Большая советская энциклопедия - кобальт

Кобальт (лат. Cobaltum), Со, 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 59Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60Со. Историческая справка. Окись К. применялась в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания стекол и эмалей в синий цвет. Для той же цели в 16 в. 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 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 в природе. Содержание К. в литосфере 1,8·10-3% по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации К. 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, К. образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов К. (см. Кобальтовые руды). В биосфере К. преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы К., образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация К. — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10-3% К., в песчаниках 3·10-5, в известняках 1·10-5. Наиболее бедны К. песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах К. мало, в Мировом океане его лишь 5·10-8%. Будучи слабым водным мигрантом, К. легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и др. высокодисперсными минералами. Физические и химические свойства. При обычной температуре и до 417°С кристаллическая решетка К. гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017 , с = 4,614 ), выше этой температуры решетка К. кубическая гранецентрированная (а = 3,5370 ). Атомный радиус 1,25 , ионные радиусы Co2+0,78 и Co3+0,64 . Плотность 8,9 г/см3 (при 20°С): tnл 1493° Со, tкип 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 0°С). К. ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Q= 1121 °С (см. Ферромагнетизм). Механические свойства К. зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м2 (или 50 кгс/мм2) для кованого и отожженного К.; 242— 260 Мн/м2 для литого; 700 Мн/м2 для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м2 (или 280 кгс/мм2) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м2 для осажденного электролизом; 1,2—1,3 Гн/м2 для отожженного. Конфигурация внешних электронных оболочек атома К. 3d74s2. В соединениях К. проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных — Со (III). Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный К. стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный К., полученный восстановлением его окиси водородом при 250 °С (пирофорный К.), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный К. начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + H2O = CoO + H2. С галогенами К. легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ2. При нагревании К. взаимодействует с S, Se, Р, As, Sb, С, Si, В, причем состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со2Р, Co2As, CoSb2, Со3С, CoSi3). В разбавленных соляной и серной кислотах К. медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида CoCl2 и сульфата CoSO4. Разбавленная азотная кислота растворяет К. с выделением окислов азота и образованием нитрата Co (NO3)2. Концентрированная HNO3 пассивирует К. (см. Пассивирование металлов). Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде при 25 °С 100 г воды растворяют 52,4 г CoCl2, 39,3 г CoSO4, 136,4 г. Со (NO3)2. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со2+ синюю гидроокись Со (ОН)2, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со (ОН)3. Нагревание в кислороде при 400—500 °С переводит CoO в черную закись-окись Co3O4, или CoO·Co2O3 — соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl2O4 или CoAl2O3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси CoO и Al2O3 при температуре около 1000 °С. Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или CoCl2 при 300—400 °С образуется коричневый фторид CoF3. Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO2 осаждает из растворов солей Со (II), содержащих CH3COOH, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K3Co (NO2)6. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) — комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органические амины. Получение и применение. Минералы К. редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения К. служат руды никеля, содержащие К. как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и ее способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов К. и никеля, содержащий примеси Cu2+, Pb2+, Bi3+. Действием H2S осаждают сульфиды Cu, Pb, Bi, после чего пропусканием хлора переводят Fe (II) в Fe (lll) и добавлением СаСО3 осаждают Fe (OH)3 и CaHAsO4. От никеля К. отделяют по реакции: 2CoCl2+NaCIO+4NaOH+H2O = 2Co (OH)3?+5NaCI. Почти весь никель остается в растворе. Черный осадок Со (ОН)3 прокаливают для удаления воды; полученный окисел Co3O4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический К., содержащий до 2—3% примесей (Ni, Fе, Cu и др.), может быть очищен электролизом. К. применяется главным образом в виде сплавов; таковы кобальтовые сплавы, а также сплавы на основе др. металлов, где К. служит легирующим элементом. Сплавы К. используют в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, при изготовлении постоянных магнитов, режущего инструмента и др. Порошкообразный К., а также Co3O4 служат катализаторами. Фторид CoF3 применяется как сильный фторирующий агент, тенарова синь и особенно силикат К. и калия (см. Смальта) — как краски в керамической и стекольной промышленности. Соли К. применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также для подкормки животных. С. А. Погодин. Из искусственно радиоактивных изотопов К. наибольшее значение имеет 60Со с периодом полураспада T1/2 = 5,27 года, широко используемый как гамма-излучатель. В технике его применяют для гамма-дефектоскопии. В медицине — главным образом при лучевой терапии опухолей (см. Гамма-установка) и для стерилизации медикаментов. Он служит также для уничтожения насекомых в зерне и овощах и для консервирования пищевых продуктов. Др. радиоактивные изотопы — 56Co (T1/2 = 77 сут), 57Со (270 сут) и 58Со (72 сут) как менее опасные