Physikalisch[3]
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	2
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	8,90 g/cm³ (20 °C)[7]
Mohshärte	5,0
Magnetismus	ferromagnetisch
Schmelzpunkt	1768 K (1495 °C)
Siedepunkt	3173 K[8] (2900 °C)
Molares Volumen	6,67 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	390 kJ·mol−1[8]
Schmelzenthalpie	17,2[9] kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	4720 m·s−1
Spezifische Wärmekapazität	421[2] J·kg−1·K−1
Austrittsarbeit	5,0 eV[10]
Elektrische Leitfähigkeit	16,7 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit	100 W·m−1·K−1
Chemisch[3]
Oxidationszustände	0, +1, +2, +3, +4, +5[11]
Normalpotential	−0,28 V (Co2+ + 2 e− → Co)
Elektronegativität	1,88 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 55Co {syn.} 17,53 h ε 3,451 55Fe 56Co {syn.} 77,27 d ε 4,566 56Fe 57Co {syn.} 271,79 d ε 0,836 57Fe 58Co {syn.} 70,86 d ε 2,307 58Fe 59Co 100 % Stabil 60Co {syn.} 5,2714 a β−, γ, γ 0,31+1,17+1,33 60Ni 61Co {syn.} 1,850 h β− 1,322 61Ni
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ in rad·T−1·s−1 Er (1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 59Co 7/2 0+6,332 · 107 0,278 047,36
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[13] ggf. erweitert[12] Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 228​‐​302​‐​330​‐​319​‐​317​‐​334​‐​341​‐​350​‐​360Fd​‐​410 P: 280​‐​284​‐​308+313​‐​304+340​‐​342+311​‐​501[12]
Toxikologische Daten	6171 mg⋅kg−1 (LD50, Ratte, oral)[12]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cobalt (chemische Fachsprache; lateinisch cobaltum, standardsprachlich Kobalt; vom Erstbeschreiber Georg Brandt (1694–1768) nach dem Kobalterz als Ausgangsmaterial Cobalt Rex benannt^[14][15]) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Co und der Ordnungszahl 27. Es steht in der 9. Gruppe bzw. Cobaltgruppe des Periodensystems. In der älteren Zählweise zählt es zur 8. Nebengruppe oder Eisen-Platin-Gruppe.

Cobalt ist ein silbergraues, hartes und eher sprödes Metall, welches bereits seit 1739 bekannt ist. Es wird in Akkumulatoren, Katalysatoren, blauen Pigmenten (die u. a. benutzt werden, um Kobaltglas herzustellen) sowie in Legierungen verwendet. Als Bestandteil von Vitamin B12 ist Cobalt zudem für alles menschliche und tierische Leben essenziell. Darüber hinaus ist Cobalt wie seine Nachbarn Eisen und Nickel ferromagnetisch.

Cobaltpigmente mit ihrer blauen Farbe sind schon seit langer Zeit bekannt. Diese wurden für das Färben von Glas (Cobaltglas), Keramiklasuren und als Porzellanfarbe genutzt. In Eridu (Mesopotamien) wurde ein 2000 v. Chr. entstandenes cobalthaltiges blaues Glasstück gefunden.^[16] Im Alten Ägypten begann die größere Produktion von Cobaltglas in der 18. Dynastie (etwa 1550 v. Chr.) Hierfür wurde wahrscheinlich cobalthaltiger Alaun genutzt, der in Dachla und Charga gefunden wurde.^[17] Eine weitere, schon seit dem Altertum genutzte Mine für Cobalterze, liegt in Qamsar in der Nähe von Kashan (Persien, heute Iran). Hier wurden vor allem Cobaltit und Erythrin abgebaut.^[18] In China sind cobalthaltige Pigmente erstmals in der Sancai-Glasurtechnik aus der Tang-Dynastie im 7. Jahrhundert bekannt. Später, vor allem während der Yuan- und Ming-Dynastie wurden cobalthaltige Pigmente als Unterglasurfarbe für Blau-Weiß-Porzellan verwendet.^[19] Anfangs wurden Cobalterze aus Persien importiert, später auch lokale Lagerstätten genutzt.^[20]

Wann die Cobaltlagerstätten im Erzgebirge erstmals zur Gewinnung von Erzen genutzt wurden, ist nicht geklärt. Die 1684 erschienene Chronik Christian Meltzers nennt Peter Weidenhammer, der angeblich um 1520 in Schneeberg erstmals blaue Farbe hergestellt und nach Venedig verkauft habe. Es gibt aber auch Hinweise darauf, dass schon seit dem 12. Jahrhundert Cobaltpigmente im Erzgebirge produziert und beispielsweise nach Italien exportiert wurden. Um 1540 entwickelte Christoph Schürer gemäß Christian Lehmann in der Eulenhütte angeblich das Pigment Smalte und begründete damit die Blaufarbenwerke Böhmens und Sachsens.^[21][22] Georgius Agricola nennt im 1530 entstandenen Bermannus cobaltum als ein Cobalt- oder Arsenhaltiges Mineral.^[23]

1735 konnte Georg Brandt aus Smalte, den er aus Linneit hergestellt hatte, ein unbekanntes Metall gewinnen, das er cobalt regulus nannte. Er klassifizierte es als Halbmetall, um es von den schmiedbaren „richtigen“ Metallen zu unterscheiden.^[24] Nachdem andere Forscher seine Entdeckung zunächst in Zweifel gezogen hatten, bestätigte schließlich 1780 Torbern Bergman, dass es sich bei Cobalt um ein eigenständiges Metall handelt.^[25]

Der Name Cobalt oder Kobalt leitet sich vom Berggeist Kobold ab. Dies beruht darauf, dass die Bergleute bei der Suche nach Silber Kobalterze für wertlos hielten und glaubten, dass ein Kobold das Silber gestohlen und ihnen dann das wertlose Cobalterz untergeschoben hätten.^[22][26] Im Deutschen wurde lange Zeit Kobalt als Name des Elements verwendet. Die offizielle Schreibweise wurde 1975 von einer Kommission der Gesellschaft Deutscher Chemiker, der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft und der Gesellschaft Österreichischer Chemiker geändert und an die international übliche Schreibweise Cobalt angepasst.^[27]

Cobalt ist mit einem Gehalt von 25 ppm in der kontinentalen Erdkruste^[28] ein zwar verbreitetes, aber nicht sehr häufiges Element. Wird dagegen die gesamte Erde betrachtet, ist Cobalt mit einem Gehalt von 900 ppm deutlich häufiger. Dies liegt daran, dass Cobalt ein siderophiles (eisenliebendes) Element ist, weswegen sich die größte Menge Cobalt im Erdkern und Erdmantel befindet. So besteht der Erdkern zu etwa 0,255 % aus Cobalt.^[29] Dementsprechend sind auch ultramafische Gesteine wie Dunit oder Serpentinit besonders cobaltreich.^[30] Der durchschnittliche Cobaltgehalt von ultramafischem Gestein beträgt 110 ppm.^[31]

In der Erdkruste ist Cobalt sowohl lithophil (gesteinsliebend) als auch chalcophil (schwefelliebend) und besitzt einen ähnlichen Ionenradius wie Eisen, Nickel und Mangan. Dadurch wird Cobalt bei der Kristallisation von Lava häufig in gesteinsbildene Eisen-Mangan-Minerale eingebaut. Es bildet nur wenige eigenständige Minerale, sondern findet sich überwiegend als Nebenbestandteil in eisen- oder nickelhaltigen Gesteinen.^[30]

Erze mit einem höheren Cobaltgehalt können sich auf mehrere Arten bilden. Zum einen enthält vulkanische Lava Cobalt, so dass magmatische Lagerstätten wie Sudbury in Kanada oder Norilsk in Russland neben Nickel und Kupfer auch Cobalt enthalten, das als Nebenprodukt abgebaut werden kann. Typischerweise enthalten diese Lagerstätten 0,04 bis 0,08 % Cobalt.^[32] Durch Verwitterung insbesondere von ultramafischen Gesteinen kann sich Cobalt anreichern. Dies geschieht etwa bei der Bildung von Nickel-Cobalt-Lateriten unter subtropischen Bedingungen. Hierbei entstehen Erze mit einem durchschnittlichen Cobaltgehalt von 0,08 %. Zum dritten kann sich Cobalt über hydrothermale Prozesse anreichern und Adern mit einem durchschnittlichen Cobaltgehalt von bis zu 0,92 % bilden.^[30] Auch Cobaltminerale wie Cobaltit bilden sich hydrothermal.^[33] Durch Verwitterung und Metamorphose von Gesteinen, die reich an hydrothermal entstandenen Cobalterzen waren, entstanden die besonders cobaltreichen Erze des Copperbelts im Lufilian-Bogen in der Demokratischen Republik Kongo und Sambia.^[32]

Cobalt kommt auch in Manganknollen der Tiefsee mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,2 % vor.^[34] Eine mögliche Erklärung für den Gehalt von Cobalt in Manganknollen ist, dass das in geringen Mengen als Co²⁺ im Meerwasser gelöste Cobalt durch festes Mangan (Mn⁴⁺) in einer Redoxreaktion zu Co³⁺ oxidiert wird und anschließend Eisen (Fe³⁺) in den Mineralen der Manganknollen substituiert.^[31]

Das Element bildet vor allem mit Schwefel und Arsen verschiedene Minerale wie Cobaltit CoAsS, Skutterudit CoAs₃, Safflorit (Co,Ni,Fe)As₂, Carrollit CuCo₂S₄, Cattierit CoS₂ und Linneit Co²⁺Co³⁺₂S₄. Wichtigstes oxidisches Cobaltmineral ist Heterogenit Co³⁺O(OH), daneben ist noch das Cobaltarsenat Erythrin Co₃(AsO₄)₂ · 8 H₂O häufig. Insgesamt sind 2025 67 verschiedene Cobaltminerale anerkannt.^[35] Die sulfidischen und arsenidischen Minerale sind dabei überwiegend hydrothermal entstandene primäre Minerale, während Arsenate oder Oxide als Sekundärminerale durch Verwitterung und Oxidation entstanden sind. Wichtige Fundorte von Cobalt-Mineralen sind Schneeberg und Jáchymov im Erzgebirge, in Deutschland dazu Wittichen, das Siegerland und Richelsdorfer Gebirge, Tunaberg und Filipstad in Schweden, Lavrio in Griechenland, Bou-Azzer in Marokko, der Copperbelt in der Demokratischen Republik Kongo und Sambia, Timiskaming District in Kanada und Mount Isa in Australien.^[36]

Gediegenes Cobalt wurde durch Luna 24 im Mare Crisium auf dem Mond^[37] sowie in 9,63 km Tiefe der Kola-Bohrung^[38] gefunden. Es ist jedoch nicht als Mineral anerkannt.^[39] Anerkannt ist die Cobalt-Eisen-Legierung Weirauit mit etwa 50 % Cobalt.^[40]

Die größten Reserven an Cobalterz liegen in der Demokratischen Republik Kongo, sie werden auf 6 Millionen Tonnen (von 11 Millionen Tonnen weltweit) geschätzt. Im Kongo wird auch ein Großteil des Cobalts abgebaut, 2024 175.000 Tonnen, was etwa 76 % des gesamten weltweiten Cobaltabbaus entspricht. Weitere größere Mengen stammen aus den Nickelminen in Indonesien, den Philippinen, Australien, Russland und Kanada.^[41] Das einzige Bergwerk, bei dem gezielt Cobalterz abgebaut wird, ist die Bou-Azzer-Mine in Marokko, die das Erz mit dem weltweit höchsten bekannten Cobaltgehalt von etwa 1 % ausbeutet.^[42]

Cobalt wird überwiegend aus Kupfer- und Nickelerzen gewonnen. Die genaue Gewinnungsart ist von der Zusammensetzung des Ausgangserzes abhängig. Zunächst wird ein Teil der vorhandenen Eisensulfide (FeS und FeS₂) durch Rösten in Eisenoxid umgewandelt und mit Siliciumdioxid als Eisensilicat verschlackt. Es entsteht der sogenannte Rohstein, der neben Cobalt noch Nickel, Kupfer und weiteres Eisen als Sulfid oder Arsenid enthält. Durch weiteres Abrösten mit Natriumcarbonat und Natriumnitrat wird weiterer Schwefel entfernt. Dabei bilden sich aus einem Teil des Schwefels und Arsens Sulfate und Arsenate, die mit Wasser ausgelaugt werden. Es bleiben die entsprechenden Metalloxide zurück, die mit Schwefel- oder Salzsäure behandelt werden. Dabei löst sich nur Kupfer nicht, während Nickel, Cobalt und Eisen in Lösung gehen. Mit Chlorkalk kann anschließend selektiv Cobalt als Cobalthydroxid ausgefällt und damit abgetrennt werden. Durch Erhitzen wird dieses in Cobalt(II,III)-oxid (Co₃O₄) umgewandelt und anschließend mit Koks oder Aluminiumpulver zu Cobalt reduziert:

Co 3 O 4 + C ⟶ 3 CoO + CO {\displaystyle {\ce {Co3O4 + C -> 3 CoO + CO}}}

CoO + C ⟶ Co + CO {\displaystyle {\ce {CoO + C -> Co + CO}}}

Der größte Teil von Cobalt wird durch Reduktion der Cobalt-Nebenprodukte des Nickel- und Kupferabbaus und der Schmelze gewonnen.^[43][44] Weil Cobalt in der Regel als Nebenprodukt anfällt, hängt die Cobaltversorgung in hohem Maße von der wirtschaftlichen Durchführbarkeit des Kupfer- und Nickelabbaus in einem bestimmten Markt ab.^[45]

Es gibt verschiedene Methoden, um Cobalt von Kupfer und Nickel zu trennen, abhängig von der Cobaltkonzentration und der genauen Zusammensetzung des verwendeten Erzes. Eine Methode ist die Schaumflotation, bei der Tenside an verschiedene Erzbestandteile binden, was zu einer Anreicherung von Cobalterzen führt. Durch anschließendes Rösten werden die Erze in Cobalt(II)-sulfat umgewandelt und Kupfer und Eisen oxidiert. Durch Auswaschen mit Wasser wird das Sulfat zusammen mit den Arsenaten extrahiert. Die Rückstände werden weiter mit Schwefelsäure ausgelaugt, was eine Kupfersulfatlösung ergibt. Cobalt kann auch aus der Kupferschmelze ausgelaugt werden.^[46]

Aufgrund der Bedeutung von Cobalt bei der Herstellung von elektronischen Geräten könnte es in den kommenden Jahren zu einer Verknappung des Angebots kommen.^[47] So wurden im Dezember 2020 Bestrebungen von den Unternehmen Lockheed Martin, Deep Green und DEME bekannt, sich Zugriff auf Rohstoffe der Tiefsee, darunter auch Cobalt, zu verschaffen, deren Abbaurechte bei kleinen Inselstaaten im Südpazifik liegen. Problematisch ist, dass für den Tiefseebergbau noch keine globalen Umweltregeln bestehen.^[48]

Die Demokratische Republik Kongo ist der größte Produzent von Kobalt. Laut einer Reportage des Fachmagazins „Illuminem“ sind die Hauptproduzenten Unternehmen mit Sitz in Großbritannien (Eurasian Natural Resources) und China (China Molybdenum und Metorex). Die chinesischen Anteilseigner wiederum kontrollieren die beiden Unternehmen, auf die 13,8 % der weltweiten Produktion und etwa 24 % der Produktion großer, bekannter und aktiver Unternehmen entfallen. Unternehmen mit Sitz in der Demokratischen Republik Kongo kontrollieren dagegen nur 3,5 % der weltweiten Produktion.^[49]

Cobalt-Förderung nach Staaten in Tonnen

Land	2006[50]	2013[51]	2016[52]	2019[53]	2020[54]	2022[55]
Kongo Demokratische Republik Demokratische Republik Kongo	22.000	54.000	66.000	100.000	98.000	144.000
China Volksrepublik Volksrepublik China	1.400	7.200	7.700	2.500	2.200
Kanada Kanada	5.600	6.920	7.300	3.340	3.690	3.060
Russland Russland	5.100	6.300	6.200	6.300	9.000	9.200
Brasilien Brasilien	1.000	3.000	5.800
Australien Australien	6.000	6.400	5.100	5.740	5.630	5.790
Sambia Sambia	8.600	5.200	4.600
Kuba Kuba	4.000	4.200	4.200	3.800	3.800	3.700
Philippinen Philippinen		3.000	3.500	5.100	4.500	3.900
Neukaledonien Neukaledonien	1.100	3.190	3.300		2.000
Sudafrika Südafrika		3.000	3.000	2.100
Marokko Marokko	1.500		1.700	2.300	2.300
Madagaskar Madagaskar				3.400	850	3.500
Papua-Neuguinea Papua-Neuguinea				2.910	2.940	2.990
Indonesien Indonesien					1.100	9.600
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten				500	600	500
Turkei Türkei				3.400	850	2.100
restliche Länder	1200	8000	8300	6.320	7.640	6.600
Gesamt	57.500	110.000	123.000	144.000	142.000	197.000

Vielfach wird Cobalt nicht in den Ländern raffiniert, in denen Cobalterze gefördert werden. Die folgende Tabelle des Cobalt Development Instituts (CDI)^[56] listet die Produzenten von metallischem Cobalt sowie Cobaltsalzen und deren Produktionsmengen in Tonnen auf:^[57][58][59]

	Name	Land	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016
CDI- Mit- glieder	Ambatovy	Madagaskar	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	2083	2915	3464	3273
	BHPB/QNPL[A 1]	Australien	1800	1900	1400	1600	1800	1600	1700	2141	2631	2369
	CTT	Marokko	1431	1593	1613	1405	1591	1711	1600	1545	1788	1314	1353	1391	1722	1568
	Eramet	Frankreich	181	199	280	256	305	311	368	302	354	326	308	219	133	119
	Freeport Cobalt, früher OMG	Finnland	7990	7893	8170	8580	9100	8950	8850	9299	10441	10547	10010	11452	8582	11187
	Gécamines	DR Kongo	1200	735	600	550	606	300[A 2]	415	745	650	870	700	500	400	400
	Glencore[A 3], Katanga	DR Kongo												2800	2900	0
	Glencore, Minara	Australien												2900	3300	3200
	Glencore, Mopani Copper	Sambia												0	0	0
	Glencore, früher Xstrata	Norwegen	4556	4670	5021	4927	3939	3719	3510	3208	3067	2969	3400	3600	3100	3500
	ICCI	Kanada	3141	3225	3391	3312	3573	3428	3721	3706	3853	3792	3319	3210	3733	3693
	Rubamin	Indien[A 4]							0	517	579	200	45
	Sumitomo	Japan	379	429	471	920	1084	1071	1332	1935	2007	2542	2747	3654	4259	4305
	Umicore[A 5]	Belgien	1704	2947	3298	2840	2825	3020	2150	2600	3187	4200	5415	5850	6306	6329
	Vale Inco	Kanada	1000	1562	1563	1711	2033	2200	1193	940	2070	1890	2240	2051	1858	1851
	Chambishi Metals	Sambia	4570	3769	3648	3227	2635	2591	235	3934	4856	5435	5000	4317	2997	4725
	Gesamt CDI		27.952	28.922	29.455	29.328	29.491	28.901	25.074	30.872	35.483	36.454	36.620	44.859	42.754	44.150
Nicht- CDI- Mit- glieder		China[A 6]	4576	8000	12700	12700	13245	18239	2544	35929	34969	29784	36062	39292	48719	45046
		Indien[A 7]	255	545	1220	1184	980	858[A 2]	1001	670	720	600	250	100	150	100
	Glencore[A 3], Katanga	DR Kongo	0	0	0	0	0	749	2535	3437	2433	2129	2300
	Kasese	Uganda	0	457	638	674	698	663	673	624	661	556	376	0	0	0
	Glencore[A 3], Minara	Australien	2039	1979	1750	2096	1884	2018	2350	1976	2091	2400	2700
	Glencore[A 3], Mopani Copper[A 2]	Sambia	2050	2022	1774	1438	1700	1450	1300	1092	1100	230	0
	Norilsk Nickel[A 8]	Russland	4654	4524	4748	4759	3587	2502	2352	2460	2337	2186	2368	2302	2040	3092
	QNPL[A 1]	Australien											2281	2519	1850	0
		Südafrika	285	300	214	257	307	244	236	833	840	1100	1294	1332	1300	1101
	Votorantim	Brasilien	1097	1155	1136	902	1148	994	1012	1369	1613	1750	1653	1350	1300	400
	DLA[A 9]	USA	1987	1632	1199	294	617	203	180	−8	0	0	0	0	0	0
	Gesamt Nicht-CDI		16.943	20.614	25.379	24.304	24.166	27.920	37.183	48.382	46764	40.735	49.284	46.895	55.359	49.739
Gesamt[A 10]			44.895	49.536	54.834	53.632	53.657	56.821	59.851	79.252	82.247	77.189	85.904	91.754	98.113	93.889

Anmerkungen A:

1. ↑ ^{a b} seit 2013 kein CDI-Mitglied mehr
2. ↑ ^{a b c} geschätzt
3. ↑ ^{a b c d} seit 2014 CDI-Mitglied
4. ↑ von 2009 bis 2013 CDI Mitglied
5. ↑ inklusive Umicore China
6. ↑ ohne Umicore China
7. ↑ inklusive Nicomet und Rubamin (nicht 2009 bis 2013)
8. ↑ seit 2009 kein CDI-Mitglied mehr
9. ↑ Defence Logistic Agency: Cobaltverkauf aus den strategischen Reserven der USA
10. ↑ beinhaltet keine Mengen von Herstellern, die ihre Produktion nicht veröffentlichen

Wie bei vielen anderen Erzen erfolgt der Abbau teils unter prekären Bedingungen (insbesondere Kinderarbeit in den oft ungesicherten Minen im Kongo).^[60][61][62] So wird geschätzt, dass im Kongo, wo gut die Hälfte des globalen Cobalts gefördert wird, etwa 20 % des Cobalts per Hand geschürft werden.^[63]

BMW kauft Cobalt (und Lithium) seit 2020 direkt selbst bei Minen in Australien und in Marokko (Bou Azzer Mine) ein;^[60] Mercedes äußerte im Jahr 2020, Cobalt (und Lithium) künftig nur aus zertifiziertem Abbau kaufen zu wollen.^[62]

Cobalt ist ein stahlgraues, sehr zähes Schwermetall mit einer Dichte von 8,89 g/cm³.^[66] Es ist ferromagnetisch mit einer Curie-Temperatur von 1150 °C.^[66] Cobalt tritt in zwei Modifikationen auf: einer hexagonal-dichtesten (hcp) Kristallstruktur in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 mit den Gitterparametern a = 250,7 pm und c = 406,9 pm sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle und einer kubisch-flächenzentrierten Form (fcc) mit dem Gitterparameter a = 354,4 pm.^[65] Die fcc-Modifikation ist dabei die duktilere, die hcp-Modifikation die sprödere Form.^[67] Die hcp-Modifikation (α-Cobalt, historisch ε-Cobalt^[15]) ist bei tieferen Temperaturen stabil und wandelt sich bei ca. 450 °C in die fcc-Modifikation (β-Cobalt, historisch α-Cobalt^[15]) um.^[68] In sehr kleinen Kristallen ist auch bei einer Temperatur unter 450 °C die fcc-Modifikation die stabilere Form.^[69]

Als typisches Metall leitet es Wärme und elektrischen Strom gut, die elektrische Leitfähigkeit liegt bei 26 Prozent von der des Kupfers.^[70] Nicht passiviertes Cobaltmetallpulver ist dunkelgrau und kann sich auch selbst entzünden. Das Metall in kompakter Form ist nicht brennbar.^[12]

Eine Besonderheit stellt die Atommasse des natürlich vorkommenden Cobalts dar; sie ist mit 58,93 größer als die mittlere Atommasse von Nickel mit 58,69, dem nächsten Element im Periodensystem. Diese Besonderheit gibt es auch bei Argon und Kalium sowie bei Tellur und Iod.

Im chemischen Verhalten ist es dem Eisen und Nickel ähnlich, an der Luft durch Passivierung beständig; es wird nur von oxidierend wirkenden Säuren gelöst. Cobalt zählt mit einem Normalpotential von −0,277 V zu den unedlen Elementen. In Verbindungen kommt es vorwiegend in den Oxidationsstufen +II und +III vor. Es sind jedoch auch die Oxidationsstufen −I, 0, +I, +II, +III, +IV und +V in Verbindungen vertreten. Cobalt bildet eine Vielzahl von meist farbigen Komplexen. Darin ist, im Gegensatz zu kovalenten Verbindungen, die Oxidationsstufe +III häufiger und stabiler als +II.

Es sind insgesamt 30 Isotope und 18 weitere Kernisomere zwischen ⁴⁷Co und ⁷⁷Co bekannt. Natürliches Cobalt besteht dabei vollständig aus dem Isotop ⁵⁹Co. Das Element ist daher eines der 22 Reinelemente.^[71] Dieses Isotop lässt sich durch die NMR-Spektroskopie untersuchen.

Das Nuklid ⁵⁷Co zerfällt über Elektroneneinfang zu ⁵⁷Fe. Die beim Übergang in den Grundzustand des Tochterkerns emittierte Gammastrahlung hat eine Energie von 122,06 keV (85,6 %) und 14,4 keV (9,16 %).^[72] Hauptanwendung von ⁵⁷Co ist die Mößbauerspektroskopie, z B. zum Nachweis kleinster Energie- oder Frequenzverschiebungen wie etwa zur Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen.

Das langlebigste der instabilen Isotope ist ⁶⁰Co (Cobalt-60, Spin 5⁺), das mit einer Halbwertszeit von 5,27 Jahren durch Betazerfall zunächst in einen angeregten Zustand von ⁶⁰Ni (Spin 4⁺) und anschließend unter Aussendung von Gammastrahlung (zwei Gammaquanten der Energie 1,17 und 1,33 MeV^[73]) in den Grundzustand (Spin 0⁺) dieses Nuklids zerfällt. Aus diesem Grund wird ⁶⁰Co als Gammastrahlungsquelle zur Sterilisierung oder Konservierung von Lebensmitteln, zur Materialuntersuchung (Durchstrahlungsprüfung) und in der Krebstherapie („Kobaltkanone“) verwendet.^[74] In der Medizin können auch andere Isotope wie ⁵⁷Co oder ⁵⁸Co als Tracer verwendet werden.^{[75] 60}Co wird ausschließlich künstlich durch Neutronenaktivierung aus ⁵⁹Co gewonnen. Als Neutronenquelle für die Herstellung kleinerer Mengen dienen Spontanspaltungsquellen wie ²⁵²Cf; zur Herstellung größerer Mengen werden ⁵⁹Co-Pellets dem Neutronenfluss in Kernreaktoren ausgesetzt. Größter Produzent ist Kanada, dessen Schwerwasserreaktoren vom Typ CANDU exzellent für die Produktion von Cobalt-60 geeignet sind.^[76][77] Aufgrund der – gerade im Licht der COVID-19-Pandemie – weiter steigenden Nachfrage wird auch in Rumänien (Kernkraftwerk Cernavodă)^[78] sowie in China (Kernkraftwerk Qinshan)^[79] in dortigen CANDUs über eine Produktionsaufnahme nachgedacht bzw. ist diese erfolgt. Auch in anderen Reaktortypen wird oder soll Cobalt-60 produziert werden: 2018 nahm Russland am Kernkraftwerk Kursk (Typ RBMK) die Produktion von Cobalt-60 auf.^[80] Des Weiteren arbeiten die Hersteller Framatome (EPR)^[81] und Westinghouse (AP1000)^[82] daran, in bestehenden oder noch zu bauenden Druckwasserreaktoren Cobalt-60 zu produzieren. Da Leichtwasserreaktoren deutlich häufiger und in mehr Ländern gebaut wurden als Reaktoren des CANDU-Typs, könnte eine erfolgreiche Produktion von Cobalt-60 in diesen Reaktoren helfen, die Versorgung zu verbessern.

Die Entstehung von ⁶⁰Co aus ⁵⁹Co unter Neutronenstrahlung könnte potentiell auch zur Verstärkung der Wirkung von Kernwaffen benutzt werden, bei denen Neutronenstrahlung entsteht, indem diese mit Cobalt ummantelt würden (Cobaltbombe). Bei der Detonation würde dann der starke Gammastrahler gebildet, durch den die Umgebung stärker kontaminiert würde als durch die Kernexplosion allein.^[83] Wird ⁶⁰Co nicht sachgerecht entsorgt, sondern mit anderem Cobalt eingeschmolzen und zu Stahl verarbeitet, können daraus gefertigte Stahlteile in schädlichem Maß radioaktiv sein.^[84][85] Da Reaktordruckbehälter beständig dem Neutronenfluss ausgesetzt sind, kann sich – je nach Zusammensetzung des Stahls – in ihnen Cobalt-60 bilden.^[86] Da der größte Teil des Eisens ⁵⁶Fe ist und somit drei aufeinander folgende Neutroneneinfänge zur Erzeugung von ⁵⁹Co und dann einen weiteren Neutroneneinfang im gebildeten ⁵⁹Co benötigen würde, ist der Effekt in cobaltfreien Stählen allerdings sehr gering.^[87]

Mit ⁶⁰Co wurde 1956 das Wu-Experiment vorgenommen, durch das die Paritätsverletzung der schwachen Wechselwirkung entdeckt wurde.^[88]

Cobalt wurde in Form von Oxiden, Sulfaten, Hydroxiden oder Carbonaten als Erstes für hitzefeste Farben und Pigmente, z. B. für die Bemalung von Porzellan und Keramik verwendet (siehe auch Smalte sowie Blaufarbenwerke). Danach folgte die wohl bekannteste dekorative Anwendung in Form des blauen Kobaltglases. Nach 1800 wurde das Cobaltaluminat (CoAl₂O₄) als farbkräftiges Pigment industriell hergestellt.

Cobalt dient heute als Legierungsbestandteil zur Erhöhung der Warmfestigkeit legierter und hochlegierter Stähle, insbesondere Schnellarbeitsstahl und Superlegierungen, als Binderphase in Hartmetallen und Diamantwerkzeugen (siehe: Widia). Seine Verwendung als Legierungselement und in Cobaltverbindungen macht es zu einem strategisch wichtigen Metall. (Siehe Vitallium: Implantate, Turbinenschaufel, chemische Apparate.) Eingesetzt werden Cobaltstähle z. B. für hochbelastete Werkteile, die hohe Temperaturen aushalten müssen, wie z. B. Ventilsitzringe in Verbrennungsmotoren oder Leitschaufeln in Gasturbinen.^[89]

Superlegierungen auf Cobaltbasis haben in der Vergangenheit den größten Teil des erzeugten Cobalts verbraucht.^[43][44] Die Temperaturstabilität dieser Legierungen macht sie für Turbinenschaufeln von Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken geeignet, obwohl Einkristalllegierungen auf Nickelbasis ihre Leistung übertreffen.^[90] Cobaltbasierte Legierungen sind auch korrosions- und verschleißfest, sodass sie wie Titan zur Herstellung von orthopädischen Implantaten verwendet werden können, die sich mit der Zeit nicht abnutzen. Die Entwicklung verschleißfester Cobaltlegierungen begann im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts mit den Stellitlegierungen, die Chrom mit unterschiedlichen Anteilen an Wolfram und Kohlenstoff enthielten. Legierungen mit Chrom- und Wolframcarbiden sind sehr hart und verschleißfest.^[91] Spezielle Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen wie Vitallium werden für Prothesenteile verwendet.^[92] Cobaltlegierungen werden auch für Zahnersatz als nützlicher Ersatz für Nickel verwendet, das möglicherweise allergen ist.^[93] Einige Schnellarbeitsstähle enthalten auch Cobalt, um die Wärme- und Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Die speziellen Legierungen von Aluminium, Nickel, Cobalt und Eisen, bekannt als Alnico, sowie von Samarium und Cobalt (Samarium-Cobalt-Magnet) werden in Dauermagneten verwendet.^[94]

Cobalt ist Bestandteil von magnetischen Legierungen, als Trockner (Sikkativ) für Farben und Lacke, als Katalysator zur Entschwefelung und Hydrierung, als Hydroxid oder Lithium-Cobalt-Dioxid (LiCoO₂) in Batterien, in korrosions- bzw. verschleißfesten Legierungen und als Spurenelement für Medizin und Landwirtschaft. Cobalt wird ebenfalls in der Produktion magnetischer Datenträger wie Tonband- und Videokassetten verwendet, wo es durch Dotierung die magnetischen Eigenschaften verbessert. Seit geraumer Zeit dient Cobalt als Legierungsbestandteil für Gitarrensaiten.

Seit Lithium-Ionen-Akkumulatoren in den 1990er-Jahren auf den Markt kamen, wird Cobalt für Akkumulatoren vor allem für mobile Anwendungen eingesetzt, da der Lithium-Cobaltoxid-Akkumulator eine besonders hohe Energiedichte aufweist. Der erste kommerziell erhältliche Lithium-Ionen-Akku kam als Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator von Sony im Jahr 1991 auf den Markt. Lithium-Cobalt(III)-oxid wird häufig in Lithium-Ionenbatterie-Kathoden verwendet. Das Material besteht aus Cobaltoxidschichten mit eingelagertem Lithium. Während der Entladung wird das Lithium als Lithiumionen freigesetzt.^[95] Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren enthalten auch Cobalt, um die Oxidation von Nickel im Akku zu verbessern.^[96][97]

Durch den Nachfrageanstieg bei Elektroautos stieg die Nachfrage nach Cobalt an. Auch wenn der Cobaltanteil neuer Batterien rückläufig ist, wird die Nachfrage die nächsten Jahre voraussichtlich zunehmen, wenn die Verbreitung von Elektrofahrzeugen zunimmt. 2017 entfielen 8,2 % des globalen Cobaltverbrauchs auf die Elektromobilität; inklusive aller weiteren Anwendungsbereiche war die Batterieproduktion für rund 46 % des Cobaltverbauchs verantwortlich.^[98]

Moderne Batterien enthielten mit Stand 2019 aufgrund besserer Zellkonstruktionen nur noch einen Bruchteil früherer Konstruktionen. Bestanden die Kathoden ursprünglich zu etwa einem Drittel aus Cobalt, sind es mit Stand 2023 nur noch 3 bis 6,5 %.^[99] LiFePO₄-Batterien (LFP), wie sie etwa für Batteriespeicher verwendet werden, benötigen hingegen wie die Rezepturen LMO und LTO überhaupt kein Cobalt.^[100] Die etwas schwereren und billigeren LFP-Zellen werden seit 2020 auch im in China produzierten Tesla Model 3 SR+ eingesetzt.^[101] Mit Stand 2023 lag der Marktanteil von kobaltfreien LPF-Akkus bei mehr als 30 %, Tendenz stark steigend.^[99] Im Jahr 2021 begann die Firma SVolt mit der Produktion von cobaltfreiem Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, das auf Nickel und Mangan basiert.^[102] Als sehr interessant gilt zudem der Umstieg auf Natrium-Ionen-Akkumulatoren, die ebenfalls kobaltfrei sind und gegenüber Lithium-Ionen-Akkus deutlich günstigere Kosten erwarten lassen.^[99]

In einer Studie von 2021 wurde der Verbrauch von Cobalt und anderen Ressourcen durch deutsche PKW für die Zukunft bis ins Jahr 2035 abgeschätzt: unter der Annahme, dass dann nur noch elektrische Fahrzeuge zugelassen werden, ergibt sich ein stark erhöhter Bedarf an Kupfer, Nickel, Cobalt, Lithium und Seltenen Erden.^[103]

Katalysatoren auf Cobaltbasis werden bei Reaktionen mit Kohlenstoffmonoxid eingesetzt. Cobalt ist auch ein Katalysator im Fischer-Tropsch-Verfahren zur Hydrierung von Kohlenstoffmonoxid zu flüssigen Brennstoffen.^[104] Bei der Hydroformylierung von Alkenen wird häufig Cobaltoctacarbonyl als Katalysator verwendet, obwohl es häufig durch effizientere Katalysatoren auf Iridium- und Rhodiumbasis ersetzt wird, z. B. den Cativa-Prozess.^[105]

Bei der Hydrodesulfurierung von Erdöl wird ein Katalysator verwendet, der von Cobalt und Molybdän abgeleitet ist. Dieses Verfahren hilft, das Erdöl von Schwefelverunreinigungen zu reinigen, die die Raffination flüssiger Brennstoffe beeinträchtigen.^[106]

Im Bereich der organischen Synthese spielt die [2+2+2]-Cobalt-Cyclisierung eine bedeutsame Rolle beim schnellen Aufbau komplexer Molekülstrukturen. Hierbei kann Ethin als grundlegender Baustein in Verbindung mit funktionalisierten Indolen unter Normaldruckbedingungen und η⁵-Cyclopentadienylbisethylenecobalt(I) direkt zu Carbazol-Derivaten umgesetzt und zur totalsynthetischen Darstellung, z. B. von Strychnin, verwendet werden.^[107]

⁶⁰Co ist bei weitem das bedeutendste Radionuklid des Cobalts und eines der wichtigsten künstlichen Radionuklide überhaupt. Gründe dafür sind neben der vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten der Gammastrahlung, welche beim Zerfall von Cobalt-60 anfällt, die Einfachheit der Herstellung und die relative chemische und physikalische Beständigkeit von Cobalt. Trotz der relativ hohen Zerfallsenergie ist die Halbwertszeit von ⁶⁰Co mit 5,27 Jahren verhältnismäßig hoch, so dass entsprechende Quellen relativ lange „halten“ – ein weiterer Vorteil des ⁶⁰Co.

Cobalt-60 wird überwiegend in Kernreaktoren hergestellt, dabei – im Gegensatz zu manch anderem industriell oder medizinisch genutzten Radionuklid – nicht vornehmlich in Forschungsreaktoren, sondern in kommerziellen Schwerwasserreaktoren vom Typ CANDU.^[108] Bei der Herstellung erweisen sich zwei Eigenschaften natürlichen Cobalts als sehr vorteilhaft: zum einen ist das Element mononuklidisch, besteht also ausschließlich aus dem stabilen Isotop ⁵⁹Co. Zum anderen ist der Wirkungsquerschnitt für den Neutroneneinfang bei Cobalt-59 relativ hoch. Wird natürliches Cobalt also Neutronenstrahlung, wie sie im Inneren eines laufenden Kernreaktors anfällt, ausgesetzt, so wird nach und nach ein Teil des stabilen natürlichen Cobalts durch Einfang eines Neutrons zu radioaktiven ⁶⁰Co umgewandelt.

Durch die besondere Bauform und Funktionsweise der mit natürlichem Uran betriebenen CANDU-Reaktoren eignen sich diese besonders zur Produktion von ⁶⁰Co. Zum Beispiel ist die Geschwindigkeit der Neutronen im Durchschnitt geringer als bei Leichtwasserreaktoren, wodurch Einfänge wahrscheinlicher werden. Dazu kommt die Fähigkeit, bei laufendem Betrieb Teile des Reaktorkerns auszutauschen, was es erlaubt, je nach Bedarf Cobalt- oder „herkömmliche“ Kontrollstäbe zur Verringerung des Neutronenflusses einzusetzen und „fertiges“ ⁶⁰Co aus dem Reaktorkern zu entfernen auch wenn der Brennstoff noch nicht „abgebrannt“ ist.^[109]

Cobalt-60 findet Anwendung vor allem in der nicht-thermischen Desinfektion von medizinischen Geräten – sensible Instrumente, die die Hitze im Autoklav nicht überstehen, können so sicher und ohne die Gefahr chemischer Rückstände sterilisiert werden. Auch beim Bestrahlen von Nahrungsmitteln zur Haltbarmachung wird ⁶⁰Co angewandt. Vorteilhaft auch gegenüber anderen Formen der Bestrahlung ist dabei auch die große Eindringtiefe der Gammastrahlung, die es erlaubt Lebensmittel bzw. medizinische Geräte auch in der Verpackung zu bestrahlen. Rund 40 % der weltweit im Einsatz befindlichen medizinischen Geräte zum einmaligen Gebrauch werden mit Cobalt-60 aus nur einem einzigen Kernkraftwerksstandort sterilisiert – Bruce am Huronsee in Kanada.^[110]

Prinzipiell denkbar wäre auch der Einsatz von ⁶⁰Co als Radionuklidbatterie. Mit einer spezifischen Leistung von 13,6 W/g ist die Leistungsdichte sogar deutlich höher als bei Strontium-90 oder Plutonium-238, jedoch ist der hohe Anteil dieser Leistung, der in Form von Gammastrahlung frei wird, ebenso problematisch wie die – verglichen mit ⁹⁰Sr oder ²³⁸Pu – deutlich geringere Halbwertszeit.

Cobalt ist Bestandteil von Vitamin B₁₂, dem Cobalamin, das für den Menschen lebensnotwendig ist. Beim gesunden Menschen kann dieses Vitamin möglicherweise von Darmbakterien direkt aus Cobaltionen gebildet werden. Allerdings muss Cobalamin von dem im Magen produzierten Intrinsischen Faktor gebunden werden, um im Ileum aufgenommen werden zu können.^[111] Da der Produktionsort des vom Menschen hergestellten Cobalamins jedoch im Dickdarm liegt,^[112] ist eine Resorption nach aktuellem Wissensstand nicht möglich. Das Vitamin muss also zwingend durch die Nahrung aufgenommen werden. Es wird dennoch eine tägliche Zufuhr von 0,1 μg Cobalt als Spurenelement für den täglichen Bedarf für Erwachsene angegeben. Der Mangel an Vitamin B₁₂ kann zu einer gestörten Erythropoese und damit zu Blutarmut führen.^[113] Bei Wiederkäuern beruht ein solcher Mangel überwiegend auf unzureichender Cobaltzufuhr^[114], die daraus resultierende Erkrankung wird als „Semper“, „Hinsch“ oder „Dörre“ bezeichnet und war vor allem im Schwarzwald häufig.^[115] In der Tierproduktion wird dem Futter in Spuren Cobalt hinzugefügt, falls die Tiere von cobaltarmen Weideflächen ernährt werden müssen. Hierüber soll Wachstums- und Laktationsstörungen, Blutarmut und Appetitlosigkeit entgegengewirkt werden.^[116] Cobalt und seine Verbindungen werden seit einiger Zeit zur Leistungssteigerung als Dopingmittel im Leistungs- und Pferdesport eingesetzt.^[117][118] Daher gewinnen Verfahren zum sicheren Nachweis der Cobaltverbindungen an Bedeutung.^[119] Bakterien im Magen von Wiederkäuern wandeln Cobaltsalze in Vitamin B₁₂ um, eine Verbindung, die nur von Bakterien oder Archaeen produziert werden kann. Eine minimale Anwesenheit von Cobalt in Böden verbessert daher die Gesundheit weidender Tiere erheblich.^[120]

Auf Cobalamin basierende Proteine verwenden Corrin, um das Cobalt zu halten. Coenzym B₁₂ weist eine reaktive C-Co-Bindung auf, die an den Reaktionen beteiligt ist.^[121] Beim Menschen hat B₁₂ zwei Arten von Alkylliganden: Methyl und Adenosyl. Methylcobalamin fördert den Transfer von Methylgruppen. Die Adenosylversion von B₁₂ katalysiert Umlagerungen, bei denen ein Wasserstoffatom unter gleichzeitigem Austausch des zweiten Substituenten X, der ein Kohlenstoffatom mit Substituenten, ein Sauerstoffatom eines Alkohols oder ein Amin sein kann, direkt zwischen zwei benachbarten Atomen übertragen wird. Methylmalonyl-CoA-Mutase wandelt Methylmalonyl-CoA in Succinyl-CoA um, ein wichtiger Schritt bei der Energiegewinnung aus Proteinen und Fetten.^[122]

Obwohl weitaus seltener als andere Metalloproteine (z. B. Zink und Eisen), sind neben B₁₂ auch andere Cobaltoproteine bekannt. Diese Proteine umfassen Methionin-Aminopeptidase 2, ein Enzym, das beim Menschen und anderen Säugetieren vorkommt und den Corrin-Ring von B₁₂ nicht verwendet, sondern Cobalt direkt bindet. Ein weiteres nichtkorriniertes Cobaltenzym ist die Nitrilhydratase, ein Enzym in Bakterien, das Nitrile metabolisiert.^[123]

Mitte der 1960er Jahre kam es in Kanada und den USA zu einer Reihe von Fällen einer Cobalt-induzierten Kardiomyopathie (Cobalt-Kardiomyopathie). In Quebec wurden 49, in Omaha 64 Patienten registriert. Die Symptome umfassten unter anderem Magenschmerzen, Gewichtsverlust, Übelkeit, Atemnot und Husten. Die Letalitäts­rate betrug 40 Prozent. Autopsien ergaben schwere Schädigungen an Herzmuskel und Leber. Alle Patienten waren starke Biertrinker mit einem Konsum von 1,5 bis 3 Liter pro Tag. Sie konsumierten bevorzugt Sorten von lokalen Brauereien, die etwa einen Monat zuvor angefangen hatten, dem Bier Cobalt(II)-sulfat als Schaum­stabilisator beizumischen.^[124] Die Grenzwerte für Cobalt in Lebensmitteln wurden hierbei nicht überschritten. Das Auftreten der Krankheitsfälle kam unmittelbar zum Stillstand, nachdem die Brauereien die Cobalt(II)-sulfat-Beimischungen eingestellt hatten.^[125][126]

Cobalt(II)-Salze aktivieren die hypoxie-induzierbaren Transkriptionsfaktoren (HIF) und steigern die Expression HIF-abhängiger Gene. Hierzu gehört das Gen für Erythropoietin (EPO). Cobalt(II)-Salze könnten von Sportlern missbraucht werden, um die Bildung roter Blutzellen zu fördern.^[127] Das Unternehmen Cassella Farbwerke Mainkur hatte in den 1950er Jahren ein die zur Vitamin-B12-Gruppe gehörende Cobaltverbindung Methylcobalamin als Arzneimittel und dem Name Cobaltin forte „bei Anämien verschiedenster Genese“ angeboten.^[128][129]

Gelegentlich treten Cobaltvergiftungen durch schadhafte Metallimplantate auf.^[130][131]

Kontakt mit Cobalt-haltigen Materialien kann beim Menschen zu Hautrötungen, juckenden Hautausschlägen oder Akne führen. Außerdem kann Cobalt wie Nickel eine allergische Kontakt-Dermatitis (Hautentzündung mit Ekzem) verursachen.^[132]

Im Tierversuch zeigen anorganische Cobaltsalze, sofern das Anion nicht einen zusätzlichen Beitrag liefert (z. B. Fluorid), ähnliche Daten bei der akuten oralen Toxizität bezogen auf den Cobaltgehalt.^[133]

Akute orale Toxizität von Cobaltsalzen in Wistar-Ratten.^[133]

Substanz	Formel	Molmasse	LD50-Wert in mg/kg Körpergewicht
			Testsubstanz	ber. auf wasser- freie Substanz	ber. auf den Co-Gehalt
Cobalt(II)-fluorid	CoF2	96,93	150	150	91
Cobalt(II)-oxid	CoO	74,93	202	202	159
Cobalt(II)-phosphat	Co3(PO4)2·8 H2O	511,0	539	387	187
Cobalt(II)-bromid	CoBr2	218,74	406	406	109
Cobalt(II)-chlorid	CoCl2·6 H2O	237,93	766	418	190
Cobalt(II)-sulfat	CoSO4·7 H2O	281,10	768	424	161
Cobalt(II)-nitrat	Co(NO3)2·6 H2O	291,04	691	434	140
Cobalt(II)-acetat	Co(CH3CO2)2·4 H2O	249,08	708	503	168

Eine relativ aussagekräftige Vorprobe für Cobalt ist die Phosphorsalzperle, die von Cobaltionen intensiv blau gefärbt wird. Im Kationentrennungsgang kann es neben Nickel mit Thiocyanat und Amylalkohol nachgewiesen werden, es bildet beim Lösen im Amylalkohol blaues Co(SCN)₂. Das in Wasser rotviolette Cobalt(II)-thiocyanat wird beim Versetzen mit Aceton ebenfalls blau.^[134]

Quantitativ kann Cobalt mit EDTA in einer komplexometrischen Titration gegen Murexid als Indikator bestimmt werden.^[135]

Cobalt tritt in seinen Verbindungen meist zwei- oder dreiwertig auf. Diese Verbindungen besitzen oft kräftige Farben. Wichtige Cobaltverbindungen sind:

Cobalt(II)-oxid ist ein olivgrünes, in Wasser unlösliches Salz. Es bildet eine Natriumchlorid-Struktur der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225. Cobalt(II)-oxid wird als Rohstoff für die Herstellung von Pigmenten verwendet, insbesondere zur Herstellung des Pigments Smalte, das auch in der Keramikindustrie verwendet wird. Außerdem kann es zur Herstellung von Kobaltglas sowie von Thénards Blau verwendet werden. Cobalt(II,III)-oxid ist ein schwarzer Feststoff und zählt zur Gruppe der Spinelle.^[136]

Cobalt(II,III)-oxid ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Gewinnung von metallischen Cobalt. Durch Rösten und Auslaugen wird aus verschiedenen Cobalterzen (meist Sulfiden oder Arseniden) zunächst Cobalt(II,III)-oxid gewonnen. Dieses kann nun mit Kohlenstoff oder aluminothermisch zum Element reduziert werden.^[136]

Cobalt(III)-oxid ist ein grau-schwarzer Feststoff, welcher praktisch unlöslich in Wasser ist. Bei einer Temperatur über 895 °C spaltet es Sauerstoff ab, wobei sich Cobaltoxide wie Co₃O₄ und CoO bilden.

Cobalt(II)-chlorid ist ein im wasserfreien Zustand blaues, als Hexahydrat rosafarbenes Salz. Es hat eine trigonale Kristallstruktur vom Cadmium(II)-hydroxid-Typ mit der Raumgruppe P3m1 (Raumgruppen-Nr. 164)Vorlage:Raumgruppe/164. Wasserfreies Cobalt(II)-chlorid ist sehr hygroskopisch und nimmt leicht Wasser auf. Dabei ändert es sehr charakteristisch seine Farbe von blau nach rosa. Der entgegengesetzte Farbwechsel von rosa auf blau ist ebenfalls möglich, indem man das Hexahydrat auf Temperaturen oberhalb 35 °C erhitzt.^[137] Wegen des typischen Farbwechsels diente es als Feuchtigkeits-Indikator in Trockenmitteln wie etwa Kieselgel. Mit Hilfe von Cobalt(II)-chlorid lässt sich Wasser auch in anderen Lösungen nachweisen. Auch wird es als sogenannte Geheimtinte benutzt, da es als Hexahydrat in wässriger Lösung auf dem Papier kaum sichtbar ist, wenn es aber erhitzt wird, tritt tiefblaue Schrift hervor.

Cobalt(II)-bromid ist ein grüner hygroskopischer Feststoff, der an der Luft in das rote Hexahydrat übergeht. In Wasser ist es mit roter Farbe leicht löslich.^[138] Cobalt(II)-iodid ist eine schwarze graphitähnliche hygroskopische Masse, die an Luft langsam schwarzgrün anläuft. Sie ist löslich in Wasser, wobei die verdünnte Lösungen rot aussehen, konzentrierte Lösungen bei niedriger Temperatur rot, bei höherer Temperatur alle Nuancen von braun bis olivgrün annehmen. Cobalt(II)-bromid und Cobalt(II)-iodid besitzen eine hexagonale Cadmiumiodid-Kristallstruktur der Raumgruppe P6₃mc (Raumgruppen-Nr. 186)Vorlage:Raumgruppe/186.^[139]

Cobalt(II)-nitrat ist ein Salz der Salpetersäure, gebildet aus dem Cobaltkation und dem Nitratanion. Das braunrote und hygroskopische Salz liegt in der Regel als Hexahydrat vor und bildet monokline Kristalle, die in Wasser, Ethanol und anderen organischen Lösemitteln gut löslich sind.

Cobalt(II)-oxalat ist ein brennbarer, schwer entzündbarer, kristalliner, rosa Feststoff, der praktisch unlöslich in Wasser ist. Er zersetzt sich bei Erhitzung über 300 °C. Es kommt in zwei allotropen Kristallstrukturen vor. Eine besitzt eine monokline Kristallstruktur mit der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15, die andere eine orthorhombische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Cccm (Raumgruppen-Nr. 66)Vorlage:Raumgruppe/66.^[140] Cobalt(II)-oxalat wird hauptsächlich zur Herstellung von Cobaltpulver verwendet.^[141] Das gelblich-rosa Tetrahydrat wird bei der Herstellung von Katalysatoren verwendet.^[142]

Cobalt(II)-sulfat ist im wasserfreien Zustand ein violettstichig-rotes, hygroskopisches Salz. Cobalt(II)-sulfat wird zur Herstellung von Pigmenten, Glasuren, in der Porzellanmalerei, zur Tonung von Papieren (Fotografie), in Bädern für Cobalt-Electroplating und zur Spurenelementsupplementierung in der Aquaristik u. a. verwendet.^[143]

Cobaltgelb ist ein feines, leichtes kristallines Pulver und wird als Pigment für Öl- und Aquarellmalerei verwendet.

Thénards Blau ist ein blaues Pigment, das durch Sintern von Cobalt(II)-oxid mit Aluminiumoxid bei 1200 °C hergestellt wird. Es ist äußerst stabil und wurde in der Vergangenheit als Farbstoff für Keramik (insbesondere chinesisches Porzellan), Schmuck und Farben verwendet. Transparente Gläser werden mit dem Kobaltpigment-Smalt auf Siliciumdioxidbasis getönt.^[144]

Das Pigment Rinmans Grün ist ein türkisgrünes Pulver und wird vor allem für Ölfarben und Zementfarben verwendet. Rinmans Grün ist ein beliebter Nachweis für Zink. Zinkoxid oder Zinkhydroxid wird auf einer Magnesiarinne mit einer geringen Menge einer stark verdünnten Cobaltnitratlösung versetzt. Beim schwachen Glühen in der oxidierenden Flamme entsteht Rinmans Grün.^[145]

Aus einer Cobalt(II)-chloridlösung fällt bei Zugabe von Ammoniaklösung zunächst ein Niederschlag von Cobalt(II)-hydroxid aus, der sich im Überschuss von Ammoniaklösung und Ammoniumchlorid bei Gegenwart von Luftsauerstoff als Oxidationsmittel unter Bildung von unterschiedlichen Ammincobalt(III)-komplexen auflöst. Hierbei entstehen insbesondere das orangegelbe Hexaammincobalt(III)-chlorid und das rote Aquapentaammincobalt(III)-chlorid.

2 CoCl 2 + 2 NH 4 Cl + 10 NH 3 + 1 2 O 2 ⟶ 2 [ Co ( NH 3 ) 6 ] Cl 3 + H 2 O {\displaystyle {\ce {2 CoCl2 + 2 NH4Cl + 10 NH3 + 1/2 O2 -> 2 [Co(NH3)6]Cl3 + H2O}}}

2 CoCl 2 + 2 NH 4 Cl + 8 NH 3 + 1 2 O 2 ⟶ 2 [ Co ( H 2 O ) ( NH 3 ) 5 ] Cl 3 {\displaystyle {\ce {2 CoCl2 + 2 NH4Cl + 8 NH3 + 1/2 O2 -> 2 [Co(H2O)(NH3)5]Cl3}}}

Daneben können sich auch verschiedene Chloroammincobalt(III)-komplexe bilden, wie Chloropentaammincobalt(III)-chlorid oder Dichlorotetraammincobalt(III)-chlorid. Teilweise fallen diese Verbindungen aus der Lösung aus. Daneben existieren auch Amminkomplexe von Cobalt(II)-salzen, wie das Hexaammincobalt(II)-sulfat, das durch Überleiten von Ammoniakgas über wasserfreies Cobalt(II)-sulfat hergestellt werden kann.

CoSO 4 + 6 NH 3 ⟶ [ Co ( NH 3 ) 6 ] SO 4 {\displaystyle {\ce {CoSO4 + 6 NH3 -> [Co(NH3)6]SO4}}}

Neben den Amminkomplexen existieren eine Vielzahl von Verbindungen mit unterschiedlichen Liganden. Beispiele sind das Kaliumhexacyanocobaltat(II) (K₄[Co(CN)₆]), das Kaliumtetrathiocyanatocobaltat(II) (K₂[Co(SCN)₄]), das Kaliumhexanitritocobaltat(III) (Fischers Salz, Cobaltgelb), sowie Komplexe mit organischen Liganden wie Ethylendiamin oder dem Oxalation.^[134]

Bemerkenswert ist eine Eigenschaft von [Co(NH₃)₅(NO₂)]Cl(NO₃). Bei Bestrahlung mit UV-Licht springen die mikrometer- bis millimetergroßen Kristalle in dieser Cobalt-Koordinationsverbindung und legen dabei Distanzen zurück, die dem tausendfachen ihrer Größe entsprechen. Ursache dafür sind Isomerisierungen des Nitrit-Ligands (NO₂), was zu Spannungen im Kristall führt. Diese Umwandlung von Licht- in mechanische Energie wurde von Wissenschaftlern der Vereinigten Arabischen Emirate und Russlands untersucht.^[146]

• Blaufarbenwerk

• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1681–1695.
• Michael Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage, Spektrum Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3-8274-0208-5.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.

• Mineralienatlas:Kobalt (Wiki)
• Kobalt, die dunkle Seite der Energiewende, Dokumentarfilm 2022, Arte

1. ↑ Hermann Sicius: Cobaltgruppe: Elemente der neunten Nebengruppe. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2016 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
2. ↑ ^{a b} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
3. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Cobalt) entnommen.
4. ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
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6. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu cobalt bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 11. Juni 2020.
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143. ↑ C. Thomas: Spezielle Pathologie. Schattauer Verlag, 1996, ISBN 3-7945-2110-2, S. 179 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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