Кобальт - в организме человека: характеристика свойств с фото, а таже его избыток и недостаток в организме; пречень продуктов, в которых он содержится. Кобальт металл

Кобольд – злой дух из скандинавской мифологии. Жители Севера верили, что демон живет в горах и строит козни их посетителям, в частности, горнякам. Кобольд не только наносил увечья, но и губил. Особенно часто помирали плавильщики руд. Позже, ученые выяснили истинную причину смертей.

Вместе с рудами серебра в скалах Норвегии хранятся кобальтосодержащие минералы. В их состав входит мышьяк. Его летучий оксид выделяется при обжиге. Вещество токсично. Вот истинный убийца. Однако, у мышьяка уже было свое имя. Поэтому в честь Кобольда назвали связанный с ним металл. О нем и поговорим.

Химические и физические свойства кобальта

Кобальт – металл, внешне схож с железом, но темнее. Цвет элемента серебристо-белый, с розовыми или синеватыми отблесками. Разнится с железом и твердость по . Показатель кобальта – 5,5 баллов. Это чуть выше среднего. У железа твердость, напротив, немногим меньше 5-ти баллов.

По температуре плавления близок к никелю. Элемент размягчается при 1494-х градусах. Кристаллическая решетка кобальта начинает меняться при нагреве до 427-ми по шкале Цельсия. Гексагональная структура преобразуется в кубическую. До 300-от градусов металл не окисляется, будь воздух сухим или влажным.

Не вступает элемент в реакции и со щелочами, разбавленными кислотами, не взаимодействует с водой. После 300-ой отметки на шкале Цельсия кобальт начинает окисляться, покрываясь желтоватой пленкой.

От температуры зависят и ферримагнитные свойства кобальта. До 1000 градусов он способен намагничиваться произвольно. Если нагрев продолжается, металл теряет это свойство. Стоит довести температуру до 3185-ти градусов, кобальт закипит. В тонкораздробленном виде элемент способен самовоспламеняться.

Достаточно лишь контакта с воздухом. Явление называется пирофорией. В каком виде на нее способен кобальт? Цвет порошка должен быть черным. Более крупные гранулы светлее и не загораются.

Основная характеристика кобальта – тягучесть. Она превышает показатели других металлов. Тягучесть сочетается с относительной хрупкостью, уступающей, к примеру, стали. Поэтому, металл с трудом куется. Ограничивает ли это применение элемента?

Применение кобальта

В чистом виде пригождается лишь радиоактивный изотоп элемента 60 Со. Он служит источником излучения в дефектоскопах. Это приборы, просвечивающие металлические на предмет трещин и иных недочетов в них.

Медики тоже используют радиоактивный кобальт. Сплав методов ультразвуковой диагностики, терапии тоже зиждется на инструментах, в которые добавлен 27-ой элемент таблицы Менделеева.

Нужен кобальт и металлургам. Они добавляют элемент в , чтобы сделать их жаропрочными, твердыми, подходящими для инструментальной сферы. Так, составами с кобальтом покрывают детали машин.

Повышается их сопротивляемость износу и, что важно, не требуется термической обработки. Сплавы для автостроения зовут стеллитами. Кроме кобальта в них содержится 30% хрома, а так же, , вольфрам и углерод.

Сочетание никель-кобальт делает сплавы тугоплавкими и жаропрочными. Смеси применяют для связки металлических элементов при температуре до 1100 градусов Цельсия. Кроме никеля и кобальта в составы примешивают бориды и карбиды , титана, .

Дуэт железо-кобальт фигурирует в некоторых марках нержавеющей стали. Они – конструктивный материал для атомных реакторов. Чтобы сталь стала подходящей для их производства, достаточно всего 0,05% 27-го элемента.

Больше кобальта примешивают к железу при изготовлении постоянных магнитов. В качестве в сплавы добавляют никель, медь, лантан и титан. Наилучшие магнитные свойства имеют кобальтоплатиновые соединения, но они дорогостоящи.

Кобальт купить металлурги стремятся и для производства сплавов, устойчивых к воздействию кислот. Они нужны, к примеру, для нерастворимых анодов. В них 75% 27-го элемента, 13% кремния, 7% хрома и 5% марганца. По стойкости к соляной и азотной кислотам этот сплав превосходит даже платину.

Хлорид кобальта и оксид металла нашли место в химической промышленности. Вещества служат катализаторами в процессе гидоогенизации жиров. Так называют присоединение к ненасыщенным соединениям водорода. В итоге, становятся возможными синтез бензола, производство азотной кислоты, сульфата аммония и .

Оксид кобальта, так же, активно используют в лакокрасочной сфере, производстве стекла и керамики. Сплавляясь с эмалью, закись металла образует силикаты и алюмосиликаты синих тонов. Наиболее известна смальта.

Это двойной силикат калия и кобальта. Фото одного из кувшинов, найденных в гробнице Тутанхамона, интересно археологам именно, как доказательство использования солей и оксидов 27-го элемента древними египтянами. Ваза расписана узорами синего цвета. Анализ показал, что в качестве красителя использован кобальт.

Добыча кобальта

От общей массы земной коры на кобальт приходятся 0,002%. Запасы не маленькие – около 7 500 тонн, но они рассеяны. Поэтому, металл добывают, как побочный продукт переработки руд , и . Вкупе с последним элементом, как сказано в предисловии, обычно, идет мышьяк.

На непосредственно кобальтовое производство приходится всего 6%. 37% металла добывают параллельно переплавке медных руд. 57% элемента – следствие переработки никельсодержащих пород и залежей .

Чтобы выделить из них 27-ой элемент, проводят восстановление оксидов, солей и комплексных соединений кобальта. На них воздействуют углеродом, водородом. При нагревании используют метан.

Разведанных залежей кобальта должно хватить человечеству на 100 лет. С учетом океанических ресурсов, можно не испытывать дефицит элемента 2-3 столетия. На кобальт цены устанавливает Африка. В ее недрах сосредоточены 52% мировых запасов металла.

Еще 24% сокрыты в Тихоокеанском регионе. На Америку приходятся 17, а на Азию 7%. В последние годы разведаны крупные месторождения в России и Австралии. Это несколько изменило картину поставок 27-го элемента на мировой рынок.

Цена кобальта

Лондонская биржа цветных металлов. Вот где устанавливают мировые цены на кобальт. Отзывы о торгах и официальные сводки свидетельствуют, что за фунт просят около 26 000 рублей. Фунт – английская мера веса, равная 453-ем граммам. Рост стоимости 27-го элемента непрерывен начиная с 2004-го года.

С 2010-го года на Лондонской бирже начали торговать лотами по 1-ой тонне. Металл поставляется в стальных бочках по 100-500 килограммов. Весовое отклонение партии не должно превышать 2%, а содержание кобальта требуется на уровне 99,3%.

Металл успешен не только сам по себе. В тренде и цвет 27-го элемента. Не зря выпущен, к примеру, Шевроле Кобальт . Как и самородный металл, машина окрашена в серебристо-синеватый. Благородный окрас подчеркивает европейский характер машины. В базовой комплектации за нее просят около 600 000 рублей.

В эту сумму входит подогрев передних сидений. Задние складываются. Салон тканевый, в строю стеклоподъемники. Аудиоподготовка штатная. Можно купить машину, а можно почти 27 фунтов настоящего кобальта , — кому что нужнее.

Кобальт – химический элемент, который относится к группе металлов. Представляет собой вещество серебристо-белого цвета, обладает слегка розовым или сиреневым отливом (см. фото).

Открыл этот элемент Г.Брандт, который использовал в качестве сырья руды «кобольд» из Саксонии. С древних времен соединения кобальта использовались для изготовления синей краски, и вплоть до 17 века рецептура сохранялась в секрете. История этого вещества связана с мистикой и нечистой силой. Работники рудников при обработке неизвестной руды часто получали отравления, поэтому решили, что их защищает зловредный гном Кобольд. Это имя потом трансформировалось в кобальт – название элемента.

В современное время его применяют в производстве материалов, обладающих жаростойкостью и повышенной твердостью, например для инструментов – сверл и резаков. Также известно о его использовании в медицине для проведения стерилизации инструментов и в лучевой терапии. В сельском хозяйстве практикуется добавление соединений элемента в качестве удобрений и добавки к корму животных, что обусловлено их благотоворными свойствами.

Действие кобальта

Действие макроэлемента очень значительно, т.к. выяснилось, что физиологической формой кобальта в организме является витамин В12 – кобаламин. Всего в организме содержится до 2 мг элемента, но это малое количество распределено в жизненно важных органах – печень, костная ткань, кровь, почки, щитовидная железа и лимфатические узлы.

Функции, которые выполняет элемент в организме, довольно обширны:

Кроме того, что кобальт защищает организм от заболеваний, он также помогает ему восстановиться во время выздоровления. Особенно полезно его употребление при сахарном диабете, анемии или онкологии крови.

Самые важные его свойства и функции, конечно, выполняются в составе витамина В12, т.к. является центром молекулы кобаламина. Таким образом оказывается влияние на формирование белка и жиров в структуре миелинового слоя нервной клетки, а это, в свою очередь, предотвращает возникновение переутомления, раздражительности, заболеваний нервной системы.

Находится в тесном контакте с аскорбиновой кислотой, В5, В9, регулируя действия друг друга.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента не определена окончательно и, соответственно, называются противоречивые данные. Но достаточно точно можно определить пределы, в которых элемент оказывает полезное действие, они колеблются приблизительно от 8 до 200 мкг в зависимости от возраста массы тела и других факторов вроде вегетарианского питания, болезни булимия и анорексия, период восстановления после травм, отравлений, больших кровопотерь и ожогов. Также в категорию риска можно отнести альпинистов, людей, работающих в горах. В этом случае полезно будет назначение препаратов с содержанием кобальта, но только согласно рекомендациям врача.

Недостаток кобальта

Недостаток макроэлемента наблюдается в основном у заядлых курильщиков, вегетарианцев и людей пожилого возраста. Также страдают от нехватки жители местностей, где почва обеднена содержанием элемента, а значит и продукты, выращенные на этих землях.

Дефицит может быть вызван хроническими болезнями желудочно-кишечного тракта, которые не позволяют элементу усваиваться в полной мере. Интересно, что нехватка, в свою очередь, вызывает эти самые болезни.

Основными симптомами и последствиями нехватки элемента являются такие явления, как:

  • хроническая слабость и утомляемость, ухудшение памяти, депрессия;
  • нарушение работы центральной нервной системы, вызывающее невралгию, астму;
  • анемия, заболевания системы кровообращения;
  • аритмия;
  • болезни печени;
  • поражение слизистой желудка, что вызывает гастриты, язвы, нарушения стула;
  • замедление выздоровления и восстановления после болезней;
  • торможение развития организма детей;
  • дистрофия костной ткани.

Избыток кобальта в организме

Переизбыток макроэлемента возникает при отравлении организма токсичным количеством кобальта – 200-500 мг в сутки. Причинами такого довольно редкого явления могут стать злоупотребления препаратами витамина В12 и пивом. Также неприятные последствия могут возникнуть при нехватке железа, из-за чего уровень усвоения кобальта очень ускоряется, и так он способен накапливаться в печени. Работники предприятий химической промышленности, производства керамических изделий, жидкого топлива рискуют получить отравление при вдыхании насыщенной пыли или через кожные покровы.

Последствиями служат заболевания сердца, нервной системы, щитовидной железы, легких, органов слуха, а кроме того последсвиями могут стать аллергические реакции, астма, гипертония, дерматиты, пневмония, а еще нарушение защитных функций кровообращения.

Продукты, в которых содержится кобальт, очень разнообразны, поэтому правильный рацион сможет полностью пополнить организм необходимым количеством элемента.

Самое большое количество макроэлемента обнаружено в бобовых, зерновых культурах, яблоках, абрикосах, винограде, клубнике, орехах, грибах. Также богаты кобальтом продукты животного происхождения – молоко и его производные, мясо говядины, птицы, морские продукты, яйца.

Очень много элемента в чае и какао, но в них также образуются канцерогенные нитрозамины. Если обойтись без них вы не можете, то лучше перейти на зеленый, красный чай или добавлять лимон, который способен предотвращать возникновение токсинов.

Показания к назначению

Показания к назначению макроэлемента носят в основном предупредительный и восстановительный характер. Медики практикуют назначение препаратов при заболеваниях суставов, болезненных менструациях, климаксе, ухудшении памяти, язве желудка, варикозном расширении вен, судорогах.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кобальт - двадцать седьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Co от латинского «cobaltum». Расположен в четвертом периоде, VIIIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 247.

В природе кобальт мало распространен: содержание в земной коре составляет около 0,004% (масс.). Чаще всего кобальт встречается в соединении с мышьяком в виде минералов кобальтовый шпейс CoAs 2 и кобальтовый блеск CoAs.

Кобальт - твердый, тягучий, похожий на железо блестящий металл (рис. 1). Как и железо, он обладает магнитными свойствами. Вода и воздух на него не действуют. В разбавленных кислотах растворяется значительно труднее, чем железо.

Рис. 1. Кобальт. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кобальта

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кобальт существует в виде одноатомных молекул Co, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 58,9332.

Аллотропия и аллотропные модификации кобальта

Кобальт имеет две модификации. До 430 o С устойчив α-кобальт (гексагональная плотноупакованная решетка); выше 430 o С — b-кобальт (гранецентрированная кубическая решетка).

Изотопы кобальта

Известно, что в природе кобальт может находиться в виде единственного стабильного изотопа 59 Co. Массовое число равно 59, ядро атома содержит двадцать семь протонов и тридцать два нейтрона.

Существуют искусственные нестабильные изотопы кобальта с массовыми числами от 45-ти до 75-ти и одиннадцати мета стабильных состояний, среди которых наиболее долгоживущим является 60 Co с периодом полураспада равным 5,2714 лет.

Ионы кобальта

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов кобальта выглядит следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 .

В результате химического взаимодействия кобальт отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Cо 0 -2e → Cо 2+ ;

Cо 0 -3e → Cо 3+ ;

Cо 0 -4e → Cо 4+ .

Молекула и атом кобальта

В свободном состоянии кобальт существует в виде одноатомных молекул Cо. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кобальта:

Сплавы кобальта

Кобальт применяется главным образом в сплавах, которые используются в качестве жаропрочных и жаростойких материалов. Жаропрочный и жаростойкий сплав виталлиум содержит 65% кобальта, 28% хрома, 3% вольфрама и 4% молибдена. Этот сплав сохраняет высокую прочность и не подается коррозии при температурах до 800-850 o С.

Твердые сплавы стеллиты, содержащие 40-60% кобальта, 20-35% хрома, 5-20: вольфрама и 1-2% углерода, применяются для изготовления режущего инструмента. Кобальт входит также в состав керамикометаллических твердых сплавов - керметов.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Кобальт массой 2,95 г растворили в соляной кислоте, при этом образовалась соль кобальта (II), через полученный раствор пропустили сероводород. Определите массу образовавшегося осадка.
Решение Запишем уравнения реакций, о которых говорится в условии задачи:

Co + 2HCl dilute = CoCl 2 + H 2 (1);

CoCl 2 + H 2 S = CoS↓ + 2HCl (2).

Найдем количество вещества кобальта, вступившего в реакцию (молярная масса - 59 г/моль):

n (Co) = m (Co) / M (Co);

n (Co) = 2,95 / 59 = 0,044 моль.

Согласно уравнению (1) n (Co) : n (CoCl 2) = 1:1, следовательно, n (Co) = n (CoCl 2) = 0,044 моль. Тогда, количество моль сульфида кобальта (II) (осадок) также будет равно 0,044 моль, поскольку n (CoCl 2) : n (CoS) = 1:1. Масса сульфида кобальта (II) равна (молярная масса - 91 г/моль):

m (CoS)= n (CoS)×M (CoS);

m (CoS)= 0,044 × 91 = 4,004 г.
Ответ Масса сульфида кобальта (II) равна 4,004 г

ПРИМЕР 2

Задание Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (E o Co 2+ /Co 0 = -0,27 В, E o Ni 2+ /Ni 0 = -0,25 В). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/дм 3 , а потенциал кобальта - в растворе с концентрацией 0,1 моль/дм 3 ?
Решение Определим электродные потенциалы кобальта и никеля в заданных условиях используя уравнение Нернста:

E ’ Ni 2+ / Ni 0 = E o Ni 2+ / Ni 0 - 0,059/n × lg (a Ni 2+ / a Ni 0);

E ’ Ni 2+ / Ni 0 = -0,25 + (0,059/2) × lg10 -3 ;

E ’ Ni 2+ / Ni 0 = -0,339 В.

E ’ Co 2+ /Co o = E o Co 2+ /Co o - 0,059/n × lg (a Co 2+ / a Co o);

E ’ Co 2+ /Co o = -0,27 + (0,059/2) × lg10 -1 ;

E ’ Co 2+ /Co o = -0,307 В.
Ответ В заданных условиях потенциал кобальта больше, чем потенциал никеля.

Кобальт - серебристо-белый, с некоторым желтоватым оттенком, металл. В таблице Менделеева кобальт обозначается символом Co.

История кобальта

Искусные стекольные и гончарные мастера древности при выделке своих художественных изделий пользовались синей краской. В витринах Британского национального музея в Лондоне хранятся уникальные коллекции синих стекол, найденные археологами при раскопках памятников древней культуры в Египте и Ассиро-Вавилонии.

Ученых уже давно интересовал вопрос о природе этой любопытной синей краски, которая не утратила своих сильнокрасящих свойств в течение тысячелетий. Ряд специальных исследований, произведенных химиками, показал, что синие стекла, происходящие из Египта и Ассиро-Вавилонии, содержат соединения редкого элемента кобальта. Однако ученым так и не удалось окончательно разгадать, была ли известна древним мастерам способность окиси кобальта давать глубокое синее окрашивание, или они пользовались этим красящим материалом случайно, как и многими другими стойкими красками.

Неоднократно делались также попытки раскрыть тайну античных мастеров путем самого тщательного изучения синих стекол более позднего происхождения - александрийских, византийских и римских - в надежде найти в них присутствие кобальта. Но каково было удивление исследователей, когда они установили, что синяя краска этих стекол обусловлена наличием в них не кобальта, а меди. Не найдено было также кобальта в роскошных стеклянных и глиняных художественных изделиях, окрашенных в синий цвет, доставленных прославленным путешественником Марко Поло в Европу из стран азиатского материка.

Ремесленники средневековья совсем не применяли кобальта для окраски в синий цвет разнообразных изделий из стекла. В то время слово кобальт было ругательным именем для различных минералов, сопровождающих серебряные руды старинных месторождений в районе Саксонско-Богемского кряжа. Ненависть горняков и плавильщиков к кобальтy историки горного дела и металлурги объясняют тем, что его присутствие в шихте значительно затрудняло и удорожало проплавку серебряных руд.

Передовые ученые своей эпохи Агрикола, Парацельс и Василий Валентин упоминают, что «Cobold» - имя злого духа, который якобы обитает в недрах земли, расстраивает труд горняков и причиняет им всевозможные бедствия.

«Дух» ненавистного кобальта много столетий веял над рудниками Германии, и именем злого духа называли даже минералы, не содержащие кобальта, например, мышьяковистые руды, неблагоприятные свойства которых усугублялись, выделением ядовитых газов при их добыче и металлургической обработке.

Только в XVI столетии, когда добыча серебра из месторождений Саксонско-Богемского кряжа получила значительное развитие, были обнаружены сильные красящие свойства окиси кобальта. Но это новое интересное открытие около двух столетий держали в строжайшем секрете. Лишь узкий круг избранных владел секретом полезного использования красящих свойств кобальта.

Сохранились указания, что в 1533 году стекольный мастер Шюрер, проживавший в Богемии, успешно приготовлял кобальтовую синюю краску для окраски керамических изделий. Скоро голландские купцы заинтересовались новой красивой краской и с помощью Шюрера организовали ее производство у себя на родине. Первая саксонская мельница для размола кобальтовой краски была построена близ Аннаберга в 1649 году.

Теперь, когда кобальту была открыта широкая дорога в промышленность, его соединения начали быстро внедряться в качестве ценных красок для стекол, глазури, фарфора, эмалей и ряда других продуктов керамики.

Химические свойства кобальта

Но какова же природа кобальта, и не является ли он смесью некоторых «земель», к которым пионеры теоретической химии относили большинство известных им минеральных видов?

Над научной расшифровкой этой задачи много потрудился швед Брандт, который в своей диссертации (написанной в 1735 г.) «О полуметаллах» впервые сообщил, что висмут, полученный из кобальто-висмутовых руд, не чист, а содержит кобальт, который может быть отделен механическим путем. Эта первая попытка разгадать природу кобальтовых руд была подхвачена учеными в различных странах.

На рубеже XIX в. продукция соединений кобальта исчислялась уже сотнями тонн в год. В науку вошли исследования Бергмана, составившего в 1787 году довольно полное описание химических свойств кобальта, отличающих его от никеля.

Из таблицы периодической системы элементов можно узнать, что порядковое число кобальта равно 27, а его атомный вес 58,94. В этой таблице кобальт стоит между железом и никелем, что соответствует непрерывному закономерному изменению свойств элементов в периодической системе Д. И. Менделеева. Постепенно ученым удалось установить, что по своим физическим и химическим свойствам кобальт больше приближается к никелю, чем к железу.


Кобальт

Некоторые характерные химические свойства кобальта как бы заранее предопределили его практическое использование в технике.

Кобальт - металл, который достаточно устойчив против разрушительного действия атмосферных агентов. При обыкновенной температуре он мало поддается действию воды и воздуха. Значительно легче окисляется мелкораздробленный кобальт, но и в этом случае образующаяся на поверхности металла пленка окислов предохраняет его от дальнейшего окисления. Однако с повышением температуры этот процесс заметно активизируется. Единственной кислотой, быстро растворяющей кобальт при комнатной температуре, является азотная.

В своей автобиографии Генри Бессемер пространно рассказывает, что он переплавил не одну сотню мешков русских медных монет. Это было еще тогда, когда все помыслы молодого и инициативного Генри были сосредоточены на том, чтобы получить тончайший пылевидный материал (так называемый «китайский порошок») для позолоты различных предметов. Бессемер установил, что лучшее сырье для получения «золотой» пыли, дающей сверкающие золотистые оттенки и искристые переливы — русская медная монета. В русских копейках, привлекших внимание предприимчивого Бессемера присутствовал кобальт.

Применение кобальта

Многочисленны по составу и оттенкам технические сорта, изготовляемых в наши дни, красок из кобальта. Широким распространением пользуются красивые и очень прочные краски под названием смальта и окислы кобальта. Это незаменимый материал для окраски некоторых стекол, эмалей и изделий из керамики. Особенность синих кобальтовых стекол заключается в том, что они прозрачны для красного света. Именно на этом свойстве и основано их применение в химическом анализе в качестве световых фильтров для определения окраски пламени. Получила широкое распространение турецкая зелень, которую применяют для окраски фарфора.


В малярном деле и в производстве керамике применяется небесно-голубая краска, единственная краска, обладающая хорошей кроющей способностью. Для акварельных и малярных красок в керамике применяется желтая краска, или соль Фишера. Окислы кобальта приобрели большое значение в технике эмалирования жести и в производстве лаков.

Выдающаяся роль принадлежит кобальту в новейших сверхтвердых и магнитных сплавах. Кобальтовые твердые сплавы (сюда относятся кобальтовые легированные стали) завоевали важные области применения в металлообрабатывающей промышленности. Ценные свойства обеспечивают им распространение в разных отраслях индустрии. Вот далеко не полный арсенал изделий, содержащих кобальт: фрезы, сверла, измерительные приборы, штампы, части молотов, шестеренки, зубчатки, валы, подшипники и т. д.

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