Кобальт

Кобальт

Реферат по химии

Работу выполнил Черечихин Игорь Николаевич

Школа № 1131 11 " Б" класс

Москва, 1998

Свойства кобальта. Общие сведения.

Кобальт (лат. Cobaltum), Со, химический элемент VIII группы периоди-ческой системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332. Название ме-талла произошло от немецкого Kobold - домовой, гном. Соединения ко-бальта были известны и применялись в глубокой древности. Сохранился египетский стеклянный кувшин, относящийся к ХV в. до н.э., окрашен-ный солями кобальта, а также голубые стекловидные кирпичи, содержа-щие кобальт. В древней Ассирии, а также в Вавилоне из кобальта изго-товляли лазурит - голубую краску, которой обливали керамические изде-лия. Вероятно, исходным материалом для получения кобальтовых со-единений служил тогда цаффер (Zaffer) - сапфир, содержащий висмут и кобальт; откуда, по-видимому, и произошли названия красок - сафлор, шафран и др. В средние века горняки находили вместе с другими рудами кобальтовую "землю", но не знали, что с ней делать. Иногда эта земля была похожа на серебряную руду, но не содержала никакого серебра. Примесь кобальтовой земли к другим рудам мешала выплавке металлов: с образующимся густым дымом (сульфидов и арсенидов) терялась часть выплавляемого металла. Еще в IV в. у Псевдодемокрита и других авто-ров встречаются слова, означающие дым, образующийся при обжигании руд, содержащих сульфиды мышьяка. В средние века немецкие горняки, очевидно, желая подчеркнуть свойства кобальтовых земель, называли их коб-ольд (или кобельт), что означало подземный гном, насмешливый дух, бессовестный плут. В древнерусском языке имеются близкие по смыслу слова кобение (гадание), кобь (гадание по птичьему полету); по-следнее слово интересно сравнить с современным названием птицы - кобчик.

Кобальт упоминается у Бирингуччо, Василия Валентина, Парацельса и других авторов XV - XVII вв. В "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) о кобальте говорится: "Кобол кобальт (Koboltum, Kobaltum) или коллет (Colletum) -- металлическая материя, чернее свинца и железа, рас-тягивающаяся при нагревании. Кобальт - черная, немного похожая по цвету на золу материя, которую можно ковать и лить, но она не обладает металлическим блеском, и которая представляет собой вредную взвесь, уводящую (при плавке) вместе с дымом хорошую руду". Очевидно, здесь говорится о металлическом кобальте. Тем не менее в истории химии принято считать, что металлический кобальт был впервые описан в 1735 г. упсальским профессором Брандтом. В диссертации "О полуметаллах" Брандт указывает, в частности, что получаемый из руд металлический висмут не представляет собой чистого металла, а содержит "кобальтовый королек" (металлический кобальт). Он же выяснил, что соли кобальта окрашивают стекла в синий цвет. В чистом виде металлический кобальт был получен Верцелиусом.

В русской литературе XVIII и начала XIX в. встречаются названия ко-больт, коболт (Соловьев и Страхов, 1824 и в более ранних сочинениях по химии). Двигубский (1824) употребляет название кобальт; в дальнейшем оно становится общепринятым.

В зависимости от способа получения кобальт может представлять собой блестящий серебристо-белый металл с красноватым оттенком, во многом похожий на железо, либо черно – синий порошок, или же серую губчатую и хрупкую массу. Его плотность составляет 8,9 г/см3, темпе-ратура плавления - 1494 °С, он обладает ферромагнитными свойствами (точка Кюри 1121 °С). При обычной температуре на воздухе химически стоек.

Получение кобальта.

Сырьем для получения кобальта служат кобальтовые руды. В состав руд входят такие минералы, как кобальтин («кобальтовый блеск» - бе-лые, розовые зернистые агрегаты, кристаллы, CoAsS, ), так называе-мые «кобальтовые цветы» (минералы малинового цвета твердостью 1,5 – 2,5 и плотностью 3,1 подкласса арсенатов - Co3[AsO4]2•8H2O, крайний член изоморфного ряда эритрин - аннабергит, Ni3[AsO4]2•8H2O, являющиеся продуктом выветривания кобальтина и арсенидов кобальта и никеля) , а также линнеит, скуттерудит, шмаль-тинхлоантит, пентландит. В качестве сырья для получения кобальта может служить пирит (серный колчедан, железный колчедан), самый распространенный минерал класса сульфидов, FeS2, содержащий при-меси Cu, Au, Fe, Ni, Co и др. Пирит представляет собой латунно-желтые кубические кристаллы полигенного происхождения, твердо-стью 6-6,5 и плотностью 5,0 г/см3. Главные промышленные месторож-дения пирита — гидротермальные и метасоматические.

По концентрации данных минералов в почве можно судить о мас-штабах залежей кобальтовых руд. В зависимости от химического со-става, различают три основных типа кобальтовых руд: мышьяковые ру-ды, сернистые и окисленные. Промышленные концентрации Со встре-чаются в месторождениях никеля, меди и железа. Как правило, из 1 тонны руды получают от 1 до 30 кг кобальта. Среди металлов подгруп-пы железа кобальт самый редкий; содержание его в земной коре не превышает тысячной доли процента. Общие мировые запасы оценива-ют в 6 млн. т, причем большая их часть сосредоточена в зарубежных странах: Заире, Марокко, Замбии, Австралии, Канаде, Индонезии и на Кубе. В России крупнейшим месторождением кобальтовых руд являет-ся Норильское, а из республик бывшего СССР значительными запасами также обладает Азербайджан ( Дашкесанское месторождение ) .

Применение кобальта.

В чистом виде кобальт не применяют, но он является важнейшим компонентом сплавов и специальных сталей. Это прежде всего магни-тотвердые ( магнитожесткие ) материалы - соединения редкоземельных элементов ( главным образом самария и эрбия ) с кобальтом. Магни-тотвердые материалы обладают очень важным свойством: они способ-ны намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравни-тельно сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и десятки тысяч А/м, и характеризуются высокими значениями коэрцитивной си-лы, остаточной магнитной индукции, магнитной энергии на участке размагничивания («спинка» петли гистерезиса), в связи с чем широко применяются для изготовления специальных постоянных магнитов, обладающих сильным магнитным полем. Также кобальт входит в со-став жаропрочных, сверхтвердых коррозионностойких сплавов. Стали для изготовления режущих инструментов часто содержат кобальт. В ряде случаев этот металл используют в качестве гальванических по-крытий, поскольку они являются более устойчивыми к воздействию слабых кислот, чем хромовые или никелевые. По этой же причине тон-ким слоем кобальта иногда покрывают столовые ножи для защиты от воздействия агрессивных сред. Хлорид кобальта придает стекломассе синюю окраску, поэтому он применяется для производства синего и го-лубого декоративного стекла. Окиси кобальта нашли свое применение при изготовлении так называемых стразов. Стразами (нем. Strass, по имени изобретателя, стекловара и ювелира кон. 18 в. Ж. Страсса), на-зывают искусственные камни, изготовляемые из хрусталя с примесью оксидов тяжелых металлов, по блеску и игре похожие на драгоценные камни; подделка под драгоценный камень. Наибольшую известность получили стразы из бесцветного стекла — под «бриллианты». «Изум-руды» создавались примесью во время плавления окиси хрома, «топа-зы» — окиси железа, «аметисты» — окиси кобальта.

При облучении нейтронами в атомном реакторе кобальт переходит в радиоактивный изотоп 60Со . Это радиоактивное вещество обладает очень интенсивным гамма – излучением; период его полураспада 5,2 года. Радиоактивный кобальт применяется как источник гамма – лучей при лечении рака и в исследовательских работах.

В химической промышленности металл, его соли и соединения при-меняются главным образом в качестве катализаторов различных хими-ческих процессов. Со2(СО)8 - карбонил кобальта применяют для полу-чения чистых металлов, нанесения металлических покрытий, в качестве антидетонаторных добавок. Соли кобальта добавляют в краски и лаки для ускорения процесса их высыхания (т.н. сиккативы ).

Говоря о техническом применении кобальта, следует заметить, что он имеет также и значительное биологическое значение в природе. Ко-бальт относится к числу биологически активных элементов и всегда со-держится в организме животных и в растениях. С недостаточным со-держанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таеж-но-лесная нечерноземная зона). Входя в состав водорастворимого ви-тамина В12 (цианкобаламин), кобальт весьма активно влияет на поступ-ление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскор-биновой кислоты. Этот витамин влияет на углеводный и жировой об-мен; участвует в кроветворении. Кобальт является компонентом ряда ферментов, которые активизируют биосинтез метионина, нуклеиновых кислот и повышают содержание белкового азота . В микродозах ко-бальт является необходимым элементом для нормальной жизнедея-тельности многих растений и животных. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными. В настоя-щее время остро стоит проблема загрязнения окружающей среды соля-ми тяжелых металлов. Более всего пострадали водные экосистемы. В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами ме-таллургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Неко-торые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов. Соединения кобальта в природ-ных водах