코발트

산출·성질·용도

코발트는 널리 분포되어 있으나 지각에는 0.001％만이 분포되어 있다. 지상과 운석의 천연 니켈-철, 태양과 별의 대기에서 소량 발견된다. 또한 천연수, 해저단괴, 토양, 동식물과 휘코발트석·리네아이트·스커테루다이트·비코발트석·헤테로게나이트·코발트화 같은 광물에서 다른 원소와 결합되어 있는 화합물 상태로 존재한다. 철·니켈·구리·은·망간·아연·비소 등 많은 광석에서 부산물로 미량 회수된다.

코발트는 반추동물(소·양)의 영양과 중원소를 함유하는 유일한 비타민인 비타민 B₁₂의 형태로 사람의 적혈구 세포의 성숙에 꼭 필요한 미량원소이다. 연마된 코발트는 연한 푸른색이 도는 은백색의 금속으로 2개의 동소체가 알려져 있으며 417℃ 이하에서는 안정된 육방밀집구조를, 이보다 더 높은 온도에서는 안정된 면심입방구조를 각각 갖는다. 1,121℃(금속이나 합금의 퀴리점 중 가장 높은 온도)에서도 강자성을 띠므로 높은 온도에서 자성을 필요로 하는 용도에 쓰인다.

천연 코발트는 모두 안정한 동위원소인 코발트-59(⁵⁹Co)이며, 원자로에서 이것으로부터 중성자를 방사시키면 반감기가 가장 긴 인공 방사성 동위원소인 ⁶⁰Co(반감기 5.3년)이 얻어진다. ⁶⁰Co에서 나오는 감마선은 X선이나 라듐의 알파선 대신에 공업제품의 검사에서 내부구조·결함·이물질을 알아내거나 암치료·불임연구에 쓰이며, 생물학과 공업에서 방사성 추적자로 사용된다. 세슘-137(¹³⁷Cs)은 반감기(30년)가 길기 때문에 공업과 방사의학에서 점차 ⁶⁰Co 대신에 사용하고 있다. 생산되는 대부분의 코발트는 특수 합금에 쓰인다(→ 코발트-60).

전세계 생산량의 1/4은 알니코(Alnico) 같은 영구자석용 자성합금으로 쓰이고, 또다른 1/4은 높은 온도에서도 금속의 고유한 성질이 유지되는 합금과 녹는점 부근(강철이 연해지는 온도)에서 사용되는 초합금에 사용된다. 또한 표면경화 합금, 공구강, 저팽창성 합금(유리-금속 봉합용), 일정 계수 합금(시계의 정밀한 유사용[遊絲用]), 그리고 치과와 정형외과에 쓰이는 합금으로 쓰인다.

코발트는 경화된 탄화물에 가장 적합한 기질이다. 미세하게 쪼개진 코발트는 자발적으로 발화하며, 이보다 큰 덩어리는 공기 중에서 비교적 비활성이지만 300℃ 이상에서는 활발하게 산화된다.

코발트 화합물

27 cobalt (Co) enhanced Bohr model

화합물에서 코발트의 산화수는 보통 ＋2, ＋3이지만 ＋4, ＋1, 0, －1의 산화수도 갖는다고 알려져 있다.

2가 코발트(Co²⁺, 물에서 안정한 이온)의 화합물을 코발트(Ⅱ) 화합물이라 하고, 3가 코발트(Co^3＋) 화합물을 코발트(Ⅲ) 화합물이라 한다. 2가·3가 코발트는 수많은 배위화합물(착물)을 만든다. 코발트(Ⅲ)은 백금을 제외하고는 다른 어떤 금속보다도 많은 착물을 형성하는 이온이며, 착물의 배위수는 보통 6이다.

코발트는 산소와 2개의 이성분화합물인 산화코발트(Ⅱ)(CoO)와 사산화삼코발트(Co₃O₄)를 만든다. 사산화삼코발트는 코발트의 원자가 2가와 3가 모두를 포함하고 공업용 산화코발트의 40％를 차지하며, 요업·유리·에나멜 생산과 촉매, 코발트 금속 분말 제조에 쓰인다. 코발트의 가장 중요한 염(鹽) 중의 하나는 황산코발트(CoSO₄)인데, 이것은 전기도금, 건조제 제조, 농업에서 목초지의 덧거름으로 쓰인다.

그밖의 코발트(Ⅱ)염은 촉매, 건조제, 코발트 금속 분말, 다른 염 제조에 중요하게 쓰인다. 염화코발트(Ⅱ) (CoCl₂·6H₂O, 공업용)는 분홍색의 액체로 탈수시키면 청색이 되고, 촉매제조와 습기지시약으로 쓰인다. 인산코발트(Ⅱ)(Co₃ (PO₄)₂·8H₂O)는 도자기에 그림을 그리고 유리를 채색하는 데 사용된다.