Кобальт

27 Железо ← Кобальт → Никель Co ↓ Rh 27Co
Внешний вид простого вещества
Блестящий, серебристо-белый металл
Свойства атома
Название, символ, номер	Кобальт / Cobaltum (Co), 27
Атомная масса (молярная масса)	58,933194(4)[1] 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[2] 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

Ко́бальт — химический элемент с атомным номером 27^[3]. Принадлежит к 9-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе VIII группы, или к группе VIIIB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 58,933194(4) а. е. м.^[1]. Обозначается символом Co (от лат. Cobaltum). Простое вещество кобальт — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Co с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Co с кубической гранецентрированной решёткой, температура перехода α↔β 427 °C^[2].

Происхождение названия

Название химического элемента кобальт происходит от нем. Kobold — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа Кобольда. Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа. В этом происхождение названия кобальта схоже с происхождением названия никеля.

В 1735 году шведский минералог Георг Брандт сумел выделить из этого минерала неизвестный ранее металл, который и назвал кобальтом. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне.

История

Соединения кобальта известны человеку с глубокой древности. Синие кобальтовые стёкла, эмали, краски находят в гробницах Древнего Египта. Так, в гробнице Тутанхамона нашли много осколков синего кобальтового стекла; неизвестно, было ли приготовление стёкол и красок сознательным или случайным.

Первое приготовление синих красок относится к 1800 году.

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, смальтин CoAs₂, скуттерудит (Co, Ni)As₃ и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют мышьяк, железо, никель, хром, марганец и медь.

Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10⁻¹⁰%.

Месторождения

Также есть богатые месторождения в Демократической Республике Конго (6 млн.т.), Австралии (1 млн.т.), Кубе (500 тыс.т.), Филиппинах (290 тыс.т.), Канаде (270 тыс.т.), Замбии (270 тыс.т.), России (250 тыс.т.), а также в США, Франции и Казахстане.^[4]

Получение

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(II) (Co(ClO₃)₂) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

Изотопы

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — ⁵⁹Co (изотопная распространённость 100^[5] %). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта.

Физические свойства

Кобальт — твёрдый 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 придаёт тонкий слой оксидов.

Химические свойства

Оксиды

• На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.
• Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co₃O₄, имеющий структуру шпинели, в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co²⁺, а другая — ионами Co³⁺; разлагается с образованием CoO при температуре выше 900 °C.
• При высоких температурах можно получить α-форму или β-форму оксида CoO.
• Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом:

${\displaystyle {\mathsf {Co_{3}O_{4}+4H_{2}\rightarrow 3Co+4H_{2}O}}}$

• Оксид кобальта(III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например:

${\displaystyle {\mathsf {4Co(OH)_{2}+O_{2}\rightarrow 2Co_{2}O_{3}+4H_{2}O}}}$

Другие соединения

• При нагревании кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором.

${\displaystyle {\mathsf {2Co+3F_{2}\rightarrow 2CoF_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Co+Cl_{2}\rightarrow CoCl_{2}}}}$

• 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 путём синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта CoH₂ и CoH.
• Растворы солей кобальта CoSO₄, CoCl₂, Со(NO₃)₂ придают воде бледно-розовую окраску, поскольку в водных растворах ион Co²⁺ существует в виде аквакомплексов [Co(H₂O)₆]²⁺ розового цвета. Растворы солей кобальта в спиртах тёмно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.
• Кобальт образует комплексные соединения. В степени окисления +2 кобальт образует лабильные комплексы, в то время как в степени окисления +3 — очень инертные. Это приводит к тому, что комплексные соединения кобальта(III) практически невозможно получить путём непосредственного обмена лигандов, поскольку такие процессы идут чрезвычайно медленно. Наиболее известны аминокомплексы кобальта.

Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли (например, [Co(NH₃)₆]³⁺) жёлтого цвета и розеосоли (например, [Co(NH₃)₅H₂O]³⁺) красного или розового цвета.

• Также кобальт образует комплексы с CN⁻, NO₂⁻ и многими другими лигандами. Комплексный анион гексанитрокобальтат [Co(NO₂)₆]^3- образует нерастворимый осадок с катионами калия, что используется в качественном анализе.

Применение

• Легирование кобальтом стали повышает её жаропрочность, улучшает механические свойства. Из сплавов с применением кобальта создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и т. п.
• Магнитные свойства сплавов кобальта находят применение в аппаратуре магнитной записи, а также сердечниках электромоторов и трансформаторов.
• Для изготовления постоянных магнитов иногда применяется сплав, содержащий около 50 % кобальта, а также ванадий или хром.
• Кобальт применяется как катализатор химических реакций.
• Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов.
• Силицид кобальта — отличный термоэлектрический материал, он позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
• Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.
• ⁶⁰Со используется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.

Биологическая роль

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 тела. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.

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^[6][7].

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.

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^[8].

Примечания

Ссылки

	Портал «Химия»
	Кобальт в Викисловаре
	Кобальт на Викискладе
	Кобальт в Викиновостях

• Кобальт на Webelements
• Кобальт в Популярной библиотеке химических элементов