Василиса▶ Я жду вашего обращения. Что Вы хотите узнать?
Логотип
Кобальт
←  Железо | Никель  →
27 Co

Rh
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Нихоний Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганесон Периодическая система элементов
27 Co
Внешний вид простого вещества
Блестящий, серебристо-белый металл
Kobalt electrolytic and 1cm3 cube.jpg
Элементарный кобальт
Свойства атома
Название, символ, номер Кобальт / Cobaltum (Co), 27
Атомная масса
( молярная масса )
58,933194(4)  а. е. м.  ( г / моль )
Электронная конфигурация [Ar] 3d 7 4s 2
Радиус атома 125 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 116  пм
Радиус иона (+3e) 63 (+2e) 72  пм
Электроотрицательность 1,88 (шкала Полинга)
Электродный потенциал E 0 (Co 2+ /Co) = −0,277 В
Степени окисления 3, 2, 0, −1
Энергия ионизации
(первый электрон)
 758,1 (7,86)  кДж / моль  ( эВ )
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у. ) 8,9 г/см³
Температура плавления 1768 K
Температура кипения 3143 K
Уд. теплота плавления 15,48 кДж/моль
Уд. теплота испарения 389,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,8  Дж/(K·моль)
Молярный объём 6,7  см ³/ моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=2,505 c=4,089  Å
Отношение c / a 1,632
Температура Дебая 385  K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 100 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-48-4
27
Кобальт
58,9332
3d 7 4s 2

Ко́бальт  — химический элемент с атомным номером 27 . Принадлежит к 9-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе VIII группы, или к группе VIIIB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 58,933194(4) а. е. м. . Обозначается символом Co (от лат.   Cobaltum ). Простое вещество кобальт  — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α -Co с гексагональной плотноупакованной решёткой , β -Co с кубической гранецентрированной решёткой , температура перехода α↔β 427 °C .

Происхождение названия

Название «кобальт» происходит от нем.   Kobold  — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка . Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа Кобольда . Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа. В этом происхождение названия кобальта схоже с происхождением названия никеля .

В 1735 году шведский минералог Георг Брандт сумел выделить неизвестный ранее металл, который назвал кобальтом. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне .

История

Соединения кобальта известны человеку с глубокой древности. Синие кобальтовые стёкла, эмали, краски находят в гробницах Древнего Египта . Так, в гробнице Тутанхамона нашли много осколков синего кобальтового стекла ; неизвестно, было ли приготовление стёкол и красок сознательным или случайным.

Первое приготовление синих красок относится к 1800 году .

Нахождение в природе

Массовая доля кобальта в земной коре 4⋅10 −3 %.

Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo 2 S 4 , линнеит Co 3 S 4 , кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO 3 , смальтин CoAs 2 , скуттерудит (Co, Ni)As 3 и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют мышьяк , железо , никель , хром , марганец и медь .

Содержание в морской воде приблизительно (1,7)⋅10 −10 %.

Месторождения

Основная статья: Медный пояс

60% разведанных запасов кобальта находятся в Конго (6 млн т.) . Кроме того известны месторождения в Австралии (1 млн т.), Кубе (500 тыс. т.), Филиппинах (290 тыс. т.), Канаде (270 тыс. т.), Замбии (270 тыс. т.), России (250 тыс. т.), а также в США , Франции и Казахстане .

Получение

Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Также используются методы пирометаллургии .

Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор , хлорат кобальта(II) (Co(ClO 3 ) 2 ) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

Стоимость металлического кобальта

Из-за политической ситуации в бассейне реки Конго в конце 1970-х годов цена на кобальт за год поднялась на 2000 %.

На 15 января 2018 года стоимость кобальта на мировом рынке, по данным London Metal Exchange, составляет 75 000 долл./т .

Физические свойства

Кобальт — твёрдый металл, существующий в двух модификациях . При температурах от комнатной до 427 °C устойчива α -модификация. При температурах от 427 °C до температуры плавления (1494 °C) устойчива β -модификация кобальта (решётка кубическая гранецентрированная). Кобальт — ферромагнетик , точка Кюри 1121 °C. Желтоватый оттенок ему придаёт тонкий слой оксидов .

Изотопы

Основная статья: Изотопы кобальта

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59 Co ( изотопная распространённость 100  %). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта. Искусственный изотоп кобальт-60 широко применяется как источник жесткого гамма-излучения для стерилизации, в медицине в гамма-ножах , гамма-дефектоскопии и т. п.

Химические свойства

Оксиды

  • На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.
  • Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co 3 O 4 , имеющий структуру шпинели , в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co 2+ , а другая — ионами Co 3+ ; разлагается с образованием CoO при температуре выше 900 °C.
  • При высоких температурах можно получить α -форму или β -форму оксида CoO .
  • Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом:

Другие соединения

  • При нагревании кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором .
  • С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS . Серебристо-серую α-форму (при сплавлении порошков) и чёрную β-форму (выпадает в осадок из растворов).
  • При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со 9 S 8 .
  • С другими окисляющими элементами, такими, как углерод , фосфор , азот , селен , кремний , бор , кобальт тоже образует сложные соединения, являющиеся смесями, где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3.
  • Кобальт способен растворять водород , не образуя химических соединений. Косвенным путём синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта CoH 2 и CoH .
  • Растворы солей кобальта CoSO 4 , CoCl 2 , Со(NO 3 ) 2 придают воде бледно-розовую окраску, поскольку в водных растворах ион Co 2+ существует в виде аквакомплексов [Co(H 2 O) 6 ] 2+ розового цвета. Растворы солей кобальта в спиртах тёмно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.
  • Кобальт образует комплексные соединения. В степени окисления +2 кобальт образует лабильные комплексы, в то время как в степени окисления +3 — очень инертные. Это приводит к тому, что комплексные соединения кобальта(III) практически невозможно получить путём непосредственного обмена лигандов, поскольку такие процессы идут чрезвычайно медленно. Наиболее известны аминокомплексы кобальта.

Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли (например, [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ) жёлтого цвета и розеосоли (например, [Co(NH 3 ) 5 H 2 O] 3+ ) красного или розового цвета.

  • Также кобальт образует комплексы с CN , NO 2 и многими другими лигандами. Комплексный анион гексанитрокобальтат [Co(NO 2 ) 6 ] 3− образует нерастворимый осадок с катионами калия, что используется в качественном анализе.

Применение

  • Специальные сплавы и стали — главное применение кобальта.
    • Легирование стали кобальтом повышает её твердость, износо- и жаростойкость . Из кобальтовых сталей создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и т. п.
    • Сплавы кобальта и хрома получили собственное название стеллит . Они обладают высокой твёрдостью и износостойкостью. Также благодаря коррозионной стойкости и биологической нейтральности некоторые стеллиты применяются в протезировании (см. Виталлиум   (англ.) ).
    • Некоторые сплавы кобальта, например, с самарием или эрбием, проявляют высокую остаточную намагниченность, то есть они пригодны для изготовления мощных жаростойких постоянных магнитов (см. Самариево-кобальтовый магнит   (англ.) ). Также в качестве магнитов используют сплавы на основе железа и алюминия с кобальтом, например альнико .
    • Кобальт применяется при изготовлении химически стойких сплавов .
  • Кобальт и его соединения применяются в никель-кадмиевых и некоторых конструкциях литий-ионных аккумуляторов.
  • Соединения кобальта широко применяются для получения ряда красок и при окраске стекла и керамики . Например, тенарова синь .
  • Кобальт применяется как катализатор химических реакций в нефтехимии, промышленности полимеров и других процессах.
  • Силицид кобальта  — отличный термоэлектрический материал, он позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
  • Искусственный изотоп кобальт-60 широко применяется как источник жёсткого гамма-излучения для стерилизации, в медицине в гамма-ножах , гамма-дефектоскопии, облучении продуктов питания и т. п.

Использование кобальта в декорировании керамики и стекла

Существует мнение, что впервые кобальт был использован в Месопотамии на рубеже III и II тысячелетий до нашей эры. Оттуда технологические приемы соединять кобальт с медью распространились в древний Египет. С помощью кобальта получалось имитировать лазурит и бирюзу, пользовавшиеся популярностью у египтян. Археологи находили в Ниневии керамические таблички, на которых рассказывалось о получении искусственного лазурита и сапфиров. Эти таблички датированы VII веком до нашей эры. Античные и венецианские стеклодувы активно использовали кобальт.

В Китае использование кобальта для окраски изделий из керамики началось одновременно с распространением фарфора. Это произошло во время эпохи Тан (618-907 г. н.э.). Во время правления монгольской динасии Юань (1280 - 1368 гг.) началось использование кобальта для подглазурной росписи. Расцвет производства фарфора с синей подглазурной росписью пришелся на эпоху Мин (1368 - 1644 гг.). На распространение кобальта повлияло открытие месторождения залежей руды неподалеку от Цзиндэчжэня. В XVII веке получил распространение прием blue poudre (soufle). Кобальтовый порошок задувался на влажную поверхность фарфора с помощью бамбуковой трубочки, конец который закрывался шелковой тряпкой. Кобальт ложился на изделие неравномерно тонким слоем, что давало эффект мерцания.

Кобальт активно использовался и в Японии. Причем по заказу Ост-Индской компании выполнял роспись в стиле китайских мастеров, на изделия которых был особенный спрос .

Биологическая роль

Кобальт — один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина B 12 ( кобаламин ). Кобальт задействован при кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Потребность человека в кобальте — 0,007—0,015 мг ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы тела. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз .

Токсикология

Кобальт и его соединения токсичны. Известны также соединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием (например, сульфат ).

В 1960-х годах соли кобальта использовались некоторыми пивоваренными компаниями для стабилизации пены. Регулярно выпивавшие более четырёх литров пива в день получали серьёзные побочные эффекты на сердце, и, в отдельных случаях, это приводило к смерти. Известные случаи т. н. кобальтовой кардиомиопатии в связи с употреблением пива происходили с 1964 по 1966 годы в Омахе (штат Небраска), Квебеке (Канада), Левене (Бельгия), и Миннеаполисе (штат Миннесота). С тех пор его использование в пивоварении прекращено и в настоящее время является незаконным .

ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м³, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л.

Токсическая доза ( LD50 для крыс) — 50 мг.

Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со 2 (СО) 8 .

Примечания

  1. Химическая энциклопедия: в 5 т / Кнунянц И. Л.. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 414. — 671 с. — 100 000 экз.
  2. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК .
  3. Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)   (англ.)  // Pure and Applied Chemistry . — 2016. — Vol. 88 , no. 3 . — P. 265—291 . — doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
  4. tech firms sued over DR Congo cobalt mining deaths , BBC, 17.12.2019
  5. Предсказан стремительный рост цен на смартфоны
  6. London Metal Exchange: Home   (англ.) . www.lme.com. Дата обращения 15 января 2018.
  7. Audi G. , Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties   (англ.)  // Chinese Physics C . — 2017. — Vol. 41 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-138 . — doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . — Bibcode 2017ChPhC..41c0001A .
  8. Применение кобальта
  9. Вечный кобальт на хрупком фарфоре. Н. Павлухина. Антиквариат, предметы искусства и коллекционирования. № 3(65), 2009 г. С. 4 - 17
  10. Разные вопросы Архивная копия от 1 февраля 2010 на Wayback Machine // truealcohol.land.ru.
  11. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 14 ноября 2001 г. N 36 «О введении в действие санитарных правил» (с изменениями и дополнениями) .

Ссылки

© 2014-2020 ЯВИКС - все права защищены.
Наши контакты/Карта ссылок