КОБАЛЬТ

Властивості кобальту. Загальні відомості.

Кобальт (лат. Cobaltum), Co, хімічний елемент VIII групи періодичної системи, атомний номер 27, атомна маса 58,9332. Назва металу виникла від німецького Kobold - домовик, гном. <!"DOCTYPE HTML PUBLIC -//IETF//DTD HTML//EN">Сполуки кобальту були відомі і застосовувалися в глибокій старовині. Зберігся єгипетський скляний глек, що відноситься до ХV в. до н.е., забарвлений солями кобальту, а також блакитні скловидні цеглини, що містять кобальт. У древній Ассірії, а також в Вавілоне з кобальту виготовляли лазурит - блакитну фарбу, якою обливали керамічні вироби. Ймовірно, початковим матеріалом для отримання кобальтових сполук служив тоді цафер (Zaffer) - сапфір, що містить бісмут і кобальт; звідки, мабуть, і виникли назви фарб - сафлор, шафран і інш. У середні віки гірники знаходили разом з іншими рудами кобальтову "землю", але не знали, що з нею робити. Іноді ця земля була схожа на срібну руду, але не містила ніякого срібла. Домішка кобальтової землі до інших руд заважала виплавці металів: з густим димом (сульфідів і арсенидів), що утворюється втрачалася частина металу, що виплавляється. Ще в IV в. у Псевдодемокріта і інших авторів зустрічаються слова, що означають дим, що утворюється при обпаленні руд, що містять сульфіди арсену. У середні віки німецькі гірники, очевидно, бажаючи підкреслити властивості кобальтових земель, називали їх коб-ольд (або кобельт), що означало підземний гном, глузливий дух, безсовісний шахрай. У древньоруській мові є близькі по значенню слова “кобение” (ворожіння), “кобь” (ворожіння по пташиному польоту); останнє слово цікаво порівняти з сучасною назвою птаха - кобчик.

Кобальт згадується у Бірінгуччо, Василя Валентина, Парацельса і інших авторів XV - XVII ст. У "Алхімічному лексиконі" Руланда (1612) про кобальт говориться: "Кобол кобальт (Koboltum, Kobaltum) або колет (Colletum) -- металева матерія, чорніша за свинець і залізо, що розтягується при нагріванні. Кобальт - чорний, трохи схожа за кольором на золу матерія, яку можна кувати і лити, але вона не володіє металевим блиском, і яка являє собою шкідливу взвісь, що відводить (при плавці) разом з димом хорошу руду". Очевидно, тут говориться про металевий кобальт. Проте в історії хімії прийнято вважати, що металевий кобальт був уперше описаний в 1735 р. упсальским професором Брандтом. У дисертації "Про напівметалах" Брандт вказує, зокрема, що металевий бісмут, що отримується з руд не являє собою чистого металу, а містить "кобальтовий корольок" (металевий кобальт). Він же з'ясував, що солі кобальту забарвлюють скло в синій колір. У чистому вигляді металевий кобальт був отриманий Верцеліусом.

У російській літературі XVIII і початку XIX ст. зустрічаються назви кобольт, коболт (Соловйов і Страхов, 1824 і в більш ранніх творах з хімії). Двигубский (1824) вживає назву кобальт; надалі воно стає загальноприйнятим.

У залежності від способу отримання кобальт може являти собою блискучий сріблясто-білий метал з червонуватим відтінком, багато в чому схожий на залізо, або чорно - синій порошок, або ж сіру губчасту і крихку масу. Його щільність становить 8,9 г/см3, температура плавлення - 1494 °С, він володіє феромагнітними властивостями (точка Кюрі 1121 °С). При звичайній температурі на повітрі хімічно стійкий.

Отримання кобальту

Сировиною для отримання кобальту служать кобальтові руди. До складу руд входять такі мінерали, як кобальтин («кобальтовий блиск» - білі, рожеві зернисті агрегати, кристали, CoAsS, ), так звані «кобальтові квіти» (мінерали малинового кольору твердістю 1,5 - 2,5 і густиною 3,1 підкласу арсенатів - Co₃[AsO₄]₂·8H₂O,_, крайній член ізоморфного ряду еритрин - анабергіт, Ni₃[AsO₄]₂·8H₂O, що є продуктом вивітрювання кобальтина і арсенидів кобальту і ніколу), а також лінеїт, скутерудит, шмальтинхлоантит, пентландит. Як сировина для отримання кобальту може служити пірит (сірчаний колчедан, залізний колчедан), самий поширений мінерал класу сульфідів, FeS₂, що містить домішки Cu, Au, Fe, Ni, Co і інш. Пірит являє собою латунно-жовті кубічні кристали полігеного походження, твердістю 6-6,5 і густиною 5,0 г/см3. Головні промислові родовища піриту - гідротермальні і метасоматичні.

По концентрації даних мінералів в ґрунті можна судити про масштаби покладів кобальтових руд. У залежності від хімічного складу, розрізнюють три основних типи кобальтових руд: арсенові руди, сірчасті і окислені. Промислові концентрації Со зустрічаються в родовищах ніколу, міді і заліза. Як правило, з 1 тонни руди отримують від 1 до 30 кг кобальту. Серед металів підгрупи заліза кобальт самий рідкісний; вміст його в земній корі не перевищує тисячної частки відсотка. Загальні світові запаси оцінюють в 6 млн. т, причому велика їх частина зосереджена в зарубіжних країнах: Заїрі, Мароко, Замбії, Австралії, Канаді, Індонезії і на Кубі. У Росії найбільшим родовищем кобальтових руд є Норільськоє, а з республік колишнього СРСР значними запасами також володіє Азербайджан ( Дашкесанске родовище ).

Застосування кобальту.

У чистому вигляді кобальт не застосовують, але він є найважливішим компонентом сплавів і спеціальними сталей. Це передусім магнітотверді ( магнитожорсткі ) матеріали - сполуки рідкоземельних елементів ( головним чином самарія і ербия ) з кобальтом. Магнітотверді матеріали володіють дуже важливою властивістю: вони здатні намагнічуються до насичення і перемагнічуватися у порівняно сильних магнітних полях напруженістю в тисячі і десятки тисяч А/м, і характеризуються високими значеннями коерцитивної сили, залишкової магнітної індукції, магнітної енергії на дільниці розмагнічування («спинка» петлі гістерезису), в зв'язку з чим широко застосовуються для виготовлення спеціальних постійних магнітів, що володіють сильним магнітним полем. Також кобальт входить до складу жароміцних, затвердих корозіоостійких сплавів. Сталі для виготовлення ріжучих інструментів часто містять кобальт. У ряді випадків цей метал використовують як гальванічні покриття, оскільки вони є більш стійкими до впливу слабих кислот, чим хромові або ніколові. З цієї ж причини тонким шаром кобальту іноді покривають столові ножі для захисту від впливу агресивних серед. Хлорид кобальту додає скломасі синє забарвлення, тому він застосовується для виробництва синього і блакитного декоративного скла. Окислу кобальту знайшли своє застосування при виготовленні так званих стразів. Стразами (ньому. Strass, на ім'я винахідника, скловара і ювеліра кон. 18 ст. Ж. Страса), називають штучні камені, що виготовляються з кришталя з домішкою оксидів важких металів, по блиску і грі схожі на коштовні камені; підробка під коштовний камінь. Найбільшу популярність отримали стрази з безбарвного скла - під «діаманти». «Ізумруди» створювалися домішкою під час плавлення окислу хрому, «топази» - окислу заліза, «аметисти» - окислу кобальту.

При опроміненні нейтронами в атомному реакторі кобальт переходить в радіоактивний ізотоп ⁶⁰Со^. Ця радіоактивна речовина володіє дуже інтенсивним гамма - випромінюванням; період його напіврозпаду 5,2 року. Радіоактивний кобальт застосовується як джерело гамма - променів при лікуванні рака і в дослідницьких роботах.

У хімічній промисловості метал, його солі і сполуки застосовуються головним чином як каталізатори різних хімічних процесів. Со₂(СО)₈ - карбоніл кобальту застосовують для отримання чистих металів, нанесення металевих покриттів, як антидетонаторних добавок. Солі кобальту додають в фарби і лаки для прискорення процесу їх висихання (т.н. сікативи).

Кажучи про технічне застосування кобальту, потрібно помітити, що він має також і значне біологічне значення в природі. Кобальт відноситься до числа біологічно активних елементів і завжди міститься в організмі тварин і в рослинах. З недостатнім вмістом його в ґрунтах пов'язаний недостатній вміст кобальту в рослинах, що сприяє розвитку малокрів'я у тварин (тайгово-лісова нечорноземна зона). Входячи до складу водорозчинного вітаміну В₁₂ (цианкобаламин), кобальт вельми активно впливає на надходження азотистих речовин, збільшення змісту хлорофілу і аскорбінової кислоти. Цей вітамін впливає на вуглеводний і жировий обмін; бере участь в кровотворенні. Кобальт є компонентом ряду ферментів, які активізують біосинтез метіонина, нуклеїнових кислот і підвищують зміст білкового азоту. У мікродозах кобальт є необхідним елементом для нормальної життєдіяльності багатьох рослин і тварин. Разом з тим підвищені концентрації з'єднань кобальту є токсичними. У цей час гостро стоїть проблема забруднення навколишнього середовища солями важких металів. Більш усього постраждали водні екосистеми. У природні води сполуки кобальту попадають внаслідок процесів вилуження їх з мідноколчеданових і інших руд, з ґрунтів при розкладанні організмів і рослин, а також зі стічними водами металургійних, металообробних і хімічних заводів. Деякі кількості кобальту поступають з ґрунтів внаслідок розкладання рослинних і тваринних організмів. Сполуки кобальту в природних водах знаходяться в розчиненому і зваженому стані, кількісне співвідношення між якими визначається хімічним складом води, температурою і значеннями рН. Розчинені форми представлені в основному комплексними сполуками, в т.ч. з органічними речовинами природних вод. Сполуки двовалентного кобальту найбільш характерні для поверхневих вод. У присутності окислювачів можливо існування в помітних концентраціях тривалентного кобальту. Гранично допустима концентрація солей металу складає порядку 0,05 - 0,1 мг/дм. куб. Чистою вважається вода, в якій зміст металу не перевищує тисячних часткою міліграма на кубічний дециметр.

Хімічні властивості кобальту, реакції виявлення.

Задача виявлення кобальту полягає передусім у виявленні вмісту його солей в середі, що досліджується. Типовим прикладом якісної реакції є реакція з хлоридом кобальту (II) CoCl2, розчинним у воді. При додаванні гідроксиду натрію NaOH в осад випадає блакитний гідроксид кобальту (II); якщо пробірку з вмістом нагріти, то блакитний осад придбає рожеве забарвлення, перейшовши в стійку форму. При простоюванні на відкритому повітрі поступово утвориться коричнюватий гідроксид кобальту (III). Прості солі тривалентного кобальту в основному нестійкі в розчині. Якщо замість гідроксиду натрію як реагент використати сульфід амонію, то буде спостерігатися випадання чорного осаду сульфіду кобальту, який не розчиняється в розбавлених кислотах.

Найважливішою реакцією визначення солей кобальту є реакція, в якій середовище, що досліджується вміщується в розчин, що являє собою суміш нітриту калію KNO2, хлориду калію і оцтової кислоти ( оцтової есенції). При нагріванні даної системи у разі наявності хлориду кобальту в середовищі, що досліджується станеться випадання жовтого осаду комплексної сполуки гексанітрокобальтата - (III) калію K3[Co(NO2)6].

Ще одна реакція - це реакція хлориду кобальту з невеликою кількістю кристалічного роданиду амонію NH4SCN. У процесі даної реакції утвориться темно - синій розчин тетраіоцианатокобальту (II) амоній:

CoCl2 + 4NH4SCN = 2NH4Cl + (NH4)2[Co(SCN)4]

До особливостей цієї реакції потрібно віднести передусім те, що з її допомогою можна виявляти дуже малі концентрації солей кобальту, що дуже важливо при проведенні хімічних аналізів в ході геолого- розвідувальних робіт.