Сульфат кобальта(II)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Сульфат кобальта(II)
Cobaltsulfat.JPG
Сульфат кобальта(II)
Систематическое название

Сульфат кобальта(II)

Другие названия

Кобальтовый купорос, красный купорос

Химическая формула

CoSO4

Внешний вид

Кристаллическое вещество от розового (безводный) до красного (гептагидрат) цвета

Свойства
Молярная масса

безводный: 155,00 г/моль
моногидрат: 173,01 г/моль
гексагидрат: 263,09 г/моль
гептагидрат: 281,10 г/моль

Температура разложения

600—700 °C

Фазовые переходы

440 °C (ромб. → монокл.)

Плотность

безводный: 3,71 г/см3
моногидрат: 3,075 г/см3
гексагидрат: 2,029 г/см3
гептагидрат: 1,948 г/см³

Растворимость в воде

36,3 г/100 мл

Токсикологические данные
LD50

582 мг/кг (гептагидрат)

Структура
Кристаллическая решётка

ромбическая (безводный)
моноклинная (гидраты)

Термодинамические свойства
Стандартная энтальпия образования

безводный: −889 кДж/моль
гептагидрат: −2980 кДж/моль

Энтальпия растворения

безводный: −77 кДж/моль
гептагидрат: +2014 кДж/моль

Стандартная молярная энтропия

безводный: +118 Дж/(К·моль)
гептагидрат: +406 Дж/(К·моль)

Стандартная энергия образования Гиббса

безводный: −784 кДж/моль
гептагидрат: −2473 кДж/моль

Классификация
Регистрационный номер CAS

безводный: 10124-43-3
моногидрат: 13455-64-0
гептагидрат: 10026-24-1

Регистрационный номер EC

233-334-2

PubChem

24965

Безопасность
R-фразы

R49; R22; R42/43; R50/53

S-фразы

S22; S53; S45; S60; S61

H-фразы

H302; H317; H334; H410; H350i

P-фразы

P201; P261; P273; P280; P308 + P313; P501

Символы опасности
Hazard T.svg Hazard N.svg

Символы опасности СГС
GHS-pictogram-silhouete.svg GHS-pictogram-exclam.svg GHS-pictogram-pollu.svg

NFPA 704
NFPA 704.svg
Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Сульфа́т ко́бальта(II) — неорганическое вещество с формулой CoSO4, является солью двухвалентного кобальта и серной кислоты. Безводный сульфат кобальта(II) представляет собой кристаллическое вещество розового цвета. Гептагидрат сульфата кобальта(II) CoSO4·7H2O имеет вид красных кристаллов и известен под названием «кобальтовый (красный) купорос». Встречается в природе в виде ряда минералов, применяется в качестве пигмента и при покрытии других металлов кобальтом.

Нахождение в природе[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(II) встречается в природе в виде минералов аплоуита, мурхаусита и биберита. Основные свойства этих минералов представлены в таблице.

Аплоуит[1] Мурхаусит[2] Биберит[3]
Состав Co0.6Mn2+0.3Ni0.1SO4·4H2O Co0.6Ni0.3Mn2+0.1SO4·6H2O CoSO4·7H2O
Цвет розовый розовый розово-красный
Сингония моноклинная моноклинная моноклинная
Плотность, г/см³ 2,33 1,97 1,9
Твердость 3 2,5 2

Физические свойства[править | править исходный текст]

Безводный сульфат кобальта(II) — кристаллическое вещество розового цвета. Очень гигроскопичен. Хорошо (но медленно) растворяется в воде (36,3 г/100 г H2O при 20 °C и 49,3 г/100 г H2O при 80 °C). Плохо растворяется в этаноле (0,17 г/л при 25 °C), концентрированной серной кислоте, несколько лучше — в метаноле (4,2 г/л при 25 °C) и глицерине.[4][5][6]

Безводный сульфат кобальта(II) существует в двух кристаллических модификациях:

Температура фазового перехода α→β 440 °C. Стандартная энтальпия фазового перехода α→β 6,7 кДж/моль. Моноклинная модификация является устойчивой при высоких давлениях.[6]

При температуре 600—700 °C сульфат кобальта(II) разлагается (см. раздел Химические свойства).

Кристаллогидраты[править | править исходный текст]

При осаждении из растворов и при поглощении влаги сульфат кобальта(II) образует ряд кристаллогидратов.[5][6]

Кроме того, известны метастабильные гидраты с 4 и 2 молекулами воды.

Химические свойства[править | править исходный текст]

Разложение[править | править исходный текст]

Кристаллогидраты сульфата кобальта(II) при нагревании разлагаются, теряя кристаллизационную воду:

\mathsf{CoSO_4 \cdot 7H_2O\ \xrightarrow[-1\ H_2O]{41-43\ ^\circ C}\ CoSO_4 \cdot 6H_2O \xrightarrow[-5\ H_2O]{71\ ^\circ C}\ CoSO_4 \cdot H_2O\ \xrightarrow[-1\ H_2O]{250-420\ ^\circ C}\ CoSO_4}

При дальнейшем нагревании безводный сульфат кобальта(II) разлагается до двойного оксида с выделением диоксида серы и кислорода:

\mathsf{3CoSO_4\ \xrightarrow{600-700\ ^\circ C}\ (Co^{II}Co^{III}_2)O_4\ +\ 3SO_2\ +\ O_2}

Гидролиз[править | править исходный текст]

При растворении в воде сульфат кобальта(II) диссоциирует, при этом происходит гидратация катиона:

\mathsf{CoSO_4\ + 6H_2O\ \longrightarrow\ [Co(H_2O)_6]^{2+}\ +\ SO_4^{2-}}

Катион гексааквакобальта(II) обратимо гидролизуется, давая кислую среду:

\mathsf{[Co(H_2O)_6]^{2+}\ +\ H_2O\ \rightleftarrows\ [Co(H_2O)_5(OH)]^+\ +\ H_3O^+} ,\ pK_a\ =\ 8,90

Обменные реакции в растворе[править | править исходный текст]

  • В водных растворах сульфат кобальта(II) вступает в реакции с щелочами:
с концентрированной (более 10 %) щёлочью образуется фиолетово-синий осадок гидроксида кобальта(II):[4]
\mathsf{CoSO_4\ +\ 2NaOH\ \longrightarrow\ Na_2SO_4\ +\ Co(OH)_2 \downarrow}
с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта(II) различного состава, в частности:[4][6]
\mathsf{Co_4SO_4(OH)_6 \cdot 4H_2O} голубого цвета;
\mathsf{Co_2SO_4(OH)_2 \cdot 2H_2O} синего цвета;
\mathsf{Co_5(SO_4)_2(OH)_6 \cdot 5H_2O} фиолетового цвета.
  • При взаимодействии концентрированного раствора сульфата кобальта(II) с насыщенными растворами сульфатов ряда щелочных металлов или аммония образуется осадок двойных солей (шёнитов):[4][6]
\mathsf{CoSO_4\ +\ M_2SO_4\ +\ 6H_2O \longrightarrow\ M_2Co(SO_4)_2 \cdot 6H_2O \downarrow\ ,\ (M\ =\ K,\ Rb,\ Cs,\ NH_4)}
  • При взаимодействии раствора сульфата кобальта(II) с растворами ортофосфатов или арсенатов щелочных металлов выпадает осадок соответствующих солей кобальта(II):[4]
\mathsf{3CoSO_4\ +\ 2Na_3EO_4\ +\ 8H_2O\ \longrightarrow\ Co_3(EO_4)_2 \cdot 8H_2O \downarrow\ +\ 3Na_2SO_4\ ,\ (E\ =\ P,\ As)}
  • Кроме того, сульфат кобальта(II) вступает во все обменные реакции, характерные для растворимых солей кобальта(II) и растворимых сульфатов, например:
образует осадок сульфида кобальта(II) при взаимодействии с гидросульфидом аммония
\mathsf{2CoSO_4\ +\ 2NH_4HS\ \longrightarrow\ 2CoS \downarrow\ +\ (NH_4)_2SO_4\ +\ H_2SO_4}
образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария
\mathsf{CoSO_4\ +\ Ba(NO_3)_2\ \longrightarrow\ Co(NO_3)_2\ +\ BaSO_4 \downarrow}

Образование комплексных соединений[править | править исходный текст]

  • При взаимодействии сульфата кобальта(II) с концентрированным гидратом аммиака образуется жёлтый осадок сульфата гексаамминкобальта(II):[4]
\mathsf{CoSO_4\ +\ 6(NH_3 \cdot H_2O)\ \longrightarrow\ [Co(NH_3)_6]SO_4 \downarrow\ +\ 6H_2O}
  • В сернокислых растворах сульфат кобальта(II) образует комплексные анионы, в частности анион дисульфатокобальтата(II):[6]
\mathsf{CoSO_4\ +\ SO_4^{2-}\ \rightleftarrows\ [Co(SO_4)_2]^{2-}}

Образование соединений кобальта(III)[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(II) окисляется до соединений кобальта(III) при действии сильных окислителей.[4]

\mathsf{2CoSO_4\ +\ O_3\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ Co_2(SO_4)_3\ +\ O_2 \uparrow\ +\ H_2O}
  • При фторировании раствора сульфата кобальта(II) в 4N серной кислоте при 0 °C выпадает осадок 18-гидрата сульфата кобальта(III):
\mathsf{2CoSO_4\ +\ H_2SO_4\ +\ 18H_2O\ +\ F_2\ \longrightarrow\ Co_2(SO_4)_3 \cdot 18H_2O \downarrow +\ 2HF}

Электролиз[править | править исходный текст]

При электролизе водного раствора сульфата кобальта(II) на катоде выделяется металлический кобальт, на аноде выделяется кислород:

\mathsf{Co^{2+}\ +\ 2e^-\ \longrightarrow\ Co \downarrow}
\mathsf{2H_2O\ -\ 4e^-\ \longrightarrow\ O_2 \uparrow\ +\ 4H^+}

Данный процесс используется для гальванического покрытия других металлов кобальтом.

Получение[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(II) может быть получен следующими способами.

\mathsf{CoO\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ H_2O}
\mathsf{Co(OH)_2\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 2H_2O}
\mathsf{CoS\ +\ 8HNO_3\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 8NO_2 \uparrow\ +\ 4H_2O}
  • взаимодействием дисульфида(2−) кобальта(II) (минерал каттьеит) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой:[4]
\mathsf{Co(S_2)\ +\ 6H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 7SO_2 \uparrow\ +\ 6H_2O}
\mathsf{Co(S_2)\ +\ 14HNO_3\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 14NO_2 \uparrow\ +\ 6H_2O\ +\ H_2SO_4}

Применение[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(II) используется в качестве сырья для получения других соединений кобальта, как компонент электролитов при гальваническом покрытии других металлов кобальтом, в качестве пигмента для окрашивания стекла и керамики.[6]

Токсичность[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(II) является умеренно-токсичным веществом: LD50 для крыс перорально составляет 582 мг/кг (для гептагидрата).

При вдыхании может вызывать затруднение дыхания, астму; может вызывать рак. При контакте с кожей может вызывать аллергическую реакцию. При попадании внутрь организма может оказывать мутагенный эффект, влиять на репродуктивную функцию.

Основные симптомы отравления сульфатом кобальта(II) включают в себя диарею, потерю аппетита, падение температуры тела и артериального давления. Основные поражаемые органы — почки, сердце и поджелудочная железа.

Сульфат кобальта(II) способен вызывать долговременные неблагоприятные изменения в водной среде: LC50 для дафний составляет 6 мг/л в течение 48 часов; IC50 для Pseudokirchneriella subcapitata составляет 0,4 мг/л в течение 72 часов (данные приведены для безводного соединения).

См. также[править | править исходный текст]

Сульфат кобальта(III)

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Аплоуит на webmineral.com. Архивировано из первоисточника 13 июля 2012.
  2. Мурхаусит на webmineral.com. Архивировано из первоисточника 13 июля 2012.
  3. Биберит на webmineral.com. Архивировано из первоисточника 13 июля 2012.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 120—121. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2
  5. 1 2 Лидин Р.А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2006. — С. 98, 460, 620. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 Сульфаты кобальта на xumuk.ru. Архивировано из первоисточника 13 июля 2012.