Кобальт реагирует с водой

В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.

Взаимодействие с неметаллами

При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава Fe_xO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):

Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:

С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :

Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.

При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:

Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:

С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.

С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:

Взаимодействие с водой

В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):

При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:

Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):

с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:

При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):

По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:

При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:

Взаимодействие со щелочами

Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:

Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.

Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:

Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:

Карбонилы никеля образуются при давлении 2·10 7 – 3·10 7 Па и температуре 150–200 °С:

Источник

Кобальт

Кобальт
Блестящий, серебристо-белый металл

Название, символ, номер	Кобальт / Cobaltum (Co), 27
Атомная масса (молярная масса)	58,933194(4) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d 7 4s 2
Радиус атома	125 пм
Ковалентный радиус	116 пм
Радиус иона	(+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электроотрицательность	1,88 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	E 0 (Co 2+ /Co) = −0,277 В
Степени окисления	3, 2, 0, −1
Энергия ионизации (первый электрон)	758,1 (7,86) кДж/моль (эВ)
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 Дж/(K·моль)
Молярный объём	6,7 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,505 c=4,089 Å
Отношение c/a	1,632
Температура Дебая	385 K
Теплопроводность	(300 K) 100 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-48-4

Кобальт — химический элемент с атомным номером 27. 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. . 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.

Содержание

1 Происхождение названия
2 История
3 Нахождение в природе
- 3.1 Месторождения
- 3.2 Получение
- 3.3 Стоимость металлического кобальта
4 Физические свойства
- 4.1 Изотопы
5 Химические свойства
- 5.1 Оксиды
- 5.2 Другие соединения
6 Применение
7 Биологическая роль
- 7.1 Токсикология

Происхождение названия

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

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59 Co (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 Co 2+ , а другая — ионами Co 3+ ; 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 Co 2+ 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.

Кобальт (Co)
Алюминат кобальта II (Co[Al₂O₄]) Метаалюминат кобальта
Амид кобальта III (Co(NH₂)₃) Амид кобальта
Арсенат кобальта II (Co₃(AsO₄)₂) Кобальт мышьяковокислый
Арсениды кобальта
Ацетат кобальта II (C₄H₆CoO₄) Кобальт уксуснокислый
Ацетат кобальта III (C₆H₉CoO₆) Уксуснокислый кобальт
Абиетат кобальта II (CoC₄₀H₅₈O₄) Кобальт абиетиновокислый
Бромат кобальта II (Co(BrO₃)₂) Кобальт бромноватокислый
Бромид кобальта II (CoBr₂) Кобальт бромистый
Вольфрамат кобальта II (CoWO₄) Кобальт вольфрамовокислый
Гексацианоферрат II кобальта (Co₂[Fe(CN)₆]) Гексацианоферриат кобальта
Гексацианоферрат III кобальта (Co₃[Fe(CN)₆]₂) Гексацианоферрат кобальта
Гидрид кобальта (CoH) Кобальт водородистый
Гидроксид кобальта II (Co(OH)₂) Гидроокись кобальта
Гидроксид кобальта III (Co(OH)₃) Кобальт гидроокись
Дигидрид кобальта (CoH₂) Водородистый кобальт
Диселенид кобальта II (CoSe₂) Селенистый кобальт
Дисилицид кобальта (CoSi₂) Кремнистый кобальт
Дистаннид кобальта (CoSn₂)
Дисульфид кобальта II (CoS₂) Сернистый кобальт
Дителлурид кобальта II (CoTe₂)
Йодат кобальта II (Co(IO₃)₂) Кобальт йодноватокислый
Йодид кобальта II (CoI₂) Кобальт йодистый
Карбонат кобальта II (CoCO₃) Кобальт углекислый
Карбонат кобальта III (Co₂(CO₃)₃) Углекислый кобальт
Линолеат кобальта II (CoC₃₆H₆₂O₄) Кобальт линолевокислый
Метаванадат кобальта II (Co(VO₃)₂) Кобальт ванадиевокислый
Метагидроксид кобальта (CoO(OH)) Гидроксооксид кобальта III
Метатитанат кобальта II (CoTiO₃) Кобальт титановокислый мета
Молибдат кобальта II (CoMoO₄) Кобальт молибденовокислый
Нитриды кобальта
Нитрат кобальта II (Co(NO₃)₂) Кобальт азотнокислый
Нитрат кобальта III (Co(NO₃)₃) Азотнокислый кобальт
Нитрит кобальта II (Co(NO₂)₂) Кобальт азотистокислый
Оксалат кобальта II (CoC₂O₄) Кобальт щавелевокислый
Оксид кобальта II (CoO) Окись кобальта
Оксид кобальта II,III (Co₃O₄)
Оксид кобальта III (Co₂O₃)
Оксид кобальта IV (CoO₂•H₂O) Гидрат окисла кобальта
Олеат кобальта II (Co(C₁₈H₃₃O₂)₂) Кобальт олеиновокислый
Пальмитат кобальта II (CoC₃₂H₆₂O₄) Кобальт пальмитиновокислый
Перренат кобальта II (Co(ReO₄)₂) Кобальт рениевокислый
Перхлорат кобальта II (Co(ClO₄)₂) Кобальт хлорнокислый
Пропионат кобальта II (Co(C₂H₅COO)₂) Кобальт пропионовокислый
Селенат кобальта II (CoSeO₄) Кобальт селеновокислый
Селенид кобальта II (CoSe) Кобальт селенистый
Селенит кобальта II (CoSeO₃) Кобальт селенистокислый
Силикат кобальта II (Co₂SiO₄) Кобальт кремнекислый
Силицид кобальта (CoSi) Кобальт кремнистый
Станнат кобальта II (Co₂SnO₄) Кобальт оловяннокислый
Станнид кобальта (CoSn)
Стеарат кобальта II (CoC₃₆H₇₀O₄) Кобальт стеариновокислый
Сульфат кобальта II (CoSO₄) Кобальт сернокислый
Сульфат кобальта III (Co₂(SO₄)₃) Сернокислый кобальт
Сульфат кобальта II-дикалия (K₂[Co(SO₄)₂]) Сернокислые кобальт-калий
Сульфид кобальта
Сульфид кобальта II (CoS) Кобальт сернистый
Сульфит кобальта II (CoSO₃) Кобальт сернистокислый
Сульфид кобальта II,III (Co₃S₄)
Сульфид кобальта III (Co₂S₃)
Теллурид кобальта II (CoTe) Кобальт теллуристый
Тенарова синь ((Co II Al₂)O₄) Кобальтовая синь
Тетрацианоаурат III кобальта II (Сo[Au(CN₄)]₂)
Тиоцианат кобальта II (Co(SCN)₂) Кобальт роданистый
Феррит кобальта II (CoFe₂O₄)
Формиат кобальта II (Co(HCOO)₂) Кобальт муравьинокислый
Фосфат кобальта II (Co₃(PO₄)₂) Кобальт фосфорнокислый
Фосфиды кобальта
Фторид кобальта II (CoF₂) Дифторид кобальта
Фторид кобальта III (CoF₃) Трифторид кобальта
Хлорат кобальта II (Co(ClO₃)₂) Кобальт хлорноватокислый
Хлорид кобальта
Хромат кобальта II (CoCrO₄) Кобальт хромовокислый
Хромит кобальта II (CoCr₂O₄) Оксохромат кобальта
Хлорид кобальта II (CoCl₂) Кобальт хлористый
Хлорид кобальта III (CoCl₃) Хлористый кобальт
Цитрат кобальта II (Co₃(C₆H₅O₇)₂) Кобальт лимоннокислый
Цианид кобальта II (Co(CN)₂) Кобальт цианистый
Цианид кобальта III (Co(CN)₃) Цианистый кобальт
Цинкат кобальта II (CoZnO₂) Кобальт циркониевокислый (Турецкая зелень, зелень Ринмана)

Uue

Ubn

Ubu

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Ubs

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Источник