Кобальт

Кобальт
Атомный номер	27
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	58,9332 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	125 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	758,1 (7,86) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d7 4s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	116 пм
Радиус иона	(+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,88
Электродный потенциал	0
Степени окисления	3, 2, 0, -1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	8,9 г/см³
Молярная теплоёмкость	24,8[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность	100 Вт/(м·K)
Температура плавления	1 768 K
Теплота плавления	15,48 кДж/моль
Температура кипения	3143 K
Теплота испарения	389,1 кДж/моль
Молярный объём	6,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,505 c=4,089 Å
Отношение c/a	1,632
Температура Дебая	385 K

Кобальт — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum). Простое вещество кобальт (CAS-номер: 7440-48-4) — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Co с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Co с кубической гранецентрированной решёткой, температура перехода α↔β 427 °C.

Схема атома кобальта

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 ещё в древних Ассирии и Вавилоне.

Нахождение в природе

Массовая доля кобальта в земной коре 4·10⁻³%. Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo₂S₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтит CoAs₂ и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10⁻¹⁰%.

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(ClO₃)₂) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — ⁵⁹Co (изотопная распространённость 100^[2] %). Известны еще 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 (решетка 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 состоит из смеси оксидов CoO и Co₂O₃, поэтому в справочниках можно встретить брутто формулу Co₃O₄.
• При высоких температурах можно получить α-форму или β-форму оксида CoO
• Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом. Со₃О₄ + 4Н₂ → 3Со + 4Н₂О.
• Оксид кобальта (II) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например: 2Со(ОН)₂ + O₂ → Co₂O₃ + Н₂O.

Другие соединения

• При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. Co + 3F → CoF₃, но, Co + 2Cl → CoCl₂
• С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую α-форму (при сплавлении порошков) и черную β-форму (выпадает в осадок из растворов).
• При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со₉S₈
• С другими окисляющими элементами, такими как углерод, фосфор, азот, селен, кремний, бор. кобальт тоже образует сложные соединения, являющиеся смесями где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3.
• Кобальт способен растворять водород, не образуя химических соединений. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН₂ и СоН.
• Растворы солей кобальта CoSO₄, CoCl₂, Со(NO₃)₂ придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.
• Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака.

Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли [Co(NH₃)₆]³⁺ желтого цвета и розеосоли [Co(NH₃)₅H₂O]³⁺ красного или розового цвета.

• Также кобальт создаёт комплексы на основе CN⁻, NO₂⁻ и многих других.
• Хлорид кобальта
• Ионные комплексы кобальта

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 и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
• Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.
• ⁶⁰Со используется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.

Биологическая роль

Кобальт, один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В₁₂ (кобаламин). Кобальт задействован при кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Потребность человека в кобальте 0,007-0,015 мг, ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.

Токсикология

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 (LD50 для крыс) — 50 мг. Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со₂(СО)₈.