Кобальт это химический элемент, простое вещество, микроэлемент, кобальт 60 (60CO) применяется в медицине.
Основные источники получения это его минералы, чистый кобальт похож на железо :
Кобальт менее активен , чем железо , труднее растворяется в разбавленных кислотах.
(Cobaltum; от нем. Ко-bold — домовой, гном), Со — химический элемент 9 группы периодической системы элементов (по устаревшей побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB) ; ат. н. 27, ат. м. 58,9332.
Тяжелый металл серебристого цвета с синеватым отливом. В соединениях проявляет степени окисления 0, +2 и +3.
Природный кобальт состоит в основном из стабильного изотопа 59Со. Важнейший из искусственных радиоактивных — изотоп Со с периодом полураспада 5,24 года.
В качестве радиоактивного индикатора используют искусственный изотоп 60 Co.
В литосфере содержание кобальта приблизительно 0,002 масс. %.
Для определения используют качественные реакции на кобальт.
Наиболее распространённые минералы:
Металлический кобальт впервые получил в 1735 швед, химик Ю. Брандт. Промышленное использование кобальта относится к началу 20 в. (1907), когда был создан твердый сплав стеллит.
Электронная конфигурация кобальта [Ar] 3d74s2, полная электронная конфигурация 1s22s22p63s23p63d74s2
В немецкая провинция Саксония была крупным центром по добыче серебра, меди и других цветных металлов.
Там же находили руду которая по всем признакам была похожа на серебряную, но при плавке из неё не получалось извлекли драгоценный металл.
В результате плавки выделялся ядовитый газ (оксид мышьяка), отравлявший рабочих.
Саксоны это объясняли, что это вмешательство нечистой силы (название «кобальт» происходит от нем. «Kobold» — домовой, гном), коварного подземного гнома кобольда.
От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях.
В те времена в Германии даже читали в церквах молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда…
И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они ее назвали «кобольд».
В 1735 г. шведский химик Георг Брандт выделил из этой «нечистой» руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл. Имя «кобольд», или «кобальт», сохранилось и за ним.
Георг Брандт, открывший кобальт, начал заниматься химией чуть ли не с детства, помогая своему отцу — сначала аптекарю, а затем управляющему металлургическими предприятиями — ставить опыты.
Содержание кобальта в земной коре 3 х 10-3%. Кобальт содержится в метеоритах, в микроколичествах обнаружен в морской воде, минер, источниках, в почве, в растительных и животных организмах.
Значительное его количество (до 0,5%) найдено на дне океана (в «конкрециях»).
В сульфидных кобальтсодержащих рудах встречаются минералы:
В мышьяковых кобальт-содержащих рудах есть кобальтин:
В окисленных (силикатных) рудах встречаются:
гетерогенит СоО х 2Со2СО3,
асболан Со2О3 • СоО X рМnО2 • gFe2О3 • nH2О,
сфероко-бальтит СоСО3.
Не смотря на то что кобальт распространен на земле в виде минералов, а также в виде соединений на дне моря, он не встречается в природе в чистом виде.
Кобальт — твердый, тягучий, похожий на железо блестящий металл. Как и железо, он обладает магнитными свойствами.
Вода и воздух на него не действуют. В разбавленных кислотах кобальт растворяется значительно труднее, чем железо.
Металлический кобальт существует в двух модификациях: при низкой т-ре и до т-ры 450° С стойка альфа-модификация с гексагональной плотноупакованной решеткой и периодами а = 2,5071 А и с = 4,0864 А.
При т-ре 450° С кобальт переходит в бета-модификацию с кубической гранецентрированной решеткой и периодом а = 3,5480 А (при т-ре 20° С в закаленном состоянии).
Плотность (т-ра 20° С) 8,90 г/см3; tпл 1493°С; tкип 3185°С; температурный коэфф. линейного расширения 12,08-10 град-1; коэфф. теплопроводности (т-pa 20е С) 0,165 кал/ см-сек-град.
Удельная теплоемкость (т-ра 20° С) 0,0989 кал/г х град; удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 5,68 х 10-6 ом х см. К. ферромагнитен, т-ра Кюри 1121° С .
При (т-ра 20° С): предел прочности на растяжение 26 кгс/мм2; относительное удлинение 5%; модуль норм. упругости 20 750 кгс/мм2; НВ = 124.
В разбавленных кислотах (соляной, серной, азотной) кобальт медленно растворяется, плавиковая к-та на него не действует, дымящая азотная к-та пассивирует металл.
«Царская водка» и щавелевая к-та растворяют Кобальт при комнатной т-ре, расплавленные щелочи реагируют с ним при т-ре красного каления.
Компактный кобальт при обычной т-ре на воздухе не окисляется, при т-ре 300° С начинает покрываться тонкой окисной пленкой. С кислородом образует окислы СоО, Со3О4 и Сo2О3.
Тонкодиспергированный кобальт пирофорен.
С окисью углерода образует карбонил. Хлор, бром и йод взаимодействуют с кобальт уже при т-ре 209 С, образуя галогениды.
Сера, селен, фосфор, мышьяк и сурьма реагируют при нагревании с образованием сульфидов, селенидов, фосфидов, арсенидов и антимонидов.
Кобальт сплавляется с бором и кремнием, образуя соответственно бориды и силициды. Растворяет водород (от 0,9 см3/100 г при т-ре 600° С (до 5,46 см3/100 г при т-ре 1200° С) и углерод (1% при т-ре 1300° С и 3,5% при т-ре 1500° С).
Кобальт не реагирует с газообразным азотом. Практически не взаимодействует с серебром, ртутью, индием, свинцом и таллием.
Образует непрерывные ряды твердых растворов (бета-модификацию) с железом, иридием, марганцем, никелем, палладием, платиной и родием.
Образует обширные, но ограниченные области твердых растворов с золотом, хромом, осмием, рением и рутением.
Многие металлы образуют с кобальтом интерметаллические соединения.
Кобальт получают попутно с никелем из окисленных никелевых и сульфидных медноникелевых руд, подвергая кобальтсодержащее сырье пиро- и гидрометаллургической переработке.
Рис. Схема получения кобальта.
Пирометаллургическая стадия включает получение кобальта и переработку конверторных шлаков никелевого произ-ва перемешиванием их со штейном рудной плавки, в результате чего получается масса, обогащенная кобальтом.
Перерабатывают также жидкие конверторные шлаки медноникелевого произ-ва со штейном рудной плавки при наличии восстановителя, получая обогащенный кобальтом штейн.
В дальнейшем штейн конвертируют, и кобальт переходит в шлак, к-рый восстанавливают, получая богатый по содержанию кобальта сплав никеля и железа.
В основе гидрометаллургической переработки сырья лежит перевод К. в раствор в виде сульфатных соединений или аммиачных комплексов.
Различают процесс выщелачивания, применимый к рудам и концентратам и электрохимическое растворение — для кобальтсодержащих полупродуктов (сплавов).
Получают развитие экстракционные и сорбционные методы разделения никеля и кобальта.
Металлический кобальт получают электролитическим осаждением из растворов на катоде, а также восстановлением товарной окиси кобальта (смеси СоО + Со3О4 + Со2О8) углем в электр. печах.
Известно, что в гробнице Тутанхамона были найдены изделия в виде цветного стекла и смальты, в том числе и синие.
Остатки посуды, мозаики, украшений из синего стекла археологи находят во многих центрах древних цивилизаций.
Выпускают кобальт марок КО (99,98% Со), К1А (99,30% Со), К1 (99,25% Со), К2 (98,0% Со) и КЗ (97,0% Со).
Кобальт марки КО поставляют в виде катодных листов или пластин, нарезанных из катодов; кобальт марок К1А, K1, К2 и КЗ — в виде слитков массой не более 25 кг или катодных пластин.
Максимальный размер пластины 500 X 500, миним.— 20Х20 мм.
Электролитическим методом получают кобальтовый порошок марок ПК-1 (99,2% Со) и ПК-2 (98,2% Со), используемый для произ-ва спеченных изделий.
Жаропрочный и жаростойкий сплав виталлиум содержит 65% Со, 28% Сr, 3% W и 4% Мо.
Этот сплав сохраняет высокую прочность и не поддается коррозии при температурах до 800—850 °С.
Твердые сплавы кобальта стеллиты, содержащие 40—60% Со, 20—35% Сг, 5—20% W и 1—2% С, применяются для изготовления режущего инструмента.
Кобальт входит также в состав керамико-металлических твердых сплавов — керметов.
Основное количество металлического кобальта идет на произ-во сплавов с особыми физическими св-вами , высококоэрцитивных магнитов, быстрорежущей и кобальтовой стали, жаропрочных и твердых сплавов.
На основе кобальта получены катализаторы для органического синтеза. Из соединений кобальта изготовляют стойкие эмали и краски.
Радиоактивный изотоп 60Со применяют как источник гамма-излучения в технике и медицине («кобальтовая пушка»).
Кобальт применяется главным образом в сплавах, которые используются в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, для изготовления постоянных магнитов и режущих инструментов, а также как легирующий металл.
Соединения кобальта придают стеклу темно-синюю окраску (вследствие образования силиката кобальта).
Такое стекло, истолченное в порошок, употребляется под названном «шмальты» или «кобальта» в качестве синей краски.
Перспективно использование в произ-ве газотурбинных двигателей, пост, магнитов новых типов, в устройствах каталитического дожигания выхлопных газов автомобильных двигателей.
Рыбу, выращиваемую в прудах, например карпов, нужно кормить. Рационы «рыбьего питания» могут быть самыми различными, одни из них дают больший эффект, другие меньший.
Но в любом случае добавление в корм микроэлементов, в частности кобальта, приводит к поразительным результатам.
У кобальта два простых оксида:
оксид кобальта (II) CoO
оксид кобальта ( III ) Co2O3
, а также один смешанный оксид , в котором содержится кобальт II и III Co3O4 (или CoO · Co2O3).
Гидроксид кобальта (II) Co(OH)2 получается при действии щелочей на растворы солей кобальта ( II ).
Сначала выпадает синий осадок гидроксохлорида кобальта :
CoCl2 + NaOH = CoOHCl↓ + NaCl
Под действием избытка едкого натра он переходит в розовый гидроксид кобальта (II) :
CoOHCl + NaOH = Co( OH )↓ + NaCl
Кислород воздуха (в присутствии воды) окисляет гидроксид кобальта ( II ) до тёмно — бурого гидроксида кобальта ( III ) :
4Co(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Co(OH)3
Соли кобальта (II) в безводном состоянии синего , а в водных растворах ( как и кристаллогидраты ) розового цвета. Они достаточно устойчивы и разнообразны.
Оксид кобальта (III) Co2O3 соответствует гидроксид кобальта (III) Co(OH)3 тёмно — коричневого цвета.
Обычно соли кобальта (III) неустойчивы, но комплексные соединения прочны. Например , для него характерны хлорид гексаммино — кобальта (III) [Co(NH3)6]Cl3 и гекса — нитро- (III) кобальт калия K3[Co( NO2)6] .
В качестве комплексообразователя существует кобальт (II), например, роданиды дают с ним комплексные ионы [Co( SCN )4]²⁻синего цвета :
Co(NO3)2 + 4NH4SCN = (NH4)2[Co(SCN)4] + 2NH4NO3
Кобальт образует оксид кобальта (II) или закись кобальта, СоО и оксид кобальта (III), или окись кобальта, Со2О3. которым соответствуют гидроксиды Co(OH)2 и Со(ОН)3.
Этим соединениям отвечают два ряда солей, но соли кобальта (III) нестойки и легко переходят в соли кобальта(II). Известен также смешанный оксид Со3О4 (или CoO • Co2O3).
Cоли кобальта (II) в безводном состоянии обычно синего цвета, а их водные растворы и кристаллогидраты имеют розовый цвет; например, хлорид кобальта (II) образует розовые кристаллы состава СоСl2•Н2О.
Фильтровальная бумага, пропитанная раствором этой соли и потом высушенная, может служить грубым гигроскопом (указателем влажности), так как в зависимости от содержания влаги в воздухе принимает разные оттенки цветов — от синего до розового.
Гидроксид кобальта(II) Со(ОН)2 получается при действии щелочи на растворы солей кобальта(II). Вначале выпадает осадок синей основной соли, который при кипячении жидкости переходит в розовый гидроксид Со(ОН)2; последний при прокаливании дает оксид кобальта (II) СоО серо-зеленого цвета.
Соединения кобальта (II) окисляются с большим трудом, чем соединения железа(II); так, гидроксид кобальта (II) окисляется на воздухе в темно-бурый гидроксид кобальта(III) Со(ОН)3 гораздо медленнее, чем происходит аналогичное превращение гидроксидов железа/
Однако в присутствии сильных окислителей, например гипохлорита натрия, окисление Со(ОН)2 в Со(ОН)3 протекает быстро:
2Со(ОН)2 + NaClO + Н2О = 2Со(ОН)3 + NaCl
При действии на гидроксид кобальта (III) кислородсодержащих кислот соли кобальта (III) не образуются, а выделяется кислород и получаются соли кобальта (II), например:
4Co(OH)3 + 4H2SO4 = 4CoSO4 + 10Н2О + O2↑
Из соляной кислоты гидроксид кобальта (III) выделяет хлор:
2Со(ОН)3 + 6НСl = 2СоСl2 + Cl2↑ + 6Н2О
Таким образом, соединения Со (III) менее устойчивы, чем со-единения железа (III), и проявляют болеe сильно выраженную окислительную способность.
Для кобальта (III) очень характерна его способность и комплексообразованию. Комплексные соединения кобальта(II) хотя и известны, но очень неустойчивы.
В комплексных солях кобальт может входить как в состав катиона, так и в состав аниона, например [Со(NH3)6]Сl3 и К3[Со(NO2)6]. Координационное число кобальта равно шести.
Кобальт всегда содержится в организмах растений и животных. Общеизвестная его роль в обмене веществ, он крайне необходим для поддержания здоровья человека.
Кобальт участвует в синтезе гемоглобина крови человека и животных , входит в состав антианемического витамина В12.
Особенно необходим кобальт бобовым растениям , так как он содействует фиксации атмосферного азота.
Недостаток его в почве и корнях вызывает у животных заболевание ( сухотку ). Следовательно кобальт это микроэлемент.
Радиоактивный изотоп Co — использовался при лечении раковых опухолей.
Кобальт входит в состав многих сплавов, быстрорежущих и жаростойких сталей. Например , инструментальный сплав стеллит содержит 40 — 50% кобальта.
Соединения кобальта ( II ) сообщают стеклу синюю окраску , в измельченном виде оно известно как краска ( шмальта или кобальт ).
Лит.: Пятницкий И. В. Аналитическая химия кобальта. ; Смирнов В. И. [и др.]. Металлургия меди, никеля и кобальта, ч. 2. Металлургия кобальта и никеля. Кобальт история открытия элемента. Кобальтирование
Статья на тему кобальт