Физические свойства кобальта

Элемент периодической системы

История открытия

Нахождение в природе

Получение

Физические и химические свойства

Применение

Биологическая роль

Радионуклеид Кобальт-60

Список используемой литературы

Элемент периодической системы

Название элемента «кобальт» происходит от латинского Сobaltum.

Со, химический элемент с атомным номером 27. Его атомная масса 58,9332. Химический символ элемента Cо произносится так же, как и название самого элемента.

Природный кобальт состоит из двух стабильных нуклидов: 59Со (99,83% по массе) и 57Со (0,17%). В периодической системе элементов Д. И. Менделеева кобальт входит в группу VIIIВ и вместе с железом и никелем образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома кобальта 3s2p6d74s2. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

Радиус нейтрального атома кобальта 0,125 Нм, радиус ионов (координационное число 6) Со2+ - 0,082 Нм, Со3+ - 0,069 Нм и Со4+ - 0,064 Нм. Энергии последовательной ионизации атома кобальта 7,865, 17,06, 33,50, 53,2 и 82,2 ЭВ. По шкале Полинга электроотрицательность кобальта 1,88.

Кобальт - блестящий, серебристо-белый, тяжелый металл с розоватым оттенком.

История открытия

С древности оксиды кобальта использовались для окрашивания стекол и эмалей в глубокий синий цвет. До 17 века секрет получения краски из руд держался в тайне. Эти руды в Саксонии называли «кобольд» (нем. Kobold - домовой, злой гном, мешавший рудокопам добывать руду и выплавлять из нее металл). Честь открытия кобальта принадлежит шведскому химику Г. Брандту. В 1735 году он выделил из коварных «нечистых» руд новый серебристо-белый со слабым розоватым оттенком металл, который предложил называть «кобольдом». Позднее это название трансформировалось в «кобальт».

Нахождение в природе

В земной коре содержание кобальта равно 410-3% по массе. Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2SO4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец. В морской воде приблизительно (1-7)·10-10 % кобальта.

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат. Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав. Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию. Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля. Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaOCl; кобальт при этом переходит в осадок. Окончательную очистку (рафинирование) кобальта осуществляют электролизом его сульфатного водного раствора, в который обычно добавлена борная кислота Н3ВО3.

Физические и химические свойства

Кобальт - твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427°C устойчива a-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 Нм и с=0,4089 Нм). Плотность 8,90 кг/дм3. При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива b-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт - ферромагнетик, точка Кюри 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со0/Со2+ –0,29 B.

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300°C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт пирофорен). С парами воды, содержащимися в воздухе, водой, растворами щелочей и карбоновых кислот кобальт не взаимодействует. Концентрированная азотная кислота пассивирует поверхность кобальта, как пассивирует она и поверхность железа.

Известно несколько оксидов кобальта. Оксид кобальта(II) СоО обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных модификациях: a-форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах b-форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН)2СоСО3, или осторожным восстановлением Со3О4.

Если нитрат кобальта Со(NO3)2, его гидроксид Со(ОН)2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со3О4 (CoO·Co2O3). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe3О4. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

Со3О4 + 4H2 = 3Со + 4H2O.

При прокаливании Со(NO3)2, Со(ОН)2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со2О3.

При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта(II) выпадает осадок Со(ОН)2, который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)2 превращается в СоООН.

Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)3.

При нагревании кобальт реагирует со фтором с образованием трифторида СоF3. Если на СоО или СоCO3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF2. При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl2 и дибромида СоBr2. За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI2.

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H2S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):

CoSO4 + H2S = CoS + H2SO4

При нагревании CoS в атмосфере H2S образуется Со9S8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co2S3, Co3S4 и CoS2.

С графитом кобальт образует карбиды Со3C и Со2С, c фосфором - фосфиды составов СоP, Со2P, СоP3. Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со3N и Co2N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe2), кремнием (известны силициды Co2Si, CoSi CoSi2) и бором (в числе известных боридов кобальта - Со3В, Со2В, СоВ).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

О чем только ни молился человек на протяжении многих веков: и об удаче на охоте, и о победе над врагом. В Германии в одно время в ходе церковной службы произносили молитву о спасении горняков от злого духа Кобольда. В средние века Саксония стала центром горнорудной промышленности, саксонские горняки были опытны в своем деле и хорошо отличали одну руду от другой. Но иной раз случалось горнякам напасть на руду, которая по всем видимым признакам была похожа на серебро, но при выплавке, ожидаемого драгоценного металла из нее получить не удавалось. Более того при обжиге такой руды выделялись ядовитые газы, которые душили рабочих.

Со временем, горняки научились отличать коварную руду от содержащих серебро, и, считая её обиталищем злого духа, дали ей имя Кобольд.

В дальнейшем название было изменено на кобольт, а затем уже на кобальт. Сегодня этот металл уже не вселяет страха и ощущения опасности, наоборот, он широко применяется в промышленности, а так же в медицине. Кобальт удивительный металл, обладающий уникальными свойствами, именно поэтому в своей работе мы постараемся его подробно изучить.

кобальт химический медицина

1. История открытия

Происхождение названия этого элемента имеет несколько версий. Авторы пишут: название «кобальт» происходит от немецкого слова Kobold, что означает «карлик, охраняющий клады», (горный дух, или нечистая сила), либо от греческого слова kobalo, что означает «талантливый имитатор». Впервые термин kobelt (что эквивалентно слову Kobold) упоминается в труде Агриколы «О горном деле и металлургии».

Кобальт как индивидуальный химический элемент открыт лишь в середине 18 века, но его минералы были известны с древнейших времен. Они применялись для окраски стекла в синий цвет за несколько тысячелетий до н.э.В раскопках древней Вавилонии, Персии и Египта найдены искусственные драгоценные камни, интенсивно синей окраски, в состав которых входит от 0,05 до 0,15% кобальта. В Римской империи окрашенные кобальтом синие стекла обнаружены в памятниках культуры, созданных за 138 лет до н.э., а в Китае синие стеклянные бусы изготовлялись за 206 лет до н.э., притом, по-видимому, из местного сырья.

В 18 в. кобальтовые минералы начали применять для окраски фарфора.

Но способ изготовления кобальтовой краски, который в древности хранился в строжайшей тайне, после падения Римской империи был основательно забыт, и его потребовалось открыть заново. Полагают, что возродил его в 1520-1540 гг. богемский купец Шюрер.

Сырьем для производства исключительно красивой синей краски, устойчивой к атмосферным воздействиям и к высоким температурам, служили кобальтовые минералы Саксонии. В дальнейшем этот секрет проник в Голландию.

Как уже говорилось, само наименование элемента происходило от слова «Kobold» - так горняки называли горных духов, злых карликов, которые якобы причиняли рабочим рудников много бед. Кобальдами называли поэтому руды с обманчивым внешним видом, из которых при плавке не удавалось извлечь ни одного из наиболее употребляемых металлов (золото, серебро, медь, железо). Особенно опасны для горняков были руды кобальта, так как наиболее распространенный минерал - кобальтин - содержит мышьяк и при обжиге выделяет крайне ядовитый мышьяковистый ангидрид.

Металлический кобальт был впервые получен шведским химиком Ю. Брандтом в 1735 г. из мышьяковисто-кобальтовых руд. При этом он уделил особое внимание описанию его отличий от висмута, который часто сопровождает кобальт в природных рудах. Были описаны некоторые свойства вновь открытого элемента и его соединений, в особенности, способность, давать синюю краску-смальту.

Более подробные исследования свойств кобальта и его соединений были позднее проведены Тэнаром, Прустом и Берцеллиусом, которые заложили основы современной химии кобальта.

2. Кобальт

Электронная структура атома Со и катионов Со и Со для 3d- и 4s-орбиталей:

Кобальт входит в подгруппу восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева наряду с такими широко известными элементами, как железо и никель, к которым он очень близок по своим химическим свойствам. В соединениях кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных - Со (III). Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные комплексные соединения.

Простое вещество кобальт - серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом.

Для кобальта известны две модификации: б-Со с гексагональной кристаллической структурой и в-Со с кубической гранецентрированной кристаллической структурой. До 403-477єС существует б-Со, при более высоких температурах в-Со. Электролитический кобальт содержит обе модификации. Найдено, что превращение б-Со в в-Со протекает медленно и более интенсивно при 477єС, но не завершается полностью даже при 600єС; с другой стороны, при охлаждении отмечено запаздывание обратного превращения в-модификации в б-форму. В присутствии примесей, особенно железа, значительно снижается температура обратного превращения.

Обе модификации кобальта ферромагнитны и теряют магнитные свойства в интервале 1075-1150єС.

б-кобальт в-кобальт

Кобальт относительно твердый, хорошо куется, тянется и легко подвергается механической обработке. Твердость кобальта равна 124 кг/ммІ.

Более хрупок, чем сталь. Аналогично железу и никелю этот элемент обладает магнитными свойствами, хорошо проводит электричество и звук.

Существуют пирофорный и коллоидный кобальт.

Пирофорный кобальт представляет собой черный порошок (Пирофорность - способность твердого материала в мелкораздробленном состоянии к самовоспламенению на воздухе при отсутствии нагрева). Коллоидный кобальт имеет золотисто-коричневый оттенок, образуется при добавлении воды к пиридиновым растворам солей кобальта.

3. Химические свойства

По химическим свойствам он относится к металлам средней активности; в химических соединениях обычно двух- или трехвалентен. При обычных температурах металлический кобальт, в компактном состоянии, устойчив к действию сухого и влажного воздуха, а также воды. Не реагирует с фтороводородной кислотой (HF), с щелочами в растворе, гидратом аммиака(NH4OH), азотом, и с раствором разбавленных органических кислот.

При нагревание порошкообразный металлический кобальт взаимодействует с галогенами S, P, As, Sb, C, Si.

2Co + 3F2 2CoF3 + Q (380кКал)

Co + Cl2 CoCl2 + Q (74,8кКал)

Co + Br2 CoBr2 + Q (58 кКал)

Co + S CoS + Q (20,5 кКал)

Всоляной и серной кислотах растворяется значительно медленнее, чем железо, зато в азотной кислоте растворение идет очень легко.

Со + 2НСl (разб., гор.) СоСl2 + H2

Со + H2SO4 (paзб., гор.) CoSO4 + H2

3Со + 8HNO3 (paзб., гор.) 3Co(NO3) 2 + 2NO + 4Н2О.

В царской водке и щавелевой кислоте кобальт хорошо растворяется даже при комнатной температуре.

В сухом или влажном воздухе металлический кобальт в компактном состоянии окисляется только при температуре выше 300°, образуя окислы СоО (темно-зеленый, почти черный), Со2О3 и смешанный окисел Со3О4. СоО образуется при действии паров воды на нагретый до красного каления металлический кобальт.

4. Получение металлического кобальта

Восстановление водородом

Восстановление окиси кобальта водородом протекает ступенчато: сначала образуется низший окисел при характерной минимальной температуре, а затем - с повышением температуры - он восстанавливается до металла.

1. Окись кобальта(III)

3Co2O3 + H2 2Co3O4 + H2O

Co3O4 + H2 3CoO + H2O Co3O4 + 4H2 3Co + 4H2O

CoO + H2 Co + H2O

При восстановлении окислов Со2О3, Со3О4, СоО водородом при температуре 250-380° образуется порошкообразный металлический кобальт, обладающий пирофорными свойствами, чего не происходит в случаи восстановления при температуре выше 700°. Если восстановление соединений кобальта водородом осуществляется при температуре ниже 492°, образуется модификация б-Co с плотной гексагональной кристаллической решеткой, а при температуре выше 492° модификация в-Со с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Восстановлением соединений кобальта водородом при нагревании можно получить кобальт 99,86% чистоты.

2. Галогениды

Как и окислы галогениды подвергаются восстановлению водородом.

CoCl2 +H2 Co + 2HCl

CoBr2 +H2 Co + 2HBr

3. Формиат

Co(HCOO) 2 + H2 Co + 2CO + 2H2O

4. Оксалат

CoC2O4 + 2H2 Co + 2CO + 2H2O

Восстановление оксидов кобальта углеродом, оксидом углерода, метаном

Восстановлением окислов Со2О3, Со3О4, СоО углеродом или окисью углерода при нагревании в электрических печах получают металлический кобальт, загрязненный углеродом или карбидами кобальта.

1) C3O4 + 4C 3Co + 4CO

2) C3O4 + 4CO 3Co + 4CO2

Действием метана на Со2О3 при разных температурах получают окись кобальта, металлический кобальт.

3) Со2О3 + СН4 2Со + СО + 2Н2О

4) 3Со2О3+ СН4 6СоО + СО + 2Н2О

Алю мотермическое восстановление оксидов углерода

3Со3О4 + 8Al 9Co + 4Al2O3

3CoO + 2Al 3Co + Al2O3

Термическое разложение карбонилов кобальта Со 2 ( СО ) 8 , Со 4 ( СО ) 1 2

При термическом разложение Со2 (СО) 8, Со4 (СО) 12 образуется черный мелкодисперсный порошок металлического кобальта и выделяется окись углерода.

2Со2 (СО) 8 Со4 (СО) 12 4Со

Электролитическое получение металлического кобальта

Металлический кобальт можно получить электролизом водного раствора, содержащего 190-480 г./л СоSO4Ч7H2O, при температуре 50-60°. Можно также проводить электролиз, слегка подкисленного раствора (NH4) 2SO4ЧCoSO4Ч6H2Oпри температуре 20°.

Очистка

Сырой кобальт очищаю плавлением в высоком вакууме, методом зонной плавки или электролитическим рафинированием.

5. Соединения кобальта

Соединения одновалентного кобальта

Соединения кобальта(I), число которых ограничено, довольно неустойчивы, обнаруживают восстановительные свойства. В качестве примеров соединений одновалентного кобальта можно назвать Со2Se, K3 , Me2

Соединения двухвалентного кобальта

1. СоО - оксид кобальта (II)

СоО получают действием кислорода или паров воды на металлический кобальт при температуре выше 940°Темно-зеленый (почти черный). Термически утойчивый. На воздухе поглащает О2. Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Проявляет амфотерные свойства (основные свойства преобладают): реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочями.

При сплавлении СоО с избытком КОН или NaOHобразуются кобальтиты Ме2СоО2 ярко-синего цвета, а при растворении СоО в концентрированных теплых растворах щелочей (KOH, NaOH) образуются ярко-синие растворы гидроксокобальтатов(II) Me2 , которые очень хорошо гидролизуются и окисляются.

1) CoO + 2HCl (разб.) CoCl2 + H2O

2) CoO + 2NaOH (конц.) + H2O Na2 (син.)

2. Со(ОН) 2 - гидроксид кобальта(II)

Существует в виде двух модификаций, а именно б-Со(ОН) 2 и в-Со(ОН) 2. Метастабильная можификация б-Со(ОН) 2 образуется в виде синего осадка при добавлении растворов щелочей к солям кобльта(II) (около 0°). Устойчивая модификация в-Со(ОН) 2 образуется в виде розового осадка при добавлении растворов солей кобальта(II) к растворам щелочей, при нагревании б-модификации. Обе модификации слабо растворимы в воде, растворимы в теплых растворах щелочей, минеральных кислот и большинстве органических кислот, превращаются в СоО. Темно-фиолетовый кристаллический или синий аморфный. Во влажном состоянии поглащает из воздуха О2 и СО2. Не расстворяется в воде. В органической среде осажадает синий гидрат Со(ОН) 2*0,67Н2О. Проявляет амфотерные свойства (основные свойства пробладают.

1) Со(ОН) 2 + 2NaOH (50%) Na2 (фиол)

При растворении б-Со(ОН) 2и в-Со(ОН) 2в аммиаке в присутствии солей аммония образуются желтые гексааммины кобальта(II); они довольно неустойчивы и при хранении на воздухе или в присутствии окислителя превращаются в устойчивые вишнево-красные пурпуреосоли кобальта.

1) Co(OH) 2 + 4NH3 Cl2 + 2H2O

2) Cl2 + 4NH4Cl + O2 4 Cl2 + 2H2O + 8NH3

3) 2 Cl2+ 2NH4Cl + H2O2 2 Cl2 + 2H2O + 4NH3

Большинство простых солей Со(II) образуется при обработке окиси СоО или гидроокиси Со(ОН) 2 различными кислотами. Соли двухвалентного кобальта, полученные при использовании сильных кислот, в большинстве растворимы, их разбавленные растворы окрашены в розовый цвет и имеют кислую реакцию благодаря гидролизу.

3. СоSO4 - сульфат кобальта(II)

Получают продуванием смеси воздуха и SO2, над нагретым до 550-600° порошком СоО или дегидратацией кристаллогидратов СоSO4ЧnH2O (n=7,6,5,4,3,2,1).

Сульфат кобальта CoSO4представляет собой парамагнитные гексагональные кристаллы с плотностью 3,666г/смі; розовые кристаллы становятся фиолетовыми при температуре выше 500°, разлагаются при нагревании на воздухе при 690-720°, превращаясь в СоО и Со3О4. Хорошо (но медленно) растворяется в воде (с ростом температуры растворимость сначала увеличивается, затем падает), гидролизуется по катиону. Реагирует со щелочами, гидратом аммиака.

1) CoSO4 + 6 (NH3ЧH2O) [конц.] SO4 (желт.) + 6H2O

2) 2CoSO4 (разб.) + 2NaOH (разб.) Na2SO4 +Co2SO4 (OH) 2 (син.)

CoSO4 (разб.) + 2NaOH (10%) Co(OH) 2 + Na2SO4

3) 2CoSO4 + 2H2O 2Сo (катод) + О2 (анод) + 2H2SO4

4. CoF2 - Фторидкобальта (II)

Дифторид кобальта получают обработкой газообразнымHF СoCl2 (при комнатной температуре) или СоО (500°). Соединения СоF2 представляют собой токсичные парамагнитные розовые тетрагональные призмы. СoF2растворяется в воде, плохо растворимо в спирте, эфире, бензоле. Устойчиво в воде и аммиаке при комнатной температуре, но превращается в СоО с выделением HFпод действием горячей воды. Помимо воды разлагается концентрированными кислотами, щелочами и гидратом аммиака. Na, Mg, Alпри нагревании с CoF2воспламеняются.

1) СoF2 + H2O Co(OH) F + HF

СoF2 + H2O(пар) CoO + 2HF

2) CoF2 + H2SO4 (конц., гор.) CoSO4 + 2HF

3) CoF2 + 4NaOH (40%) Na2 + 2NaF

5. Cl2 - Хлорид гексамминокобальта(II)

Cl2можно получить действием NH4OHна Co(OH) 2 в присутствии NH4Clи без доступа кислорода, поскольку в присутствии кислорода образуется пурпуреосоль Cl2.

1) Сo(OH) 2 + 4NH4OH + 2NH4Cl Cl2+ 6H2O

Cl2 + 4NH4Cl + O2 Cl2 + H2O + 8NH3

Светло-красный, термически неустойчивый. Устойчив в растворе только в присутствии гидрата аммиака. Разлагается кислотами, щелочами. Окисляется пероксидом водорода.

2) Cl2+ 6HCl (разб.) CoCl2 + 6NH4Cl

3) Cl2 + 2NaOH (разб.) + 6H2O Co(OH) 2 + 2NaCl + 6NH4OH

4) 2 Cl2 + 2H2O2 (конц.) + О2 Cl4 + 2NH4OH

6. Дииодид кобальта - CoI2

Дииодид кобальта получают нагреванием металлического кобальта в парах йода или в токе HIпри 400-450°, действием водного раствора йода на тонко измельченный кобальт.

Дииодид кобальта существует в виде двух модификаций - б-CoI2и в-CoI2.

Модификация б-CoI2представляет собой парамагнитные черные гексагональные кристаллы. Модификация в-CoI2образует желтые игольчатые кристаллы, в-модификация менее устойчива, чем б-модификация.

Обе модификации растворимы в воде, спирте, ацетоне, эфире, метилацетате, пиридине, разлагаются при 600° с выделением йода, взаимодействуют на холоду с водородом по уравнению.

CoI2 + H2 Co + 2HI

Соединения трехвалентного кобальта

Известно ограниченное число простых соединений трехвалентного кобальта. Они относительно неустойчивы, обнаруживают окислительные свойства и гидролизуются с образованием солей кобальта(II) и выделением кислорода.

Известно очень много устойчивых координационных соединений кобальта(III), которые проявляют некоторые сходство с координационными соединениями хрома(III).

1. Кобальтаты (III)

Mg, Zn, Mn, Fe, Ni, Cu - обладают структурой шпинелей и получаются в виде черных порошков.

Кобальтат(III) кобальта(II) Со или Со3О4 получают нагреванием порошкообразного металлического кобальта при 300-400° на воздухе. Соединение Со3О4 образует парамагнитные черные октаэдрические кристаллы, при нагревании (940°) превращается в СоО с высвобождением кислорода; восстанавливается до металлического кобальта при нагревании с Н2, С, СО, Na, K, Al, взаимодействует с ClF3, BrF3, H2S, S2Cl2при нагревании, растворяется в HClс выделением хлора, в H2SO4 и HNO3 (с выделением кислорода) и в расплавленных щелочах.

1) Co3O4 + 8HCl 3CoCl2 + 4H2O + Cl2

2) Co3O4 + 3H2SO4 3CoSO4 + 3H2O + 1/2O2

Соединения Со3О4 применяются для изготовления стекла, сильно поглощающего ультрафиолетовые лучи, а также в качестве катализатора реакции: термического разложенияKClO3и KMnO4, окисления NH3.

2. Координационные соединения кобальта(III)

Известно очень много комплексных соединений кобальта(III) с координационным числом шесть, которые по числу координационных сфер классифицируются на моно-, би, три-, тетра-, или полиядерные, а по природе координационных групп - на аммины, аквоаммины, ацидоаммины, аквосоли, ацидосоли, ацидоаквосоли, ацидоамминосоли, гидроксосоли, аквогидроксосоли.

Благодаря сильно выраженной склонности кобальта(III) к образованию координационных соединений, разнообразию лигандов, входящих во внутреннюю координационную сферу, и существованию изоморфных форм имеется очень большое число координационных соединений кобальта(III). Большинство из них получают окислением простых или комплексных соединений кобальта(II) кислородом воздуха, Н2О2 или KMnO4в щелочной или нейтральной среде.

Соединения четырехвалентного кобальта

Известно ограниченное число соединений четырехвалентного кобальта, которые, как правило, довольно неустойчивы.

К соединениям кобальта(IV) относят двуокись СоО2ЧН2О, диселенидCoSe2, гексафторокобальт(IV) цезия Cs2 и некоторые полиядерные соединения, например:

6. Применение

В конце 19 начале 20в. были открыты многие исключительно ценные свойства кобальтовых сплавов, именно с этого времени он активно применяется в промышленности.

Кобальт принадлежит к стратегическим металлам и применяется в очень важных областях, играющих первостепенную роль в научно-техническом прогрессе.

Он применяется прежде всего как компонент жаростойких, быстрорежущих, сверхтвердых, магнитных, антикоррозионных сплавов и качественных сталей. Твердые сплавы с содержание кобальта свыше 50%, так называемые стиллиты, получили большую известность в металлообработке.

Очень важное значение приобрели сверхтвердые сплавы, приготовляемые спеканием карбида вольфрама с кобальтовым порошком. Они широко применяются в металлообрабатывающей промышленности и в горном деле для бурения особо твердых пород. Заменителем «твердого металла» этого элемента может служить только карбид тантала на никелевом связующем. Современная техника мощного моторостроения нуждается в конструкционных материалах, обладающих жаропрочностью, устойчивостью против газовой коррозии и одновременно способностью подвергаться механической обработке. Весьма подходящими для этой цели оказались сплавы на основе кобальта 45-65%.Некоторые кобальтовые сплавы отличаются устойчивостью к кислотам и окислителям.

Так, для изготовления нерастворимых анодов применяют сплав из 75% кобальта

(13% - кремния, 7% - хрома, 5%-марганца). Он менее растворим, чем платина, в минеральных кислотах - азотной, серной и соляной. Из кобальтовых сплавов изготовляют резервуары для хранения фторгалогенидов.

Кобальт и его соединения занимают исключительное положение в качестве катализаторов. Кобальтовые катализаторы весьма активны в реакциях гидрогенизации растительных жиров, синтеза бензина из природного газа.

На основе соединений этого металла могут быть приготовлены масляные краски и эмали следующих цветов:

1) Темно-синий - кобальтовая «смальта» (калиевый силикат кобальта)

2) Синий - «тенарова синь» (применяется в качественном анализе для индикации алюминия)

3) Зеленый - различные комбинации окислов кобальта, хрома, алюминия и цинка

4) Красный (розовый) - смесь окислов кобальта и магния

5) Желтый - комплексный нитрит кобальта и калия

6) Фиолетовый - пирофосфат кобальта и натрия

Кобальтовые краски служат для окраски стекла, эмали, фарфора, керамики.

Окись кобальта входит в состав некоторых полупроводников и изоляторов, соли используются в текстильной промышленности, а также для изготовления чернил (синтетических), при определении влажности воздуха и в некоторых других целях.

В чистом виде металлических кобальт используется мало, главным образом в электронике, в качестве электродов, а также в термоэлементах.

Интересное применение нашел кобальтовый порошок, осажденный на бумаге, полученный термическим разложением карбонила (Со(СО) 5): он парамагнитен и используется в качестве телефонной мембраны

Кобальт покрытый палладием, родием или платиной, служит материалом для электрических контактов.

Изготовлены кобальтовые катализаторы для окисления выхлопных газов автомобилей отравляющих атмосферу.

7. Распространение

В природе кобальт редко встречается в виде самородков, однако соединения его очень распространены (арсениды, сульфиды, тиоарсениды, сульфаты и т.д.) в различных минералах. Природный кобальт, как земного, так и метеоритного происхождения, находится в виде сплавов с Fe, Ni, Cu, Ag, Pt, Bi, Sb, Mn, Zn.

Поскольку кобальт необходим для жизнедеятельности людей, животных и растений, он находится в небольших количествах в виде соединений в организме человека, животных и в различных растениях.

Спектральным анализом было установлено присутствие кобальта в атмосфере Солнца и различных звезд.

В небольших количествах соединения кобальта встречаются:

В природных водах (в мг/л)

В земной коре содержание кобальта составляет 4,0*10Їі вес.% А так же, он присутствует во многих минералах.

К наиболее важным минералам кобальта относят:

Химическая формула

Описание

Серые октоэндрические кристаллы

Светлоокрашенные породы, сероватые и розоватые кристаллы

Карролит

Серые или серебристо-белые октаэдры

Кобальтовый блеск(кобальтин)

Блестящие, белые или серые кубические кристаллы.

Глаукодот

Саффлорит

CoAs2или (Co, Fe) As2

Серые, орторомбические кристаллы

Скуттерудит

CoAs3или (Co, Ni, Fe) As3

Серые кубические кристаллы

Селеносера

(Co, Ni) 3 (S, Se) 4

Кобальтовый шпат

(Co, Ni) 3 (AsO4) 2*8H2O

Малиново-розовые моноклинные призматические кристаллы

Гетерогенит

Na2Co(CNS) 4 8H2O

Биберит (Кобальтовый купорос)

Розово-красные моноклинные кристаллы

Патерноит

Смальтин

Блестящие, серые, кубические кристаллы

Собственно кобальтовых минералов известно свыше 30; кроме того, в 200 минералах различных других элементов содержание кобальта превышает 0,1%.

Более мощные залежи кобальтовых руд, из которых при современном развитии техники экономически целесообразно извлечение этих металлов, распределены крайне неравномерно по различным частям света. Наиболее крупные месторождения кобальта сосредоточены в Африке и прежде всего в Заире, вКатанге (непризнанное государство на юге демократической республики Конго) разведаны медно-кобальтовые залежи сульфидных руд с 7,8% кобальта и 5% меди, которые идут непосредственно на плавку. Общие запасы кобальта в Катанге оцениваются в 450 млн.футов.

В России месторождения кобальта имеются в Красноярском крае, Мурманской области, на Кавказе, Урале, в Казахстане.

8. Применение в медицине

Кобальт - ми кроэлемент

Многие элементы в очень не больших количествах, но почти повсеместно встречаются в почвах, играя важную роль в жизненных процессах. В ничтожных долях процента обнаруживаются они и в организмах. Таковы B, Zn, Mo, Cu… В научной литературе им присвоено название «микроэлементы». Относится к ним и кобальт.

В зависимости от того, на какой почве вырастают растения, они в большей или меньшей мере содержат в своих тканях кобальт. На развитие растений, как оказалось в дальнейшем, влияет не только недостаток, но и избыток кобальта. Если его в почве много, можно ожидать появления растений очень необычных форм, таких, например, как безлепестковые анемоны.

На пастбищах растительность поедается животными, и кобальт, таким образом, переходит в организм. Некоторые ткани животных накапливают в себе кобальт в несколько больших количествах; к таким относятся, прежде всего, печень, железы внутренней секреции, маленький придаток головного мозга - гипофиз, поджелудочная и вилочковая железы.

Сухотка

Разъяснение значения кобальта для животного организма - довольно любопытная история, заслуживающая того, чтобы остановиться на ней несколько подробнее. В ряде областей нашей страны печальной известностью пользовалось заболевание скота, называемое сухоткой. Начиналось оно с потери аппетита; скот худел, шерсть его теряла свой блеск и эластичность, слизистые оболочки становились белыми. Исследование крови показало резкое падение красных кровяных шариков, а вместе с этим снижалось в них содержание гемоглобина - переносчика кислорода в организме.

Сухотка стала страшнее тем, что никакого возбудителя болезни найти не могли и потому не знали, в чем причина болезни; массовость же её создавала полное впечатление эпидемии. Известна была сухотка и за рубежом - в Англии и Швеции, где её называли болотной, кустарниковой, прибрежной болезнью. Если в район, пораженный сухоткой, завозился откуда-нибудь здоровый скот, через год-два он также заболевал, но любопытно, что снова вывезенный в здоровый район, он не заражал общающийся с ним и сам выздоравливал. Это обстоятельство заставило искать причину в питании скота. Исследователи почвы пастбищ, предположив, что в них не хватает какого-нибудь необходимого для жизни элемент.

Разъяснение пришло почти неожиданно. В Академию наук Латвии прислали письмо, в котором сообщалось, что в Рижском районе скот поражен сухоткой, но у одного из лесников все коровы упитаны и дают прекрасный надой молока. Оказалось, что его коровы тоже болели сухоткой, но с некоторого времени он стал им для аппетита добавлять мелассу (кормовая патока - отход сахарного завода), и коровы перестали болеть.

Мелассу исследовали по химическому составу, оказалось, один килограмм этого сладкого сиропа содержит 1,5 мг кобальта. Чтобы убедится в том, что причина болезни заключается в недостатке кобальта, провели эксперимент, после которого сомнений не оставалось: отсутствие ничтожных количеств кобальта.

Витамин В12

Итак, кобальт - лекарство от сухотки. Однако почему? Известно, что человеческому организму необходимо железо, оно входит в состав гемоглобина; известно также, что растениям нужен магний, так как он составная часть хлорофилла. А кобальт? Какую же роль он играет?

Совсем недавно одной из страшных болезней человека считалось злокачественное малокровие. Болезнь возникала без видимых причин и, неуклонной развиваясь, приводила к смерти. Заключалась она в резком уменьшении числа кровяных шариков, в обеднении их гемоглобином; болезнь сопровождалась потерей аппетита, прекращением выделения соляной кислоты желудком и рядом других признаков. В ходе наблюдений за страшной болезнью натолкнулись на такой факт: можно задержать её развитие, если давать в пищу больным сырую печень.

Несомненно, в печени есть какое-то вещество, способствующее образованию красных кровяных телец. После упорных и долгих трудов ученым, наконец, удалось выделить это вещество. Оно представляло собой кристаллики красного цвета. Ряд лет потребовалось для того, чтобы выяснить строение данного вещества. Наконец, пришел долгожданный успех. Составной частью этого сложного органического вещества был кобальт в количестве 4%. Это органическое вещество получило название витамин В12.

Борец Со

В наш атомный век кобальт выступил борцом за жизнь не только как «подкормка». Одним из страшных заболеваний, пока ещё не побежденных человеком окончательно, являются злокачественные опухоли, в частности рак.

С открытием явления радиоактивности в начале ХХ века заметили, что лучи радия при соответствующих условиях губительно влияют на быстроразмножающиеся клетки, приостанавливают их деятельность и обезвреживают течение страшной болезни. Радий - очень дорогой и трудно добываемый металл. Лишь очень крупные лечебные учреждения могли располагать им, да и то в очень ничтожных количествах.

В 1934 году трудами Фредерика и Ирен Жолио-Кюри была открыта искусственная радиоактивность - появилась возможность получать изотопы обычных элементов, которые самопроизвольно распадались, воспроизводя радиоактивное излучение. Наиболее удобным и выгодным оказался изотоп кобальт Со, период полураспада которого составлял 3,5 года. Но не только в этом было его достоинство. Кобальт оказался не просто дешевым заменителем радия. Гамма-лучи радиоактивного кобальта более однородны по той энергии, которую они несут, а бета-лучи гораздо легче поглощаются, поэтому при лечении достигается лучший эффект и гораздо меньше возникает каких-либо осложнений. Находясь в пораженной ткани эти изотопы будут испускать гамма - лучи, пока не погибнут все злокачественные клетки.

Заключение

Вот и закончен рассказ о кобальте. Сравнительно молодой металл, он за короткий период приобрел большое значение в современной технике. Многие металлы, будучи открыты химиками, не сразу находили себе широкое применение в промышленности; к таким относится и кобальт. Кратко описанная в нашей работе его история показывает, что в разное время он ценился по-разному и за различные качества. Нося жуткое имя «горного демона», кобальт в наше время - борец за человеческую жизнь, победитель таких страшных болезней, как сухотка, злокачественное малокровие и даже рак. Будущее же, надо полагать, покажет ещё не одно новое применение кобальта.

Список литературы

1) Р. Рипан, И. Четяну - «Неорганическая химия», том 2.

2) Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева - «Химические свойства неорганических вещест»

3) Ф.М. Перельман, А.Я. Зворыкин - «Кобальт и никель»

Я.А. Угай - «общая и неорганическая химия»

5) В.И. Синицын - «Радиоактивный кобальт Со»

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Общая характеристика марганца, его основные физические и химические свойства, история открытия и современные достижения в исследовании. Распространенность в природе данного химического элемента, направления его применения в промышленности, получение.

    контрольная работа , добавлен 26.06.2013

    Характеристика брома как химического элемента. История открытия, нахождение в природе. Физические и химические свойства этого вещества, его взаимодействие с металлами. Получение брома и его применение в медицине. Биологическая роль его в организме.

    презентация , добавлен 16.02.2014

    История распространения серы в природе, физические характеристики и химические свойства. Добыча и получение производных продуктов. Особенности различия сортов и сферы применения данного химического элемента в процессе жизнедеятельности человечества.

    презентация , добавлен 20.04.2011

    История открытия кислорода. Нахождение элемента в таблице Менделеева, его вхождение в состав других веществ и живых организмов, распространенность в природе. Физические и химические свойства кислорода. Способы получения и области применения элемента.

    презентация , добавлен 07.02.2012

    Особенности серы как химического элемента таблицы Менделеева, ее распространенность в природе. История открытия этого элемента, характеристика его основных свойств. Специфика промышленного получения и способов добычи серы. Важнейшие соединения серы.

    презентация , добавлен 25.12.2011

    История открытия железа. Положение химического элемента в периодической системе и строение атома. Нахождение железа в природе, его соединения, физические и химические свойства. Способы получения и применение железа, его воздействие на организм человека.

    презентация , добавлен 04.01.2015

    Характеристика кобальта по положению в периодической системе. Электронная формула. Нахождение кобальта в природе. Получение кобальта. Химические свойства кобальта, соединений кобальта. Биологическая роль кобальта для сельского хозяйства.

    реферат , добавлен 08.04.2005

    Кальций как один из самых распространенных элементов на Земле, его главные физические и химические свойства, история открытия и исследований. Нахождение элемента в природе, сферы его практического применения. Существующие соединения и биологическая роль.

    контрольная работа , добавлен 26.01.2014

    Основные физические и химические свойства, технологии получения бериллия, его нахождение в природе и сферы практического применения. Соединения бериллия, их получение и производство. Биологическая роль данного элемента. Сплавы бериллия, их свойства.

    реферат , добавлен 30.04.2011

    Общая характеристика кобальта как химического элемента. Определение и исследование физических и химических свойств кобальта. Изучение комплексных соединений кобальта и оценка их практического применения. Проведение химического синтеза соли кобальта.

Кто знает, что такое кобальт и где он применяется?

  1. 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. Вероятно, имя злого духа восходит к греческому кобалос дым. Этим же словом греки называли лживых людей.
    В 1735 году шведский минералог Георг Бранд 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 ещ в древних Ассирии и Вавилоне

    Кобальтом интересуются не только инженеры, но и агрономы, и медики, несколько слов об одной не совсем обычной службе элемента 27. Еще во время первой мировой войны, когда милитаристы делали первые попытки применения отравляющих веществ, возникла необходимость найти вещества, поглощающие угарный газ. Это было нужно еще и потому, что сплошь и рядом происходили случаи отравления орудийной прислуги угарным газом, выделяемым при стрельбе.
    В конце концов, была составлена масса из окислов марганца, меди, серебра, кобальта, названная гопкалитом, защищающая от угарного газа, который в ее присутствии окисляется уже при комнатной температуре и превращается в нетоксичную углекислоту. А теперь о кобальте в живой природе.

    В некоторых районах разных стран, в том числе и нашей, печальной известностью пользовалось заболевание скота, иногда называемое сухоткой. Животные теряли аппетит и худели, их шерсть переставала блестеть, слизистые оболочки становились бледными. Резко падало количество красных кровяных телец (эритроцитов) в крови, резко снижалось содержание гемоглобина. Возбудителя болезни найти не могли, однако ее распространенность создавала полное впечатление эпизоотии. В Австрии и Швеции неизвестную болезнь называли болотной, кустарниковой, прибрежной. Если в район, пораженный болезнью, завозили здоровых животных, то через год-два они тоже заболевали. Но и то же время скот, вывезенный из района эпидемий, не заражал общающихся с ним животных и сам вскоре выздоравливал. Так было и в Новой Зеландии, и в Австралии, и в Англии, и в других странах. Это обстоятельство заставило искать причину болезни в корме. И когда после кропотливых исследований она была, наконец, установлена, болезнь получила название, точно определяющее эту причину, акобальтоз.. .

    Известно, что человеческому организму необходимо железо: оно входит в состав гемоглобина крови, с помощью которого организм усваивает кислород при дыхании. Известно также, что зеленым растениям нужен магний, так как он входит в состав хлорофилла. А кобальт какую роль играет он в организме?

    Есть и такая болезнь злокачественное малокровие. Резко уменьшается число эритроцитов, снижается гемоглобин.. . Развитие болезни ведет к смерти. В поисках средства от этого недуга врачи обнаружили, что сырая печень, употребляемая в пищу, задерживает развитие малокровия. После многолетних исследований из печени удалось выделить вещество, способствующее появлению красных кровяных шариков. Еще восемь лет потребовалось для того, чтобы выяснить его химическое строение. За эту работу английской исследовательнице Дороти Кроуфут-Ходжкин присуждена в 1964 г. Нобелевская премия по химии. Вещество это получило название витамина B12. Оно содержит 4% кобальта.

    Таким образом, выяснена основная роль солей кобальта для живого организма они участвуют в синтезе витамина B12. В последние годы этот витамин стал привычным в медицинской практике лечебным средством, которое вводят в мышцы больного, в чьем организме по той или иной причине не хватает кобальта.

    Рыбе тоже нужен кобальт
    Вероятно, не все знают, ч

  2. КОБАЛЬТ
    КОБАЛЬТ (лат. Cobaltum), Со, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332. Название от немецкого Kobold - домовой, гном. Серебристо-белый металл с красноватым оттенком; плотность 8,9 г/куб. см, tпл 1494 С; ферромагнитен (точка Кюри 1121 С) . При обычной температуре на воздухе химически стоек. Минералы редки, добывается из руд никеля. В основном кобальт используется для получения кобальтовых сплавов (магнитные, жаропрочные, сверхтвердые, коррозионностойкие и др.) . Радиоактивный изотоп 60Со используют как источник?-излучения в медицине и технике. Кобальт важен для жизни растений и животных, входит в состав витамина B12

    Применение кобальта

    Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах) . Кобальт входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% кобальт) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% кобальт) и кобальтовой стали (6% кобальт) . Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.

    Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять данные свойства после однократного намагничивания. Магниты должы иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% кобальта, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

    Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие кобальт, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

    В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве печатных схем в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.

  3. Кобалт металлпереходного ряда.
    Применяется как добавка в легированные стали и кстати существует кобальтовое голодание почв (соли кобальта нужны нашему организму!
  4. Кобальт (Cobalt) - это:
    металл. Искусственно созданный радиоизотоп кобальт-60 (cobalt-60), или радиокобальт (radiocobalt), является мощным источником гамма-излучения и применяется при облучении злокачественных опухолей (см. Лучевая терапия. Дистанционная кюри-терапия) . Сам по себе кобальт образует часть молекулы витамина В12. Обозначение: Со.

    Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
    Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.

  5. http://n-t.ru/ri/ps/pb027.htm ... http://ru.wikipedia.org/wiki/РРРРР СС ... http://www.rgost.ru/gost/meteorologiya-i-izmereniya/index.php?option=com_contenttask=viewid=385Itemid=58 ... http://www.periodictable.ru/027Co/Co.html ... http://chemistry.narod.ru/tablici/Elementi/CO/CO.HTM ... http://www.optimumrus.ru/content/view/226/544/
Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления

15,48 кДж/моль

Уд. теплота испарения

389,1 кДж/моль

Молярная теплоёмкость Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки Отношение c /a Температура Дебая Прочие характеристики Теплопроводность

(300 K) 100 Вт/(м·К)


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.

Происхождение названия

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 .

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 железо , никель , хром , марганец и медь . Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10 −10 %.

Месторождения

Самый крупный поставщик кобальта - Демократическая Республика Конго . Также есть богатые месторождения в Канаде, США, Франции, Замбии, Казахстане, России.

Получение

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 (Co(ClO 3) 2) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

Изотопы

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

Физические свойства

Кобальт - твердый 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 придает тонкий слой оксидов .

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:
\mathsf{Co_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Co + 4H_2O}
  • Оксид кобальта (III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например:
\mathsf{4Co(OH)_2 + O_2 \rightarrow 2Co_2O_3 + 4H_2O}

Другие соединения

  • При нагревании кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором.
\mathsf{2Co + 3F_2 \rightarrow 2CoF_3} \mathsf{Co + Cl_2 \rightarrow CoCl_2}
  • 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 СоН 2 и СоН.
  • Растворы солей кобальта CoSO 4 , CoCl 2 , Со(NO 3) 2 придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-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, 3+) жёлтого цвета и розеосоли (например, 3+) красного или розового цвета.

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

Применение

  • 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.
  • 60 Со используется в качестве топлива в .

Биологическая роль

Кобальт - один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В 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 человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз .

Токсикология

Избыток кобальта для человека вреден.

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 .

Стоимость металлического кобальта

На 20 января 2013 г. стоимость кобальта на мировом рынке, по данным , составляет около 26 долл./кг.

Напишите отзыв о статье "Кобальт"

Примечания

Ссылки

Министерство общего и профессионального образования РФ

Уссурийский Государственный Педагогический Институт


ТЕМА : «Кобальт – химический элемент»

Выполнила:

Студентка биолого-химического

факультета Савенко О.В.

Проверила:

Профессор Максина Н.В.

Уссурийск, 2001г.

ПЛАН :

Элемент периодической системы…………………………….……3

История открытия…………………………………………………...3

Нахождение в природе……………………………………………...3

Получение……………………………………………………………4

Физические и химические свойства………………………………..4

Применение…………………………………………………………..7

Биологическая роль………………………………………………….7

Радионуклеид Кобальт-60…………………………………………..8

Список используемой литературы…………………………………9


Элемент периодической системы

Название элемента «кобальт» происходит от латинского Сobaltum.

Со, химический элемент с атомным номером 27. Его атомная масса 58,9332. Химический символ элемента Cо произносится так же, как и название самого элемента.

Природный кобальт состоит из двух стабильных нуклидов: 59Со (99,83% по массе) и 57Со (0,17%). В периодической системе элементов Д. И. Менделеева кобальт входит в группу VIIIВ и вместе с железом и никелем образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома кобальта 3s2p6d74s2. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

Радиус нейтрального атома кобальта 0,125 Нм, радиус ионов (координационное число 6) Со2+ - 0,082 Нм, Со3+ - 0,069 Нм и Со4+ - 0,064 Нм. Энергии последовательной ионизации атома кобальта 7,865, 17,06, 33,50, 53,2 и 82,2 ЭВ. По шкале Полинга электроотрицательность кобальта 1,88.

Кобальт - блестящий, серебристо-белый, тяжелый металл с розоватым оттенком.

История открытия

С древности оксиды кобальта использовались для окрашивания стекол и эмалей в глубокий синий цвет. До 17 века секрет получения краски из руд держался в тайне. Эти руды в Саксонии называли «кобольд» (нем. Kobold - домовой, злой гном, мешавший рудокопам добывать руду и выплавлять из нее металл). Честь открытия кобальта принадлежит шведскому химику Г. Брандту. В 1735 году он выделил из коварных «нечистых» руд новый серебристо-белый со слабым розоватым оттенком металл, который предложил называть «кобольдом». Позднее это название трансформировалось в «кобальт».

Нахождение в природе

В земной коре содержание кобальта равно 410-3% по массе. Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2SO4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец. В морской воде приблизительно (1-7)·10-10 % кобальта.

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат. Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав. Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию. Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля. Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaOCl; кобальт при этом переходит в осадок. Окончательную очистку (рафинирование) кобальта осуществляют электролизом его сульфатного водного раствора, в который обычно добавлена борная кислота Н3ВО3.

Физические и химические свойства

Кобальт - твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427°C устойчива a-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 Нм и с=0,4089 Нм). Плотность 8,90 кг/дм3. При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива b-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт - ферромагнетик, точка Кюри 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со0/Со2+ –0,29 B.

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300°C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт пирофорен). С парами воды, содержащимися в воздухе, водой, растворами щелочей и карбоновых кислот кобальт не взаимодействует. Концентрированная азотная кислота пассивирует поверхность кобальта, как пассивирует она и поверхность железа.

Известно несколько оксидов кобальта. Оксид кобальта(II) СоО обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных модификациях: a-форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах b-форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН)2СоСО3, или осторожным восстановлением Со3О4.

Если нитрат кобальта Со(NO3)2, его гидроксид Со(ОН)2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со3О4 (CoO·Co2O3). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe3О4. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

Со3О4 + 4H2 = 3Со + 4H2O.

При прокаливании Со(NO3)2, Со(ОН)2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со2О3.

При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта(II) выпадает осадок Со(ОН)2, который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)2 превращается в СоООН.

Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)3.

При нагревании кобальт реагирует со фтором с образованием трифторида СоF3. Если на СоО или СоCO3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF2. При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl2 и дибромида СоBr2. За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI2.

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H2S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):

CoSO4 + H2S = CoS + H2SO4

При нагревании CoS в атмосфере H2S образуется Со9S8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co2S3, Co3S4 и CoS2.

С графитом кобальт образует карбиды Со3C и Со2С, c фосфором - фосфиды составов СоP, Со2P, СоP3. Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со3N и Co2N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe2), кремнием (известны силициды Co2Si, CoSi CoSi2) и бором (в числе известных боридов кобальта - Со3В, Со2В, СоВ).

Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН2 и СоН.

Известны растворимые в воде соли кобальта - сульфат СоSO4, хлорид СоСl2, нитрат Со(NO3)2 и другие. Интересно, что разбавленные водные растворы этих солей имеют бледно-розовую окраску. Если же перечисленные соли (в виде соответствующих кристаллогидратов) растворить в спирте или ацетоне, то возникают темно-синие растворы. При добавлении воды к этим растворам их окраска мгновенно переходит в бледно-розовую.

К нерастворимым соединениям кобальта относятся фосфат Со3(PO4)2, силикат Со2SiO4 и многие другие.

Для кобальта, как и для никеля, характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH3. При действии аммиака на растворы солей кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава 2+. Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.

Значительно стабильнее амминные комплексы трехвалентного кобальта, которые можно получить действием аммиака на растворы солей кобальта в присутствии окислителей. Так, известны гексамминные комплексы с катионом 3+ (эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей), аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом 3+ (так называемые розеосоли) и др. В ряде случаев лиганды вокруг атома кобальта могут иметь различное пространственное расположение, и тогда существуют цис- и транс-изомеры соответствующих комплексов.

В качестве лигандов в комплексах кобальта могут выступать также анионы CN-, NO2- и другие.

При взаимодействии смеси водорода и СО с гидроксокарбонатом кобальта при повышенном давлении, а также взаимодействием под давлением СО и порошка металлического кобальта получают биядерный октакарбонил дикобальта состава Со2(СО)8. При его осторожном нагревании образуется карбонил Со4(СО)12. Карбонил Со2(СО)8 используют для получения высокодисперсного кобальта, применяемого для нанесения кобальтовых покрытий на различные материалы.

Применение

Основная доля получаемого кобальта расходуется на приготовление различных сплавов. Так, добавление кобальта позволяет повысить жаропрочность стали, обеспечивает улучшение ее механических и иных свойств. Кобальт - компонент некоторых твердых сплавов, из которых изготовляют быстрорежущий инструмент (сверла, разцы и другие). Особенно важны магнитные кобальтовые сплавы (в том числе так называемые магнитомягкие и магнитотвердые). Магнитные сплавы на основе кобальта используют при изготовлении сердечников электромоторов, их применяют в трансформаторах и в других электротехнических устройствах. Для изготовления головок магнитной записи применяют кобальтовые магнитомягкие сплавы. Кобальтовые магнитотвердые сплавы типа SmCo5, PrCo5 и др., характеризующиеся большой магнитной энергией, используют в современном приборостроении.

Для изготовления постоянных магнитов находят применение сплавы, содержащие 52% кобальта и 5-14% ванадия или хрома (так называемые викаллои).

Кобальт и некоторые его соединения служат катализаторами.

Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий. Соединения кобальта используют как пигменты многих красителей.

Биологическая роль

Кобальт относится к числу микроэлементов, то есть постоянно присутствует в тканях растений и животных. Некоторые наземные растения и морские водоросли способны накапливать кобальт. Входя в молекулу витамина В12 (кобаламина), кобальт участвует в важнейших процессах животного организма - кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях.

Кобальт участвует в ферментативных процессах фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями.

В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 14 мг кобальта. Суточная потребность составляет 0,007-0,015 мг, ежедневное поступление с пищей 0,005-1,8 мг. У жвачных животных эта потребность гораздо выше, например, у дойных коров - до 20 мг.

Соединения кобальта обязательно входят в состав микроудобрений. Однако избыток кобальта для человека вреден. ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м3, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л. Токсическая доза - 500 мг. Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со2(СО)8.

Радионуклид кобальт-60

Большое практическое значение имеет искусственно получаемый радионуклид кобальта 60Со (период полураспада Т1/2 5,27 года). Испускаемое этим радионуклидом гамма-излучение обладает достаточно мощной проникающей способностью, и «кобальтовые пушки» - устройства, снабженные 60Со, широко используют при дефектоскопии, например, сварных швов газопроводов, в медицине для лечения онкологических заболеваний и для других целей. Используется 60Со и в качестве радионуклидной метки.

Список используемой литературы:

· «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001»

· «Кирилл и Мефодий» (с изменениями и дополнениями),

1997, 1998, 2000, 2001гг.

· «Большая Российская энциклопедия», 1996г.



Поделиться