Кобальт

Оксид СоО применяли в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания смальты, стёкол, эмалей в синий цвет. В Западной Европе начиная с 16 в. для этого использовали цафру (или сафлор), получаемую обжигом руды «кобольд» (от нем. Kobold – домовой, гном; название было связано с трудностью переработки руды). В 1735 г. Г. Брандт, нагревая смесь цафры с углём и флюсом, выделил металл, который назвал «корольком кобольда». В конце 18 в. это название было изменено на «кобальт».

Содержание кобальта в земной коре составляет 4·10^–3 % по массе, в морской воде – 0,005 мг/дм³ . Наиболее важные минералы кобальта: кобальтин CoAsS, шмальтин (смальтин) CoAs₂ , хлоантит (Co, Ni)As₂ , эритрин Co₃ (AsO₄ )₂ ·8H₂ O. Кобальту сопутствует Ni, Fe, Cu, Mn в полиметаллических рудах. Кобальт входит в состав метеоритов, в микроколичествах содержится в тканях растений и животных.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома кобальта 3d⁷ 4s² , в соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, редко +1, +4, +5; энергии ионизации Co⁰ →Co⁺ →Co²⁺ →Co³⁺ соответственно равны 7,866, 17,057, 33,500 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,88; атомный радиус 135 пм; ионные радиусы Co²⁺ 79 пм (координационное число 6), Co³⁺ 69 пм (координационное число 6).

Кобальт – твёрдый серебристый с розоватым отливом металл. При нормальном давлении существует в виде двух кристаллических модификаций: до температуры 427 °С устойчива α-модификация с гексагональной решёткой; выше 427 °С – β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой; t_пл 1495 °С, t_кип 2927 °С, плотность 8900 кг/м³ . Кобальт – ферромагнетик, точка Кюри 1121 °C.

Компактный кобальт устойчив на воздухе, выше 300 °С покрывается оксидной плёнкой, тонкодисперсный кобальт пирофорен. Кобальт реагирует с кислородом (образуются оксиды кобальта), галогенами (дигалогениды CoX₂ , где Х – F, Cl, Br, I, и тригалогениды CoХ₃ , где Х – F, Cl), халькогенами (монохалькогениды CoХ и дихалькогениды CoХ₂ , где Х – S, Se, Te), фосфором, мышьяком и сурьмой (соответственно фосфиды, арсениды и антимониды сложного состава). В расплавленном состоянии кобальт взаимодействует с углеродом (образуется карбид Со₂ С), кремнием (силициды Co₂ Si, СоSi, CoSi₂ ), бором (бориды Сo₃ B, Со₂ В, СоВ). Кобальт медленно растворяет азот (образуется твёрдый раствор с содержанием азота до 0,6 % по массе при 600 °С); соединения кобальта с азотом – нитриды Co₃ N и Co₂ N – получают косвенным путём. Кобальт растворяет большие количества водорода (без образования химических соединений); соединения кобальта с водородом – гидриды CoH и CoH₂ – получают косвенным путём. При сплавлении кобальта с другими металлами образуются интерметаллические соединения и твёрдые растворы.

Кобальт не растворяется в щелочах, медленно взаимодействует с разбавленными минеральными кислотами с образованием соединений Co (II). Концентрированная азотная кислота HNO₃ на холоду пассивирует кобальт за счёт формирования на поверхности металла нерастворимой в кислотах оксидной плёнки, при нагревании – окисляет с образованием соединений Со (II). Кобальт образует два ряда солей – соли Со (II), например сульфат CoSO₄ , нитрат Co (NO₃ )₂ , и соли Со (III), например сульфат Co₂ (SO₄ )₃ , нитрат Co (NO₃ )₃ . Соли Co (II) устойчивы на воздухе; водные растворы солей Со (II) из-за присутствия аквакомплекса [Co (H₂ O)₆ ]²⁺ окрашены в розовый цвет. Соли Со (III) термически нестойки, многие гидролизуются водой, являются сильными окислителями. Из водных растворов соли кобальта выделяются в виде кристаллогидратов, например CoSO4·7Н₂ О, Co₂ (SO₄ )₃ ·18Н₂ О.

Существует несколько тысяч комплексных соединений кобальта, в том числе комплексы, в которых кобальт формально проявляет степень окисления 0, – карбонилы, например октакарбонилдикобальт Со₂ (CO)₈ . Комплексы Co (III) более устойчивы, чем комплексы Co (II). Многие комплексные соединения кобальта имеют большое практическое значение (главным образом в аналитической практике и в гидрометаллургии). Кобальт образует различные кобальторганические соединения.

Кобальт – жизненно важный микроэлемент – входит в состав витамина B₁₂ и его коферментных форм. Суточная потребность человека в кобальте 7–15 мкг. При недостатке кобальта в организме развивается злокачественная анемия. Кобальт участвует в процессах обмена веществ: активирует кроветворение, влияет на синтез нуклеиновых кислот, обмен белков, углеводов и жиров, участвует в окислительно-восстановительных реакциях в живом организме. Кобальт входит в состав ферментных систем клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность растений. Пыль металлического кобальта токсична.

Кобальтсодержащее сырьё подвергают пиро- и гидрометаллургической (с использованием H₂ SO₄ или растворов NH₃ ) переработке. От сопутствующих элементов кобальт отделяют путём фракционного окисления и гидролитического осаждения (удаление Fe, Mn, As), цементации (удаление Cu и Ag), а также экстракции. Для разделения кобальта и никеля кобальт осаждают действием NaClO или Cl₂ . Металлический кобальт получают восстановительной плавкой Co₃ O₄ , образующегося при прокаливании Со (ОН)₃ ; электролизом растворов солей (CoSO₄ , CoCl₂ ), восстановлением водородом из аммиачных растворов. Объём мирового производства около 132 тыс. т/год (2019).

До 65 % получаемого кобальта используют как компонент различных сплавов – магнитомягких, магнитотвёрдых, высокопрочных, жаростойких, твёрдых, с заданным термическим коэффициентом расширения и др. Соединения кобальта – катализаторы, пигменты, компоненты стёкол и керамики, микроудобрения. Радиоактивный ⁶⁰ Co (период полураспада T_1/2 5,27 года) – источник γ-излучения – применяют в дефектоскопах, в радиотерапии злокачественных опухолей.