Кобальт

КОБАЛЬТ (латинский Cobaltum), Со, химический элемент VIII группы короткой формы (9-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 27, атомная масса 58,933195. В природе один стабильный изотоп 59Со. Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 48-75.

Историческая справка. Оксид СоО применяли в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания смальты, стёкол, эмалей в синий цвет. В Западной Европе начиная с 16 века для этого использовали цафру (или сафлор), получаемую обжигом руды «кобольд» (от немецкого Kobold - домовой, гном; название было связано с трудностью переработки руды). В 1735 году Г. Брандт, нагревая смесь цафры с углём и флюсом, выделил металл, который назвал «корольком кобольда». В конце 18 века это название было изменено на «кобальт».

Распространённость в природе. Содержание кобальта в земной коре составляет 4·10-3% по массе, в морской воде - 0,005 мг/дм3. Наиболее важные минералы кобальта: кобальтин CoAsS, шмальтин (смальтин) CoAs2, хлоантит (Со, Ni)As2, эритрин Co3(AsO4)2·8Н2О (смотри также Кобальтовые руды). Кобальту сопутствует Ni, Fe, Cu, Мn в полиметаллических рудах. Кобальт входит в состав метеоритов, в микроколичествах содержится в тканях растений и животных.

Реклама

Свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома кобальта 3d74s2, в соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, редко +1, +4, +5; энергии ионизации Со0→Со+→Со2+ →Со3+ соответственно равны 7,866, 17,057, 33,500 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,88; атомный радиус 135 пм; ионные радиусы Со2+ 79 пм (координационное число 6), Со3+ 69 пм (координационное число 6).

Кобальт - твёрдый серебристый с розоватым отливом металл. При нормальном давлении существует в виде двух кристаллических модификаций: до температуры 427 °С устойчива α-модификация с гексагональной решёткой; выше 427 °С - ß-модификация с кубической гранецентрированной решёткой; tпл 1495 °С, tκип 2927 °С, плотность 8900 кг/м3. Кобальт - ферромагнетик, точка Кюри 1121 °С.

Компактный кобальт устойчив на воздухе, выше 300 °С покрывается оксидной плёнкой, тонкодисперсный кобальт пирофорен. Кобальт реагирует с кислородом (образуются кобальта оксиды), галогенами (дигалогениды СоХ2, где Х - F, Cl, Br, I, и тригалогениды СоХ3, где Х - F, Сl), халькогенами (монохалькогениды СоХ и дихалькогениды СоХ2, где Х - S, Se, Те), фосфором, мышьяком и сурьмой (соответственно фосфиды, арсениды и антимониды сложного состава). В расплавленном состоянии кобальт взаимодействует с углеродом (образуется карбид Со2С), кремнием (силициды Co2Si, CoSi, CoSi2), бором (бориды Со3В, Со2В, СоВ). Кобальт  медленно растворяет азот (образуется твёрдый раствор с содержанием азота до 0,6% по массе при 600 °С); соединения кобальт с азотом - нитриды Co3N и Co2N - получают косвенным путём. Кобальт  растворяет большие количества водорода (без образования химических соединений); соединения кобальта с водородом - гидриды СоН и СоН2 - получают косвенным путём. При сплавлении кобальта с другими металлами образуются интерметаллические соединения и твёрдые растворы.

Кобальт  не растворяется в щелочах, медленно взаимодействует с разбавленными минеральными кислотами с образованием соединений Со(II). Концентрированная азотная кислота HNО3 на холоду пассивирует кобальт за счёт формирования на поверхности металла нерастворимой в кислотах оксидной плёнки, при нагревании - окисляет с образованием соединений Со(II). Кобальт  образует два ряда солей - соли Co(II), например сульфат СоSO4, нитрат Co(NO3)2, и соли Со(III), например сульфат Co2(SO4)3, нитрат Co(NO3)3. Соли Co(II) устойчивы на воздухе; водные растворы солей Со(II) из-за присутствия аквакомплекса [Со(Н2О)6]2+ окрашены в розовый цвет. Соли Со(III) термически нестойки, многие гидролизуются водой, являются сильными окислителями. Из водных растворов соли кобальта выделяются в виде кристаллогидратов, например CoSO4·7Н2О, Со2(SO4)3·18Н2О.

Существует несколько тысяч комплексных соединений кобальта, в том числе комплексы, в которых кобальт формально проявляет степень окисления 0, - карбонилы, например октакарбонилдикобальт Со2(СО)8. Комплексы Со(III) более устойчивы, чем комплексы Со(II). Многие комплексные соединения кобальта имеют большое практическое значение (главным образом в аналитической практике и в гидрометаллургии). Кобальт  образует различные кобальторганические соединения.

Биологическая роль. Кобальт  - жизненно важный микроэлемент - входит в состав витамина В12 и его коферментных форм. Суточная потребность человека в кобальте 7-15 мкг. При недостатке кобальта в организме развивается злокачественная анемия. Кобальт  участвует в процессах обмена веществ: активирует кроветворение, влияет на синтез нуклеиновых кислот, обмен белков, углеводов и жиров, участвует в окислительно-восстановительных реакциях в живом организме. Кобальт  входит в состав ферментных систем клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность растений. Пыль металлического кобальта токсична.

Получение. Кобальтсодержащее сырьё подвергают пиро и гидрометаллургической (с использованием Н2SO4 или растворов NH3) переработке. От сопутствующих элементов кобальт отделяют путём фракционного окисления и гидролитического осаждения (удаление Fe, Mn, As), цементации (удаление Cu и Ag), а также экстракции. Для разделения кобальта и никеля кобальт осаждают действием NaClO или Сl2. Металлический кобальт получают восстановительной плавкой Со3О4, образующегося при прокаливании Со(ОН)3; электролизом растворов солей (СоSO4, СоСl2), восстановлением водородом из аммиачных растворов. Объём мирового производства около 50 тысяч т/год (2005).

Применение. До 65% получаемого кобальта используют как компонент различных сплавов - магнитомягких, магнитотвёрдых, высокопрочных, жаростойких, твёрдых, с заданным термическим коэффициентом расширения и др. (смотри Кобальта сплавы). Соединения кобальта - катализаторы, пигменты, компоненты стёкол и керамики, микроудобрения. Радиоактивный 60Со (Т1/2 5,27 года) - источник γ-излучения - применяют в дефектоскопах, в радиотерапии злокачественных опухолей.

Лит.: Greenwood N. N., Earns haw А. Chemistry of the elements. 2nd ed. Oxf., 1997; Неорганическая химия. 2-е изд. М., 2007. Т. 1.

Л. Ю. Аликберова.