Кобальт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
27 ЖелезоКобальтНикель
Co

Rh
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
27Co
Hexagonal.svg
Electron shell 027 Cobalt.svg
Внешний вид простого вещества
Kobalt electrolytic and 1cm3 cube.jpg
Блестящий, серебристо-белый металл
Свойства атома
Название, символ, номер Кобальт / Cobaltum (Co), 27
Атомная масса
(молярная масса)
58,933194(4)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d7 4s2
Радиус атома 125 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 116 пм
Радиус иона (+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электроотрицательность 1,88 (шкала Полинга)
Электродный потенциал E0(Co2+/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[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 6,7 см³/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
3d74s2

Ко́бальт — химический элемент с атомным номером 27[3]. 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.[1]. 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[2].

Происхождение названия[править | править код]

Название химического элемента 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 из этого минерала неизвестный ранее металл, который и 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[править | править код]

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[править | править код]

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

Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтин CoAs2, скуттерудит (Co, Ni)As3 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[править | править код]

Также есть богатые месторождения в Демократической Республике Конго (6 млн.т.), 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.[4]

Получение[править | править код]

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

Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор, хлорат кобальта(II) (Co(ClO3)2) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

Изотопы[править | править код]

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59Co (изотопная распространённость 100[5] %). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта.

Физические свойства[править | править код]

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.

Химические свойства[править | править код]

Оксиды[править | править код]

  • На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.
  • Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co3O4, имеющий структуру шпинели, в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co2+, а другая — ионами Co3+; 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[править | править код]

  • 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 Со9S8
  • 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 CoH2 и CoH.
  • Растворы солей кобальта CoSO4, CoCl2, Со(NO3)2 придают воде бледно-розовую окраску, поскольку в водных растворах ион Co2+ существует в виде аквакомплексов [Co(H2O)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(NH3)6]3+) жёлтого цвета и розеосоли (например, [Co(NH3)5H2O]3+) красного или розового цвета.

  • Также кобальт образует комплексы с CN, NO2 и многими другими лигандами. Комплексный анион гексанитрокобальтат [Co(NO2)6]3- образует нерастворимый осадок с катионами калия, что используется в качественном анализе.

Применение[править | править код]

  • Легирование кобальтом стали повышает её жаропрочность, улучшает механические свойства. Из сплавов с применением кобальта создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и т. п.
  • Магнитные свойства сплавов кобальта находят применение в аппаратуре магнитной записи, а также сердечниках электромоторов и трансформаторов.
  • Для изготовления постоянных магнитов иногда применяется сплав, содержащий около 50 % кобальта, а также ванадий или хром.
  • Кобальт применяется как катализатор химических реакций.
  • Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов.
  • Силицид кобальта — отличный термоэлектрический материал, он позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
  • Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.
  • 60Со используется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.

Биологическая роль[править | править код]

Кобальт — один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В12 (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[править | править код]

Skull and crossbones.svg

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[6][7].

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 Со2(СО)8.

Стоимость металлического кобальта[править | править код]

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[8].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Шаблон:Справочник:AtWt2013
  2. 1 2 Химическая энциклопедия: в 5 т / Кнунянц И. Л.. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 414. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК
  4. Предсказан стремительный рост цен на смартфоны
  5. 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. — Bibcode2017ChPhC..41c0001A.
  6. Разные вопросы // truealcohol.land.ru.
  7. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 14 ноября 2001 г. N 36 «О введении в действие санитарных правил» (с изменениями и дополнениями).
  8. London Metal Exchange: Home (англ.). www.lme.com. Проверено 15 января 2018.

Ссылки[править | править код]