Кобальт

КО́БАЛЬТ -а; м. [нем. Kobalt]

1. Химический элемент (Co), серебристо-белый металл с красноватым отливом, более твёрдый, чем железо.

2. Краска тёмно-синего цвета, в состав которой входит этот металл.

◁ Ко́бальтовый, -ая, -ое. К-ые руды. К-ая сталь. К-ая краска.

ко́бальт

(лат. Cobaltum), химический элемент VIII группы периодической системы. Название от немецкого Kobold - домовой, гном. Серебристо-белый металл с красноватым оттенком; плотность 8,9 г/см 3 , t пл 1494ºC; ферромагнитен (точка Кюри 1121ºC). При обычной температуре на воздухе химически стоек. Минералы редки, добывается из руд никеля. В основном кобальт используется для получения кобальтовых сплавов (магнитные, жаропрочные, сверхтвёрдые, коррозионностойкие и др.). Радиоактивный изотоп 60 Co используют как источник γ-излучения в медицине и технике. Кобальт важен для жизни растений и животных, входит в состав витамина B 12 .

КОБАЛЬТ

КО́БАЛЬТ (лат. Сobaltum), Со, химический элемент с атомным номером 27, атомная масса 58,9332. Химический символ элемента Cо произносится так же, как и название самого элемента. Природный кобальт состоит из двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 59 Со (99,83% по массе) и 57 Со (0,17%). В периодической системе элементов Д. И. Менделеева кобальт входит в группу VIIIВ и вместе с железом (см. ЖЕЛЕЗО) и никелем (см. НИКЕЛЬ) образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома кобальта 3s 2 p 6 d 7 4s 2 . Образует соединения чаще всего в степени окисления +2 (валентность II), реже - в степени окисления +3 (валентность III) и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5 (валентности, соответственно, I, IV и V).
Радиус нейтрального атома кобальта 0,125 нм, радиус ионов (координационное число 6) Со 2+ - 0,082 нм, Со 3+ - 0,069 нм и Со 4+ - 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 (см. БРАНДТ Георг) . 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 CuCo 2 S 4 , линнеит Co 3 S 4 , кобальтин (см. КОБАЛЬТИН) CoAsS, сферокобальтит CoCO 3 , смальтит СоAs 2 и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь (см. МЕДЬ) и марганец (см. МАРГАНЕЦ (химический элемент)) . 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 Н 3 ВО 3 .
Физические и химические свойства
Кобальт - твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427°C устойчива альфа-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 нм и с=0,4089 нм). Плотность 8,90 кг/дм 3 . При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива бета-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт - ферромагнетик, (см. Ферромагнетизм (см. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ) ), точка Кюри (см. КЮРИ ТОЧКА) 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со 0 /Со 2+ –0,29 B.
На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300°C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт пирофорен (см. ПИРОФОРНЫЕ МЕТАЛЛЫ) ). 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: альфа-форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах бета-форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН) 2 СоСО 3 , или осторожным восстановлением Со 3 О 4 .
Если нитрат кобальта Со(NO 3) 2 , его гидроксид Со(ОН) 2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со 3 О 4 (CoO·Co 2 O 3). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe 3 О 4 . Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:
Со 3 О 4 + 4Н 2 = 3Со + 4Н 2 О.
При прокаливании Со(NO 3) 2 , Со(ОН) 2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со 2 О 3 . 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 СоF 3 . Если на СоО или СоСО 3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF 2 . При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl 2 и дибромида СоBr 2 . За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI 2 . Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (бета-модификация). Если же через раствор соли кобальта (II) пропускать ток сероводорода H 2 S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (альфа-модификация):
CoSO 4 + H 2 S = CoS + H 2 SO 4
При нагревании CoS в атмосфере H 2 S образуется Со 9 S 8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co 2 S 3 , Co 3 S 4 и CoS 2 . С графитом кобальт образует карбиды Со 3 C и Со 2 С, c фосфором - фосфиды составов СоP, Со 2 P, СоP 3 . Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со 3 N и Co 2 N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe 2), кремнием (известны силициды Co 2 Si, CoSi CoSi 2) и бором (в числе известных боридов кобальта - Со 3 В, Со 2 В, СоВ).
Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН 2 и СоН. Известны растворимые в воде соли кобальта - сульфат СоSO 4 , хлорид СоСl 2 , нитрат Со(NO 3) 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 Со 3 (PO 4) 2 , силикат Со 2 SiO 4 . Для кобальта, как и для никеля, характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов (см. ЛИГАНДЫ) при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH 3 . 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). 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 - , NO 2 - . 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 Со 2 (СО) 8 . При его осторожном нагревании образуется карбонил Со 4 (СО) 12 . Карбонил Со 2 (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). 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 SmCo 5 , PrCo 5 , 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 (см. ВИКАЛЛОЙ) ). Кобальт и некоторые его соединения служат катализаторами (см. КАТАЛИЗАТОРЫ) . 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 (см. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ) , то есть постоянно присутствует в тканях растений и животных. Некоторые наземные растения и морские водоросли способны накапливать кобальт. Входя в молекулу витамина В 12 (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/м 3 , в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л. Токсическая доза - 500 мг. Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со 2 (СО) 8 .
Радионуклид кобальт-60
Большое практическое значение имеет искусственно получаемый радионуклид кобальта 60 Со (период полураспада Т 1/2 5,27 года). Испускаемое этим радионуклидом гамма-излучение обладает достаточно мощной проникающей способностью, и «кобальтовые пушки» - устройства, снабженные 60 Со, широко используют при дефектоскопии, например, сварных швов газопроводов, в медицине для лечения онкологических заболеваний и для других целей. Используется 60 Со и в качестве радионуклидной метки.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Научно-технический энциклопедический словарь

- (Cobaltum), Co, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332; металл, tпл 1494шC; ферромагнетик, точка Кюри 1121шC. Кобальт компонент магнитных, высокопрочных, твердых и других сплавов;… … Современная энциклопедия

- (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/см³, tпл 1494 .С;… … Большой Энциклопедический словарь

Муж. металл сероватого цвета, в разных ископаемых, которые, по виду, называются: кобальтом белым, красным и пр. Кобальтовый, содержащий кобальт, к нему относящийся. Кобальтовые цветы, красный мышьяковый кобальт. Толковый словарь Даля. В.И. Даль.… … Толковый словарь Даля

Кобальт - (Cobaltum), Co, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332; металл, tпл 1494°C; ферромагнетик, точка Кюри 1121°C. Кобальт компонент магнитных, высокопрочных, твердых и других сплавов;… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Кобальт - (Co) твердый серебристый металл. Применяется: для производства специальных сплавов, деталей турбореактивных авиационных двигателей, режущего инструмента, магнитных материалов; при сварке; в керамической и стекольной промышленности; в сельском… … Российская энциклопедия по охране труда

КОБАЛЬТ - КОБАЛЬТ, Cobaltum (хим. знак Со), блестящий металл белого цвета с красноватым оттенком, принадлежащий к VIII группе и 4 му ряду периодической системы Менделеева. В своих типичных соединениях К. двух и трехвалентен, образуя два ряда солей: закиси… … Большая медицинская энциклопедия

КОБАЛЬТ - хим. элемент, символ Со (лат. Cobaltum), ат. н. 27, ат. м. 58,93; тяжелый серебристо белый металл с красноватым отливом, плотность 8900 кг/м3, tпл = 1493 °С. К. относится к ферромагнетикам. Минералы кобальта редки и не образуют промышленных… … Большая политехническая энциклопедия

Co (от нем. Kobold домовой, гном * a. cobalt; н. Kobalt; ф. cobalt; и. cobalto), хим. элемент VIII группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 27, ат. м. 58,9332. Природный K. состоит из 2 стабильных изотопов 59Co (99,83%) и 57Co (0,17%) … Геологическая энциклопедия

Тяжёлый металл, коим является кобальт, открыл шведский химик Г. Брандт в 1735 году. В то время перед металлургами стояла задача более глубокого очищения добываемых руд для повышения качества выплавляемой стали. Серебристое вещество с розовым оттенком первоначально назвали кобольдом. Спустя десятилетия за этим металлом закрепилось название кобальт.

Кобальт: физические и химические свойства

Химсостав металлического кобальта, выпускаемого в слитках, стандартизирован ГОСТом 123-78:

Данный элемент устойчив в простых соединениях, относительно стоек по отношению к воздуху и воде (в нормальных условиях). При этом он начинает окисляться на воздухе при t=300 о С. После нагревания кобальт соединяют с галогенами для получения галогенидов. Что же касается взаимодействия металла с соляной и серной кислотами, то при таком воздействии кобальт медленно растворяется, выделяя водород и трансформируясь в хлорид кобальта (СоCl 2) и сульфат кобальта (CoSO 4). Если же данное вещество погрузить в азотную кислоту, удастся получить нитрат – Co(NO 3) 2 .

Следующая таблица поможет сравнить физические свойства Со с такими металлами, как железо (Fe) и никель (Ni):

Магнитные свойства кобальта

Этому металлу свойственна способность сохранять намагниченность. В результате, кобальт становится непременным «участником» магнитных сплавов, имеющих относительно высокое сопротивление к размагничиванию. Более того, именно Со делает магниты устойчивыми к изменениям температур и вибрациям, делая при этом изделие доступным для механической обработки.

Основное применение магнитных сплавов на основе кобальта отмечается в изготовлении разнообразной электротехнической продукции: трансформаторы, сердечники электрических двигателей и т.д. Отличным примером превосходных магнитных свойств Со можно считать японскую сталь: 60-процентное содержание кобальта придаёт стойкость к размагничиванию, равную лишь 2-3% при самых сильных вибрациях.

Кобальт: применение

Металл кобальт является легирующим, поэтому основное своё применение он находит при создании различных сплавов. В частности, он существенно улучшает жаропрочные свойства сталей, их износоустойчивость и твердость, повышает вязкость металла и снижает чувствительность сплава к вибрациям, ударам и толчкам. При этом, оксид кобальта 2 – отличный катализатор для химических реакций.

Благодаря своим уникальным химическим и физическим характеристикам кобальт востребован и авиационной, и космической промышленностью, где постепенно заменяет никель (при t>1038°С никелевый сплав теряют в прочности, чего не скажешь о металлах с примесями кобальта).

Отдельное направление, где фигурирует кобальт – применение в медицине. Этому элементу доверяют работу по синтезу мышечных белков, активизации ферментов, повышению гликолитической активности крови, стимулированию кроветворения. Такие препараты, как коамид, кобальтамин, кобальтин или ферковен, содержат в своей основе кобальт и помогают стимулировать эритропоэз при анемиях.

Кобальтом называют 27 элемент таблицы Менделеева. Относится он к металлам. Цвет кобальта серебристый с отливом. На его поверхности постепенно образуется оксидная пленка, которая придает металлу различные оттенки. Плотность кобальта составляет 8,9 г/см 3 . Плавится металл при температуре 1495°С, кипит при 2870°С. Теплота плавления составляет 15,48 кДж/кг. Кобальт - ферромагнетик. Переход через точку Кюри происходит при нагреве до 1121°C.

О применении кобальта, его особенностях и свойствах

Кобальт используется в качестве добавок. Благодаря легированию ним, улучшаются механические свойства, повышается жаропрочность и износоустойчивость стали. Её называют инструментальной. Сталь с такими характеристиками используют для изготовления резцов, сверл и других изделий.

Для изготовления быстрорежущего инструмента используют твердые сплавы с содержанием кобальта. Основной их компонент - карбид титана или вольфрама. Он спекается с порошком металлического кобальта, благодаря чему улучшается вязкость сплава и устойчивость к механическим воздействиям. За счет нанесения кобальтового сплава на поверхность деталей, повышается их устойчивость к износу даже при воздействии больших нагрузок. В такой способ срок службы стальной детали может быть увеличен в 4-8 раз.

Кобальт - это металл с качественными магнитными свойствами, которые сохраняются даже после неоднократного намагничивания. Основные требования к магнитам - устойчивость к размагничиванию, воздействию температур, вибрациям. Такие изделия должны поддаваться механической обработке. Например, при добавлении кобальта в сталь, магнитные свойства сплава сохраняются надолго, не зависимо от того, в каких условиях и при каких температурах она эксплуатируется. Сопротивления размагничиванию также увеличивается.

Не обходится без применения кобальта и производство сплавов с постоянными магнитными свойствами. Они на 50% состоят из данного металла. В их состав также входят ванадий или хром. Благодаря качественным магнитным свойствам кобальтовых сплавов, из них изготавливают элементы аппаратуры магнитной записи, сердечники электромоторов и трансформаторов. Также кобальт нашел свое применение в качестве катализатора.

Силицид кобальта является отличным термоэлектрическим материалом, который применяют для термоэлектрогенераторов с высоким КПД. Кобальт лития используется для производства литиевых аккумуляторов. Из него получают высокоэффективные положительные электроды. В медицине и гамма-дефектоскопии применяется радиоактивный кобальт-60. Он является источником ядерной энергии.

Применяется кобальт в космической и авиационной промышленности. Сплавы с содержанием данного металла оказывают достойную конкуренцию никелевым, которые давно применяются в этих отраслях. Из них производят детали двигателей и авиационных турбин. Кобальт способен выдерживать значительные температуры и при этом сохранять свои эксплуатационные характеристики, тогда как никелевым сплавам при нагреве до 1038°С свойственно терять прочность.

Марки кобальта и их применение

	изготавливают слитки, катодные листы способом электролиза, которые нашли свое применение во многих отраслях промышленности
К1, К1А, К1Ау
	изготавливают слитки, катодные листы способом электролиза или огневого рафинирования, которые нашли свое применение во многих отраслях промышленности
	производится в виде кобальтового порошка, применяется в процессе производства изделий методом порошковой металлургии, также, из него изготавливаются магниты.

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: 59 Со (99,83% по массе) и 57 Со (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 3s 2 p 6 d 7 4s 2 . 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) Со 2+ - 0,082 Нм, Со 3+ - 0,069 Нм и Со 4+ - 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 CuCo 2 SO 4 , линнеит Co 3 S 4 , кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO 3 , смальтит СоAs 2 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 / дм 3 . 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 Со 0 /Со 2+ –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) 2 СоСО 3 , или осторожным восстановлением Со 3 О 4 .

Если нитрат кобальта Со(NO 3) 2 , его гидроксид Со(ОН) 2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со 3 О 4 (CoO·Co 2 O 3). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe 3 О 4 . Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

Со 3 О 4 + 4H 2 = 3Со + 4H 2 O.

При прокаливании Со(NO 3) 2 , Со(ОН) 2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со 2 О 3 .

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 СоF 3 . Если на СоО или СоCO 3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF 2 . При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl 2 и дибромида СоBr 2 . За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI 2 .

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H 2 S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):

CoSO 4 + H 2 S = CoS + H 2 SO 4

При нагревании CoS в атмосфере H 2 S образуется Со 9 S 8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co 2 S 3 , Co 3 S 4 и CoS 2 .

С графитом кобальт образует карбиды Со 3 C и Со 2 С, c фосфором - фосфиды составов СоP, Со 2 P, СоP 3 . Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со 3 N и Co 2 N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe 2), кремнием (известны силициды Co 2 Si, CoSi CoSi 2) и бором (в числе известных боридов кобальта - Со 3 В, Со 2 В, СоВ).

Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН 2 и СоН.

Известны растворимые в воде соли кобальта - сульфат СоSO 4 , хлорид СоСl 2 , нитрат Со(NO 3) 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 Со 3 (PO 4) 2 , силикат Со 2 SiO 4 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 NH 3 . 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.

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.

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

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

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.

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.

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).

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.

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.