Физические свойства кобальта кратко

Обновлено: 02.07.2024

В XV веке в Саксонии среди богатых серебряных руд обнаруживали блестящие, как сталь, белые или серые кристаллы, из которых не удавалось выплавить металл; их примесь к серебряной или медной руде мешала выплавке этих металлов. По всей видимости, это были содержащие мышьяк кобальтовые минералы — Происхождение названия

В 1735 году шведский минералог Георг Бранд сумел выделить из этого минерала не известный 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.

Нахождение в природе

Получение

Химические свойства

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300 °C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт фтором с образованием трифторида СоF₃. Если на СоО или СоСО₃ действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF₂. При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl₂ и дибромида СоBr₂. За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400—500 °C можно получить дииодид кобальта СоI₂.

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (β-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H₂S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (α-модификация): CoSO₄ + H₂S = CoS + H₂SO₄.При нагревании CoS в атмосфере H₂S образуется Со₉S₈ с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co₂S₃, Co₃S₄ и CoS₂.

С графитом кобальт образует азотом (возникают нитриды Со₃N и Co₂N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe₂), кремнием (известны силициды Co₂Si, CoSi, CoSi₂) и бором (в числе известных боридов кобальта — Со₃В, Со₂В, СоВ).

Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два аммиака NH₃. При действии аммиака на растворы солей кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава [Co(NH₃)_6-n(H₂O)_n] 2+ . Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.

Применение

Основная доля получаемого кобальта расходуется на приготовление различных сплавов. Так, добавление кобальта позволяет повысить магнитов находят применение сплавы, содержащие 52 % кобальта и 5-14 % ванадия или хрома (так называемые пигменты многих красителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.

Радиоактивный кобальт-60(период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.

Биологическая роль

Избыток кобальта для человека вреден.

ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м³, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л.

Токсическая доза ( Радионуклид кобальт-60

Большое практическое значение имеет искусственно получаемый радионуклид кобальта 60 Со (период полураспада Т_1/2 5,27 года). Испускаемое этим радионуклидом γ-излучение обладает достаточно мощной проникающей способностью, и « радиоизотопных источниках энергии .

Общая характеристика кобальта

Кобальт является элементом IX группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 27 и атомной массой 58,9332. Признанное обозначение кобальта – Co (от латинского Cobaltum).

Нахождение в природе

Кобальт не сильно распространённый металл, скорее его можно отнести к редким, в земной коре присутствует в минимальных количествах. Насчитывается не более 30-ти минералов, в составе которых находится кобальт. Самое большое месторождение кобальта находится в Демократической Республике Конго, имеются залежи в США, Франции, Канаде и России.

Физические и химические свойства

Кобальт является твёрдым металлом серебристо-белого цвета, со слегка розоватым (реже – синим) отливом. При взаимодействии с воздухом окисление происходит при высоких температурах (300˚С и выше).

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.

Продукты питания богатые кобальтом

Основные источники кобальта:

и зелёный горошек и говяжья печень и жирные сорта рыб , зелёные листовые овощи , некоторые виды хлеба , сыры.

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).

Применение кобальта в жизни

Кобальт нашёл широкое применение в виде сплавов – в металлургической промышленности для повышения жаропрочности стали, в производстве магнитов, как состав красителей – в изготовлении стекла и керамики.

Полезные свойства кобальта и его влияние на организм

Кобальт – один из жизненно важных микроэлементов, присутствие его в организме человека обязательно. Кобальт входит в состав витамина В12, принимает участие в синтезе ДНК и аминокислот, в расщеплении белков, жиров и углеводов. Активно влияет на обменные процессы организма, особую роль играет в кроветворении – стимулирует рост и развитие эритроцитов. Кобальт поддерживает нормальную деятельность поджелудочной железы и регуляцию активности адреналина.

Блестящий, серебристо-белый металл

Кобальт / Cobaltum (Co), 27

1,88 (шкала Полинга)

E 0 (Co 2+ /Co) = -0,277 В

Содержание

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, не известно, было ли приготовление стёкол и красок сознательным или случайным. Первое приготовление синих красок относится к 1800 году.

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 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.

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 железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10 −10 %.

Месторождения

Самый крупный поставщик кобальта — Демократическая Республика Конго [2] . Также есть богатые месторождения в Канаде, США, Франции, Замбии, Казахстане, России.

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

Изотопы

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59 Co (изотопная распространённость 100 [3] %). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта.

Физические свойства

Кобальт — твердый 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 придает 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 Co 2+ , а другая — ионами Co 3+ ; разлагается с образованием CoO выше 900 °C.
При высоких температурах можно получить α-форму или β-форму оксида CoO.
Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом:

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

Другие соединения

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

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 путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН₂ и СоН.
Растворы солей кобальта CoSO₄, CoCl₂, Со(NO₃)₂ придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.
Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака.

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

Также кобальт создаёт комплексы на основе CN − , NO₂ − и многих других.

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 и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.
60 Со 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 человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.

Токсикология

Избыток кобальта для человека вреден.

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 [4] [5] .

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

Примечания

Ссылки

Химические элементы
Соединения кобальта
Металлы
Кобальт

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Кобальт" в других словарях:

КОБАЛЬТ — (ново лат. cobaltum, от Kobold горный дух). Светло серый металл, открытый в 1833 г. Брандтом. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОБАЛЬТ металл белого цвета с красноватым отливом, весьма блестящ, тягуч … Словарь иностранных слов русского языка

Кобальт-60 — Схема распада кобальта 60 … Википедия

КОБАЛЬТ — (символ Со), ПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ серого цвета, впервые открытый в 1737 г. Его источником являются минералы кобальтин и смальтин, но по большей части кобальт получают в качестве побочного продукта обработки других руд. Кобальт является одним из… … Научно-технический энциклопедический словарь

КОБАЛЬТ — (Cobaltum), Co, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332; металл, tпл 1494шC; ферромагнетик, точка Кюри 1121шC. Кобальт компонент магнитных, высокопрочных, твердых и других сплавов;… … Современная энциклопедия

КОБАЛЬТ — (лат. Cobaltum) Со, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332. Название от немецкого Kobold домовой, гном. Серебристо белый металл с красноватым оттенком; плотность 8,9 г/см³, tпл 1494 .С;… … Большой Энциклопедический словарь

КОБАЛЬТ — муж. металл сероватого цвета, в разных ископаемых, которые, по виду, называются: кобальтом белым, красным и пр. Кобальтовый, содержащий кобальт, к нему относящийся. Кобальтовые цветы, красный мышьяковый кобальт. Толковый словарь Даля. В.И. Даль.… … Толковый словарь Даля

Кобальт — (Cobaltum), Co, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332; металл, tпл 1494°C; ферромагнетик, точка Кюри 1121°C. Кобальт компонент магнитных, высокопрочных, твердых и других сплавов;… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Кобальт — (Co) твердый серебристый металл. Применяется: для производства специальных сплавов, деталей турбореактивных авиационных двигателей, режущего инструмента, магнитных материалов; при сварке; в керамической и стекольной промышленности; в сельском… … Российская энциклопедия по охране труда

КОБАЛЬТ — КОБАЛЬТ, Cobaltum (хим. знак Со), блестящий металл белого цвета с красноватым оттенком, принадлежащий к VIII группе и 4 му ряду периодической системы Менделеева. В своих типичных соединениях К. двух и трехвалентен, образуя два ряда солей: закиси… … Большая медицинская энциклопедия

КОБАЛЬТ — хим. элемент, символ Со (лат. Cobaltum), ат. н. 27, ат. м. 58,93; тяжелый серебристо белый металл с красноватым отливом, плотность 8900 кг/м3, tпл = 1493 °С. К. относится к ферромагнетикам. Минералы кобальта редки и не образуют промышленных… … Большая политехническая энциклопедия

Кобальт — Co (от нем. Kobold домовой, гном * a. cobalt; н. Kobalt; ф. cobalt; и. cobalto), хим. элемент VIII группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 27, ат. м. 58,9332. Природный K. состоит из 2 стабильных изотопов 59Co (99,83%) и 57Co (0,17%) … Геологическая энциклопедия

Кобальт — химический элемент, металл. В периодической таблице химических элементов атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum). Атомная масса элемента 58,933194(4) а. е. м. 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.

Соединения кобальта известны человеку с глубокой древности. Свойство соединений кобальта окрашивать в синий цвет использовали ещё в древних Ассирии и Вавилоне. Синие кобальтовые стёкла, эмали и краски находят в гробницах Древнего Египта.

Существует мнение, что впервые кобальт был использован в Месопотамии на рубеже III и II тысячелетий до нашей эры. Оттуда технологические приемы соединять кобальт с медью распространились в древний Египет. С помощью кобальта получалось имитировать лазурит и бирюзу, пользовавшиеся популярностью у египтян. Археологи находили в Ниневии керамические таблички, на которых рассказывалось о получении искусственного лазурита и сапфиров. Эти таблички датированы VII веком до нашей эры. Античные и венецианские стеклодувы активно использовали кобальт.

Кобальт активно использовался и в Японии. По заказу Ост-Индской компании выполнялась роспись в стиле китайских мастеров, на изделия которых был особенный спрос.

В 1735 году шведский минералог Георг Брандт выделил неизвестный ранее металл, который назвал кобальтом. Также ученый выяснил, что соединения этого элемента окрашивают стекло в синий цвет. Современное приготовление синих красок на основе соединений кобальта относится к 1800 году.

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). Желтоватый оттенок металлу придаёт тонкий слой оксидов.

Кобальт — ферромагнетик, точка Кюри 1121°C.

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

Химические свойства
Кобальт образует множество химических соединений. На воздухе металл 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.

Оксид кобальта (III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II).

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

Кобальт образует 2 различных модификации соединений с серой. С углеродом, фосфором, азотом, селеном, кремнием и бором кобальт также образует сложные соединения, являющиеся смесями, где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3.

Кобальт способен растворять водород, не образуя химических соединений.

Нахождение в природе
Кобальт входит в состав минералов: каролит, линнеит, кобальтин, сферокобальтит, смальтин, скуттерудит и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют мышьяк, железо, никель, хром, марганец и медь.

Массовая доля кобальта в земной коре 4⋅10−3%. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)⋅10−10%.

60% разведанных запасов кобальта находятся в Конго (6 млн т.). Кроме того известны месторождения в Австралии (1 млн т.), Канаде (270 тыс. т.), Замбии (270 тыс. т.), России (250 тыс. т.), на Кубе (500 тыс. т.) и Филиппинах (290 тыс. т.), а также в Казахстане, США и Франции.

Получение кобальта
Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Также используются методы пирометаллургии. Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор, хлорат кобальта (II) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.

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[6].

Применение кобальта
Кобальт – износостойкий и жаропрочный металл.Поэтому он широко применяется в составе специальных (например, химически стойких) сплавов и легированных сталей, а также как материал для нанесения износостойких покрытий.

Стали легированные кобальтом обладают более высокой твердостью, износо- и жаростойкость. Из них создают обрабатывающий инструмент – свёрла, резцы и т. п.

Сплавы кобальта и хрома получили собственное название стеллит. Они также обладают высокой твёрдостью и износостойкостью. Благодаря коррозионной стойкости и биологической нейтральности некоторые стеллиты применяются в протезировании.

Некоторые сплавы кобальта, например, с самарием или эрбием, проявляют высокую остаточную намагниченность, то есть они пригодны для изготовления мощных жаростойких постоянных магнитов. Также в качестве магнитов используют сплавы на основе железа и алюминия с кобальтом, например альнико.

Кобальт и его соединения применяются в никель-кадмиевых и некоторых конструкциях литий-ионных аккумуляторов.

Соединения кобальта широко применяются для получения ряда красок и при окраске стекла и керамики.

Кобальт применяется как катализатор химических реакций в нефтехимии, производстве полимеров и других процессах.

Силицид кобальта — отличный термоэлектрический материал, который позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.

Искусственный изотоп кобальт-60 широко применяется как источник жесткого гамма-излучения для стерилизации, в медицине в гамма-ножах, гамма-дефектоскопии, облучении продуктов питания и т. п.

Использование кобальта в декорировании керамики и стекла

Биологическая роль
Кобальт — один из микроэлементов, жизненно важных для организма. 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.

При этом кобальт и его соединения токсичны. Известны также соединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.

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.

Предельно допустимая концентрация пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м³, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л.

Читайте также: