Кобальт
Материал из Documentation.
Кобальт — химический элемент VIII группы короткой формы (9-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 27, атомная масса 58,933195. В природе один стабильный изотоп 59Co. Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 48-75.[1]
Содержание |
[править] История
Оксид СоО применяли в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания смальты, стёкол, эмалей в синий цвет. В Западной Европе начиная с XVI в. для этого использовали цафру (или сафлор), получаемую обжигом руды «кобольд» (от нем. Kobold — домовой, гном; название было связано с трудностью переработки руды). В 1735 г. Г. Брандт, нагревая смесь цафры с углём и флюсом, выделил металл, который назвал «корольком кобольда». В конце XVIII века это название было изменено на «кобальт».[2]
[править] Распространённость в природе
Содержание кобальта в земной коре составляет 4·10-3 % по массе, в морской воде — 0,005 мг/дм3. Наиболее важные минералы кобальта: кобальтин CoAsS, шмальтин (смальтин) CoAs2, хлоантит (Co, Ni)As2, эритрин Co3(AsO4)2·8H2O. Кобальту сопутствует Ni, Fe, Cu, Mn в полиметаллических рудах. Кобальт входит в состав метеоритов, в микроколичествах содержится в тканях растений и животных.[3]
[править] Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома кобальта 3d74s2, в соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, редко +1, +4, +5; энергии ионизации Co0→Co+→Co2+→Co3+ соответственно равны 7,866, 17,057, 33,500 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,88; атомный радиус 135 пм; ионные радиусы Co2+ 79 пм (координационное число 6), Co3+ 69 пм (координационное число 6).[4]
Кобальт — твёрдый серебристый с розоватым отливом металл. При нормальном давлении существует в виде двух кристаллических модификаций: до температуры 427 °С устойчива α-модификация с гексагональной решёткой; выше 427 °С — β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой; tпл 1495 °С, tкип 2927 °С, плотность 8900 кг/м3. Кобальт — ферромагнетик, точка Кюри 1121 °C.[5]
Компактный кобальт устойчив на воздухе, выше 300 °С покрывается оксидной плёнкой, тонкодисперсный кобальт пирофорен. Кобальт реагирует с кислородом (образуются оксиды кобальта), галогенами (дигалогениды CoX2, где Х — F, Cl, Br, I, и тригалогениды CoХ3, где Х — F, Cl), халькогенами (монохалькогениды CoХ и дихалькогениды CoХ2, где Х — S, Se, Te), фосфором, мышьяком и сурьмой (соответственно фосфиды, арсениды и антимониды сложного состава). В расплавленном состоянии кобальт взаимодействует с углеродом (образуется карбид Со2С), кремнием (силициды Co2Si, СоSi, CoSi2), бором (бориды Сo3B, Со2В, СоВ). Кобальт медленно растворяет азот (образуется твёрдый раствор с содержанием азота до 0,6 % по массе при 600 °С); соединения кобальта с азотом — нитриды Co3N и Co2N — получают косвенным путём. Кобальт растворяет большие количества водорода (без образования химических соединений); соединения кобальта с водородом — гидриды CoH и CoH2 — получают косвенным путём. При сплавлении кобальта с другими металлами образуются интерметаллические соединения и твёрдые растворы.[6]
Кобальт не растворяется в щелочах, медленно взаимодействует с разбавленными минеральными кислотами с образованием соединений Co (II). Концентрированная азотная кислота HNO3 на холоду пассивирует кобальт за счёт формирования на поверхности металла нерастворимой в кислотах оксидной плёнки, при нагревании — окисляет с образованием соединений Со (II). Кобальт образует два ряда солей — соли Со (II), например сульфат CoSO4, нитрат Co (NO3)2, и соли Со (III), например сульфат Co2(SO4)3, нитрат Co (NO3)3. Соли Co (II) устойчивы на воздухе; водные растворы солей Со (II) из-за присутствия аквакомплекса [Co (H2O)6]2+ окрашены в розовый цвет. Соли Со (III) термически нестойки, многие гидролизуются водой, являются сильными окислителями. Из водных растворов соли кобальта выделяются в виде кристаллогидратов, например CoSO4·7Н2О, Co2(SO4)3·18Н2О.[7]
Существует несколько тысяч комплексных соединений кобальта, в том числе комплексы, в которых кобальт формально проявляет степень окисления 0, — карбонилы, например октакарбонилдикобальт Со2(CO)8. Комплексы Co (III) более устойчивы, чем комплексы Co (II). Многие комплексные соединения кобальта имеют большое практическое значение (главным образом в аналитической практике и в гидрометаллургии). Кобальт образует различные кобальторганические соединения.[8]
[править] Биологическая роль
Кобальт — жизненно важный микроэлемент — входит в состав витамина B₁₂ и его коферментных форм. Суточная потребность человека в кобальте 7-15 мкг. При недостатке кобальта в организме развивается злокачественная анемия. Кобальт участвует в процессах обмена веществ: активирует кроветворение, влияет на синтез нуклеиновых кислот, обмен белков, углеводов и жиров, участвует в окислительно-восстановительных реакциях в живом организме. Кобальт входит в состав ферментных систем клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность растений. Пыль металлического кобальта токсична.[9]
[править] Получение
Кобальтсодержащее сырьё подвергают пиро- и гидрометаллургической (с использованием H2SO4 или растворов NH3) переработке. От сопутствующих элементов кобальт отделяют путём фракционного окисления и гидролитического осаждения (удаление Fe, Mn, As), цементации (удаление Cu и Ag), а также экстракции. Для разделения кобальта и никеля кобальт осаждают действием NaClO или Cl2. Металлический кобальт получают восстановительной плавкой Co3O4, образующегося при прокаливании Со (ОН)3; электролизом растворов солей (CoSO4, CoCl2), восстановлением водородом из аммиачных растворов. Объём мирового производства около 132 тыс. т/год (2019).[10]
[править] Применение
До 65 % получаемого кобальта используют как компонент различных сплавов — магнитомягких, магнитотвёрдых, высокопрочных, жаростойких, твёрдых, с заданным термическим коэффициентом расширения и др. Соединения кобальта — катализаторы, пигменты, компоненты стёкол и керамики, микроудобрения. Радиоактивный 60Co (период полураспада T1/2 5,27 года) — источник γ-излучения — применяют в дефектоскопах, в радиотерапии злокачественных опухолей.[11]
[править] Регионы
[править] Африка
[править] ДР Конго
На долю Демократической Республики Конго приходится около 70 % мировой добычи кобальта.[12]
В 2021 году в Конго было добыто 118 тыс. тонн кобальта.[13]
