Cobalt : présentation
Elément Cobalt
Co (Z = 27)
Structure électronique, configuration de l'état fondamental
Le cobalt a pour structure électronique (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)7(4s)2.
Place dans la classification périodique
Le cobalt appartient à la 4ème ligne et à la 7ème colonne du bloc d et 9ème colonne de la classification périodique. C’est la première ligne des éléments de transition.
Abondance dans la nature
Dans la croûte terrestre, le cobalt est le 32ème élément le plus abondant : 20 ppm.
Principaux minerais
Les principaux minerais sont des arséniures la smaltite (appelé aussi skutterudite) CoAs2 et la cobaltite CoAsS.L’érythrite Co(AsO4)2,8H2O, la linnaeite Co2S4, le glaucodot sont d’autres minerais.
Propriétés chimiques
La structure électronique des derniers niveaux d’énergie de l’atome du cobalt (3d)7(4s)2 permet la formation d’ions Co2+ par perte des deux électrons (4s)2 et de 2 liaisons iono-covalentes CoO.
Il est l’un des quatre éléments qui sont ferromagnétiques au voisinage de la température ambiante, les trois autres étant le fer, le nickel et le gadolinium.
C’est un élément de transition qui forme de nombreux complexes. L’ion le plus répandu est Co2+ de couleur bleu, utilisé en particulier pour colorer les verres en bleu.
Principaux degrés d'oxydation
Le nickel existe essentiellement aux degrés d’oxydation 0 (métal), +II, +III. On peut le rencontrer +IV dans le tétrafluorure de cobalt CoF4 et exceptionnellement au degré d’oxydation –I dans l’ion tétracarbonylcobaltate(-I) [Co(CO)4]- et +I dans l’ion [Co(NCCH2)5]+. D’autres bas degrés d’oxydation existent en chimie organométallique.
Principaux composés
Comme pour les autres métaux de transition, nous allons retrouver le cobalt dans de nombreux complexes. L’ion hexaaquacobalt(II) [Co(H2O)6]2+, octaédrique est rose pale. L'ion tétrachlorocobaltate(II)[CoCl4] 2- ou (thiocyanate) est bleu intense. C’est un exemple classique de l’utilisation des règles de sélection pour les transitions d-d, interdites pour un complexe à centre d’inversion et permise en l’absence de centre d’inversion. Le changement de l’intensité de la couleur est spectaculaire. On lui doit l’intensité du bleu de cobalt, aluminate de cobalt, CoAl2O4, ou bleu Thénard, qui est le bleu que l’on retrouve dans les faïences et les porcelaines (Ming, Meissen, Sèvres, Limoges ...). La vitamine B12 est un complexe tetrapyrrolique du cobalt(II), étudiée dans le fonctionnement du foie dès 1934 (1) et structure établie par Dorothy Hodgkin (2)
Principales propriétés physicochimiques
Les données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.
Propriétés atomiques et isotopes
Le cobalt ne comporte qu’un seul isotope stable : 59Co. Parmi les sept isotopes radioactifs, l’isotope 60Co (découvert par G. Seaborg en 1938, durée de vie 5 ans) a une grande importance en médecine pour la radiothérapie.
Importance industrielle et économique
Dans les minerais, le cobalt est soit associé au cuivre soit au nickel, ils sont donc produits sur les mêmes sites.
22% de la production de cobalt est utilisé dans les batteries Ni-Cd, Ni-hydrures métalliques et lithium-ions. Le cobalt est employé dans les cathodes.
22% de la production de cobalt est utilisé dans les superalliages. Ce sont des alliages réfractaires pour turbines à gaz et turboréacteurs dans l'aéronautique.
Le cobalt est plus dur que le fer et plus cassant, il est utilisé sous forme d’aciers spéciaux (11% de la production) associé au molybdène ou au tungstène (Co-Mo ou Co-W) pour des outils de coupe ou dans des alliages comme les stellites (Co-Cr-W) très durs pour des outils de percussion, mais aussi dans la robinetterie nucléaire.
Les trois éléments fer, cobalt nickel, forment la triade des éléments dont les métaux sont ferromagnétiques. Le cobalt est donc utilisé pour former des alliages pour la fabrication d’aimants permanents : AlNiCo, SmCo5, Pt-Co, ce qui correspond à 7% de la production.
Les catalyseurs à base de cobalt correspondent à 11% de la production (procédé Fischer-Tropsch, désulfuration lors du raffinage du pétrole. Co2(CO)8 est le plus ancien catalyseur industriel homogène d’hydroformylation, même s’il a été remplacé par le Rhodium il y a environ 40 ans.….
9% de la production est utilisée dans les pigments et 7% dans les pneus, colles et savons.
Enfin côté biologique, la vitamine B12 contient un porphyrino-cobalt(II) et le 60Co (isotope radioactif) a de nombreuses applications en médecine.
Le recyclage du cobalt est, en 2007, de 2 000 t aux Etats-Unis, soit 22 % de la consommation.
Source : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm
Toxicité - importance biologique
Le cobalt est considéré comme un oligoélément. Il est présent dans la vitamine B12, qui joue un rôle important dans la synthèse de nombreux composants essentiels au fonctionnement de l’organisme (cerveau – neuromédiateurs -, système nerveux, sang – globules rouges -, cofacteur du métabolisme des cellules – synthèse de l’ADN - …). Le cobalt est, dans le même temps, classé comme cancérigène possible (dû à ses propriétés chimiques et évidemment radiotoxiques : 60Co).
Histoire, Date de la mise en évidence
Le cobalt a été isolé en 1735 par le chimiste Suédois Georg Brandt.
Origine du nom et du symbole
De l'allemand "Kobold", petit diable maléfique des légendes des mineurs allemands ("Nickel und Kobold"). Le métal aurait été nommé ainsi par les mineurs qui en éprouvaient sa toxicité. Kobold désignait auparavant le minerai.
L'élément en un clin d'œil
Informations essentielles sur l'élément cobalt :
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Nom : cobalt Symbole : Co Numéro atomique : 27 Masse atomique : 58,933 Etat standard : solide Couleur : blanc argenté, reflet gris bleu
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Dans la classification périodique Nom du groupe : groupe du cobalt Période : 4 Bloc : d Classification: métal de transition |
Pour en savoir davantage :
(1) http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1934/
Prix Nobel de médecine pour George Minot, William Murphy et George Wipple en 1934, "for their discoveries concerning liver therapy in cases of anaemia", impliquant la vitamine B12 ;
(2) http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1964/
Prix Nobel de chimie pour Dorothy Hodgkin en 1964 "for her determinations by X-ray techniques of the structures of important biochemical substances", dont la vitamine B12.
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