Главная › Металлы
16.06.2020
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:
- плотность 8,9 г/см³;
- температура плавления 1495°С;
- кипит при 2870 градусах Цельсия;
Кобальт ферромагнетик, как и два его соседа по таблице Менделеева — железо и никель.
Рекомендуем: КРЕМНИЙ — он нужен всем
- 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.
| Кобальт / Cobaltum (Co), 27 |
| 58,933194(4) а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d7 4s2 |
| 125 пм |
| 116 пм |
| (+3e) 63 (+2e) 72 пм |
| 1,88 (шкала Полинга) |
| E0(Co2+/Co) = −0,277 В |
| 3, 2, 0, −1 |
| 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) |
| 8,9 г/см³ |
| 1768 K |
| 3143 K |
| 15,48 кДж/моль |
| 389,1 кДж/моль |
| 24,8[1] Дж/(K·моль) |
| 6,7 см³/моль |
| гексагональная |
| a=2,505 c=4,089 Å |
| 1,632 |
| 385 K |
| (300 K) 100 Вт/(м·К) |
| 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.
- Скуттерит. Содержание Cо до 30%.
- Саффлорит-лёллингит. Кобальта в руде до 29%.
- Арсенопирит-аллоклазит. В ней искомого металла до 35%
- Кобальтин-герсдорфит с содержанием Cо до 35%.
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:
- Канада — 6% мировой добычи кобальта.
- Австралия 4 %.
- Филиппины 4%.
- Куба 3%.
- Замбия 3%.
- Россия 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%) |
Рекомендуем: СВИНЕЦ — необходимая болезнь цивилизаций
Выпускается в виде проволоки, слитков, полос, пластин.
Чем хорош и плох кобальт
Достоинствам нашего героя позавидуют многие металлы.
- Отличная жаропрочность.
- Высокие твердость и устойчивость к износу (даже при высоких температурах).
- Устойчив к размагничиванию.
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:
- В медицине «кобальтовая пушка» для лучевой терапии опухолей.
- В дефектоскопах.
- Для уничтожения насекомых в зерне.
- Для стерилизации инструментов.
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.
Рекомендуем: АЛЮМИНИЙ — дороги, которые он выбирает
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:
- вольфрам 15-19%;
- кобальт 5-13%;
- хром 4%;
- ванадий 1%.
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).
Кобальт — щедрый подарок горных духов Ссылка на основную публикацию 
Кобальт – чем интересен и где используется металл
Название этого элемента восходит к немецким сказкам. Его свойства оценили производители особо прочных сталей и декораторы.
Что представляет собой
Кобальт – это сверкающий сизовато-серый металл. Покрывается оксидной пленкой на воздухе, становясь желтоватым. Плотный, твердый, вязкий.
По классификации его относят к металлам «тяжелой» группы.
Международное обозначение – Co.
Как был открыт
У химического элемента и термина «кобальт» интересная, даже мистическая, аура.
Элементарный кобальт
Наука
Официальная история открытия начинается со Швеции первой трети 18 века. Ученый Георг Брандт вычленил из руды серый с розоватостью металл, окрестив его кобольдом (кобальтом).
Заодно убедился, что синий цвет стекломассы – заслуга именно этого элемента.
Древний мир
Хотя о таком свойстве металла кобальт знали еще жители Древнего Египта, Месопотамии и Вавилона. Они наловчились окрашивать минералы: изготовление «бирюзы», «сапфиров» процветало.
Кобальтовое стекло найдено в гробницах египетских фараонов и ассирийской знати.
Почти промышленного уровня достигла эта технология в Китае. С 7 века здесь совершенствуется декорирование фарфора такими красками.
Европейский фольклор
Происхождение названия металла имеет немецкие корни. Кобольдами называют персонажей немецкого фольклора – жителей подземелий, коварных карликов-гномов. Они якобы постоянно строили козни саксонским рудокопам.
Руда, принимаемая за серебряную, не всегда оказывалась таковой после выплавки. К тому же процесс получения сопровождался выбросом ядовитых паров, которыми травились люди. Всю вину перекладывали на гномов.
Такую руду, «серебряную обманку», именовали кобольдом.
Минералоги предполагают, что в виду имелись кобальтовые минералы с мышьяком в составе либо сульфиды металла.
Первые в Европе кобальтовые красители изготовили в 1800 году.
Нахождение в природе
Самородный металл кобальт на планете не встречается. Форма нахождения в природе – руда либо минералы.
Их три десятка: каролит, кобальтин, смальтит, сферокобальтит, другие.
Массовое содержание металла кобальт в земной коре – 4х10-3%. Морская вода беднее на семь порядков (в 10 миллионов раз).
Физико-химические характеристики
Важные для человека физические свойства металла – высокая температура плавления, кипения, плотность, твердость, препятствование размагничиванию.
| Кобальт / Cobaltum (Co), 27 |
| 58,933194(4) а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d7 4s2 |
| 125 пм |
| 116 пм |
| (+3e) 63 (+2e) 72 пм |
| 1,88 (шкала Полинга) |
| E0(Co2+/Co) = −0,277 В |
| 3, 2, 0 |
| 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) |
| 8,9 г/см³ |
| 1768 K |
| 3143 K |
| 15,48 кДж/моль |
| 389,1 кДж/моль |
| 24,8 Дж/(K·моль) |
| 6,7 см³/моль |
| гексагональная |
| a=2,505 c=4,089 Å |
| 1,632 |
| 385 K |
| (300 K) 100 Вт/(м·К) |
| 7440-48-4 |
Благодаря им изделия из металлического кобальта отличают достоинства:
- жаропрочность;
- износостойкость;
- стабильность магнетизма.
Такие характеристики сохраняются в условиях повышенных температур и перегрузок.
При обычной температуре на воздухе химические свойства металла не проявляются.
Для окисления требуется более 300°C, для разложения до оксида – значение втрое больше. При высоких температурах взаимодействует почти со всеми группами химических элементов.
Месторождения, добыча
Количество месторождений руд на планете исчисляется единицами.
Три пятых мировых запасов сырья (6 млн. тонн) приходится на одну страну мира – Конго. Государство располагается в Центральной Африке.
Другие страны с богатыми резервами (тыс. тонн):
- Австралия – 1000;
- Куба – 500;
- Филиппины – 290;
- Замбия, Канада – по 270;
- Россия – 250.
Беднее залежи у Франции, Казахстана, США.
Добыча ведется карьерным способом.
Технология получения
Металл извлекают из руды, преимущественно никелевой. На нее воздействуют растворенным аммиаком либо серной кислотой.
Применяется электролиз и дополнительное рафинирование (для получения более чистого продукта).
Металлургическая промышленность выпускает два вида продуктов из сырья – катодный металлический кобальт и порошок. Из них получают разные марки кобальта (стали).
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».
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:
- Режущий инструментарий (резцы, сверла). Деталь сохраняет кондиции, служит в 5-8 раз дольше.
- Сердечники электротехнических механизмов (моторов, трансформаторов, других).
- Сочетания «кобальт + самарий (либо эрбий)», «кобальт + железо + алюминий» – основа жаростойких постоянных магнитов высокой мощности.
- Кобальтом как элементом жаропрочных сплавов вытесняется традиционный никель. Это новый материал турбин, авиационных, ракетных двигателей.
- На особом счету сплав металла кобальт с хромом (стеллит). Его отличает биологическая нейтральность плюс коррозионная стойкость. Используется для протезирования.
Новейшие направления использования кобальта – электроника и радиотехника. Из металла и сплавов получают компоненты печатных плат для квантовых генераторов и усилителей.
Металлический порошок кобальта добавляют к сталям для повышения жаропрочности, твердости, других кондиций.
Соединения
Соединения металла обеспечивают премиальные характеристики продукции из них:
- Кобальтат лития – положительный электрод аккумуляторов.
- Силицид кобальта – основа электрических термогенераторов с высоким КПД.
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).
Значение для человека
Металл кобальт – один из критически важных для человека микроэлементов.
Жизненные процессы
Он задействован в ряде процессов организма:
- Синтез аминокислот, ДНК.
- Расщепление белков, жиров, углеводов.
- Стимуляция, рост количества и развитие компонентов крови эритроцитов.
- Поддержание работы поджелудочной железы.
Им регулируется уровень адреналина.
Кобальт поддерживает метаболизм, процесс кроветворения.
Питание
Источник поступления микроэлемента в организм – продукты питания.
Кобальтом богаты:
- Печень: говяжья, баранья, тресковая.
- Манная крупа.
- Молоко.
- Сыры твердых сортов.
- Жирная рыба, морепродукты.
- Бобовые (фасоль, горошек), свекла, капуста, земляника.
Входит в состав цианокобаламина (витамина B12).
Симптомы дефицита
Человеку средней комплекции необходимо 0,39 – 0,76 мг вещества ежесуточно.
О дефиците сигнализируют следующие факторы:
- Сбои в работе эндокринной системы.
- Болезни органов кровообращения.
Усваивать кобальт мешают хронические заболевания ЖКТ (гастрит, язва двенадцатиперстной кишки).
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.
Особо токсичны пары октакарбонила.
Цены
Единственный недостаток металла – дороговизна. Цену определяет ситуация на мировых рынках плюс обстановка в центре Африканского континента.
В 2021 году на Лондонской бирже металлов тонну кобальта торговали по $37 600. Всего на треть меньше, чем три года назад.
В 1970-х годах, когда в Африке было неспокойно, стоимость металла за пару лет взлетала в 20 раз.
Кобальт (Co, Cobaltum)
С историей открытия кобальта связано немало легенд и преданий, в средние века люди были уверены, что здесь не обошлось без вмешательства нечистой силы. Ведь недаром название кобальт происходит от немецкого Kobolt – зловредный карлик, маленький гном, который строил всяческие козни, мешая рудокопам Саксонии заниматься добычей руды и выплавкой металла.
Некоторые руды, добытые в Саксонии, имели серебристый цвет и поначалу считались серебром. Но металл, получаемый из этих руд, давал ядовитые пары, которыми неоднократно были отравлены рудокопы (calorizator). В 1735 году химик из Швеции Георг Брандт выделил из «руды нечистой силы» металл серебристо-розоватого оттенка, который был назван кобольд.
Впоследствии название преобразовалось в известное и привычное нам.
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:
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.
Кобальт
Название «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.
Получение
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) (Co(ClO3)2) 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.
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.
Изотопы
Основная статья: Изотопы кобальта
Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59Co (изотопная распространённость 100%). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта. Искусственный изотоп кобальт-60 широко применяется как источник жесткого гамма-излучения для стерилизации, в медицине в гамма-ножах, гамма-дефектоскопии и т. п.
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:
Co3O4 + 4H2 → 3Co + 4H2O
- Оксид кобальта(III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например:
4Co(OH)2 + O2 → 2Co2O3 + 4H2O Минерал с кобальтом
Другие соединения
- При нагревании кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором.
2Co + 3F2 → 2CoF3 Co + Cl2 → CoCl2
- 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 Co9S8.
- 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
- Специальные сплавы и стали — главное применение кобальта.
- Легирование стали кобальтом повышает её твердость, износо- и жаростойкость. Из кобальтовых сталей создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и т. п.
- Сплавы кобальта и хрома получили собственное название стеллит. Они обладают высокой твёрдостью и износостойкостью. Также 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 (см. Самариево-кобальтовый магнит. Также в качестве магнитов используют сплавы на основе железа и алюминия с кобальтом, например альнико.
- Кобальт применяется при изготовлении химически стойких сплавов.
- 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. Например, тенарова синь.
- Кобальт применяется как катализатор химических реакций в нефтехимии, промышленности полимеров и других процессах.
- Силицид кобальта — отличный термоэлектрический материал, он позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
- Искусственный изотоп кобальт-60 широко применяется как источник жёсткого гамма-излучения для стерилизации, в медицине в гамма-ножах, гамма-дефектоскопии, облучении продуктов питания и т. п.
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.
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.
Металл кобальт
Калькулятор металлопроката С высоким эл. сопротивлением
| Кобальт является износостойким жаропрочным металлом, что определяет его применение в качестве легирующей добавки к сталям и сплавам с целью улучшения их свойств, а также материала для нанесения износостойких покрытий. Помимо этого данный металл используется в постоянных магнитах благодаря высокому сопротивлению размагничиванию. На странице представлено описание данного металла: физические свойства, области применения, марки, виды продукции. |
Кобальт (Co) (Cobaltum) — химический элемент VIII группы в периодической системе химических элементов с атомным номером 27, твердый вязкий блестящий голубовато-серый металл, относится к тяжелым металлам. Плотность равна 8,9 г/см3, tпл.=1493 °C, tкип.=2957 °C. В земной коре содержание Co равно 4·10-3% по массе. Данный металл входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие. В морской воде приблизительно (1-7)·10-10% Co.
Название металла «Кобальт» тесно связано с саксонскими рудниками, а точнее с подземным гномом Кобольдом, который там обитал по мнению саксонцев. Дело в том, что не всегда руда, принимаемая тогда за серебряную, давала при выплавке непосредственно драгоценный металл.
Данное явление, как раз, и приписывали к злым деяниям маленького гнома Кобольда. Руда, которая не давала серебра, но была по внешним признакам очень похожа на серебряную, получила название «кобольд».
Скорее всего, это были содержащие мышьяк кобальтовые минералы — кобальтин CoAsS, или сульфиды кобальта скуттерудит, сафлорит или смальтин.
В 1735 году шведский химик Георг Брандт выделил из данной руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл, который получил название «кобольд» или «Кобальт». Брандт выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет.
Свойства кобальта
Физические и механические свойства
| Атомный номер | 27 |
| Атомная масса, а.е.м | 58,93 |
| Атомный диаметр, пм | 250 |
| Плотность, г/см³ | 8,9 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) | 0,456 |
| Теплопроводность, Вт/(м·K) | 100 |
| Температура плавления, °С | 1493 |
| Температура кипения, °С | 2957 |
| Теплота плавления, кДж/моль | 15,48 |
| Теплота испарения, кДж/моль | 389,1 |
| Молярный объем, см³/моль | 6,7 |
| Группа металлов | Тяжелый металл |
Химические свойства
| Ковалентный радиус: | 130 пм |
| Радиус иона: | (+6e) 62 (+4e) 70 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу): | 2,16 |
| Электродный потенциал: | 0 |
| Степени окисления: | 6, 5, 4, 3, 2 |
Марки кобальта и сплавов
Современная промышленность выпускает несколько марок данного металла.
- К0, К1Ау, К1А, К1, К2 — металлический кобальт, содержание Co составляет не менее 99,98% для марки К0 и не менее 98,3% для К2. Указанные марки выпускаются в виде слитков, катодных листов, полос и пластин. В качестве способа производства применяется электролиз или рафинирование.
- ПК-1у — металлический кобальт с содержанием указанного химического элемента Co не менее 99,35%. Данная марка выпускается в виде порошка, полученного с помощью электролиза.
- Достоинства:
- обладает хорошей жаропрочностью;
- имеет высокую износостойкость и твердость в том числе и при высоких температурах;
- обладает высокой стойкостью к размагничиванию даже при повышенных температурах и механических нагрузках.
- Недостатки:
- имеет высокую стоимость.
Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Данный металл входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава — карбид вольфрама или титана — спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно Co улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% Co) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% Co) и кобальтовой стали (6% Co). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз. Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять эти свойства после однократного намагничивания. Магниты должны иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% Co, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах. Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие Co, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым.
В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей.
Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
Соединения Co, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.
Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из кобальта. Наиболее распространены кобальтовый порошок, слитки и пластины. Для специальных целей также производится кобальтовая проволока.
Указанная продукция применяется в случаях, когда необходим материал, имеющий высокие показатели износостойкости и жаропрочности или высокое сопротивление размагничиванию.
Оставить комментарий