cobalt (suite)

État naturel

Le cobalt est plus rare que le nickel et ne représente que 4.10^–3 p. 100 de la lithosphère. Les minerais de cobalt les plus courants sont des arséniures (smaltine) et des arséniosulfures de cobalt (cobaltine), que l’on rencontre généralement avec les minerais de cuivre au Zaïre (Shaba), en Rhodésie et avec les minerais de nickel au Canada. Aux États-Unis, certains minerais d’argent contiennent de 5 à 12 p. 100 de cobalt. Aussi le cobalt est-il souvent considéré comme un sous-produit de minerais de cuivre, de nickel ou d’argent.

Atome

Le cobalt est avec le fer et le nickel un des trois éléments de la première triade de la classification de Mendeleïev, et la structure électronique de l’état fondamental de l’atome est 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d⁷, 4s², d’où une nette polyvalence et une très forte aptitude à former des sels complexes. Le numéro atomique est 27. Le rayon atomique est 1,26 Å, les rayons des cations, r_Co++ = 0,82 Å et r_Co+++ = 0,65 Å. Les énergies successives d’ionisation sont voisines de celles du nickel.

La capture de neutrons par le nucléide donne naissance à l’isotope qui est un émetteur de rayons β et γ. La période de 5,3 ans de ce nucléide permet son emploi en thérapeutique, où il a remplacé le radium (cobaltothérapie). V. cancer et radiologie.

Corps simple

Le cobalt présente une allotropie cristalline. Hexagonal compact à la température ordinaire, il devient cubique à faces centrées (cfc) à 498 °C, les éléments de petit diamètre atomique (H, C, N) stabilisant la forme cfc par insertion dans le réseau des atomes du cobalt. Sa densité est de 8,7. Il fond à 1 480 °C, et ses propriétés chimiques sont voisines de celles du fer ; les acides l’attaquent plus lentement que le fer, et le potentiel normal du couple Co⁺⁺/Co est de – 0,28 volt. La préparation dépend des minerais d’où on l’extrait et de la pureté dont on a besoin. Souvent, après grillage du minerai, on est conduit à un mélange d’oxydes que l’on peut réduire par le carbone ; mais il y a lieu de tenir compte des autres métaux présents.

Dérivés

Il existe de très nombreux dérivés du cobalt ; la plupart sont rattachés soit au nombre d’oxydation II, soit au nombre d’oxydation III, mais on connaît aussi des alliages, le cobalt carbonyle [Co(CO)₄]₂ et quelques dérivés du cobalt IV, comme dans les oxydes mixtes M^IICoO₃ (cobaltite de magnésium, ou de baryum) ou Co₃O₄. On connaît même un sel de formule NaCo(CO)₄, le tétracarbonylcobaltate de sodium, pour lequel on attribue le nombre d’oxydation —I au cobalt. Les complexes du cobalt III sont particulièrement abondants et généralement très stables.

Le magnétisme des dérivés du cobalt dépend fortement de la nature du composé et des liaisons du cobalt avec les atomes voisins. On trouve dans les complexes du cobalt III (de coordinence 6) tous les types d’isomérie qui peuvent apparaître dans ce genre de composés ; ainsi, on rencontre l’isomérie d’ionisation, qui existe par exemple entre les sels
[Co(NH₃)₄NO₂Cl]Cl
et
[Co(NH₃)₄Cl₂]NO₂ ;
l’isomérie structurale dans les ions complexes, tels qu’entre les sels et où (en) représente l’éthylènediamine NH₂—CH₂—CH₂—NH₂. Dans le premier sel, NO₂ est attaché au cobalt par l’oxygène, et, dans le second, par l’azote ; X représente l’anion associé à ces cations complexes. L’isomérie de coordination correspond à celle qui existe entre les sels de formules respectives [Co(NH₃)₆] [Cr(CN)₆] et [Cr(NH₃)₆] [Co(CN)₆]. On connaît des stéréo-isoméries. L’isomérie est du type cis-trans entre les sels du même anion avec le cation [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺, dans lequel, pour le cation de type cis, les deux atomes de chlore sont aux extrémités d’un côté de l’octaèdre de coordination (sels bleu-violet) et, pour les cations du type trans, les deux atomes de chlore sont aux extrémités d’une diagonale de l’octaèdre (sels verts).

On notera que certaines familles des sels de cations complexes du cobalt ont des noms liés à leurs couleurs, dont la variété est très grande. Ainsi, on connaît la famille des sels lutéocobaltiques (tel [Co(NH₃)₆]Cl₃), les sels roséocobaltiques
([Co(NH₃)₅H₂O]Cl₃),
les sels purpuréocobaltiques
([Co(NH₃)₅Cl]Cl₂),
les sels praséocobaltiques
([Co(NH₃)₄Cl₂]Cl), etc.

Alfred Werner (1866-1919) s’est servi de l’étude de sels complexes du cobalt pour établir la théorie des complexes.

H. B.

Métallurgie d’élaboration

Les minerais sulfurés et arséniés sont d’abord grillés pour former des oxydes, ou speiss. Dissous par l’acide sulfurique ou chlorhydrique, ces oxydes forment une solution qui est traitée par l’hydrogène sulfuré pour précipiter le cuivre, le plomb et le bismuth, puis par un hypochlorite alcalin pour isoler le nickel. On précipite ensuite le cobalt sous forme de sesquioxyde par action de chlorure de chaux, et un traitement de réduction par le carbone permet d’obtenir des pastilles métalliques titrant 98 p. 100 en cobalt.

Des minerais de cuivre du Zaïre, titrant plus de 6 p. 100 en cobalt sont traités directement au four électrique par réduction par le coke, ce qui conduit à un alliage de 40 p. 100 de cobalt, 40 p. 100 de fer et 20 p. 100 de cuivre. Par électrolyse, la pureté atteinte est de 99,5 p. 100 de cobalt.

Pour les applications de métallurgie des poudres, on calcine des sels de cobalt (oxalate, nitrate, chlorure), puis l’on réduit l’oxyde obtenu par l’hydrogène dans de petits fours tubulaires, et l’on obtient de la poudre de cobalt pur.

Utilisations

Sous forme métallique, le cobalt pur est peu utilisé (dépôt électrolytique ou cobaltage), mais ses emplois sous forme d’alliages sont nombreux.

Aciers pour aimants permanents

Découverts en 1920 par K. Honda, ces aciers possèdent une haute intensité d’aimantation rémanente et ont remplacé les aciers au chrome et au tungstène. Leurs compositions sont variables dans les limites suivantes : 1 p. 100 de carbone, 5 à 35 p. 100 de cobalt, 5 à 10 p. 100 de chrome et 0,5 à 2 p. 100 de molybdène. Une addition de 5 p. 100 de tungstène leur confère une grande force coercitive, qui permet de les utiliser pour la confection de petits aimants courts (magnétos à aimants tournants). D’autres alliages riches en cobalt ont des propriétés magnétiques intéressantes soit de perméabilité magnétique, soit d’aimantation rémanente, ou encore d’intensité d’aimantation ; ainsi le Ticonal, à base de fer, avec 15 p. 100 de nickel, 8 p. 100 d’aluminium, 5 p. 100 de cuivre, 25 p. 100 de cobalt, 8 p. 100 de titane ; l’Alnico, également à base de fer, avec 20 p. 100 de nickel, 15 p. 100 d’aluminium, 25 p. 100 de cobalt et des additions de titane et de cuivre ; le Perminvar, l’Hiperco, etc.