Zink-Cobalt-Spinell
# Zink-Cobalt-Spinell

Der Zink-Cobalt-Spinell, auch Zinkkobaltspinell, Zinkkobaltit bzw. Zinkcobaltit, Zinkdicobalttetroxid oder Zinkcobalt(III)-oxid genannt, ist eine Verbindung des zweiwertigen Zinks und des dreiwertigen Cobalts mit der Summenformel $ZnCo_2O_4.$ Dieses Mischoxid ist sehr eng mit dem Cobalt(II,III)-oxid $Co_3O_4$ verwandt: Es hat wie dieses die kubische Spinellstruktur mit der Raumgruppe Fd3m (Raumgruppen-Nr. 227)Vorlage:Raumgruppe/227 und bildet mit ihm eine Mischkristallreihe.

## Darstellung

$ZnCo_2O_4$ entsteht beim Glühen von Zink- und Cobaltsalzen (Carbonate, Nitrate, Oxide oder Hydroxide) im stöchiometrischen Mengenverhältnis (2 Co:1 Zn).

    $\mathrm {Zn(NO_{3})_{2}+2\ Co(NO_{3})_{2}\longrightarrow ZnCo_{2}O_{4}+6\ NO_{2}+O_{2}}$
    Bildung des Zinkcobaltspinells beim Glühen von Zinknitrat und Cobalt(II)-nitrat. Co(II) wird durch das Nitrat zu Co(III) oxidiert.

Da $Co^{2+}$ beim Erhitzen an Luft zu $Co^{3+}$ oxidiert werden kann, ist es bei der Herstellung an Luft unerheblich, ob von zwei- oder dreiwertigen Cobaltsalzen ausgegangen wird:

    $\mathrm {ZnCO_{3}+2\ CoCO_{3}+{\tfrac {1}{2}}\ O_{2}\longrightarrow ZnCo_{2}O_{4}+3\ CO_{2}}$
    Bildung des Zinkcobaltspinells beim Glühen von Zinkcarbonat und Cobalt(II)-carbonat an Luft

Zur Synthese kann z. B. aus wässriger Lösung das gemischte Salz $Zn_yCo_{2−y}(OH)_3NO_3$ ausgefällt werden, das dann bei 350–450 °C in Luft zum Spinell umgesetzt wird, oder es wird ein Gemisch aus 1 mol $Zn(NO_3)_2$ · 6 $H_2O$ und 2 Mol $Co(NO_3)_2$ · 6 $H_2O$ auf 800–850 °C erhitzt. Bei zu geringen Cobaltmengen entsteht statt des Spinells das ZnO · CoO-Mischoxid Rinmans Grün, bei größeren Cobaltmengen entstehen Mischoxide aus $Co_3O_4$ und $ZnCo_2O_4,$ $Zn_xCo_{3−x}O_4.$

## Eigenschaften

Der Spinell $ZnCo_2O_4$ ist dunkelgrün bis schwarz. Je nach Herstellungsbedingungen (vor allem je nach Sauerstoffpartialdruck) kann er p- oder n-halbleitend sein. Wie $Co_3O_4$ ist $ZnCo_2O_4$ oberhalb von 900 °C instabil, gibt Sauerstoff ab und zerfällt in ZnO, CoO bzw. Mischoxide daraus. Zink-Cobalt-Spinell ist in Natronlauge und in warmer konzentrierter Salzsäure unlöslich. Das Pulver wird von einem Magneten nicht merklich angezogen.

Mit Stand Anfang 2016 besitzt Zinkkobaltit keine wesentlichen Anwendungen, diskutiert werden aber mögliche Verwendungen in dunkelgrünen Pigmenten, als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien, als Katalysator oder Kokatalysator oder als Elektrodenmaterial, z. B. in photoelektrochemischen Zellen.

## Historisches

Der spätere Nobelpreisträger Giulio Natta entdeckte zusammen mit M. Strada den Zinkcobaltspinell und bestimmten seine Struktur. Sie erhielten den Spinell als „harte, tiefgrüne, fast schwarze Masse“ und erkannten, dass er isomorph ist mit $Co_3O_4.$ Später führte Natta bei der Suche nach einer verbesserten Darstellung von Methanol aus CO und $H_2$ viele Versuche mit Mischoxiden des Zinkoxids ZnO als Katalysator aus, auch mit dem Zinkcobaltspinell. In der 1932 veröffentlichten Arbeit „Kobaltitmodifikation des Rinmangrüns“ heißt es, dass es „zwei verschiedene Sorten von Rinmangrün“ gebe, das gewöhnliche mit zweiwertigem Cobalt und die „Modifikation“, der Spinell mit dreiwertigem Cobalt. Diese irreführende Beschreibung zweier verschiedener Substanzen als „Rinmangrün“ führte später zur fehlerhaften Angabe, Rinmans Grün wäre generell der Spinell $ZnCo_2O_4.$

