Arbeitsblatt: Cobalt Präsentation

Inhaltsverzeichnis Entdeckung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Wirkung auf Lebewesen Vorkommen Gewinnung Herstellung -Verwendung Reaktion mit Element Experiment Fragen Entdeckung Bereits die Ägypter, Griechen und Römer benutzten die Cobaltverbindungen zum Färben von Gläsern. Cobalterze wurden im Mittelalter von den Bergleuten gefördert. Aufgrund ihres silbrigen Aussehens vermuteten sie Silber in den Erzen. Da jedoch nie Silber daraus gewonnen werden konnte, nannte man die Cobalterze «Kobolt», in Anlehnung an die Berggeister, die die Bergleute getäuscht hatten. 1735 entdeckte der schwedische Chemiker Georg Brandt bei der Aufbereitung von Kobalterzen das bis dahin unbekannte Metall, beschrieb seine Eigenschaften und gab ihm seinen heutigen Namen. 1780 stellte Torbern Olof Bergman bei der genaueren Untersuchung der Eigenschaften fest, dass Cobalt ein Element ist. Das Symbol «Co» wurde von Jöns Jakob Berzelius im Jahre 1814 eingeführt und leitet sich vom lateinischen Wort «cobaltum» ab. Physikalische Eigenschaften Cobalt ist ein stahlgraues, sehr zähes Schwermetall mit einer Dichte von 8,9 g/cm3. Es ist ferromagnetisch. Beim Erhitzen über seine Curie -Temperatur von 1114.85 Grad Celsius verliert Cobalt seine ferromagnetische Eigenschaft. Sein Schmelzpunkt ist bei 1495 Grad Celsius und der Siedepunkt bei 2900 Grad Celsius. Als typisches Metall leitet es gut Wärme und Strom. Die elektrische Leitfähigkeit liegt im Vergleich zu Kupfer bei 26 Prozent. Cobalt bildet mit vielen Elementen Legierungen, die sehr korrosionsbeständig sind. Chemische Eigenschaften Cobalt ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol «Co» und der Ordnungszahl 27. Cobalt ist ein ferromagnetisches Übergangsmetall aus der 9. Gruppe des Periodensystems. Es wird nur von oxidierend wirkenden Säuren gelöst. Cobalt bildet eine Vielzahl von meist farbigen Komplexen. Es gibt insgesamt 30 Isotope. Natürliches Cobalt besteht dabei vollständig aus dem Isotop 59Co. Das Element ist daher eines der 22 Reinelementen. Eine Besonderheit stellt die Atommasse des natürlich vorkommenden Cobalts dar; sie ist mit 58,93 g/mol grösser als die mittlere Atommasse von Nickel mit 58,69, dem nächsten Element im Periodensystem. Wirkung auf Lebewesen Kobalt ist ein Spurenelement, das im menschlichen Körper nur in sehr geringen Mengen vorkommt. Lebensnotwendig ist es trotzdem: Als Bestandteil des Vitamins B12 spielt Kobalt eine wichtige Rolle für zahlreiche Stoffwechselvorgänge im Organismus. Im menschlichen Körper eines Erwachsenen finden sich etwa 1,1 Milligramm Kobalt. Ein grosser Teil davon wird im Knochenmark und in der Leber gespeichert. Nur Pflanzen können Kobalt über die Wurzeln aufnehmen und in unsere Nahrungskette einbringen. Menschen und Tiere können diese Komplexe nicht selbst bilden. Deswegen müssen wir Kobalt über die Nahrung aufnehmen. Vorkommen Cobalt ist ein seltenes Element mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von 0,004 Prozent. Damit steht es in der Liste der nach Häufigkeit geordneten Elemente an dreissigster Stelle. Elementar kommt es nur äusserst selten in Meteoriten sowie im Erdkern vor. Cobalt ist in vielen Mineralien vertreten, jedoch meist nur in geringen Mengen. Das Element ist stets mit Nickel, häufig auch mit Kupfer, Silber, Eisen oder Uran gebunden. Cobalt ist als Spurenelement im Erdreich fast ausnahmslos auffindbar. Die weltweit bekannten Cobalt-Reserven betragen rund 25 Millionen Tonnen. Die wichtigsten Erzlagerstätten befinden sich in Kongo und in Sambia, wo das Cobalt zusammen mit Kupfer auftritt, ausserdem in Kanada, Marokko, Kuba, Russland, Australien und in den USA. Weitere rund 120 Millionen Tonnen Cobalt werden in der Erdkruste und in den Böden des Atlantischen, Pazifischen und des Indischen Ozeans vermutet. Gewinnung Herstellung Allerdings wird es oft unter höchstgefährlichen Bedingungen gefördert: Immer wieder stürzt die Erde über Menschen ein, Steine fallen auf Köpfe oder Menschen stürzen beim Klettern in eine Mine ab. Kinderarbeit ist keine Seltenheit. 2019 arbeiteten im Kongo mindestens 22.000 Kinder in den Minen. Die über 7-jährigen Kinder arbeiten oft mehr als acht Stunden pro Tag. Dabei verdienen sie kaum mehr als 1,50 Euro an einem ganzen Tag. Kobalt wird für Smartphone-Akkus genauso gebraucht wie für die Batterien von Elektro- Autos. Etwa 25000 Kongolesen, darunter viele Kinder, bauen mit baren Händen oder bestenfalls mit primitiven Hilfsmitteln das kobalthaltige Gestein ab. Dutzende Menschen stehen tief gebeugt in der schmutzigen Brühe – alte Männer, Frauen und Kinder. Unermüdlich füllen sie Geröll in große Eimer und spülen den Sand von den dickeren Steinen. Im Abraum sind noch genug Mineralien – man muss sie nur finden. „Wenn Du frisch anfängst, sagen Dir die erfahrenen Schürfer, was Du machen musst. Sie zeigen Dir, welche Farbe die Mineralien haben und wie totes Gestein aussieht. Kobaltoxid ist schwarz, Kupferoxid grün. Greta Kasongo hat fünf Jahre lang Steine gewaschen und sortiert, seit sie zwölf war. Kobalt wird derzeit fast ausschliesslich in Afrika abgebaut. Teilweise müssen Kinder für die Erzgewinnung aus dem Boden arbeiten. Cobalt wird überwiegend aus Kupfer- und Nickelerzen gewonnen. Die genaue Gewinnungsart ist von der Zusammensetzung des Ausgangserzes abhängig. Um Kobalt aus den Erzen lösen zu können, sind zahlreiche Bearbeitungsschritte notwendig. In einem ersten Vorgang wird das Erz geröstet, in Eisenoxid umgewandelt und zu Eisensilicat verschlackt. Es entsteht der sogenannte Rohstein. In einem zweiten Vorgang wird der Rohstein, welcher nebst dem Kobalt noch Nickel, Kupfer und Eisen enthält erneut geröstet. Dadurch wird Schwefel mit Wasser ausgelaugt. Zurück bleiben die Metalloxide. In einem weiteren Vorgang werden die Metalloxide mittels Schwefel- oder Salzsäure behandelt. Dabei lösen sich Cobalt, Nickel und Eisen. Ersteres wird mit Chlorkalk selektiv abgetrennt. Im letzten Vorgang wird das Cobalthydroxid durch Erhitzen in Cobaltoxid umgewandelt. Abschliessend wird es mit Koks oder Aluminiumpulver zu Cobalt reduziert und gewonnen. Verwendung Cobalt wurde erstmals für hitzefeste Farben und Pigmente (z. B. für die Bemalung von Porzellan und Keramik) verwendet Danach folgte die wohl bekannteste Anwendung in Form des blauen Kobaltglases. Heutzutage wird Cobalt vor allem in der Technik eingesetzt. Es ist ein wichtiger Bestandteil von Legierungen, die für korrosionsbeständige Metalle in chemischen Anlagen, Turbinen oder auch in der Raumfahrt gebraucht werden. Auch in Schnellschnittwerkzeugen wie Bohrern und Meisseln sorgt Cobalt für eine bessere Beständigkeit. In Verbindung mit Nickel oder Eisen eignet es sich für die Herstellung von Dauermagneten. Im Jahr 2018 wurde das meiste Cobalt in Batterien verwendet. Wiederaufladbare Batterien für Elektroautos ist die neuste Anwendung für Cobalt. Diese Industrie hat ihre Nachfrage nach Cobalt verfünffacht. Auch wenn der Cobaltanteil neuer Batterien rückläufig ist, wird die Nachfrage wohl zunehmen. Der Absatz von Elektrofahrzeugen steigt stetig. 2017 entfielen rund 8% des globalen Cobaltverbrauchs auf die Elektromobilität. Die Batterieproduktion zeichnete für rund 46% des Cobaltverbauchs verantwortlich. Reaktion mit Element Cobalt(II)-oxid kann durch Erhitzen von Cobalt in Luft auf ca. 1100 hergestellt werden. 2 Co O2 2 CoO Es entsteht ein olivgraues, in Wasser unlösliches Salz.