Kobaltbicarbonat (513-79-1) Physikalisch-chemische Eigenschaften
Kobaltbicarbonat
Anorganisches Kobalt(II)-carbonat, geliefert als rotes/rosa Pulver, das industriell als Ausgangsstoff für Pigmente, Katalysatoren und Spezialchemikalien-Synthesen verwendet wird.
| CAS-Nummer | 513-79-1 |
| Familie | Anorganisches Kobaltcarbonat |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Gängige Qualitäten | EP, Technische Qualität, USP |
Kobaltbicarbonat ist ein anorganisches Kobalt(II)-Salz der Kohlensäure, das zur Strukturklasse der Carbonat-Salze gehört. Strukturell lässt es sich am einfachsten als 1:1-Zusammensetzung von Kobalt(II)-carbonat beschreiben, wobei Kobalt im zweiwertigen Oxidationszustand vorliegt und an Carbonat-Liganden koordiniert ist; das Feststoff besitzt typischerweise rhomboedrische (trigonale) Symmetrie in seiner mineralischen Form (Sphaerokobaltit). Elektronisch enthält die Verbindung lokalisierte Co(II) d-Elektronen (d7-Konfiguration), die Paramagnetismus verleihen und unter ausreichend oxidierenden Bedingungen eine Redox-Umwandlung zu Co(III)-Spezies ermöglichen. Der Carbonat-Ligand stellt ein delokalisiertes, polydentates Anion dar, das Metallzentren verbinden und basische Carbonat/Hydroxid-Phasen sowie Hydrate bilden kann.
Als Mitglied der anorganischen Carbonat-Salze ist Kobaltbicarbonat in neutralem Wasser praktisch unlöslich und zeigt daher nur eine begrenzte intrinsische wässrige Dissoziation; in Kontakt mit Säuren löst es sich unter Kohlenstoffdioxidentwicklung und bildet solvatisierte \(\ce{Co^{2+}}\)- und protonierte Carbonat-Spezies. Der Feststoff ist nicht flüchtig, vergleichsweise dicht und weist eine geringe Lipophilie auf; Hydrolyse ist für den Bulk-Feststoff nicht bedeutsam, aber Oberflächenauflösung in sauren oder komplexbildenden Medien (z. B. Ammoniak) setzt leicht Kobalt-Ionen frei. Oxidation zu höheren Kobaltatomenoxidzuständen und Umwandlung zu basischen Carbonaten oder Oxiden kann bei Einwirkung von Oxidationsmitteln oder erhöhten Temperaturen erfolgen.
Typische kommerzielle Qualitäten dieses Stoffes umfassen: EP, Technische Qualität, USP.
Grundlegende physikalische Eigenschaften
Dichte
Berichtete Feststoffdichte: 4,2 \(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\). Diese relativ hohe Dichte korrespondiert mit einem dicht gepackten metallhaltigen anorganischen Gitter und der Präsenz eines Übergangsmetall-Kations.
Schmelz- oder Zersetzungspunkt
Berichtetes thermisches Verhalten: \(280\ ^\circ\mathrm{C}\) (zersetzt sich). Experimentelle Beschreibungen weisen darauf hin, dass das Material beim Erhitzen zersetzt wird (Kohlendioxidentwicklung), und einige hydratisierte oder basische Carbonatformen verlieren bei etwa \(140\ ^\circ\mathrm{C}\) Wasser vor der weiteren Zersetzung. Die thermische Zersetzung kann kobalthaltige Oxide freisetzen und bei höheren Temperaturen cobalt-haltige Dämpfe ausstoßen.
Löslichkeit in Wasser
Berichtete Löslichkeitswerte und qualitative Beschreibungen: - In Wasser: 0,00014 g/100 g Wasser bei \(20\ ^\circ\mathrm{C}\). - „Fast unlöslich in Wasser“. - 0,18 Gewichtsanteile (bezogen auf die Formelmasse) pro 100 Gewichtsanteile Wasser bei \(15\ ^\circ\mathrm{C}\). - Unlöslich in Ethanol; fast unlöslich in Alkohol und Methylacetat.
Diese Werte weisen auf praktische Unlöslichkeit in neutralem Wasser und gängigen organischen Lösungsmitteln hin; allerdings löst sich der Feststoff in verdünnten Säuren oder komplexbildenden Basen (z. B. Ammoniak), wobei lösliche Kobalt(II)-Spezies entstehen.
Lösungs-pH (Qualitatives Verhalten)
Kein experimentell ermittelter pH-Wert für einfache wässrige Suspensionen verfügbar, da die Verbindung praktisch unlöslich ist; wenn jedoch eine messbare Auflösung erfolgt (z. B. in Säure oder mit komplexbildenden Liganden), wird der freigesetzte Carbonat in \(\ce{HCO3^-}\)/\(\ce{CO2}\) protoniert und die resultierende Lösung durch Reaktion mit überschüssiger Säure sauer. In Systemen, in denen Carbonatanionen gelöst sind, wäre von basischem Verhalten der carbonate-abgeleiteten Spezies auszugehen; für den intakten Feststoff in neutralem Wasser wird der wässrige pH jedoch nicht durch freie \(\ce{CO3^{2-}}\) bestimmt aufgrund vernachlässigbarer Dissoziation.
Chemische Eigenschaften
Säure-Base-Verhalten
Kobaltbicarbonat verhält sich wie ein basisches Carbonat-Salz: Es ist in neutralem Wasser unlöslich, reagiert aber mit Säuren zur Bildung löslicher \(\ce{Co^{2+}}\)-Salze und Kohlendioxid (CO2). Das beschriebene Verhalten umfasst das Lösen in Säuren mit CO2-Ausgasung und Ausfällung aus Lösungen bei CO2-Überschuss. Einige spezifische Beobachtungen weisen auf keine Reaktion mit kalten konzentrierten Salpetersäure- oder Salzsäurelösungen unter Raumtemperatur hin, während Erwärmung die Auflösung mit CO2-Freisetzung beschleunigt. Das Carbonatanion kann unter sauren Bedingungen zu \(\ce{HCO3^-}\) und \(\ce{CO2}\) protoniert werden; in basischen komplexbildenden Medien (z. B. Ammoniak) kann die Verbindung durch Ligandenkomplexierung von Kobalt(II) gelöst werden.
Festkörper- und Oberflächenchemie ermöglichen außerdem die Bildung von basischen Carbonat/Hydroxid-Phasen (z. B. Co5(OH)6(CO3)2) und Hydraten; diese Phasen weisen unterschiedliche Löslichkeits- und thermische Profile auf.
Reaktivität und Stabilität
Kobaltbicarbonat ist unter empfohlenen Lagerbedingungen generell stabil, reagiert jedoch empfindlich auf oxidierende Umgebungen und Hitze. Inkompatible Stoffe sind starke Oxidationsmittel; Oxidation durch Luft oder milde Oxidantien kann zu Kobaltat-Spezies (Co(III)) oder basischen Kobaltat-Carbonaten führen. Beim Erhitzen zersetzt sich das Material mit CO2-Ausgasung und kann cobalthaltige Dämpfe oder Oxide abgeben. Es wird berichtet, dass es bei Raumtemperatur an der Luft für die üblichen anhydre und hydratisierten Formen stabil ist, wobei Hydrate bei moderater Erwärmung Wasser abgeben. Die Verbindung reagiert bei Raumtemperatur nicht leicht mit kalten konzentrierten Salpetersäure- oder Salzsäurelösungen, löst sich aber beim Erhitzen.
Für Laborarbeiten sollten starke Oxidationsquellen, langanhaltende hohe Temperaturen und Bedingungen vermieden werden, die feinen, einatembarer Staub erzeugen.
Molekulare und ionische Parameter
Formel und Molekulargewicht
Molekulare Formel (berechnet): \(\ce{CCoO3}\).
Molekulargewicht (berechnet): \(118.942\ \mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
Genaue/monoisotopische Massenwerte: 118.917937 (ExactMass; MonoisotopicMass).
(Hydratisierte oder basische Carbonat-Phasen haben höhere Formelmassen – beispielsweise hat das basische Carbonat Co5(OH)6(CO3)2 eine gemeldete Molekularmasse von 516,73 für diese Phase.)
Bestandteile (Ionen)
Die einfache Stöchiometrie entspricht dem zweiwertigen Kobalt-Kation und dem Carbonat-Anion: \(\ce{Co^{2+}}\) und \(\ce{CO3^{2-}}\). Bei wässriger oder saurer Lösung ist die dominierende solvatisierte Spezies \(\ce{Co^{2+}}\); unter oxidierenden Bedingungen oder in Gegenwart komplexbildender Liganden kann Kobalt zu anderen Koordinations- und Oxidationszustand-Spezies umgewandelt werden (einschließlich basischer Carbonate, Hydroxide, Ammoniak-Komplexe oder höherwertiger Kobalt-Oxide).
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- CAS RN: 513-79-1
- EG (gelistet): 208-169-4 (erscheint auch als 231-419-9 in einigen Verzeichnissen)
- UNII: 7H73A68FUV
- DSSTox Substance ID: DTXSID7052151
- Nikkaji-Nummer: J413H
Weitere berechnete Strukturidentifikatoren:
- InChI: InChI=1S/CH2O3.Co/c2-1(3)4;/h(H2,2,3,4);/q;+2/p-2
- InChIKey: ZOTKGJBKKKVBJZ-UHFFFAOYSA-L
- SMILES: C(=O)([O-])[O-].[Co+2]
Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen
Ausgewählte Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen aus Registerlisten:
- Kobalt(II)-carbonat
- Kobaltbasiertes Carbonat
- CoCO3
- Sphaerokobaltit (Mineralname)
- Kobaltcarbonat (1:1)
- Kohlensäure, Kobalt(2+)-Salz
- Kobalterz
(Weitere Händler- und ältere Synonyme sind vorhanden; die oben genannten Namen stammen aus der Standardnomenklatur und mineralogischer Terminologie.)
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Funktionelle Rollen und Anwendungsbereiche
Kobalt(II)-carbonat wird hauptsächlich als Ausgangsstoff oder Zwischenprodukt bei der Herstellung kobalthaltiger Pigmente, Katalysatoren und anderer Kobaltverbindungen verwendet. Zu seinen Funktionen zählt die Verwendung als Rohstoff für keramische Pigmente und Glasuren, als Vorläufer für Kobaltoxide und -salze in der Katalyse und Werkstofftechnik sowie als nutritive Kobaltquelle in veterinärmedizinischen Formulierungen und einigen Futtermitteler gänzungen, bei denen Kobalt in Spurenmengen benötigt wird. Es wird auch in Laborsynthesen und als Temperaturindikator in spezialisierten Formulierungen eingesetzt.
Typische Anwendungsbeispiele
- Keramik- und Glasindustrie: Pigmentherstellung und Einbettung in Glasuren (verleiht nach dem Brennen charakteristische blau/violette Färbung durch Umwandlung zu Oxiden).
- Pigmentproduktion: Ausgangsstoff für Kobaltaluminat und andere kobaltbasierte Pigmente.
- Herstellung von Katalysatoren und chemischen Zwischenprodukten: Quelle für Kobalt bei der Katalysatorherstellung.
- Landwirtschaft/Veterinärmedizin: kontrollierter Einsatz als Spurenelement-Kobaltquelle in Ernährungszusätzen für Wiederkäuer (unterliegt regulatorischen Beschränkungen).
- Laborreagenz: Quelle von \(\ce{Co^2+}\) in kleinskaligen anorganischen Synthesen und Forschungsarbeiten.
Bei produktbezogenen Anwendungsdetails (z. B. Formulierungsbeschränkungen, zulässige Einsatzmengen im Futter) sind Produktunterlagen sowie einschlägige Vorschriften zu konsultieren.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Gesundheits- und Umweltgefahren
Kobalt(II)-carbonat und kobalthaltige Verbindungen bergen mehrere Gesundheitsrisiken, die hauptsächlich mit der Freisetzung löslicher Kobalt(II)-Ionen oder der Inhalation/dermalen Exposition gegenüber Staub verbunden sind. Gemeldete wichtigste Gefährdungen umfassen Hautsensibilisierung (allergische Kontaktdermatitis), respiratorische Sensibilisierung (asthmaähnliche Reaktionen), Indikatoren für Mutagenität, karzinogenes Potenzial (Klassifikationen und Evidenzgewicht variieren je nach Rechtsraum), Reproduktionstoxizität sowie systemische Organtoxizität bei wiederholter Exposition. Akute orale Toxizitätsdaten zeigen eine orale LD50 (Ratte) von 640 mg/kg. Für kobalthaltige Materialien wurden Inhalationseinheitsrisiko und chronische Inhalationsrichtwerte angegeben; berufsbedingte Exposition gegenüber Aerosolen stellt somit den hauptsächlichen Expositionsweg dar.
Umweltgefährdungen beinhalten hohe aquatische Toxizität und langfristige Auswirkungen auf aquatische Organismen; Einleitungen in Gewässer sind streng zu kontrollieren.
Empfohlene Schutzmaßnahmen und Schutzausrüstung für Kobaltverbindungen umfassen Minimierung der Staubentwicklung, lokale Absaugung, Atemschutz bei luftgetragenen Partikeln, geeignete Handschuhe und Schutzkleidung sowie Augen- und Gesichtsschutz. Biologische Überwachung (z. B. Kobalt im Urin) wird in einigen Berufsschutzprogrammen zur Expositionsbeurteilung eingesetzt; berufsbedingte Expositionsgrenzwerte für Kobalt und anorganische Kobaltverbindungen sind typischerweise niedrig (z. B. TWA-Werte in der Größenordnung von 0,02 mg/m³ als elementares Kobaltäquivalent in manchen Leitlinien).
Bei unfallbedingten Freisetzungen sollte trockenes Kehren, das Staub erzeugt, vermieden werden; das Material ist einzufangen und zur Entsorgung zu sammeln, ein Eindringen in Abflüsse oder Gewässer ist zu verhindern.
Lagerung und Handhabung
Lagern Sie in einem trockenen, gut belüfteten Bereich mit dicht verschlossenen Behältern; einige Hydratformen sind luftempfindlich. Staubentwicklung minimieren und Quellen starker Oxidationsmittel vermeiden. Technische Schutzmaßnahmen sollten Prozessummantelungen und lokale Absaugungen dort umfassen, wo Pulver gehandhabt wird. Persönliche Schutzausrüstung ist nach Gefährdungsbeurteilung auszuwählen und kann Atemschutz (Partikelmasken oder Atemluftsysteme bei Bedarf), chemikalienbeständige Handschuhe, Augenschutz und Schutzkleidung zum Hautkontakt-Schutz einschließen.
Überschüssiges Material und kontaminierte Abfälle über zugelassene Entsorgungsfachbetriebe entsprechend lokalen und nationalen Vorschriften entsorgen; ungehemmte Freisetzungen in die Umwelt sind zu vermeiden. Für detaillierte Informationen zu Gefahren, Transport und Vorschriften sind produktspezifische Sicherheitsdatenblätter (SDS) sowie lokale Gesetzgebungen heranzuziehen.
