Кто знает, что такое кобальт и где он применяется? Применение кобальта

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

Историческая справка. Оксид Кобальта применялась в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания стекол и эмалей в синий цвет. Для той же цели в 16 веке 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 году шведский химик Г. Брандт, нагревая в горне с дутьем смесь цафры с углем и флюсом, получил металл, который назвал "корольком кобольда". Вскоре это название было изменено на "кобольт", а затем на "кобальт".

Распространение Кобальта в природе. Содержание Кобальт в литосфере 1,8·10 -3 % по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации Кобальт 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, Кобальт образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов Кобальт.

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

Физические свойства Кобальта. При обычной температуре и до 417 °С кристаллическая решетка Кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017Å, с = 4,614Å), выше этой температуры решетка Кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370Å). Атомный радиус 1,25Å, ионные радиусы Со 2+ 0,78Å и Со 3+ 0,64Å. Плотность 8,9 г/см 3 (при 20 °С); t пл 1493°С, t кип 3100°С. Теплоемкость 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 О °С). Кобальт ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Θ = 1121 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2) для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м 2 для отожженного.

Химические свойства Кобальта. Конфигурация внешних электронных оболочек атома Кобальта 3d 7 4s 2 . В соединениях Кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со(П), в комплексных - Со(Ш). Для Со(I) и Co(IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный Кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный Кобальт, полученный восстановлением его оксида водородом при 250 °С (пирофорный Кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный Кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + Н 2 О = СоО + Н 2 . С галогенами Кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ 2 . При нагревании Кобальт взаимодействует с S, Se, P, As, Sb, С, Si, В, причем 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 Кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида СоCl 2 и сульфата CoSO 4 . Разбавленная азотная кислота растворяет Кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Co(NO 3) 2 . Концентрированная HNO 3 пассивирует Кобальт. Названные соли Со (П) хорошо растворимы в воде [при 25°С 100 г воды растворяют 52,4 г СоCl 2 , 39,3 г CoSO 4 , 136,4 г Co(NO 3) 2 ]. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со 2+ синий гидрооксид Со(ОН) 2 , которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со(ОН) 3 . Нагревание в кислороде при 400-500 °С переводит СоО в черную закись-окись Со 3 О 4 , или СоО·Со 2 О 3 - соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl 2 О 4 или СоО·Al 2 О 3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 году Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси СоО и Al 2 О 3 при температуре около 1000 °С.

Из простых соединений Со (IП) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или СоCl 2 при 300-400 °С образуется коричневый фторид CoF 3 . Комплексные соединения Со (Ш) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO 2 осаждает из растворов солей Со (П), содержащих СН 3 СООН, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K 3 . Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) - комплексные соединения Со (Ш), содержащие аммиак или некоторые органических амины.

Получение Кобальта. Минералы Кобальта редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения Кобальта служат руды никеля, содержащие Кобальт как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и ее способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов Кобальта 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(III) и добавлением СаСО 3 осаждают Fe(OH) 3 и CaHAsO 4 . От никеля Кобальт отделяют по реакции: 2СоCl 2 + NaClO + 4NaOH + H 2 O = 2Co(OH) 3 ↓ +5NaCl. Почти весь никель остается в растворе. Черный осадок Со(ОН) 3 прокаливают для удаления воды; полученный оксид Со 3 О 4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический Кобальт, содержащий до 2-3% примесей (Ni, Fe, Cu и другие), может быть очищен электролизом.

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

Из искусственно радиоактивных изотопов Кобальт наибольшее значение имеет 60 Со с периодом полураспада Т ½ = 5,27 года, широко используемый как гаммаизлучатель. 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. Другие радиоактивные изотопы - 56 Со (Т ½ = 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 Кобальта в организме животных (с помощью радиоактивного Кобальта исследовали проницаемость плаценты и т. п.).

Кобальт в организме. Постоянно присутствуя в тканях животных и растений, Кобальт участвует в обменных процессах. В животном организме содержание Кобальта зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация Кобальта в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10 -3 - 4,5·10 -3 % на сухое вещество. Способность к накоплению Кобальт у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации Кобальта морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде Кобальта значительно меньше, чем в почвах. Суточная потребность человека в Кобальте равна примерно 7-15 мкг и удовлетворяется за счет его поступления с пищей. Потребность животных в Кобальте зависит от их вида, возраста и продуктивности. Наиболее нуждаются в Кобальте жвачные, которым он необходим для развития симбиотической микрофлоры в желудке (главным образом в рубце). Суточная потребность в Кобальте у дойных коров составляет 7-20 мг, у овец - около 1 мг. При недостатке Кобальта в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания - акобальтозы. Биологическая активность Кобальта определяется его участием в построении молекулы витамина B 12 и его коферментных форм, фермента транскарбоксилазы. Кобальт 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. Кобальт- мощный активатор кроветворения и синтеза эритропоэтинов. Кобальт участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда других семейств.

Кто знает, что такое кобальт и где он применяется?

1. Название химического элемента 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. Вероятно, имя злого духа восходит к греческому кобалос дым. Этим же словом греки называли лживых людей.
   В 1735 году шведский минералог Георг Бранд 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 ещ в древних Ассирии и Вавилоне

   Кобальтом интересуются не только инженеры, но и агрономы, и медики, несколько слов об одной не совсем обычной службе элемента 27. Еще во время первой мировой войны, когда милитаристы делали первые попытки применения отравляющих веществ, возникла необходимость найти вещества, поглощающие угарный газ. Это было нужно еще и потому, что сплошь и рядом происходили случаи отравления орудийной прислуги угарным газом, выделяемым при стрельбе.
   В конце концов, была составлена масса из окислов марганца, меди, серебра, кобальта, названная гопкалитом, защищающая от угарного газа, который в ее присутствии окисляется уже при комнатной температуре и превращается в нетоксичную углекислоту. А теперь о кобальте в живой природе.

   В некоторых районах разных стран, в том числе и нашей, печальной известностью пользовалось заболевание скота, иногда называемое сухоткой. Животные теряли аппетит и худели, их шерсть переставала блестеть, слизистые оболочки становились бледными. Резко падало количество красных кровяных телец (эритроцитов) в крови, резко снижалось содержание гемоглобина. Возбудителя болезни найти не могли, однако ее распространенность создавала полное впечатление эпизоотии. В Австрии и Швеции неизвестную болезнь называли болотной, кустарниковой, прибрежной. Если в район, пораженный болезнью, завозили здоровых животных, то через год-два они тоже заболевали. Но и то же время скот, вывезенный из района эпидемий, не заражал общающихся с ним животных и сам вскоре выздоравливал. Так было и в Новой Зеландии, и в Австралии, и в Англии, и в других странах. Это обстоятельство заставило искать причину болезни в корме. И когда после кропотливых исследований она была, наконец, установлена, болезнь получила название, точно определяющее эту причину, акобальтоз.. .

   Известно, что человеческому организму необходимо железо: оно входит в состав гемоглобина крови, с помощью которого организм усваивает кислород при дыхании. Известно также, что зеленым растениям нужен магний, так как он входит в состав хлорофилла. А кобальт какую роль играет он в организме?

   Есть и такая болезнь злокачественное малокровие. Резко уменьшается число эритроцитов, снижается гемоглобин.. . Развитие болезни ведет к смерти. В поисках средства от этого недуга врачи обнаружили, что сырая печень, употребляемая в пищу, задерживает развитие малокровия. После многолетних исследований из печени удалось выделить вещество, способствующее появлению красных кровяных шариков. Еще восемь лет потребовалось для того, чтобы выяснить его химическое строение. За эту работу английской исследовательнице Дороти Кроуфут-Ходжкин присуждена в 1964 г. Нобелевская премия по химии. Вещество это получило название витамина B12. Оно содержит 4% кобальта.

   Таким образом, выяснена основная роль солей кобальта для живого организма они участвуют в синтезе витамина B12. В последние годы этот витамин стал привычным в медицинской практике лечебным средством, которое вводят в мышцы больного, в чьем организме по той или иной причине не хватает кобальта.

   Рыбе тоже нужен кобальт
   Вероятно, не все знают, ч

2. КОБАЛЬТ
   КОБАЛЬТ (лат. Cobaltum), Со, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332. Название от немецкого Kobold - домовой, гном. Серебристо-белый металл с красноватым оттенком; плотность 8,9 г/куб. см, tпл 1494 С; ферромагнитен (точка Кюри 1121 С) . При обычной температуре на воздухе химически стоек. Минералы редки, добывается из руд никеля. В основном кобальт используется для получения кобальтовых сплавов (магнитные, жаропрочные, сверхтвердые, коррозионностойкие и др.) . Радиоактивный изотоп 60Со используют как источник?-излучения в медицине и технике. Кобальт важен для жизни растений и животных, входит в состав витамина B12

   Применение кобальта

   Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах) . Кобальт входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% кобальт) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% кобальт) и кобальтовой стали (6% кобальт) . Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.

   Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять данные свойства после однократного намагничивания. Магниты должы иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% кобальта, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

   Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие кобальт, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

   В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве печатных схем в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.

3. Кобалт металлпереходного ряда.
   Применяется как добавка в легированные стали и кстати существует кобальтовое голодание почв (соли кобальта нужны нашему организму!
4. Кобальт (Cobalt) - это:
   металл. Искусственно созданный радиоизотоп кобальт-60 (cobalt-60), или радиокобальт (radiocobalt), является мощным источником гамма-излучения и применяется при облучении злокачественных опухолей (см. Лучевая терапия. Дистанционная кюри-терапия) . Сам по себе кобальт образует часть молекулы витамина В12. Обозначение: Со.

   Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
   Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.

5. http://n-t.ru/ri/ps/pb027.htm ... http://ru.wikipedia.org/wiki/РРРРР СС ... http://www.rgost.ru/gost/meteorologiya-i-izmereniya/index.php?option=com_contenttask=viewid=385Itemid=58 ... http://www.periodictable.ru/027Co/Co.html ... http://chemistry.narod.ru/tablici/Elementi/CO/CO.HTM ... http://www.optimumrus.ru/content/view/226/544/

Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали , улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Данный металл входит в состав твердых сплавов , из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно Co улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% Co) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% Co) и кобальтовой стали (6% Co). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.

Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять эти свойства после однократного намагничивания. Магниты должны иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% Co, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие Co, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения Co, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.

Кобальт находит широкое и разнообразное применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине, что связано с замечательными свойствами этого металла и его сплавов.

В чистом виде кобальт применяется относительно мало: только в виде радиоактивного 60 Со в промышленной γ -дефектоскопии и γ -терапии и для изготовления измерительных инструментов.

Около 80% кобальта расходуется на получение сверхтвердых, жаропрочных, инструментальных и износостойких сплавов, а также постоянных магнитов. Эти сплавы находят применение в машиностроении, в авиационной технике, ракетостроении, электротехнической и атомной промышленности.

В качестве легирующего элемента кобальт применяется при производстве вольфрамовых быстрорежущих инструментальных сталей, обладающих большой прочностью и обеспечивающих высокие скорости механической обработки. Как правило, эти стали содержат, %: 15-19 W , 4 Cr , 1 V, 5-13 Со и 0,5-0,8 С. Режущая способность инструментальных сталей пропорциональна содержанию в них кобальта до 13%. Добавки кобальта к молибденовым сталям также улучшают их режущие свойства. Присутствие кобальта в быстрорежущих сталях не увеличивает их твердость, но сдвигает температуру начала потери твердости до 600°С,в то время как у обычной стали она уменьшается с 200°С.

Широкое применение находят сверхтвердые сплавы на основе кобальта и хрома - стеллиты.

Химический состав и твердость типичных стеллитов приведены ниже:

Кобальтовые сплавы - стеллиты, содержащие до 30% Сг, а также вольфрам, кремний и углерод, применяют для наплавки на инструменты и детали машин (без последующей термической обработки) в целях повышения их сопротивления износу.

Кобальт широко используется в качестве легирующего элемента при производстве каропрочных сталей, а также жаропрочных кобальтовых сплавов. Деформируемые хобальтовые сплавы системы Co - Cr - Ni - Mn , содержащие до 50% Со, имеют высокое сопротивление термической усталости и удовлетворительно обрабатываются давлением. Общее количество легирующих элементов в них достигает 8-9, а их содержание составляет 10- 25%. Температурный предел применения жаропрочных сталей составляет 800-850°С, а сплавов на кобальтовой основе - 1000°С и выше. Примером жаропрочного сплава на кобальтовой основе является сплав с содержанием, %: 12-15 Ni , 18-24 Сг, 8-12 W , 1,25 Мп, 1,1 Si , 0,5 С.

Следующая группа сплавов, в производстве которых широкое применение находит кобальт, это тугоплавкие жаропрочные сплавы, получаемые металлокерамическим способом на основе карбидов, силицидов, боридов титана, вольфрама, циркония, ниобия, тантала и ванадия. Особенностью этих сплавов является высокое содержание в них кобальта и никеля, применяемых для связки. Эти сплавы применяют до температуры 1050-1100°С.

Значительный интерес для атомной промышленности в качестве конструкционного материала ядерных реакторов представляют собой нержавеющие стали с низким содержанием кобальта (<0,05%).

Кобальт находит также широкое применение для получения магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и сплавов для постоянных магнитов (сплавы кобальта с железом, платиной; сплавы на основе кобальта, легированные алюминием, никелем, медью, титаном, самарием, лантаном, церием). Введение в сплавы добавок кобальта в количестве 0,5- 4,0% способствует уменьшению величины зерна, благодаря чему возрастают коэрцитивная сила (сопротивление размагничиванию) и остаточное намагничивание. Промышленные сплавы для магнитов типа «алнико» содержат алюминий, никель, кобальт, остальное железо. Отдельные сплавы включают также медь и титан:

Сплавы «алнико» обладают высокими коэрцитивной силой и магнитной энергией. Эти сплавы применяют при изготовлении магнитных подшипников, генераторов и электродвигателей с постоянными магнитами.

Кобальто-платиновые магнитные сплавы, содержащие 50% Со. имеют наилучшие магнитные свойства.

Магнитный сплав, содержащий 49% Со, 49% Fe и 2% V, обладает высокой остаточной магнитной индукцией, а кроме того, его можно прокатывать от толщины 2,31 до 0,0075 мм без промежуточных отжигов и потери пластичности. Его применение обеспечивает повышение к. п. д. двигателей космических кораблей.

Кобальт - также один из элементов большого количества кислотоупорных сплавов. Так, наилучшим для изготовления нерастворимых анодов является сплав состава. %: 75 Со, 13 Si , 7 Сг и 5 Мп. Этот сплав по стойкости в азотной и соляной кислотах превосходит платину. Хорошей стойкостью в концентрированной соляной, кислоте при температуре 80°С обладает сплав состава, %: 56 Ni , 19,5 Со, 22 Fe и 2,5 Мп.

Кобальт используется совместно с никелем для электролитического покрытия различных изделий для придания им коррозионностойких свойств. Анодом при электролизе служит сплав никеля с 1-18%Со в зависимости от содержания хрома в ванне, электролитом - сульфата о- хлоридные растворы. При электроосаждении кобальта или никеля, легированного фосфором в количестве до 15%, образуются твердые, коррозионностойкие и блестящие покрытия с хорошей пластичностью, надежно сцепляющиеся с основным металлом. Такие покрытия наносятся на калибры, стенки цилиндров, поршневые кольца и стержни клапанов.

В химической и нефтехимической промышленности порошкообразный кобальт и его оксид используются в качестве катализатора при гидоогенизации жиров, синтезе бензина, при производстве азотной кислоты, соды и сульфата аммония.

Широко известно применение кобальта в лакокрасочной, стекольной и керамической отраслях промышленности. Эта область применения металла основана на способности закиси кобальта при сплавлении со стеклом или эмалью давать окрашенные в синий цвет силикаты и алюмосиликаты, например, смальту (двойной силикат кобальта и калия). Смальта ввиду её большой устойчивости пои высоких темпер атур ах и легкоплавкости является незаменимым материалом для окраски стекол, эмалей и других керамических изделий.

В качестве красителей используются и другие соединения кобальта. Из кобальтовых красок представляют интерес следующие: синяя - алюминат кобальта ; фиолетовая - безводная фосфорнокислая соль Со 3 (Р0 4 )2; желтая - соль Фишера К 3 [Со(NO 2 ) 6 ]Н 2 0, зеленая - CoOxZnO ; розовая, получаемая прокаливанием карбоната магния с нитратом кобальта. Все эти соединения кобальта используются для производства масляных художественных красок и в керамическом производстве. Кобальтовые краски отличаются большой стойкостью и неизменяемостью окраски. Турецкая зелень, или сине-зеленая краска, получаемая прокалкой карбоната кобальта, оксида хрома и гидроксида алюминия в соотношении 1:1:2, применяется для окраски фарфора.

Кобальтовые соли и некоторые кобальтсодержащие сплавы используются также в стекольной промышленности.

Оксиды кобальта применяются при эмалировании жести. Для получения прочной эмали в состав грунта вводят до 0,2% оксидов кобальта, а также никель и марганец.

Кобальт в соединении с серебром используется при изготовлении аккумуляторных батарей.

Радиоактивный изотоп 60 Со (с периодом полураспада Т 1/2 = 5,27 года) широко используется в качестве длительно действующего источника у - излучения («кобальтовая пушка»). В технике его применяют для у - дефектоскопии, а в медицине - при лучевой терапии опухолей и стерилизации медикаментов. Кроме того, 60 Со используется для уничтожения насекомых в зерне и овощах.

Соли кобальта применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также в качестве подкормки животных.

Кобальт -- твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427 °C устойчива б-модификация. При температурах от 427 °C до температуры плавления (1494 °C) устойчива в-модификация кобальта (решётка кубическая гранецентрированная). Кобальт -- ферромагнетик, точка Кюри 1121 °C.

Представляет собой блестящий металл, похожий на железо, с удельным весом 8,8. Температура его плавления несколько больше, чем у никеля. Кобальт очень тягуч. Он обладает большой твердостью и прочностью, чем сталь. Он ферромагнитен и только выше 10000 переходит в модификацию, не обладающую способностью намагничиваться.

Желтоватый оттенок ему придает тонкий слой оксидов.

При обычной температуре и до 417 °С кристаллическая решетка Кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017Е, с = 4,614Е), выше этой температуры решетка Кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370Е). Атомный радиус 1,25Е, ионные радиусы Со 2+ 0,78Е и Со 3+ 0,64Е. Плотность 8,9 г/см 3 (при 20 °С); t пл 1493°С, t кип 3100°С. Теплоемкость 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 О °С). Кобальт ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, И = 1121 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2) для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м 2 для отожженного.

Химические свойства кобальта

Конфигурация внешних электронных оболочек атома Кобальта 3d 7 4s 2 . В соединениях Кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со(П), в комплексных - Со(III). Для Со(I) и Co(IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный Кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный Кобальт, полученный восстановлением его оксида водородом при 250 °С (пирофорный Кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный Кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + Н 2 О = СоО + Н 2 . С галогенами Кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ 2 . При нагревании Кобальт взаимодействует с S, Se, P, As, Sb, С, Si, В, причем 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 Кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида СоCl 2 и сульфата CoSO 4 . Разбавленная азотная кислота растворяет Кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Co(NO 3) 2 . Концентрированная HNO 3 пассивирует Кобальт. Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25°С 100 г воды растворяют 52,4 г СоCl 2 , 39,3 г CoSO 4 , 136,4 г Co(NO 3) 2 ]. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со 2+ синий гидрооксид Со(ОН) 2 , которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со(ОН) 3 . Нагревание в кислороде при 400-500 °С переводит СоО в черную закись-окись Со 3 О 4 , или СоО·Со 2 О 3 - соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl 2 О 4 или СоО·Al 2 О 3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 году Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси СоО и Al 2 О 3 при температуре около 1000 °С

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или СоCl 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 СН 3 СООН, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K 3 . Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) - комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органических амины.

Вода и воздух при обычной температуре не оказывают действия на компактный кобальт, но в мелкораздробленном состоянии он обладает пирофорными свойствами. В разбавленных кислотах, например в соляной или серной, кобальт растворяется значительно труднее, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений справа от железа (его нормальный потенциал равен -0,28 в). Разбавленная азотная кислота легко растворяет кобальт, а при действии концентрированной HNO3 он пассивируется. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

При нагревании на воздухе Со окисляется, а при температуре белого каления сгорает до Сo 3 O 4 . При нагревании кобальт соединяется со многими другими веществами, причем реакция его с S, P, As, Sb, Sn и Zn нередко сопровождается воспламенением. При сплавлении с кремнием Со образует целый ряд соединений. При высокой температуре он соединяется также с бором, но не реагирует с азотом. Кобальт легко образует соединения с галогенами. С железом и никелем, а также с хромом и марганцем он образует твердые растворы в любых соотношениях. По отношению к углероду кобальт ведет себя так же, как железо; однако при охлаждении углеродсодержащих расплавов никогда не выделяется карбид Со 3 С (хотя, по данным Руффа, существование его в расплаве является вероятным); если содержание углерода превышает пределы существования твердого раствора, избыток углерода всегда выделяется в виде графита. При действии СН4 или СО на тонкоизмельченный металлический кобальт при слабом нагревании (ниже 225°), по данным Бара, образуется соединение Со2С, разлагающееся при более высоких температурах. Каталитическое разложение СH 4 и СО под действием кобальта происходит лишь при таких температурах, когда карбид становится неустойчивым

Co + 2HCl(разб.)+t= CoCl 2 + H 2

Co + H 2 SO 4 (разб.)+t= CoSO 4 + H 2

3Co + 8HNO 4 (разб.)+t= 3Co(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

4Co + 4NaOH + 3O 2 +t= 4NaCoO2 + 2H 2 O

2Co + O2 +t=2CoO

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат.

Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию.

Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля.

2СоСl 2 + NaClO + 4NaOH + H 2 O = 2Co(OH) 3 v + 5NaCl

Чёрный осадок Co(OH) 3 прокаливают для удаления воды, а полученный оксид Со 3 O 4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2-3% примесей (никель, железо, медь), может быть очищен электролизом.

Образование соединений кобальта

· При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. 2Co + 3F 2 > CoF 3 , но, Co + Cl 2 > CoCl 2

· С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую б-форму (при сплавлении порошков) и чёрную в-форму (выпадает в осадок из растворов).

· При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со 9 S 8

· 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 путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН 2 и СоН.

· Растворы солей кобальта CoSO 4 , CoCl 2 , Со(NO 3) 2 придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.

· Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака.

Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли 3+ жёлтого цвета.