Рубрикатор
 
Города
Области
Документы
Статьи
О сайте
Почтовые индексы
Контакты

 
 

Кобальт

Кобальт — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum).

Атомный номер - 27

Атомная масса - 58,933

Плотность, кг/м³ - 8900

Температура плавления, °С - 1495

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,414

Электроотрицательность - 1,8

Ковалентный радиус, Å - 1,16

1-й ионизац. потенциал, эв - 7,86

История кобальта

Соединения кобальта (англ. Cobalt, франц. Cobalt, нем. Kobalt) были известны и применялись в глубокой древности. Сохранился египетский стеклянный кувшин, относящийся к ХV в. до н.э., окрашенный солями кобальта, а также голубые стекловидные кирпичи, содержащие кобальт. В древней Ассирии, а также в Вавилоне из кобальта изготовляли лазурит - голубую краску, которой обливали керамические изделия. Вероятно, исходным материалом для получения кобальтовых соединений служил тогда цаффер (Zaffer) - сапфир, содержащий висмут и кобальт; откуда, по-видимому, и произошли названия красок - сафлор, шафран и др. В средние века горняки находили вместе с другими рудами кобальтовую "землю", но не знали, что с ней делать. Иногда эта земля была похожа на серебряную руду, но не содержала никакого серебра. Примесь кобальтовой земли к другим рудам мешала выплавке металлов: с образующимся густым дымом (сульфидов и арсенидов) терялась часть выплавляемого металла. Еще в IV в. у Псевдодемокрита и других авторов встречаются слова, означающие дым, образующийся при обжигании руд, содержащих сульфиды мышьяка. В средние века немецкие горняки,очевидно, желая подчеркнуть свойства кобальтовых земель, называли их коб-ольд (или кобельт), что означало подземный гном, насмешливый дух, бессовестный плут. В древнерусском языке имеются близкие по смыслу слова кобение (гадание), кобь (гадание по птичьему полету); последнее слово интересно сравнить с современным названием птицы - кобчик.

Кобальт в кристалле

Кобальт упоминается у Бирингуччо, Василия Валентина, Парацельса и других авторов XV - XVII вв. В "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) о кобальте говорится: "Кобол кобальт (Koboltum, Kobaltum) или коллет (Colletum) - металлическая материя, чернее свинца и железа, растягивающаяся при нагревании. Кобальт - черная, немного похожая по цвету на золу материя, которую можно ковать и лить, но она не обладает металлическим блеском, и которая представляет собой вредную взвесь, уводящую (при плавке) вместе с дымом хорошую руду". Очевидно, здесь говорится о металлическом кобальте. Тем не менее в истории химии принято считать, что металлический кобальт был впервые описан в 1735 г. упсальским профессором Брандтом. В диссертации "О полуметаллах" Брандт указывает, в частности,что получаемый из руд металлический висмут не представляет собой чистого металла, а содержит "кобальтовый королек" (металлический кобальт). Он же выяснил,что соли кобальта окрашивают стекла в синий цвет. В чистом виде металлический кобальт был получен Верцелиусом.

В русской литературе XVIII и начала XIX в. встречаются названия кобольт, коболт (Соловьев и Страхов, 1824 и в более ранних сочинениях по химии). Двигубский (1824) употребляет название кобальт; в дальнейшем оно становится общепринятым.

Только в конце XVIII столетия трудами ряда ученых, в том числе русского химика Г. И. Гесса, открытие Брандта было подтверждено и узаконено, а за найденным им металлом закрепилось то название, которым мы пользуемся до сих пор, - кобальт.

К этому времени уже был открыт и ближайший химический родственник кобальта-никель. Эти металлы и в природе частенько оказывались рядом, и не случайно перед учеными встал вопрос: как разделять их, чтобы получать и тот, и другой в чистом виде?

Нахождение кобальта в природе

Содержание Кобальт в литосфере 1,8·10-3% по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации Кобальт накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10-2% . С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, Кобальт образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов Кобальт.

В биосфере Кобальт преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения - концентраторы Кобальта, образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация Кобальта - в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10-3% Кобальта, в песчаниках 3·10-5, в известняках 1·10-5. Наиболее бедны Кобальтом песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах Кобальта мало, в Мировом океане его лишь 5·10-8% . Будучи слабым водным мигрантом, Кобальт легко переходит в осадки, адсорбируясь гидрооксидами марганца, глинами и других высокодисперсными минералами.

Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтин CoAs2, скуттерудит (Co, Ni)As3 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 кобальта

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.

Как разделить кобальт и никель?

Ответ на этот вопрос был найден довольно неожиданно. Сложнейшую химическую задачу удалось разрешить... ветеринарному врачу Шарлю Аскину. Дело обстояло так. Все свободное время ветеринар посвящал своему хобби- металлургии. В 1834 году он заинтересовался никелем и его сплавами. Аскин предпринял попытку извлечь никель из руды. Но к несчастью (впрочем, справедливее сказать, к счастью), эта руда содержала к тому же и кобальт. Что же предпринять? Аскин обратился за помощью к владельцу местного химического завода Бенсону. Как выяснилось, тот как раз нуждался в кобальте, который он применял в производстве керамики. Однако и Бенсону не были известны способы разделения этих металлов. После некоторых раздумий они решили воспользоваться для достижения своей цели хлорной известью, точно рассчитали, сколько потребуется ее для работы, и каждый из них приступил к делу.

Бенсон, у которого было достаточно хлорной извести, отмерил нужное ее количество и попытался обработать ею руду, но ничего не добился: из раствора в осадок выпали окиси как того, так и другого металла.

Аскин же, готовясь начать опыты, обнаружил, что располагает лишь половиной расчетного количества хлорной извести. “Вот уж не везет, так не везет”,-должно быть, подумал он, однако все же не стал откладывать эксперимент. Но недаром говорится, что нет худа без добра. К удивлению и радости Аскина, опыт, не суливший ему, казалось бы, никаких успехов, дал желанный результат: кобальт в виде окиси выпал в осадок, а никель, которому не хватило хлорной извести, почти весь остался в растворе. Позднее этот способ был несколько усовершенствован и по сей день широко используется в промышленности для разделения родственных металлов.

Физические свойства кобальта

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.

При обычной температуре и до 417 °С кристаллическая решетка Кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017Å, с = 4,614Å), выше этой температуры решетка Кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370Å). Атомный радиус 1,25Å, ионные радиусы Со2+0,78Å и Со3+0,64Å. Плотность 8,9 г/см3 (при 20 °С); tпл 1493°С, tкип 3100°С. Теплоемкость 0,44 кдж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°С); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·°С) при 0-100 °С. Удельное электросопротивление 5,68·10-8ом·м, или 5,68·10-6 ом·см (при О °С). Кобальт ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Θ = 1121 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м2 (или 50 кгс/мм2) для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/м2 для литого; 700 Мн/м2 для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м2 (или 280 кгс/мм2) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м2для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м2для отожженного.

Химические свойства кобальта

Конфигурация внешних электронных оболочек атома Кобальта 3d74s2. В соединениях Кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со(П), в комплексных - Со(III). Для Со(I) и Co(IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный Кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный Кобальт, полученный восстановлением его оксида водородом при 250 °С (пирофорный Кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный Кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + Н2О = СоО + Н2. С галогенами Кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ2. При нагревании Кобальт взаимодействует с S, Se, P, As, Sb, С, Si, В, причем состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со2Р, Co2As, CoSb2, Со3С, CoSi3). В разбавленных соляной и серной кислотах Кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида СоCl2 и сульфата CoSO4. Разбавленная азотная кислота растворяет Кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Co(NO3)2. Концентрированная HNO3 пассивирует Кобальт. Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25°С 100 г воды растворяют 52,4 г СоCl2, 39,3 г CoSO4, 136,4 г Co(NO3)2]. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со2+ синий гидрооксид Со(ОН)2, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со(ОН)3. Нагревание в кислороде при 400-500 °С переводит СоО в черную закись-окись Со3О4, или СоО·Со2О3 - соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl2О4 или СоО·Al2О3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 году Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси СоО и Al2О3 при температуре около 1000 °С.

Кобальт - физические и химические свойства

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или СоCl2 при 300-400 °С образуется коричневый фторид CoF3. Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO2 осаждает из растворов солей Со (II), содержащих СН3СООН, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K3[Co(NO2)6]. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) - комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органических амины.

Образование соединений кобальта
  • При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. 2Co + 3F2 → CoF3, но, Co + Cl2 → CoCl2
  • 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 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+ жёлтого цвета.

Использование кобальта

Кобальт используется в качестве катализатора при химических реакциях.

Металл используется для создания высокопрочных сталей.

Кобальт-60 используется в медицине.

Биологическая роль кобальта

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.

Кобальт помогает в лечении малокровия. При этом заболевании 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.

Избыток кобальта в организме 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 Со2(СО)8.

Влияние кобальта на животных

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. Гопкалит – это катализатор; он только способствует реакции окисления 2CO + О2 → 2CO2, не входя в состав конечных продуктов.

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...

Сталкивались с акобальтозом, с отсутствием (или недостатком) кобальта в организме, и наши ученые.

Однажды в Академию наук Латвийской ССР пришло письмо, где сообщалось, что в районе одного из болот неподалеку от Риги скот поражен сухоткой, но у лесника, живущего там же, все коровы упитанны и дают много молока. К леснику отправился профессор Я.М. Берзинь. Оказалось, что раньше коровы лесника тоже болели, но потом он стал добавлять им в корм мелассу (кормовую патоку – отход сахарного завода), и животные выздоровели. Исследование показало, что в килограмме патоки содержится 1,5 мг кобальта. Это гораздо больше, чем в растениях, растущих на болотистых почвах. Серия опытов на больных сухоткой баранах рассеяла все сомнения отсутствие микроколичеств кобальта в пище – вот причина страшной болезни. В настоящее время на заводах Ленинграда и Риги для добавок в корм скоту изготовляют специальные таблетки, предохраняющие от заболевания сухоткой в тех районах, где количество микроэлемента кобальта в почвах недостаточно для полноценного питания животных.

 
недорого заказать средство для роста ресниц у нас с доставкой

 Copyright © ProTown.ru 2008-2015
 При перепечатке ссылка на сайт обязательна. Связь с администрацией сайта.