Cobalt

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Données  v · d · m 
Fer - Cobalt - Nickel
-
Co
Rh
 
 
 
 
27
Co
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Cobalt, Co, 27
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 9, 4, d
Masse volumique 8900 kg/m3
Couleur Blanc argenté, reflet gris
Propriétés atomiques
Masse atomique 58,933 200 u
Rayon atomique (calc) 135 (152) pm
Rayon de covalence 126 pm
Rayon de van der Waals ND pm
Configuration électronique [Ar] 3d7 4s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 15, 2
État(s) d'oxydation 2,3
Oxyde Amphotère
Structure cristalline hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire solide (ferromagnetique)
Température de fusion 1768 K
Température de vaporisation 3200 K
Énergie de fusion 16,19 kJ/mol
Énergie de vaporisation 376,5 kJ/mol
Volume molaire 6,67×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur 175 Pa à 1768 K
Vélocité du son 4720 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,88
Chaleur massique 420 J/(kg·K)
Conductivité électrique 17,2×106 S/m
Conductivité thermique 100 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation 760,4 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 1648 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation 3232 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation 4950 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
56Co {syn.} 77,27 d ε 4,566 56Fe
57Co {syn.} 271,79 d ε 0,836 57Fe
58Co {syn.} 70,86 a ε 2,307 58Fe
59Co 100% stable avec 32 neutrons
60Co {syn.} 5,2714 a β- 2,824 60Ni
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Verre teinté de bleu par du cobalt
Verre teinté de bleu par du cobalt

Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de masse atomique 59.

Sommaire

[modifier] Caractéristiques notables

Il est ferromagnétique avec une température de Curie de 1388 K et avec un moment de 1.6~1.7 magnétons de BohrB) par atome.
Il en existe deux configurations cristallographiques hcp (hexagonal compact) et cfc (cubique à face centrée). La température critique hcp→cfc entre ces deux structures est de 722 K.
Les oxydes de Cobalt sont antiferromagnétiques à basse température. CoO avec une température de Néel de 291 K et Co3O4 avec une température de Néel de 40 K.

[modifier] Applications

  • Dans les alliages, tel que:
    • Les super-alliages, pour certaines pièces dans les turbines à gaz.
    • Les alliages résistants à la corrosion
    • Les carbures
    • Les aciers rapides (pour la réalisation des outils de coupe).
    • Alliage prothèse dentaire (couronne par exemple)
  • Les aimants et médias d'enregistrement magnétique
  • Comme catalyseur dans l'industrie chimique et pétrolière
  • Comme agent séchant dans les peintures et les encres
  • Pour certaines électrodes de batterie d'accumulateurs (électrodes positives de nickel pour accumulateurs alcalins NiCd, NiMH et NiZn, et électrodes d'accumulateurs au lithium).
  • Le cobalt-60 a de nombreuses utilisations comme source de rayons bêta, en raison de sa demi-vie relativement courte (donc plus facile à éliminer) en comparaison d'autres isotopes émetteurs de telles particules :
    • Pour la radiothérapie
    • Dans le traitement par radiation de la nourriture pour sa stérilisation.
    • Dans la radiographie industrielle pour repérer les défauts des pièces.
  • Toutefois, le cobalt-60 de synthèse (produit par exposition de cobalt naturel aux rayonnements neutroniques d'un réacteur nucléaire) n'est pas totalement pur, et contient toujours d'autres isotopes radioactifs à désintégration epsilon, émetteur de rayonnement gamma dangereux car ce rayonnement hautement énergétique détruit les noyaux et les contamine en éléments radioactifs persistants. De plus l'enrichissement et la purification du cobalt-60 nécessitent des techniques de centrifugation similaires à celles utilisées pour l'enrichissement des isotopes à usage militaire, techniques hautement surveillées car stratégiques au plan international.
  • Aussi, on préfère maintenant utiliser des accélérateurs d'électrons (semblables aux tubes cathodiques de nos moniteurs et téléviseurs mais à des niveaux d'accélération bien supérieurs) qui produisent des flux bien plus purs et bien mieux contrôlés de particules bêta (mais cela nécessite un équipement bien plus lourd pour son utilisation qu'une simple capsule de cobalt-60, et cette méthode est surtout utilisée en milieu industriel, et maintenant aussi en milieu médical).

[modifier] Histoire

On connait le cobalt depuis l'antiquité grâce à ses composés qui colorent le verre d'un bleu intense. On attribue à Georg Brandt (1694-1768) la découverte du cobalt. La date de la découverte varie suivant les sources mais est située entre 1730 et 1737. Il a été le premier à démontrer que le cobalt était la source de la couleur bleue dans les verres, alors que l'on attibuait prècedement celle-ci au bismuth que l'on trouvait avec le cobalt. Pendant le XIXe siècle, le bleu cobalt fut produit par la fabrique norvégienne Blaafarveværket (70-80 % de la production mondiale) dirigée par l'industriel prussien Benjamin Wegner. En 1938, John Livingood et Glenn Seaborg découvrirent le cobalt-60.

[modifier] Toxicité, écotoxicité

A dose infime, c'est un oligoélément, présent dans la vitamine B 12, et utilisé contre l'anémie, car favorisant les globules rouges. Une toxicité du cobalt est cependant supposée depuis longtemps ; le mot cobalt provenant d'ailleurs de l'allemand kobalt ou kobold ; un esprit maléfique qui hantait les mines dans la tradition germanique. Le métal aurait été ainsi nommé par les mineurs car il était toxique et provoquait des problèmes ; de plus, il polluait et dégradait les autres éléments minés comme le nickel.

Cette toxicité est due à ses propriétés chimiques, mais aussi à ses propriétés radiotoxiques, dans des isotopes radioactifs du cobalt, dont le cobalt 60, utilisés pour la recherche et en médecine nucléaire, par exemple sous forme d'aiguilles pour tuer des cellules cancéreuses.
Il peut agir en synergie avec d'autres métaux qui l'accompagnent souvent dans la nature (arsenic, et moindrement cuivre, nickel, manganèse).

Dans les écosystèmes : Sa toxicité varie selon les organismes, les individus, le contexte et l'espèce chimique considérée (cobalt pur, en nanoparticule, cobalt II ou cobalt III, ou encore sels organiques et/ou inorganiques). Sa toxicité et sa mobilité pour les plantes et animaux augmentent avec l'acidité du sol. Les pluies acides peuvent en accentuer la mobilité et la biodisponibilité, avec risque de bioaccumulation et bioturbation par certaines plantes, champignons et animaux.

Chez l'Homme : L'exposition au cobalt peut induire des affections pulmonaires (difficultés respiratoires évoluant éventuellement en asthme, ou pneumonie chez des travailleurs ayant respiré un air chargé en cobalt). Dans les années 60, certaines brasseries ajoutaient du cobalt dans leurs bières pour en stabiliser la mousse, ce qui a provoqué chez de grands buveurs de bière des nausées, vomissements et graves affections cardiaques. On n'a toutefois pas noté d'affections cardiaques chez les anémiques et femmes enceintes ayant été médicamentés au cobalt, mais des anomalies fœtales sont provoquées chez des animaux exposés en laboratoire à des taux élevés de cobalt lors de la grossesse.

Il est classé comme "cancérogène possible" par le Centre international de recherche sur le cancer ; car il provoque un cancer lorsqu'il est introduit dans un muscle ou sous la peau, mais il ne semble pas être cancérogène lorsqu'inhalé par animaux exposés via l'air, la nourriture ou l'eau. Ce risque pourrait augmenter s'il s'agit de nanoparticules, mais il ne semble pas avoir fait l'objet de recherches.

[modifier] Sources environnementales

Une des formes possibles de minerai de cobalt
Une des formes possibles de minerai de cobalt

Sources naturelles : (sols, érosion, volcans, eau de mer et feux de forêt. Le taux moyen dans le sol, dans le monde est de huit ppm (parties par million), mais il varie de près de zéro à 6 450 ppm voire plus à proximité de mines (En Ontario, 16 et 17 ppm de cobalt ont été mesurés respectivement dans des parcs ruraux et de vieux parcs urbains[1])

Sources anthropiques : (eau, air et sol, et écosystèmes sont pollués par les mines et l'industrie du cobalt, les fumées des incinérateurs et issues de la combustion du charbon et du pétrole qui en contiennent une faible proportion, de même que les gaz d'échappement des véhicules et avions.

Hormis pour les travailleurs ou personnes exposées à des sources industrielles ou naturelles importantes, 99 p. 100 du cobalt que nous absorbons proviendrait de la nourriture, plutôt que de l'eau ou l'air[2]).

[modifier] Production

Ses principaux minerais se trouvent sous forme d'arséniures, de sulfures et d'oxydes. Actuellement, c'est l'Afrique qui détient l'essentiel des ressources en cobalt au niveau planétaire : la République démocratique du Congo concentre à elle seule la moitié des réserves connues. La Zambie en est le premier producteur au monde de cobalt, mais le minerai peut être fondu et raffiné dans diverses zones du monde. Toutefois, le Cameroun serait en possession dans son sous-sol de ce qui semble être le plus grand gisement de cobalt au monde, dans la zone forestière de l'Est du pays. Ce gisement de grande importance devrait être mis en exploitation dans quelques années par le groupe Américain Géovic[3]. Le groupe UMICORE est leader mondial dans ce domaine.

Pays Tonnes  % du total
Finlande 7 990 18,5%
Canada 6 620 15,4%
Russie 4 654 10,8%
République populaire de Chine 4 576 10,6%
Zambie 4 570 10,6%
Total 5 pays 28 410 66%
Total monde 43 028 100,0

Chiffres de 2003, métal contenu dans les minerais et concentrés, source : L'état du monde 2005

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes

[modifier] Notes et références

wikt:

Voir « cobalt » sur le Wiktionnaire.