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コバルト (12929 views - Material Database)

コバルト (英: cobalt、羅: cobaltum) は、原子番号27の元素。元素記号は Co。鉄族元素の1つ。安定な結晶構造は六方最密充填構造 (hcp) で、強磁性体。純粋なものは銀白色の金属である。722 K以上で面心立方構造 (fcc) に転移する。 鉄より酸化されにくく、酸や塩基にも強い。
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コバルト

コバルト

コバルト ニッケル
-

Co

Rh
27Co
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号 コバルト, Co, 27
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 9, 4, d
原子量 58.933195(5) 
電子配置 [Ar] 4s2 3d7
電子殻 2, 8, 15, 2(画像
物理特性
銀白色
密度室温付近) 8.90 g/cm3
融点での液体密度 7.75 g/cm3
融点 1768 K, 1495 °C, 2723 °F
沸点 3200 K, 2927 °C, 5301 °F
融解熱 16.06 kJ/mol
蒸発熱 377 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 24.81 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 1790 1960 2165 2423 2755 3198
原子特性
酸化数 5, 4 , 3, 2, 1, -1[1]
(両性酸化物)
電気陰性度 1.88(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 760.4 kJ/mol
第2: 1648 kJ/mol
第3: 3232 kJ/mol
原子半径 125 pm
共有結合半径 126±3(低スピン), 150±7(高スピン) pm
その他
結晶構造 六方晶系
磁性 強磁性
電気抵抗率 (20 °C) 62.4 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 100 W/(m·K)
熱膨張率 (25 °C) 13.0 µm/(m·K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(20 °C) 4720 m/s
ヤング率 209 GPa
剛性率 75 GPa
体積弾性率 180 GPa
ポアソン比 0.31
モース硬度 5.0
ビッカース硬度 1043 MPa
ブリネル硬度 700 MPa
CAS登録番号 7440-48-4
主な同位体
詳細はコバルトの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
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 % 中性子32個で安定
60Co syn 5.2714 y β-, γ, γ 2.824 60Ni

コバルト (: cobalt: cobaltum) は、原子番号27の元素元素記号Co鉄族元素の1つ。安定な結晶構造は六方最密充填構造 (hcp) で、強磁性体。純粋なものは銀白色の金属である。722 K以上で面心立方構造 (fcc) に転移する。

より酸化されにくく、塩基にも強い。

歴史

1735年スウェーデンイェオリ・ブラント (Georg Brandt) により発見[2]。コバルトという名称と元素記号は、ドイツ語で地の妖精を意味するコーボルト (kobold または kobalt) に由来する。コバルト鉱物は冶金が困難なため、16世紀頃のドイツでは、コーボルトが坑夫を困らせるために魔法をかけたものと考えられていた。

産出地

この金属は、日本国内において産業上重要性が高いものの地殻存在度が低く供給構造が脆弱である。日本では国内で消費する鉱物資源の多くを他国からの輸入で支えている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として国内消費量の最低60分を国家備蓄すると定められている。

主要産出国は以下の通り(2011年実績)[3]。特にコンゴ民主共和国の産出量は多く、年間産出量の53%を占める。

用途

合金材料

単体金属としてのコバルトの用途はほとんどないが、合金材料として重要であり工業的に利用される。初期のコバルト合金は、高速度工具鋼にコバルトを添加したコバルトハイス鋼に用いられた。また切断工具材料としてそれまでの合金に添加されることで、コバルトの需要は増していった。

ニッケルクロムモリブデンタングステン、あるいはタンタルニオブを添加したコバルト合金は高温でも磨耗しにくく、腐食にも強いため、ガスタービンジェットエンジンといった、高温で高い負荷が生ずる装置などに用いられているほか、溶鉱炉石油化学コンビナートなどでも十分に役割を果たす。

またステライトに代表される、コバルト・クロム・タングステンあるいはモリブデン炭素を使った4元系の合金は、磨耗に強く、表面強化が必要となる工業分野において幅広く利用され始めている。この合金は、鋳型として使用するほか、粉末として吹き付けることや溶射して利用することも可能であり、利用技術の発達によって、航空機の表面にコーディングすることなどをはじめ、広い分野で実用化が始まっている。

  • コバルト-モリブデン-ケイ素合金は、耐摩耗性を有し摩擦係数が小さい(滑らかな)性質を示し、ベアリングの特徴を併せ持つなど、有用な特性を持った合金も開発されている。
  • コバルト-クロム-モリブデン合金コバリオンなど)や、コバルト-クロム-タングステン-ニッケル合金は腐食しにくいため歯科医療や外科手術(人工関節)などでも使われている。
  • ニッケル-コバルト-モリブデン鋼は、非常に強い強度と高い靭性を持ち、多くの分野での応用が期待されており研究が進んでいる。

加えてコバルト合金は他にも磁気材料として鉄とともに最も重要な役割を果たしてきた。コバルトを添加することにより、磁性やキュリー値が上昇するなど磁気材料としての性能が高まる。コバルトを使った合金のひとつであるアルニコ合金はかつては最も幅広く用いられていた永久磁気材料であった。サマリウムコバルト磁石はコバルトとサマリウムの金属間化合物で、強い保磁力がある。

化合物

同位体

放射性同位体コバルト60は、γ線源として用いられる。医療分野での放射線療法ガンマ線滅菌、食品分野での食品照射ジャガイモの発芽防止)、工業分野での非破壊検査などに広く利用されている。

コバルト爆弾

コバルト爆弾とは、核開発への警告としてレオ・シラードが発表した核爆弾の一種。原子爆弾もしくは水素爆弾の周囲をコバルトで覆ったものであり、具体的にはタンパー(核反応が充分に進行しないうちに核物質が四散して爆発が不完全に終わることを防ぐ、重金属製の覆い。日本語でタンパーと称される締固め用機械とは無関係である。)にコバルトを用いる。

原子量が59であるコバルトが、核分裂反応に伴って放出される中性子を取り込むことでコバルト60が生成され、これが爆弾の爆発と共に広範囲へまき散らされる。コバルト60は半減期が約5.27年でγ線を放射するため、コバルト爆弾は放射線兵器となる。しかし、半減期の長いコバルト60による汚染は味方にも被害がおよぶうえ、被災地の占領も困難であるなどの理由から、実用化されることは無かった。

SF作品の第三次世界大戦など、核戦争で世界が破滅するジャンルには、中性子爆弾と並んでよく登場する。また、その際には爆弾自体の破壊力も非常に高く描写されており、作品によっては地球を消滅させるという設定すら盛り込まれている(1970年の映画『続・猿の惑星』など)。

出典

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2 ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, pp. 1117–1119, ISBN 0080379419 
  2. ^ 桜井 弘 『元素111の新知識』 講談社1998年、151頁。ISBN 4-06-257192-7 
  3. ^ 「Mineral Commodity Summaries 2012[1]」p47、USGS


関連項目


アルミニウムArsenical copperベリリウムガラス合成樹脂Plexiglasステンレス鋼鉄骨構造ビスマスガリウムインジウムマーキュリーニッケルプルトニウムロジウムサマリウムスズウラン亜鉛ジルコニウムAluminium-lithium alloyアルニコ磁石BirmabrightジュラルミンHiduminiumHydronaliumItalmaMagnaliumアルミニウム合金Y alloyウッドメタルRose's metalChromium hydrideニクロムMegalliumステライトVitalliumベリリウム銅ビロン黄銅Calamine brassChinese silverDutch metalGilding metalMuntz metalPinchbeck (alloy)トムバック青銅アルミニウム青銅Arsenical bronzeBell metalFlorentine bronzeGlucydurGuanín (bronze)砲金リン青銅Ormoluスペキュラム合金コンスタンタン水素化銅Copper–tungstenCorinthian bronzeクニフェ白銅Cymbal alloysデバルダ合金エレクトロン貨HepatizonマンガニンMelchior (alloy)洋白Molybdochalkosノルディック・ゴールド赤銅 (合金)TumbagaAlGaGalfenolガリンスタンホワイトゴールドRhoditeCrown goldエリンバーField's metalFernicoフェロアロイフェロセリウムフェロクロムフェロマンガンフェロモリブデンFerrosiliconFerrotitaniumFerrouraniumインバー鋳鉄Iron–hydrogen alloy銑鉄Kanthal (alloy)コバールStaballoyスピーゲルBulat steelCrucible steelクロムモリブデン鋼ダマスカス鋼高マンガン鋼高速度鋼Mushet steelマルエージング鋼高張力鋼Reynolds 531ケイ素鋼ばね鋼AL-6XNCelestriumAlloy 20Marine grade stainlessMartensitic stainless steelSanicro 28Surgical stainless steelZeron 100Silver steel工具鋼耐候性鋼Wootz steelはんだTerne活字合金Elektron (alloy)アマルガムマグノックスAlumelBrightrayChromelHaynes InternationalインコネルモネルNicrosilNisilNickel titaniumMu-metalパーマロイSupermalloyNickel hydrideプルトニウムガリウム合金ナトリウムカリウム合金ミッシュメタルリチウムTerfenol-DPseudo palladiumScandium hydrideサマリウムコバルト磁石Argentium sterling silverBritannia silverDoré bullionGoloidPlatinum sterling四分一 (合金)スターリングシルバーTibetan silverTitanium Beta Cチタン合金Titanium hydrideGum metalTitanium gold窒化チタンバビットメタルBritannia metalピューターQueen's metalWhite metal水素化ウラン(III)ZamakZirconium hydride水素ヘリウムホウ素窒素酸素フッ素メタン中二階原子

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