№27 Кобальт

История открытия:

Название "кобальт" происходит от немецкого слова Kobold, что означает "карлик, охраняющий клады" (горный дух или нечистая сила), или от греческого слова kobalo, что означает "талантливый император". Впервые термин kobelt упоминается в труде Агриколы "О горном деле и металлургии".
Археологи нашли ожерелье из стекла, окрашенного кобальтовой синью, которое было изготовлено за 2500 лет до н.э. Красители, содержащие кобальт, применялись в Китае за 907 - 618 лет до н.э. Металлический кобальт (загрязненный) впервые был получен в 1735 году шведским химиком Г. Брандтом.

Нахождение в природе, получение:

Спектральным анализом было установлено присутствие кобальта в атмосфере Солнца и различных звезд. В природе два стабильных изотопа: ⁵⁹Со и ⁵⁷Со. Содержание в земной коре 4*10^-3%. Кобальт изредка встречается в виде самородков, однако соединения его очень распространены. Важнейшие минералы: карролит CuCo₂S₄₃S₄; кобальтин CoAsS; скуттерудит CoAs₃; шмальтинхлоантин (Co, Ni, Fe) As₃; саффлорит (Co, Fe) As₂.
В небольших количествах кобальт содержится в тканях животных и растений, в частности, он входит в состав витамина В₁₂ (C₆₃H₈₈O₁₄N₁₄PCo).
Металлический кобальт получают восстановлением оксидов, солей, комплексных соединений ([Co(NH₃)₅Cl]Cl₂, [Co(NH₃)₅Cl]CO₃) водородом, углеродом, окисью углерода или метаном (при нагревании), алюмо- или кремнетермическим восстановлением оксидов кобальта, термическим разложением карбонилов Co₂(CO)₈, Co₄(CO)₁₂ и электролизом водных растворов солей CoSO₄*7H₂O или (NH₄)₂SO₄*CoSO₄*6H₂O.

Физические свойства:

В компактном состоянии кобальт представляет собой серебристо-белый с розоватым отливом металл с плотностью 8,83 г/см³, т. пл. 1492° и т. кип. 3185°. Кобальт тверже железа (5,5 по шкале Мооса), более хрупок, чем сталь, обладает ферромагнитными свойствами (которые исчезают при температуре выше 1150°, и образуется парамагнитная модификация), тягуч и плохо поддается ковке. Металлический кобальт известен в двух кристаллических модификациях: a-Co - с плотной гексагональной структурой и b-Co - с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Пирофорный кобальт представляет собой черный порошок, который окисляется на воздухе при обычной температуре, разогреваясь при этом до белого каления. Коллоидный кобальт окрашен в золотисто-коричневый цвет.

Химические свойства:

При обычной температуре металлический кобальт в компактном состоянии устойчив к действию сухого и влажного воздуха, воды, сильных щелочей и разбавленных растворов органических кислот. При температуре выше 300°С покрывается пленкой оксидов. Кобальт-магниевый сплав энергично разлагает воду на холоду.
Порошкообразный кобальт взаимодействует при нагревании с галогенами, серой, фосфором, мышьяком, сурьмой, углеродом, кремнием, бором, но не реагирует с азотом:
Металлический кобальт медленно растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах и быстро - в разбавленной азотной, поскольку нормальный потенциал системы Co/Co²⁺ равен -0,277В:
8Co + 20HNO₃ + (n-10)H₂O = 8Co(NO₃)₂*nH₂O + 2NO + N₂
Под действием дымящей HNO₃ на холоду кобальт пассивируется. Плавиковая кислота и царская водка реагируют с кобальтом на холоду. Расплавленное едкое кали (550°С) также растворяет металлический кобальт.

Важнейшие соединения:

В соединениях кобальт проявляет степень окисления +2 и +3.
Оксид кобальта(II), CoO - амфотерный оксид, вытесняет аммиак из теплых растворов солей аммония; при сплавлении с избытком щелочи образуются кобальтиты ярко-синего цвета, в растворах - гидроксокобальтаты.
Гидроксид кобальта(II) Co(OH)₂,- существует в двух модификациях, слабо растворим в воде, растворяется в теплых концентрированных растворах щелочей, минеральных кислотах и большинстве органических кислот.
Co(OH)₂ катализирует окисление сульфита натрия кислородом воздуха.
Соли кобальта(II) - обычно получают при обработке CoO или Co(OH)₂ различными кислотами. Соли сильных кислот в большинстве растворимы, растворы имеют кислую реакцию благодаря гидролизу. Разбавленные растворы солей содержат катион [Co(H₂O)₆]²⁺ розового цвета. Такова же окраска кристаллогидратов, безводные соли - синего цвета.
Комплексные соединения кобальта (II) довольно неустойчивы и легко окисляются до соединений кобальта (III).
Карбонилы. Известны моно- и полиядерные карбонильные соединения кобальта:
2CoI₂ +8CO + 4Cu = Co₂(CO)₈ + 4CuI
Дигидрид кобальта (темно-серые кристаллы) устойчив под слоем эфира ниже 5°С:
CoCl₂ + 2C₆H₅MgBr + 2H₂ = CoH₂ + 2C₆H₆ + MgBr₂ + MgCl₂
Соединения кобальта (III): известны многочисленные комплексные соединения кобальта (III): катионные ([Co(NH₃)₆]Cl₃), анионные (K₃[Co(CN)₆], нейтральные.
Для комплексов с разными лигандами возможна цис-транс изомерия.
K₃[Co(NO₂)₆] - гексанитритокобальт(III)ат калия, нерастворим, желтый осадок, качественная реакция на соли калия (реагентом служит растворимая соль гексанитритокобальт(III)ат натрия).
Оксид кобальта(II-III), Co₃O₄ - сильный окислитель, растворяется в кислотах с выделением кислорода:
2Co₃O₄ + 6H₂SO₄ = 6CoSO₄ + O₂ + 6H₂O.

Применение:

Компонент твердых жаропрочных, магнитных, коррозионностойких и др. сплавов и покрытий, для получения кобальтсодержащих катализаторов. Радиоактивный изотоп ⁶⁰Co (Т_1/2=5,24с) - источник g-излучений в технике и медицине.
С древности известно применение оксидов CoO и Co₃O₄ при изготовлении синих эмалей и для окраски в синий цвет расплавленного стекла. Способность оксидов кобальта образовывать твердые растворы (окрашенные в синий, зеленый, розовый и другие цвета) с оксидами различных металлов обусловила их применение в керамической и стекольной промышленности.

Батракова А.В.
ХФ ТюмГУ