Кобальт
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Кобальт

Кобальт (лат. Cobaltum), З, хімічний елемент першої тріади VIII групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 27, атомна маса 58,9332; важкий метал сріблястого кольору з рожевим відливом. У природі елемент представлений одним стійким ізотопом 59 З; з отриманих штучно радіоактивних ізотопів найважливіший 60 З.

загрузка...

  Історична довідка. Окисел До. застосовувалася в Давньому Єгипті Вавілоні, Китаї для фарбування стекол і емалей в синій колір. Для тієї ж мети в 16 ст в Західній Європі стали користуватися цафрой, або сафлором, — сірою землистою масою, яка виходила при випаленні деяких руд, що носили назву «кобольд». Ці руди виділяли при випаленні рясний отруйний дим, а з продукту їх випалення виплавити метал не удавалося. Середньовічні рудокопи і металурги вважали це витівками міфічних істот — кобольдов (від йому.(німецький) Kobold — домовий гном). У 1735 шведський хімік Р. Брандт, нагріваючи в горні з дуттям суміш цафри з вугіллям і флюсом, отримав метал, який назвав «корольком кобольда». Незабаром ця назва була змінена на «кобольт», а потім на «кобальт».

  Поширення в природі. Вміст До. у літосфері 1,8·10 -3 % по масі. У земній корі він мігрує в магмі, гарячих і холодних водах. При магматичній диференціації До. накопичується головним чином у верхній мантії: його середній вміст в ультраосновних породах 2·10 -2 %. З магматичними процесами пов'язано утворення так званих ліквационних родовищ кобальтових руд. Концентруючись з гарячих підземних вод, До. утворює гидротермальниє родовища; у них З пов'язаний з Ni, As, S, Cu. Відомо близько 30 мінералів До. (див. Кобальтові руди ) .

  В біосфері До. переважно розсівається, проте на ділянках, де є рослини — концентратори До., утворюються кобальтові родовища. У верхній частині земної кори спостерігається різка диференціація До. — в глинах і сланцях в середньому міститься 2·10 -3 % До., у піщаниках 3·10 -5 , у вапняках 1·10 -5 . Найбільш бідні До. піщані грунти лісових районів. У поверхневих водах До. мало, в Світовому океані його лише 5·10 -8 %. Будучи слабким водним мігрантом, До. легко переходить в осідання, адсорбуючись гідроокисами марганцю, глинами і ін. високодисперсними мінералами.

  Фізичні і хімічні властивості. При звичайній температурі і до 417°С кристалічна решітка До. гексагональна щільноупакована (з періодами а = 2,5017, з = 4,614 ), вище за цю температуру грати До. кубічна гранецентрована (а = 3,5370 ). Атомний радіус 1,25, іонні радіуси Co 2+ 0,78  і Co 3+ 0,64 . Щільність 8,9 г/см 3 (при 20°С): t 1493° С про , t до іп 3100°С. Теплоємність 0,44 кдж/ ( кг·К ) , або 0,1056 кал/( г· °С); теплопровідність 69,08 вт/ ( м·К ) , або 165 кал/ ( см·сек· ° З ) при 0—100 °С. Питомий електроопір 5,68·10 -8 ом·м, або 5,68·10 -6 ом·см (при 0°С). До. ферромагнітен, причому зберігає феромагнетизм від низьких температур до точки Кюрі, Q= 1121 °С (див. Феромагнетизм ) . Механічні властивості До. залежать від способу механічної і термічної обробки. Межа міцності при розтягуванні 500 Мн/м 2 (або 50 кгс/мм 2 ) для кованого і такого, що відпалює К.; 242— 260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для дроту. Твердість по Брінеллю 2,8 Гн/м 2 (або 280 кгс/мм 2 ) для наклепаного металу, 3,0 Гн/м 2 для обложеного електролізом; 1,2—1,3 Гн/м 2 для того, що відпалює.

  Конфігурація зовнішніх електронних оболонок атома До. 3 d 7 4s 2 . В з'єднаннях До. проявляє змінну валентність. У простих з'єднаннях найбільш стійкий З (II), в комплексних — З (III). Для З (I) і Co (IV) отримані лише нечисленні комплексні з'єднання . При звичайній температурі компактний До. стійок проти дії води і повітря. Дрібно роздроблений До., отриманий відновленням його окислу воднем при 250 °С (пірофорний До.), на повітрі займається, перетворюючись на СОО. Компактний До. починає окислюватися на повітрі вище 300 °С; при червоному калінні він розкладає водяну пару: З +  H 2 O = COO + H 2 . З галогенами До. легко з'єднується при нагріванні, утворюючи галогеніди СоХ 2 . При нагріванні До. взаємодіє з S, Se, Р, As, Sb, З, Si, В, причому склад з'єднань, що виходять, інколи не задовольняє вказаним вище валентним станам (наприклад, Со 2 Р Co 2 As, Cosb 2 , Со 3 З, Cosi 3 ). У розбавлених соляній і сірчаній кислотах До. повільно розчиняється з виділенням водню і освітою відповідно хлориду Cocl 2 і сульфату Coso 4 . Розбавлена азотна кислота розчиняє До. з виділенням оксидів азоту і утворенням нітрату Co (No 3 ) 2 . Концентрована Hno 3 пасивує До. (див. Пасивування металів ) . Названі солі З (II) добре растворіми у воді [при 25 °С 100 г води розчиняють 52,4 г Cocl 2 , 39,3 г Coso 4 , 136,4 р. З (No 3 ) 2 ]. Їдкі луги облягають з розчинів солей Со 2+ синій гідроокис З (ВІН) 2 , який поступово буріє унаслідок окислення киснем повітря до З (ВІН) 3 . Нагрівання у кисні при 400—500 °С переводить COO в чорний закис-окисел Co 3 O 4 , або Coo·co 2 O 3 — з'єднання типа шпінелі . З'єднання того ж типа Coal 2 O 4 або Coal 2 O 3 синього кольору (тенарова синь, відкрита в 1804 Л. Же. Тенаром) виходить при прожаренні суміші COO і Al 2 O 3 при температурі близько 1000 °С.

  З простих з'єднань З (III) відомі лише небагато. При дії фтору на порошок З або Cocl 2 при 300—400 °С утворюється коричневий фторид Cof 3 . Комплексні з'єднання З (III) вельми стійкі і виходять легко. Наприклад, Kno 2 облягає з розчинів солей З (II), Ch 3 COOH, що містять, жовтий труднорастворімий гексанітрокобальтат (III) калія K 3 [Co (No 2 ) 6 ]. Вельми багаточисельні кобальтамміни (колишня назва кобальтіаки) — комплексні з'єднання З (III), що містять аміак або деякі органічні аміни.

  Здобуття і вживання. Мінерали До. рідкі і не утворюють значних рудних скупчень. Головним джерелом промислового здобуття До. служать руди нікелю, що містять До. як домішка. Переробка цих руд вельми складна, і її спосіб залежить від складу руди. Зрештою отримують розчин хлоридів До. і нікелю, що містить домішки Cu 2+ , Pb 2+ , Bi 3+ . Дією H 2 S облягають сульфіди Cu, Pb, Bi, після чого пропусканням хлору переводять Fe (II) в Fe (lll) і додаванні СаСО 3 облягають Fe (ВІН) 3 і Cahaso 4 . Від нікелю До. відокремлюють по реакції: 2cocl 2 +NaCIO+4NaOH+H 2 O = 2co (ВІН) 3 ¯+5NaCI. Майже весь нікель залишається в розчині. Чорний осад З (ВІН) 3 прожарюють для видалення води; отриманий оксид Co 3 O 4 відновлюють воднем або вуглецем. Металевий До., що містить до 2—3% домішок (Ni, Fе, Cu і ін.), може бути очищений електролізом.

  До. застосовується головним чином у вигляді сплавів; такі кобальтові сплави, а також сплави на основі ін. металів, де До. служить легуючим елементом. Сплави До. використовують як жароміцні і жаростійкі матеріали, при виготовленні постійних магнітів, ріжучого інструменту і ін. Порошкоподібний До., а також Co 3 O 4 служать каталізаторами. Фторид Cof 3 застосовується як сильний фторуючий агент, тенарова синь і особливо силікат До. і калія (див. Смальта ) як фарби в керамічній і скляній промисловості. Солі До. застосовують в сільському господарстві як мікродобрива, а також для підгодівлі тварин.

  С. А. Погодін.

  З штучно радіоактивних ізотопів До. найбільше значення має 60 Із з періодом напіврозпаду T 1 / 2 = 5,27 років, широко використовуваний як гамма. У техніці його застосовують для гамма-дефектоскопії. У медицині — головним чином при променевій терапії пухлин (див. Гамма-установка ) і для стерилізації медикаментів. Він служить також для знищення комах в зерні і овочах і для консервації харчових продуктів. Ін.(Древн) радіоактивні ізотопи — 56 Co (T 1 / 2 = 77 сут ), 57 З (270 сут ) і 58 З (72 сут ) як менш небезпечні (невеликий період напіврозпаду) використовують як ізотопних індикаторів при дослідженні обміну речовин, зокрема для вивчення розподілу До. у організмі тварин (за допомогою радіоактивного До. досліджували проникність плаценти і т.п.).

  До. у організмі. Постійно присутній в тканинах тварин і рослин, До. бере участь в обмінних процесах. У тваринному організмі вміст До. залежить від його рівня в кормових рослинах і грунтах. Концентрація До. у рослинах пасовищ і лугів в середньому складає 2,2·10 -5 —4,5·10 -5 % на суху речовину. Здібність до накопичення До. в бобів вище, ніж в злакових і овочевих рослин. У зв'язку з високою здатністю до концентрації До. морські водорості по його вмісту мало відрізняються від наземних рослин, хоча в морській воді До. значно менше, ніж в грунтах. Добова потреба людини в До. рівна приблизно 7—15 мкг і задовольняється за рахунок його вступу з їжею. Потреба тварин в До. залежить від їх вигляду, віку і продуктивності. Найбільш потребують До. жуйні, яким він необхідний для розвитку симбіотичної мікрофлори в шлунку (головним чином в рубці). Добова потреба в До. у дійних корів складає 7—20 міліграм, у овець — близько 1 міліграм. При недоліку До. у раціоні знижується продуктивність тварин, порушуються обмін речовин і кровотворення, в жуйних виникають ендемічні захворювання — акобальтози. Біологічна активність До. визначається його участю в побудові молекули вітаміну B 12 і його коферментних форм, ферменту транськарбоксилази. До. необхідний для прояву активності ряду ферментів. Він впливає на обмін білка і синтез нуклеїнових кислот, на обмін вуглеводів і жирів, окислювально-відновні реакції в тваринному організмі. До. — потужний активатор кровотворення і синтезу ерітропоетінов . До. бере участь у ферментних системах клубенькових бактерій, що здійснюють фіксацію атмосферного азоту; стимулює зростання, розвиток і продуктивність бобів і рослин ряду ін. сімейств.

  Ю. І. Раєцкая.

 

  Літ.: Перельман Ф. М., Кобальт, в кн.: Коротка хімічна енциклопедія, т. 2, М., 1963; Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, т. 3, М., 1970; Гудіма Н. Ст, Металургія кобальту, в кн.: Довідник металурга по кольорових металах, т. 2, М., 1947; Яструбів А. П., Дія кобальту на утворення еритроцитів, в кн.: Патофізіологія еритропоезу (Тр. 7 конференцій Уральського Міжобласного суспільства патофізіологів), Свердловськ, 1965; Ягодін Би. А., Кобальт в житті рослин, 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, р. 5808—27.