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.
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
Химические свойства
116 пм — Ковалентный радиус
Термодинамические свойства простого вещества
8,9 г/см³ — Плотность (при н. у.)
Кристаллическая решётка простого вещества
гексагональная — Структура решётки
Прочие характеристики
(300 K) 100 Вт/(м·К) — Теплопроводность
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 |
150 пм – high-spin
(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
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
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)
0,442 Дж/г·K (при 15-100 °C)
100 Вт/(м·К) (при 300 K)
Кристаллическая решётка кобальта подробно
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-кобальт |
| 512 | Структура решётки | Гексагональная плотноупакованная |
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.