Курсовая работа «Подтверждаю»

Химические свойства

Ковалентный радиус				116 пм
Радиус иона				(+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электроотрицательность (по Полингу)				1,88
Электродный потенциал				0
Степени окисления				3, 2, 0, -1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность				8,9 г/см³
Молярная теплоёмкость				24,8^[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность				100 Вт/(м·K)
Температура плавления				1 768 K
Теплота плавления				15,48 кДж/моль
Температура кипения				3143 K
Теплота испарения				389,1 кДж/моль
Молярный объём				6,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки				гексагональная
Параметры решётки				a=2,505 c=4,089 Å
Отношение c/a				1,632
Температура Дебая				385 K
Co	27
58,9332
[Ar]3d^74s^2

Кобальт — элемнт побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum). Простое вещество кобальт (CAS-номер: 7440-48-4) — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Co с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Co с кубической гранецентрированной решёткой, температура перехода α↔β 427 °C.

Схема атома кобальта

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 ещё в древних Ассирии и Вавилоне.
Нахождение в природе
Массовая доля кобальта в земной коре 4·10⁻³%. Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo₂S₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтит CoAs₂ и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10⁻¹⁰%. Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Также используется методы пирометаллургии. Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор, хлорат кобальта (Co(ClO₃)₂) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе. Кобальт имеет только один стабильный изотоп — ⁵⁹Co (изотопная распространённость 100^[2] %). Известны еще 22 радиоактивных изотопа кобальта.
Физические свойства Кобальт — твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427 °C устойчива α-модификация. При температурах от 427 °C до температуры плавления (1494 °C) устойчива β-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Кобальт — ферромагнетик, точка Кюри 1121 °C.
Желтоватый оттенок ему придает тонкий слой оксидов.
Химические свойства
Оксиды

• 
  На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.
  
• 
  Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта состоит из смеси оксидов CoO и Co₂O₃, поэтому в справочниках можно встретить брутто формулу Co₃O₄.
  
• 
  При высоких температурах можно получить α-форму или β-форму оксида CoO
  
• 
  Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом. Со₃О₄ + 4Н₂ → 3Со + 4Н₂О.
  
• 
  Оксид кобальта (II) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например: 2Со(ОН)₂ + O₂ → Co₂O₃ + Н₂O.
  

Другие соединения

• 
  При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. Co + 3F → CoF₃, но, Co + 2Cl → CoCl₂
  
• 
  С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую α-форму (при сплавлении порошков) и черную β-форму (выпадает в осадок из растворов).
  
• 
  При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со₉S₈
  
• 
  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 СоН₂ и СоН.
  
• 
  Растворы солей кобальта CoSO₄, CoCl₂, Со(NO₃)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 [Co(NH₃)₆]³⁺ желтого цвета и розеосоли [Co(NH₃)₅H₂O]³⁺ красного или розового цвета.
Также кобальт создаёт комплексы на основе CN⁻, NO₂⁻ и многих других.
Хлорид кобальта
Ионные комплексы кобальта Легирование кобальтом стали повышает её жаропрочность, улучшает механические свойства. Из сплавов с применением кобальта создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и.т.п. Магнитные свойства сплавов кобальта находят применение в аппаратуре магнитной записи, а также сердечниках электромоторов и трансформаторов. Для изготовления постоянных магнитов иногда применяется сплав, содержащий около 50 % кобальта, а также ванадий или хром. Кобальт применяется как катализатор химических реакций. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрогенераторы с высоким КПД.Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.⁶⁰Со используется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.


(металлургия). — Кобальтовые руды встречаются в природе чаще всего в виде шпейсового К., CoAs₂, или кобальтового блеска, CoAsS (см. Кобальтиаковые соединения). Анализ этих руд, приблизительно, следующий:
------------------------------------------------------------------------------------------
| веществ нерастворимых в воде | 8% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| летучих веществ (воды и кислорода в | 32,75%  |
| избытке) |  |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| глинозема | 5% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| извести  | 1% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| магнезии  | 1% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| закиси железа  | 30% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| окиси марганца | 18% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| окиси кобальта | 3% |
|-----------------------------------------------------------------------------------------|
| окиси никеля  | 1% |
------------------------------------------------------------------------------------------
Для получения металлического К. руда обрабатывается сухим, смешанным, мокрым или электролитическим способом.
I. Сухой способ. В 1886 г. Levat взял патент на обработку руды углем, так, чтобы восстановлять никель и К. и получить их в виде зерен или металлической пыли. После этой операции отделение К. и никеля от окислов железа и марганца совершается электролитическим путем. Этот способ не нашел себе применения, вследствие значительного содержания железа и марганца, которые препятствуют полной обработке руды. Электролитический способ пока тоже не употребляется.
II. Смешанный способ (Herrenschmidt'a) состоит в обогащении сперва руды К. и в обработке реактивами мокрым путем. Для этого руду сперва смешивают со свинцовой серебристой рудой или с медной (с медным песчаником). Смесь закладывается в доменную печь, где марганец переходит в шлак, а полученный продукт заключает сернистые соединения К., никеля, меди, свинца, а также и железа. Потом продукт мелется и превращается обжигом в сернокислые соли. Сернокислые никель, К. и медь выщелачивают водой и с помощью железа осаждают медь. Жидкость фильтруют через слой руды, вследствие чего железо осаждается и замещается в растворе соответственным количеством К., никеля и марганца из руды. Берут часть раствора и магнезией осаждают эти металлы; осадок отделяют и обрабатывают кипячением с остальным количеством раствора, заключающего в себе К., никель и марганец. При этом марганец растворяется, осаждая соответственное количество окиси К. и никеля. Повторяют операцию несколько раз пока окончательно не получат в осадке только никель и К., которые отделяют по способу, указанному ниже. В 1891 г. Герреншмидт предложил сернистые соединения, в полученном из домны продукте, переводить в хлористые посредством хлористого кальция. Затем часть профильтрованного раствора обрабатывать смесью окиси и углекислой меди и извести, причем осаждается — железо с некоторым количеством меди в виде углекислого соединения. Подвергают кипячению: медь вторично растворяется. Известью или углекислым натром осадить из жидкости никель, К. и медь и к этому осадку прибавить остальную часть жидкости, заключающую хлористый К., никель и медь, вследствие чего медь осаждается, а К. и никель переходят в раствор.
III. Мокрый способ. Кобальтовые руды, а в особенности руды из Новой Каледонии, могут быть обрабатываемы прямо мокрыми способами, из которых более употребителен способ Герреншмидта. Измельченную руду или кипятят с раствором сернокислой закиси железа или же прокаливают смесь этой соли с измельченной рудой. Металлы: К., никель и марганец переходят в сернокислые соединения:
2SO₄Fe + MnO₂ + CoO = Fe₂O₄ + SO₄Mn + SO₄Co
и 2SO₄Fe + Co₂O₃ = Fe₂O₃ + 2SO₄Co.
Сцеживают и фильтруют железистую муть, содержащую глинозем и другие породы. Фильтрат, содержащий соединения К., никеля и марганца, обрабатывают сернистым железом; полученные в осадке сернистые соединения К. и никеля, а также и некоторого количества марганца отделяют фильтрацией на фильтр-прессе и подвергают отстаиванию с некоторым количеством хлористого железа. Сернистый марганец растворяется и в растворе получается черный осадок сернистого К. и никеля и жидкость с сернокислыми и хлористыми солями марганца и железа. Осадок фильтруют, просушивают и обжигают для превращения в растворимые сернокислые соединения. Обожженную массу разбавляют снова кипяченой водой для растворения сернокислого К. и никеля. Эту жидкость обрабатывают хлористым кальцием для превращения в хлористые соединения. Потом жидкость разделяют на 2 части: в первой части К. и никель осаждают известковым молоком, пропускают через фильтр-пресс и промывают для выделения хлористого кальция. Осадок в виде мути окисляют струей хлора вместе с воздухом. Затем к окисленной мути добавляют вторую часть жидкости. При подогреве в присутствии пара никель осадка переходит в виде хлористого соединения в раствор и вместе с тем осаждает соответственное количество окиси К. Повторяют эту операцию до тех пор, пока не получат осадка с содержанием одной чистой окиси К.
Металлический К. промышленным образом получается восстановлением окиси К. углем, реже углеводородами или окисью углерода. Для этого приготовляется масса из 95 частей CoO, 4 частей древесного угля, 2 частей патоки и достаточного количества воды. Эта масса перемешивается на месильной машине, спрессовывается в металлических формах и после ее предварительной просушки разрезается на кубики и вторично просушивается. Затем кубики обсыпаются угольным порошком и накаливаются до 1220° в восстановительном пламени, причем металлы восстанавливаются и обуглероживаются. Наконец, металл сплавляется в тиглях в присутствии буры и окиси К. при 1800-2000° для обезуглероживания кобальта. В белокалильном жару кобальт сваривается со сталью; железо, покрытое с обеих сторон К., выкатывается, в самые тонкие листы. Употребление металлического К. очень ограничено. Он идет на приготовление феррокобальта для получения кобальтовой стали и для разных сплавов с медью. Употребляется также для кобальтирования металлов. Главным же образом пользуются кобальтовыми красками (см. Кобальт, химический элемент). кобальта — разновидности химического элемента кобальта с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы кобальта с массовыми числами от 47 до 75 (количество протонов 27, нейтронов от 20 до 48) и 11 ядерных изомеров.
Природный кобальт является моноизотопным элементом с единственным стабильным изотопом ⁵⁹Co.
Наиболее долгоживущий из нестабильных изотопов кобальта и имеющий 5,2714 лет. Другие наиболее долгоживущие изотопы ⁵⁷Co с периодом полураспада 271,8 суток, ⁵⁶Co (77,27 суток), ⁵⁸Co (70,86 суток). Прочие изотопы имеют период полураспада менее суток.
У изотопов с массовыми числами менее 59 превалируют позитронный распад и электронный захват, при этом дочерними ядрами являются изотопы железа. У изотопов с массовыми числами более 59 превалирует бета-распад, порождая изотопы никеля.
Кобальт в чистом виде известен человеку с 18 века, но применялся он уже с незапамятных времен: в древней Ассирии и Вавилоне с помощью его соединений окрашивались стёкла в красивый синий цвет, не потеряло это применение своего значения и сегодня. В чистом виде кобальт – красивый металл серебристо-белого цвета, который имеет то желтоватый, то синевато – розовый отлив.
Цвет кобальт
Основное применение кобальта в промышленности это легирование сталей: его присутствие повышает их стойкость и жаропрочность. Он незаменим в производстве магнитов, сердечники трансформаторов и электрических моторов изготовляются с применением кобальтовых сплавов. Соединение кобальта с литием в настоящее время широко используется для производства литиевых аккумуляторов, которые могут применяться как источник постоянного тока для электротранспорта. Его тетракарбонил применяют как катализатор, а органический стеарат этого металла применяют для производства пластиков.
Кроме стабильного изотопа, существует и радиоактивный кобальт, (Со-60), который используется в медицине в современных устройствах для нейрохирургических операций и облучения труднодоступных опухолей головного мозга, ведь по мощности излучения всего 17 г этого изотопа эквивалентны килограмму радия.