КОБАЛЬТ — щедрый подарок горных духов
В Саксонии с давних времен добывали цветные металлы. Частенько горняки добывали казалось бы серебряную руду, но выплавить серебро не получалось. А при плавке руда выделяла газ, от которого травились рабочие. Такую «нечистую» руду шахтеры называли «кобольд». Считалось, что злые духи подземелий (кобольды) вредят шахтерам, прячут хорошую руду и подсовывают ядовитую.
Отсюда и происхождение названия — кобальт. В этом случае никель и наш герой — родные братья. Оба получили названия от языческих горных духов.
Кто нашел «вредного духа»
История открытия проста. Георг Брандт, шведский химик и минералог (по совместительству начальник Шведского королевского монетного двора) любил мышьяк. Не в смысле гастрономическом, а как ученый. Но в ходе исследований любимого элемента ученый нашел методы получения некоторых металлов, разработал способы получения основных кислот (серной, азотной, соляной). А еще определил, что за вредный дух мешает добывать серебро горнякам.
В руде имелся неизвестный раньше элемент, его Брандт назвал кобальтом. Еще химик выяснил, что соли найденного металла окрашивают стекло в восхитительный синий цвет.
Мартин Руланд, немецкий врач и алхимик, работавший при дворе императора Рудольфа II, в своем «Алхимическом лексиконе» писал:
«Кобальт (Koboltum, Kobaltum) или коллет (Colletum) … черная, немного похожая по цвету на золу материя, которую можно ковать и лить, она не обладает металлическим блеском, и представляет собой вредную взвесь, уводящую (при плавке) вместе с дымом хорошую руду». Очевидно, здесь говорится о металлическом кобальте.
Свойства металла
Кобальт — элемент периодической таблицы Менделеева под номером 27. Его относят к металлам, он имеет белый или желтоватый серебристый цвет. Имеет синеватый или розоватый отлив.
Физические свойства металла:
Кобальт ферромагнетик, как и два его соседа по таблице Менделеева — железо и никель.
Химические свойства металла обусловлены его степенями окисления — +2, +3, 0.
Холодная концентрированная азотная кислота пассивирует Co.
Щелочи реагируют с водными растворами солей, при этом образуется гидроксид Со(ОН)2.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Кобальт / Cobaltum (Co), 27 |
| Атомная масса (молярная масса) | 58,933194(4) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d7 4s2 |
| Радиус атома | 125 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 116 пм |
| Радиус иона | (+3e) 63 (+2e) 72 пм |
| Электроотрицательность | 1,88 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | E0(Co2+/Co) = −0,277 В |
| Степени окисления | 3, 2, 0, −1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,9 г/см³ |
| Температура плавления | 1768 K |
| Температура кипения | 3143 K |
| Уд. теплота плавления | 15,48 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 389,1 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,8[1] Дж/(K·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 |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 100 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-48-4 |
Водорастворимые соли кобальта дарят воде розовый цвет. Растворенные в ацетоне, эти соли окрашивают раствор в синий цвет.
Месторождения кобальтсодержащих руд
В природе нахождение таких руд вроде не проблема. Кобальтсодержащих минералов геологи насчитывают более 130. Вопрос в том, сколько именно металла содержит руда.
Собственно кобальтовых минералов всего около 40.
Но в большинстве кобальтсодержащие руды металла содержат до 3%.
Детский труд на богатейших шахтах
Конго — одна из беднейших и коррумпированных стран. Зато в ее недрах находятся бесценные сокровища. Страна занимает первое место в мире по добыче кобальта (около 60%). Добычу ведут в самодельных шахтах, практически руками и молотком. Треть из работающих в шахтах дети школьного возраста. За 12-ти часовой рабочий день малолетний работник получает 3-4 доллара США.
Остальные страны обделены этим ценным ресурсом:
Получение и марки кобальта
Получение нашего героя зависит от выплавки… меди и никеля. Наш герой — побочный продукт этих производств. Делается это методами пирометаллургии, выщелачиванием с последующей алюминотермией.
| Марка кобальта | Вид выпуска, содержание Co |
| К0 | не менее 99,98% Со |
| виталлиум | 62-65% Со |
| стеллита | 50% Со |
| викаллой | 52% Со |
| К2 | не менее 98,3% Со |
| ПК-1у | Порошок металлического кобальта, (Co не меньше 99,35%) |
Выпускается в виде проволоки, слитков, полос, пластин.
Чем хорош и плох кобальт
Достоинствам нашего героя позавидуют многие металлы.
Применение металла: инструменты, краски, электроника
Использование кобальта ограничено его ценой, иначе он применялся бы гораздо шире. Но в производстве инструментальных материалах металл необходим. Знаменитый советский сплав «победит» (помните, победитовые сверла) кроме кобальта содержит вольфрам.
Продукция из кобальта и его соединений — это сплавы с особыми свойствами, сердечники электромоторов и трансформаторов.
Квантовые генераторы и усилители, печатные схемы в радиоэлектронике, авиационная и космическая промышленности — везде отметился наш герой.
Такие «специальные шпионские» чернила обычному человеку не нужны. Это был повод арестовать Мату Хари.
Синий, желтый, фиолетовый…
Декорирование керамики и стекла началось еще в античные времена. Венеция с ее знаменитыми мастерами по стеклу использовала соли кобальта для окраски стеклянных изделий в глубокий синий цвет. И не только синий. Фосфорнокислая соль имеет фиолетовый цвет; соль Фишера — желтый; сульфат кобальта ярко-розового цвета, есть соль зеленая. Все эти соли применяют в производстве масляных красок и для росписи фарфоровых изделий.
Бесценные вазы, чаши, шкатулки эпохи Мин украшают крупнейшие музеи и редкие частные коллекции. Вся эта керамика украшена голубой росписью кобальтовых красок.
От кобальтовой пушки до домика в деревне
Изотоп 60Co — источник гамма-излучения. У него довольно широкий спектр применения:
Биологическая роль металла велика, но тут действует принцип «в капле лекарство, в ложке яд».
Наш герой — необходимый компонент витамина В-12, его недостаток вызывает болезни у людей и животных.
Препараты с кобальтом — необходимая составляющая комбикормов. Добавьте немного солей кобальта в любимый пруд, и получите хороший прирост рыбы.
Применение кобальта в электронике необходимо. Батарейки, аккумуляторы, некоторые детали электроники невозможно сделать без кобальта.
Металлический порошок используют как катализатор при синтезе бензина, производстве маргаринов и спредов.
Вперед, к электромобилю
Автомобили с ДВС морально устарели, опасны в плане экологии. В общем, пора переходить на электромобили. Мешает массовому переходу на электромобили …кобальт. Вернее, литий-ионные аккумуляторы, где этот металл нужен, причем в немалых количествах. Правда, производители аккумуляторов ищут пути к уменьшению в них содержания драгоценного металла.
Наши любимые кошки: зачем им наш герой?
Им-то он точно не нужен. Нужен их хозяевам. Дорогие наполнители для кошачьих лотков (туалетов) содержат «индикатор влажности» — цветные кусочки соли двухвалентного кобальта. Его особенность — менять цвет с синего на розовый при увлажнении. То бишь, справила ваша кошечка малые дела в лоток, и индикаторные кусочки изменили цвет. Меняйте наполнитель.
Сплавляем металлы
В сверхлегированных никелевых сплавах наш герой занимает почетное место.
Для промышленности характеристики сплавов просто блестящие. Они бывают жаропрочными, износостойкими, сверхтвердые.
Сверхтвердые стеллитовые сплавы содержат кобальт и хром.
Как легирующая добавка наш герой входит в состав быстрорежущих инструментальных сталей, но в них целое содружество металлов:
Дисперсионно закаленные сплавы нержавейки применяют для изготовления приводов, клапанов и в нефтяной промышленности.
Ферромагнитные свойства металла используют в сплавах с самарием. Кобальт-самариевые магниты имеют большую магнитную силу, чем ферритовые и могут работать при высоких температурах.
Цена металла на LME
Стоимость тонны кобальта на Лондонской бирже металлов составляет 29500,0 US$ (цена указана на 27.05.2020).
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Кобальт – характеристика элемента таблицы Менделеева
Главная страница » Кобальт – характеристика элемента таблицы Менделеева
Кобальт (Co) — переходный металл с d-блоком, обладающий характерным голубовато-белым цветом. Согласно перечню периодической таблицы Д.И. Менделеева, занимает 27 позицию (находится между Железом и Никелем). Следует отметить много общих химических и физических свойств Кобальта с этими двумя элементами. Природная структура Кобальта — стабильный изотоп (59Co), но существует также искусственный изотоп (60Co), являющийся источником гамма-излучения.
Подробнее относительно химического элемента Co
Этому химическому элементу присущи две основные степени окисления (2+, 3+). Обычная степень окисления простых соединений — Co2 +. В зависимости от геометрии и окружающей среды, ко-ионные радиусы варьируются в диапазоне 56 — 90 мкм.
Кобальт является переходным, совместимым, сидерофильным (халькофилом и литофилом) веществом. Этот элемент имеет высокую температуру плавления, достигающую значения 1495°C, плюс является ферромагнитным.
Для структуры металла характерной является электроотрицательность на уровне 1,88 по шкале Полинга, показывающая первый потенциал ионизации 7,88 эВ.
Исторические сведения по элементу и практика применения
Минерал упоминается историей бронзового века. Тогда в основном применялся для обработки стекла и керамики с целью получения оригинальной расцветки. Название, по всей видимости, исходит от немецкого «kobald» (гоблин, злой дух) и греческого «cobalos» (мой). Как чистый металл впервые получен в 1735 году шведским химиком Георгом Брандтом.
Минерал пользовался низким спросом до начала двадцатого века, до момента появления кобальт-хромовых сплавов. Увеличение спроса отметилось на значительном уровне после Второй мировой войны. Причиной явилось применение Кобальта высокой чистоты в конструкциях реактивных двигателей и газовых турбин.
Далее спрос лишь увеличивался. На современном этапе широкое использование Кобальта отмечается в качестве важного компонента материалов, применяемых в высокотехнологичных отраслях промышленности, включая:
Будучи переходным металлом, как и железо, Кобальт допускает намагничивание, поэтому широко применяется для изготовления магнитов. Легирование алюминием и никелем способствует созданию особенно мощных магнитов. Кобальтовые сплавы применяются в конструкциях реактивных турбин, а также в системах газотурбинных генераторов для обеспечения свойств термостойкости.
Таким, примерно, выглядит минеральный Кобальт, то есть присутствующий именно в составе полезных ископаемых, добываемых на промышленно-производственных рудниках
Металл применяется в гальванике по причине привлекательного внешнего вида, высокой степени твёрдости, стойкости на окисление. Следовательно, достаточно высока стойкость такого металла и относительно коррозии. Соли Кобальта на протяжении длительного времени применялись для получения ярких синих цветов:
Это один из тех химических элементов, что выступают критически важными металлами для чистой энергии. Применяется активно в структуре литий-ионных батарей.
На каждый выпускаемый с конвейера современный электромобиль затрачивается не менее 9,5 кг металла.
Искусственный радионуклид (60Co) находит активное применение в лечебной практике злокачественных опухолей, выступая индикаторным компонентом лучевой терапии.
Геохимическая характеристика химического элемента Кобальт
Минерал часто ассоциируется с рудами:
из которых, чаще всего, получается как побочный продукт. Основные рудные месторождения обнаружены в Катанге (Демократическая Республика Конго). Вместе с тем, недавние открытия свидетельствуют о присутствии Кобальта в центральной части Тихого океана. Между тем, горнодобывающая и металлургическая деятельность в этом направлении сопровождается существенным загрязнением почвы, воды, прилегающей инфраструктуры.
Кобальт образует ряд минералов:
Химический элемент широко распространён в магматических, осадочных породах и минералах. Кобальт также присутствует в структуре обнаруженных остатков метеоритов. Средний показатель содержания в земной коре составляет примерно 25–30 частей на миллион. Однако, несмотря на широкое распространение, этот химический элемент занимает лишь 33-е место по содержанию и встречается реже, чем все другие переходные металлы, за исключением скандия.
Ещё один пример наличия Кобальта в структуре руды, полученной по результатам добычи полезных ископаемых
Тем не менее, отмечается существенно большее рассредоточение минерала в земной коре, чем любого из рода таких элементов. Концентрированные месторождения полезных ископаемых встречаются редко. Среднее содержание Кобальта в составе хондритов CI, оцененное в рамках нескольких исследований, довольно стабильно, колеблется от 500 до 513 частей на миллион.
Объёмная земля имеет содержание Кобальта на уровне 880 ppm, что ниже, чем в металлическом ядре (0,25%). Содержание элемента в основной части континентальной коры колеблется в рамках 15-30 частей на миллион. В частности, Кобальт наиболее распространён в ультраосновных породах при средней концентрации 110 ppm.
В процессе дифференциации базальтовой магмы большая часть химического элемента попадает в ферромагнезиальные минералы. Содержание кобальта в этих минералах зависит от общего количества узлов решетки (Fe-Mg) и не зависит от соотношения (Fe/Mg). Кобальт прочно связан с Магнием (Mg) в составе гранитных пород и ведёт себя аналогично Магнию в отношении распределения между метаморфическими минералами. Определение, как Кобальта, так и Магния выглядит избирательным при более низких степенях метаморфизма.
Кобальт как естественный химический элемент
Это тот естественный химический элемент, что встречаются в составе воздуха, почвы, растений, воды. Средняя концентрация в открытом океане крайне низкая (
40 пмоль/кг), что частично отражает короткое время пребывания элемента. Простое соединение (Co2 +) является основным водным организмом для морской среды.
Существует масса предположений относительно способа поглощения Кобальта глубоководными марганцевыми конкрециями и корками. Минерал, как правило, связан с оксигидроксидами Марганца или Железа. Кобальт способен замещать обменное простое соединение (Co2 +) в морских манганатах, после чего окисляться до соединения (Co3 +) через Марганец (Mn4 +). Вместе с тем соединение (Co3 +) способно заменять соединение (Fe3 +) в минералах оксигидроксида железа.
Металлический Кобальт в чистом виде — вариант химического элемента, полученного в виде переходного металла, который может использоваться для нужд промышленности
Также отмечается присутствие в составе бёрнессита в виде Co (II) при pH 7 и Co (III) выше pH 8. Состав и химия Кобальта в воде в земных средах в настоящее время является важным направлением исследований, поскольку состав раствора имеет критическое влияние на биологическую активность в окружающей среде. Несмотря на отсутствие всеобъемлющих данных о водных концентрациях в почвенных поровых водах, грунтовых и поверхностных водах, естественные концентрации химического элемента варьируются в основном от 0,006 мг/л до 0,43 мг/л.
Этот химический элемент считается умеренно подвижным с активностью в 10 раз меньшей, чем у Натрия. Химия демонстрирует преобладание степени окисления Co (II) в водной фазе земных сред, в первую очередь из-за чрезвычайно низкой растворимости Co (III). Нет единого мнения о важности комплексообразования Co (II) в фазе раствора в земных средах. Как нет такого мнения и о природе основных связывающих неорганических и органических лигандов.
Кинетика комплексообразования Со (II) и диссоциации от природных органических комплексообразующих лигандов такова, что видообразование, вероятно, значительно отличается от оценок, основанных на расчетах термодинамического равновесия. В результате точное понимание биодоступности, токсичности и транспорта в наземных водных средах достигается только тогда, когда термодинамика согласуется с кинетикой реакции.
Биологическое применение и степень токсичности
Кобальт является важным микроэлементом жизни. Этот элемент играет важную роль в биохимических реакциях, необходимых для жизнедеятельности, особенно в коферменте кобаламине (ко-хелатированный на четыре атома азота в центре порфириноподобной структуры). Кобаламин имеет сложную биохимию, и существует ряд кобаламин-зависимых ферментов.
Кобаламинзависимые ферменты влияют на образование узелков и фиксацию N2 у бобовых растений. Ферменты допустимо использовать для снабжения сельскохозяйственных культур азотом. Дефицит кобальта влияет на развитие, функцию и азот-фиксацию узелков.
Кобаламин, также называемый витамином B-12, необходим для здоровья, питания и роста человека и животных. Необходимая сумма очень небольшая. Потребление Кобальта с пищей оценивается в пределах 5–40 мг/день среди населения в целом.
Понимание факторов, влияющих на поглощение элемента растениями в различных типах почв, имеет значение для качества пищевых продуктов и возможного восстановления загрязненных участков. Соответствующие педогенные (почвообразующие) процессы, способствующие поглощению металла из почвы растениями, включают:
В почвах химический элемент фиксируется оксидами Магния в неэкстрагируемой форме, и биодоступность обратно пропорциональна содержанию Магния в почве. Высокое и частое воздействие Кобальта способно влиять на нервную систему и вызвать аксонопатию. Хроническое вдыхание кобальтовой пыли способно приводить к диффузно-воспалительным реакциям слизистой оболочки бронхов и хроническим заболеваниям дыхательных путей.
В больших дозах некоторые формы Кобальта являются канцерогенными. Некоторые виды растений, также называемые металлофитами, адаптировались к естественным и загрязненным почвам, богатым кобальтом. Среди этих металлофитов некоторые способны накапливать металл в побегах растений (> 300 ppm, без симптомов токсичности и задержки роста).
При помощи информации: ResearchGate
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Кобальт, свойства атома, химические и физические свойства
Кобальт, свойства атома, химические и физические свойства.
58,933194(4) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2
Кобальт — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 27. Расположен в 9-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.
Общие сведения:
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Кобальт |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Cobaltum |
| 104 | Английское название | Cobalt |
| 105 | Символ | Co |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 27 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Переходный, тяжёлый металл |
| 109 | Открыт | Георг Брандт, Швеция, 1735 г. |
| 110 | Год открытия | 1735 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Твердый, блестящий, серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 2 аллотропные модификации кобальта: |
— α-кобальт гексагональной плотноупакованной решёткой,
Кобальт — чем интересен и где используется металл. Электронная конфигурация, свойства кобальта и его применение
Общие сведения:
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Кобальт |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Cobaltum |
| 104 | Английское название | Cobalt |
| 105 | Символ | Co |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 27 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Переходный, тяжёлый металл |
| 109 | Открыт | Георг Брандт, Швеция, 1735 г. |
| 110 | Год открытия | 1735 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Твердый, блестящий, серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 2 аллотропные модификации кобальта: |
— α-кобальт гексагональной плотноупакованной решёткой,
— β-кобальт с кубической гранецентрированной решёткой. 115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга* 116 Конденсат Бозе-Эйнштейна 117 Двумерные материалы 118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 % 119 Содержание в земной коре (по массе) 0,003 % 120 Содержание в морях и океанах (по массе) 8,0·10-8 % 121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 0,0003 % 122 Содержание в Солнце (по массе) 0,0004 % 123 Содержание в метеоритах (по массе) 0,059 % 124 Содержание в организме человека (по массе) 2,0·10-6 %
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%.
Свойства металла
Кобальт — элемент периодической таблицы Менделеева под номером 27. Его относят к металлам, он имеет белый или желтоватый серебристый цвет. Имеет синеватый или розоватый отлив.
Физические свойства металла:
Кобальт ферромагнетик, как и два его соседа по таблице Менделеева — железо и никель.
Рекомендуем: ЛИТИЙ — в космосе, на земле, под водой
Химические свойства металла обусловлены его степенями окисления — +2, +3, 0.
Холодная концентрированная азотная кислота пассивирует Co.
Щелочи реагируют с водными растворами солей, при этом образуется гидроксид Со(ОН)2.
Свойства атома
Кобальт / Cobaltum (Co), 27 — Название, символ, номер 58,933194(4) а. е. м. (г/моль) — Атомная масса(молярная масса) [Ar] 3d7 4s2 — Электронная конфигурация 125 пм — Радиус атома
Химические свойства
116 пм — Ковалентный радиус (+3e) 63 (+2e) 72 пм — Радиус иона 1,88 (шкала Полинга) — Электроотрицательность E0(Co2+/Co) = −0,277 В — Электродный потенциал 3, 2, 0, −1 — Степени окисления 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) — Энергия ионизации (первый электрон)
Термодинамические свойства простого вещества
8,9 г/см³ — Плотность (при н. у.) 1768 K — Температура плавления 3143 K — Температура кипения 15,48 кДж/моль — Уд. теплота плавления 389,1 кДж/моль — Уд. теплота испарения 24,8[1] Дж/(K·моль) — Молярная теплоёмкость 6,7 см³/моль — Молярный объём
Кристаллическая решётка простого вещества
гексагональная — Структура решётки a=2,505 c=4,089 Å — Параметры решётки 1,632 — Отношение c/a 385 K — Температура Дебая
Прочие характеристики
(300 K) 100 Вт/(м·К) — Теплопроводность 7440-48-4 — Номер CAS
Водорастворимые соли кобальта дарят воде розовый цвет. Растворенные в ацетоне, эти соли окрашивают раствор в синий цвет.
Месторождения кобальтсодержащих руд
В природе нахождение таких руд вроде не проблема. Кобальтсодержащих минералов геологи насчитывают более 130. Вопрос в том, сколько именно металла содержит руда.
Собственно кобальтовых минералов всего около 40.
Но в большинстве кобальтсодержащие руды металла содержат до 3%.
Кобальт добывают из сернистых медно-никелевых, окисленных кобальто-медных, силикатно-оксидных никелевых месторождений.
Свойства атома кобальта :
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 58,933194(4) а.е.м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M15 N2 O0 P0 Q0 R0 |
204 Радиус атома (вычисленный) 152 пм 205 Эмпирический радиус атома* 135 пм 206 Ковалентный радиус* 126 пм – low-spin,
150 пм – high-spin 207 Радиус иона (кристаллический) Co2+ low spin
(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) 208 Радиус Ван-дер-Ваальса 209 Электроны, Протоны, Нейтроны 27 электронов, 27 протонов, 32 нейтрона 210 Семейство (блок) элемент d-семейства 211 Период в периодической таблице 4 212 Группа в периодической таблице 9-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 8-ой группы) 213 Эмиссионный спектр излучения 
Электронная схема кобальта
Co: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 →
Co3+: 1s22s22p63s23p64s23d4
You need to enable JavaScript to run this app.
Порядок заполнения оболочек атома кобальта (Co3+) электронами:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d →
5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на
‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
Кобальт имеет 27 электронов,
заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
4 электрона на 3d-подуровне
Химические свойства кобальта:
Co3+ + e— → Co2+, Eo = +1,808 В,
Co3+ + 3e— → Co, Eo = +0,4 В 306 Энергия сродства атома к электрону 63,7 кДж/моль
Валентные электроны кобальта
Количество валентных электронов в атоме кобальта — 9.
Ниже приведены их квантовые числа (N — главное, L — орбитальное, M — магнитное, S — спин)
| s | 4 | 0 | 0 | +1/2 |
| s | 4 | 0 | 0 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | -2 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | -1 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 0 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 1 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 2 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | -2 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | -1 | -1/2 |
Степени окисления, которые может проявлять кобальт: +1, +2, +3, +4, +5
Ионы кобальта
3+Валентность Co
Атомы кобальта в соединениях проявляют валентность V, IV, III, II, I.
Валентность кобальта характеризует способность атома Co к образованию хмических связей.
Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании
химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Co 3+
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для иона Co эти числа имеют значение N = 3, L = 2, Ml = 0, Ms = ½
Оксиды
Другие соединения
Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли [Co(NH3)6]3+ желтого цвета и розеосоли [Co(NH3)5H2O]3+ красного или розового цвета.
Физические свойства кобальта:
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность | 8,90 г/см3 (при 0 °C/20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), |
8,86 г/см3 (при 1495 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) 402 Температура плавления* 1495 °C (1768 K, 2723 °F) 403 Температура кипения* 2927 °C (3200 K, 5301 °F) 404 Температура сублимации 405 Температура разложения 406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом 407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* 16,06 кДж/моль 408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* 377 кДж/моль 409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении 0,421 Дж/г·K (при 25 °C),
0,442 Дж/г·K (при 15-100 °C) 410 Молярная теплоёмкость* 24,81 Дж/(K·моль) 411 Молярный объём 6,7 см³/моль 412 Теплопроводность 100 Вт/(м·К) (при стандартных условиях),
100 Вт/(м·К) (при 300 K) 413 Коэффициент теплового расширения 13,0 мкм/(М·К) (при 25 °С) 414 Коэффициент температуропроводности 415 Критическая температура 416 Критическое давление 417 Критическая плотность 418 Тройная точка 419 Давление паров (мм.рт.ст.) 420 Давление паров (Па) 421 Стандартная энтальпия образования ΔH 422 Стандартная энергия Гиббса образования ΔG 423 Стандартная энтропия вещества S 424 Стандартная мольная теплоемкость Cp 425 Энтальпия диссоциации ΔHдисс 426 Диэлектрическая проницаемость 427 Магнитный тип 428 Точка Кюри* 429 Объемная магнитная восприимчивость 430 Удельная магнитная восприимчивость 431 Молярная магнитная восприимчивость 432 Электрический тип 433 Электропроводность в твердой фазе 434 Удельное электрическое сопротивление 435 Сверхпроводимость при температуре 436 Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости 437 Запрещенная зона 438 Концентрация носителей заряда 439 Твёрдость по Моосу 440 Твёрдость по Бринеллю 441 Твёрдость по Виккерсу 442 Скорость звука 443 Поверхностное натяжение 444 Динамическая вязкость газов и жидкостей 445 Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных 446 Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных 446 Предел прочности на растяжение 447 Предел текучести 448 Предел удлинения 449 Модуль Юнга 450 Модуль сдвига 451 Объемный модуль упругости 452 Коэффициент Пуассона 453 Коэффициент преломления
Кристаллическая решётка кобальта подробно
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-кобальт |
| 512 | Структура решётки | Гексагональная плотноупакованная |
513 Параметры решётки a = 2,505 Å, c = 4,089 Å 514 Отношение c/a 1,632 515 Температура Дебая 385 K 516 Название пространственной группы симметрии P63/mmc 517 Номер пространственной группы симметрии 194 521 Кристаллическая решётка #2 β-кобальт 522 Структура решётки Кубическая гранецентрированная
523 Параметры решётки 3,537 Å 524 Отношение c/a 525 Температура Дебая 526 Название пространственной группы симметрии 527 Номер пространственной группы симметрии
Степень окисления кобальта
Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле
между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается
заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается,
то степень окисления положительная.
Степень окисления иона Co3+ = 3
Получение и марки кобальта
Получение нашего героя зависит от выплавки… меди и никеля. Наш герой — побочный продукт этих производств. Делается это методами пирометаллургии, выщелачиванием с последующей алюминотермией.
| Марка кобальта | Вид выпуска, содержание Co |
| К0 | не менее 99,98% Со |
| виталлиум | 62-65% Со |
| стеллита | 50% Со |
| викаллой | 52% Со |
| К2 | не менее 98,3% Со |
| ПК-1у | Порошок металлического кобальта, (Co не меньше 99,35%) |
Выпускается в виде проволоки, слитков, полос, пластин.
Кобальт металлический
Идет на марки стали К0, К1, К1А, К1Ау. Из сырья выплавляют слитки, прокатывают листы для нужд химической, электротехнической промышленности.
Слитки и чушки кобальтовые К1АУ
Содержание Co колеблется от 99,98% (для К0) до 98,3% для К2.
Кобальт порошковый
Исходник для стали марки ПК-1у. Металлический продукт содержит как минимум 99,35% Co. Это порошковая масса, сформированная методом электролиза. Из нее делают аккумуляторы, гальванопокрытия, катализаторы, присадки.
Кобальт порошковый
Основные производители продукции из кобальта в России – «Норильский никель» и «Кольская ГМК».
Стоимость металлического кобальта
Из-за политической ситуации в бассейне реки Конго в конце 1970-х годов цена на кобальт за год поднялась на 2000 %.
На 15 января 2018 года стоимость кобальта на мировом рынке, по данным London Metal Exchange, составляет 75 000 долл./т.
Как используется
Применение кобальта незаменимо в суровых условиях: запредельные механические нагрузки, аномально высокие температуры, угроза размагничивания.
Почти весь продукт забирает промышленный комплекс. Слитки, пластины, проволока, порошок выпускаются из чистого металла, сплавов и соединений.
Сплавы
Металл добавляют к сплавам, чтобы сделать тверже. Для этого металлический порошок кобальта спекают с карбидами титана либо вольфрама.
Ассортимент из сплавов широк:
Новейшие направления использования кобальта – электроника и радиотехника. Из металла и сплавов получают компоненты печатных плат для квантовых генераторов и усилителей.
Металл
Металлический порошок кобальта добавляют к сталям для повышения жаропрочности, твердости, других кондиций.
Соединения
Соединения металла обеспечивают премиальные характеристики продукции из них:
Самое красивое применение Co-соединений – бытовой стеклянный ассортимент. Мелкая пластика, вазы, конфетницы, фужеры, фруктовницы великолепны.
Синий цвет, создаваемый добавкой порошка металла к расплавленной стекломассе, так и назвали – кобальтовым.
Другие формы
Изотоп металла искусственного происхождения кобальт-60 востребован как источник γ-излучения (гамма-нож, гамма-дефектоскопия, стерилизация).
Биологическая роль
Кобальт — один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина B12 (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 тела. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.
Суточная потребность в кобальте
Суточная потребность в кобальте очень невелика, обычно составляет 0,1 – 0,8 мг для здорового взрослого человека. Обычно дневную норму кобальта человек получает из пищи.
Признаки нехватки кобальта
Признаками нехватки в организме человека кобальта являются участившиеся заболевания системы кровообращения и эндокринной. Причиной недостатка кобальта обычной служат хронические заболевания органов пищеварения (гастрит, язва двенадцатиперстной кишки).
Токсикология
Кобальт и его соединения токсичны. Известны также соединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием (например, сульфат).
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 Co2(СО)8.
Предостережение
О том, что кобальт и его соединения токсичны, рудокопы Саксонии знали еще пятьсот лет назад.
Наука это подтвердила, уточнив список. Канцерогенами и мутагенами признаны сульфаты металла.
Тем не менее, полвека назад некоторые пивовары использовали соли металла, чтобы плотная пена подольше «украшала» поверхность напитка в кружке. Фанаты пива получали проблемы с сердцем, иногда умирали. Подобные случаи фиксировались в Бельгии, США, Канаде. С тех пор применение таких ингредиентов официально запрещено. Другой вопрос – выполняется ли запрет.
Предельно допустимое содержание кобальта в питьевой воде – 0,01 мг на литр, пыли в воздухе – 0,51 мг на кубометр.
Смертельная доза, проверенная на крысах, – 50 мг.