Реферат: Кобальт - химический элемент
Если нитрат кобальта Со(NO3 )2 , его гидроксид Со(ОН)2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со3 О4 (CoO·Co2 O3 ). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe3 О4 . Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:
Со3 О4 + 4H2 = 3Со + 4H2 O.
При прокаливании Со(NO3 )2 , Со(ОН)2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта — Со2 О3 .
При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта(II) выпадает осадок Со(ОН)2 , который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)2 превращается в СоООН.
Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)3 .
При нагревании кобальт реагирует со фтором с образованием трифторида СоF3 . Если на СоО или СоCO3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF2 . При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl2 и дибромида СоBr2 . За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI2 .
Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS ( b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H2 S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):
CoSO4 + H2 S = CoS + H2 SO4
При нагревании CoS в атмосфере H2 S образуется Со9 S8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co2 S3 , Co3 S4 и CoS2 .
С графитом кобальт образует карбиды Со3 C и Со2 С, c фосфором — фосфиды составов СоP, Со2 P, СоP3 . Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со3 N и Co2 N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe2 ), кремнием (известны силициды Co2 Si, CoSi CoSi2 ) и бором (в числе известных боридов кобальта — Со3 В, Со2 В, СоВ).
Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН2 и СоН.
Известны растворимые в воде соли кобальта — сульфат СоSO4 , хлорид СоСl2 , нитрат Со(NO3 )2 и другие. Интересно, что разбавленные водные растворы этих солей имеют бледно-розовую окраску. Если же перечисленные соли (в виде соответствующих кристаллогидратов) растворить в спирте или ацетоне, то возникают темно-синие растворы. При добавлении воды к этим растворам их окраска мгновенно переходит в бледно-розовую.
К нерастворимым соединениям кобальта относятся фосфат Со3 (PO4 )2 , силикат Со2 SiO4 и многие другие.
Для кобальта, как и для никеля, характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH3 . При действии аммиака на растворы солей кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава [Co(NH3 )6n (H2O)n ]2+ . Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.
Значительно стабильнее амминные комплексы трехвалентного кобальта, которые можно получить действием аммиака на растворы солей кобальта в присутствии окислителей. Так, известны гексамминные комплексы с катионом [Co(NH3 )6 ]3+ (эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей), аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом [Co(NH3 )5 H2 O]3+ (так называемые розеосоли) и др. В ряде случаев лиганды вокруг атома кобальта могут иметь различное пространственное расположение, и тогда существуют цис- и транс-изомеры соответствующих комплексов.
В качестве лигандов в комплексах кобальта могут выступать также анионы CN- , NO2 - и другие.
При взаимодействии смеси водорода и СО с гидроксокарбонатом кобальта при повышенном давлении, а также взаимодействием под давлением СО и порошка металлического кобальта получают биядерный октакарбонил дикобальта состава Со2 (СО)8 . При его осторожном нагревании образуется карбонил Со4 (СО)12 . Карбонил Со2 (СО)8 используют для получения высокодисперсного кобальта, применяемого для нанесения кобальтовых покрытий на различные материалы.
Применение
Основная доля получаемого кобальта расходуется на приготовление различных сплавов. Так, добавление кобальта позволяет повысить жаропрочность стали, обеспечивает улучшение ее механических и иных свойств. Кобальт — компонент некоторых твердых сплавов, из которых изготовляют быстрорежущий инструмент (сверла, разцы и другие). Особенно важны магнитные кобальтовые сплавы (в том числе так называемые магнитомягкие и магнитотвердые). Магнитные сплавы на основе кобальта используют при изготовлении сердечников электромоторов, их применяют в трансформаторах и в других электротехнических устройствах. Для изготовления головок магнитной записи применяют кобальтовые магнитомягкие сплавы. Кобальтовые магнитотвердые сплавы типа SmCo5 , PrCo5 и др., характеризующиеся большой магнитной энергией, используют в современном приборостроении.
Для изготовления постоянных магнитов находят применение сплавы, содержащие 52% кобальта и 5-14% ванадия или хрома (так называемые викаллои).
Кобальт и некоторые его соединения служат катализаторами.
Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий. Соединения кобальта используют как пигменты многих красителей.
Биологическая роль
Кобальт относится к числу микроэлементов, то есть постоянно присутствует в тканях растений и животных. Некоторые наземные растения и морские водоросли способны накапливать кобальт. Входя в молекулу витамина В12 (кобаламина), кобальт участвует в важнейших процессах животного организма — кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях.
Кобальт участвует в ферментативных процессах фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями.
В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 14 мг кобальта. Суточная потребность составляет 0,007-0,015 мг, ежедневное поступление с пищей 0,005-1,8 мг. У жвачных животных эта потребность гораздо выше, например, у дойных коров — до 20 мг.
Соединения кобальта обязательно входят в состав микроудобрений. Однако избыток кобальта для человека вреден. ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг /м 3 , в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг /л . Токсическая доза — 500 мг.Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со2 (СО)8 .
Радионуклид кобальт-60
Большое практическое значение имеет искусственно получаемый радионуклид кобальта 60 Со (период полураспада Т1 /2 5,27 года). Испускаемое этим радионуклидом гамма-излучение обладает достаточно мощной проникающей способностью, и «кобальтовые пушки» — устройства, снабженные 60 Со, широко используют при дефектоскопии, например, сварных швов газопроводов, в медицине для лечения онкологических заболеваний и для других целей. Используется 60 Со и в качестве радионуклидной метки.
Список используемой литературы :