ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Кобальт (cobaltum)
Порядковый номер: 27
Группа: viii
Период: 4
Электронное строение: 3d7 4s2
Атомная масса: 58,9332
Электроотрицательность: 1,88
Температура плавления: 1495?С
Температура кипения: 2927?С
Плотность (г/см3): 8,9
Характерные степени окисления: +2 +3
Цвет: Блестящий с сероватым оттенком
Кем открыт: Георг Брандт
Год открытия: 1739
Страна открытия: Швеция
Кристалическая структура:
гексагональная

Кобальт (лат. cobaltum), Со, химический элемент первой триады viii группы периодической системы Менделеева; атомный номер 27, атомная масса 58,9332; тяжёлый металл серебристого цвета с розоватым отливом. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом 59 Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60 Со.

Историческая справка. Окись К. применялась в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания стекол и эмалей в синий цвет. Для той же цели в 16 в. в Западной Европе стали пользоваться цафрой, или сафлором, — серой землистой массой, которая получалась при обжиге некоторых руд, носивших название «кобольд». Эти руды выделяли при обжиге обильный ядовитый дым, а из продукта их обжига выплавить металл не удавалось. Средневековые рудокопы и металлурги считали это проделками мифических существ — кобольдов (от нем. kobold — домовой, гном). В 1735 шведский химик Г. Брандт, нагревая в горне с дутьём смесь цафры с углем и флюсом, получил металл, который назвал «корольком кобольда». Вскоре это название было изменено на «кобольт», а затем на «кобальт».

Распространение в природе. Содержание К. в литосфере 1,8·10 -3 % по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации К. накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10 -2 %. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, К. образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с ni, as, s, cu. Известно около 30 минералов К.

В биосфере К. преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы К., образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация К. — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10 -3 % К., в песчаниках 3·10 -5 , в известняках 1·10 -5 . Наиболее бедны К. песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах К. мало, в Мировом океане его лишь 5·10 -8 %. Будучи слабым водным мигрантом, К. легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и др. высокодисперсными минералами.

Физические и химические свойства. При обычной температуре и до 417°С кристаллическая решётка К. гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017 å, с = 4,614 å), выше этой температуры решётка К. кубическая гранецентрированная (а = 3,5370 å). Атомный радиус 1,25 å, ионные радиусы co 2+ 0,78 å и co 3+ 0,64 å. Плотность 8,9 г/см 3 (при 20°С): t nл 1493° С о , t к ип 3100°С. Теплоёмкость 0,44 кдж/ ( кг·К ) , или 0,1056 кал/( г· °С); теплопроводность 69,08 вт/ ( м·К ) , или 165 кал/ ( см·сек· ° С ) при 0—100 °С. Удельное электросопротивление 5,68·10 -8 ом·м, или 5,68·10 -6 ом·см (при 0°С). К. ферромагнитен, причём сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, q = 1121 °С. Механические свойства К. зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2 ) для кованого и отожжённого К.; 242— 260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твёрдость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2 ) для наклёпанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2—1,3 Гн/м 2 для отожжённого.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома К. 3 d 7 4s 2 . В соединениях К. проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (ii), в комплексных — Со (iii). Для Со (i) и co (iv) получены только немногочисленные комплексные соединения . При обыкновенной температуре компактный К. стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный К., полученный восстановлением его окиси водородом при 250 °С (пирофорный К.), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный К. начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + h 2 o = coo + h 2 . С галогенами К. легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ 2 . При нагревании К. взаимодействует с s, se, Р, as, sb, С, si, В, причём состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со 2 Р, co 2 as, cosb 2 , Со 3 С, cosi 3 ). В разбавленных соляной и серной кислотах К. медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида cocl 2 и сульфата coso 4 . Разбавленная азотная кислота растворяет К. с выделением окислов азота и образованием нитрата co (no 3 ) 2 . Концентрированная hno 3 пассивирует К. Названные соли Со (ii) хорошо растворимы в воде [при 25 °С 100 г воды растворяют 52,4 г cocl 2 , 39,3 г coso 4 , 136,4 г. Со (no 3 ) 2 ]. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей Со 2+ синюю гидроокись Со (ОН) 2 , которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со (ОН) 3 . Нагревание в кислороде при 400—500 °С переводит coo в чёрную закись-окись co 3 o 4 , или coo·co 2 o 3 — соединение типа шпинели . Соединение того же типа coal 2 o 4 или coal 2 o 3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси coo и al 2 o 3 при температуре около 1000 °С.

Из простых соединений Со (iii) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или cocl 2 при 300—400 °С образуется коричневый фторид cof 3 . Комплексные соединения Со (iii) весьма устойчивы и получаются легко. Например, kno 2 осаждает из растворов солей Со (ii), содержащих ch 3 cooh, жёлтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (iii) калия k 3 [co (no 2 ) 6 ]. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) — комплексные соединения Со (iii), содержащие аммиак или некоторые органические амины.

Получение и применение. Минералы К. редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения К. служат руды никеля , содержащие К. как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и её способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов К. и никеля, содержащий примеси cu 2+ , pb 2+ , bi 3+ . Действием h 2 s осаждают сульфиды cu, pb, bi, после чего пропусканием хлора переводят fe (ii) в fe (lll) и добавлением СаСО 3 осаждают fe (oh) 3 и cahaso 4 . От никеля К. отделяют по реакции: 2cocl 2 +nacio+4naoh+h 2 o = 2co (oh) 3 ? +5naci. Почти весь никель остаётся в растворе. Чёрный осадок Со (ОН) 3 прокаливают для удаления воды; полученный окисел co 3 o 4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический К., содержащий до 2—3% примесей (ni, fе, cu и др.), может быть очищен электролизом.

К. применяется главным образом в виде сплавов; таковы кобальтовые сплавы , а также сплавы на основе др. металлов, где К. служит легирующим элементом. Сплавы К. используют в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, при изготовлении постоянных магнитов, режущего инструмента и др. Порошкообразный К., а также co 3 o 4 служат катализаторами. Фторид cof 3 применяется как сильный фторирующий агент, тенарова синь и особенно силикат К. и калия как краски в керамической и стекольной промышленности. Соли К. применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения , а также для подкормки животных.

С. А. Погодин.

Из искусственно радиоактивных изотопов К. наибольшее значение имеет 60 Со с периодом полураспада t 1 / 2 = 5,27 года, широко используемый как гамма-излучатель. В технике его применяют для гамма-дефектоскопии. В медицине — главным образом при лучевой терапии опухолей и для стерилизации медикаментов. Он служит также для уничтожения насекомых в зерне и овощах и для консервирования пищевых продуктов. Др. радиоактивные изотопы — 56 co (t 1 / 2 = 77 сут ), 57 Со (270 сут ) и 58 Со (72 сут ) как менее опасные (небольшой период полураспада) используют в качестве изотопных индикаторов при исследовании обмена веществ, в частности для изучения распределения К. в организме животных (с помощью радиоактивного К. исследовали проницаемость плаценты и т.п.).

К. в организме. Постоянно присутствуя в тканях животных и растений, К. участвует в обменных процессах. В животном организме содержание К. зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация К. в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10 -5 —4,5·10 -5 % на сухое вещество. Способность к накоплению К. у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации К. морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде К. значительно меньше, чем в почвах. Суточная потребность человека в К. равна примерно 7—15 мкг и удовлетворяется за счёт его поступления с пищей. Потребность животных в К. зависит от их вида, возраста и продуктивности. Наиболее нуждаются в К. жвачные, которым он необходим для развития симбиотической микрофлоры в желудке (главным образом в рубце). Суточная потребность в К. у дойных коров составляет 7—20 мг, у овец — около 1 мг. При недостатке К. в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания — акобальтозы. Биологическая активность К. определяется его участием в построении молекулы витамина b 12 и его коферментных форм, фермента транскарбоксилазы. К. необходим для проявления активности ряда ферментов. Он влияет на обмен белка и синтез нуклеиновых кислот, на обмен углеводов и жиров, окислительно-восстановительные реакции в животном организме. К. — мощный активатор кроветворения и синтеза эритропоэтинов . К. участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда др. семейств.

Ю. И. Раецкая.

Лит.: Перельман Ф. М., Кобальт, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Гудима Н. В., Металлургия кобальта, в кн.: Справочник металлурга по цветным металлам, т. 2, М., 1947; Ястребов А. П., Действие кобальта на образование эритроцитов, в кн.: Патофизиология эритропоэза (Тр. 7 конференции Уральского Межобластного общества патофизиологов), Свердловск, 1965; Ягодин Б. А., Кобальт в жизни растений, М., 1970; trace element metabolism in animals. proceedings of international symposium aberdeen, scotland, july 1969, edin. — l., 1970; northrop d. b., transcarboxylase, «journal of biological chemistry», 1969, v. 244, № 21, p. 5808—27.

cкачать реферат по теме: "Кобальт".

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm