Кобальт

27 Темір ← Кобальт → Никель Co ↓ Rh Периодическая система элементов 27Co
Жай заттың сыртқы бейнесі
Жылтыр, күміс-ақ металл
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Кобальт, 27
Топ типі	Ауыр металдар
Топ, период, блок	9, 4, d
Атомдық масса (молярлық масса)	58.933194(3) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Ar] 3d7 4s2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 15, 2
Атом радиусы	125 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	Төмен айналу жылдамдығы: 126±3 Жоғары айналу жылдамдығы: 150±7 пм
Ион радиусы	(+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электртерістілігі	1,88 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	E0(Co2+/Co) = −0,277 В
Тотығу дәрежелері	−3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5
Иондалу энергиясы	1-ші: 760.4 кДж/моль (эВ) 2-ші: 1648 кДж/моль (эВ) 3-ші: 3232 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	8,9 г/см³
Балқу температурасы	1768 K
Қайнау температурасы	3143 K
Балқу жылуы	15,48 кДж/моль
Булану жылуы	389,1 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	24,8 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	6,7 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1790 1960 2165 2423 2755 3198
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	Т = 427 °С дейін тығыз оралған алтыбұрышты
Тор параметрлері	a=2,505 c=4,089 Å
c/a қатынас	1,632
Дебай температурасы	445 K
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 100 Вт/(м·К)
Юнг модульі	209 ГПа
Жылжу модульі	75 ГПа
Пуассон коэффициенті	0.31
Моос қаттылығы	5.0
Виккерс қаттылығы	1043 МПа
Бринеллий қаттылығы	470–3000 МПа
CAS нөмірі	7440-48-4

Кобальт (лат. Cobaltum; Co) — элементтердің периодтық жүйесінің VIII тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмері 27; атомдық массасы 58,933. Кобальт – күміс түсті ауыр металл, балқу t 1494°С; қайнау t 2960°С; тығыздығы 8,9 г/см³. Табиғатта тұрақты 2 изотопы (⁵⁹Co және ⁵⁷Co) және бір радиоактивті ⁶⁰Со изотопы (жартылай ыдырау периоды 5 жыл) бар. Кобальт оксиді ежелгі дәуірде Мысырда, Вавилонда, Қытайда шыны мен кіреукені көк түске бояу үшін қолданылған.

Кобальтты алғаш бос күйінде 1735 жылы швед химигі Ю.Бранд алған. Негізгі минералдары: карролит, линнеит, кобальтин, скуттерудит, тағы басқа. Қалыпты температурада Кобальт су мен ауа әсеріне тұрақты. Галогендермен оңай әрекеттесіп, галогенидтер түзеді. Сұйытылған тұз және күкірт қышқылдарында Кобальт баяу еріп, сутек бөліп шығарады және хлорид CoCl₂, сульфат CoSO₄ түзеді. Сұйытылған азот қышқылы Кобальтты ерітеді және азот тотықтарын бөліп, нитрат Co(NO₃)₂ түзеді. Көміртекпен жоғары температурада әрекеттесіп, Сo₃O₄, Co₂C типтес карбид береді.

Кремниймен жоғары температурада қосылысып, құрамы әр түрлі силицидтер, бормен түрлі боридтер, күкіртпен сульфидтер түзеді. Екі валентті Кобальт тұздары суда жақсы (25°С-та 100 г суда 52,4 г CoCl₂) ериді, Кобальт шала тотық CoO және тотық Co₂O₃ түзеді. Со(ОН)₂ және Со(ОН)₃ гидрототығының негіздік қасиеті бар. Кобальттың аралас тотығы Co₃O₄. Өнеркәсіпте Кобальт құрамында Кобальт қоспасы бар никель кентасынан алынады. Кобальт негізінен қорытпа түрінде қолданылады. Оның қорытпалары ыстыққа төзімді материалдар ретінде пайдаланылады. Медицинада қатерлі ісіктерді емдеуде, т.б. қолданылады.

Кобальт дербес күйде жер қыртысында болмайды, метеориттерде кездеседі. Табиғатта күкіртті мышьякты қосылыстар түрінде, никельдің, темірдің сондай қосылыстармен аралас кездеседі, мысалы кобальт CoAs₂, шмальтит СоАs₂. Кобальтты алу өте қиын. Өйткені ең алдымен никельмен екеуін темірден б сонан соң бірінен бірін ажырыту керек сонымен қатар бұл үш металдың қасиеттерінде көп ұқсастыық бар. Кобальт күмістей ақ, жылтыраған металл.

Ауа мен судың әрекетіне берік. Сұйық қышқылдарға ериді. Кобальттың радиоактивті изотопы ⁶⁰Со бар жартылай ыдырау мерзімі 5 жыл. Бұл кобальттанте күшті түрде γ-сәулелері шығады, сондықтан металдың дефектоскопиясында (металдардың қалың қабатындағы ақауларын табу), медицинада қауіпті ісіктерді емдеуге қолданады.

Кобальттың физикалық және химиялық қасиеттері

Таза түріндегі кобальт - қызылдау түрі бар қатты ақ металл, ол мұнымен қатар соққыланғыш, созылғыш және магнитті. Табиғи кобальт тұрақты бір изотопты Со тұрады, ал жасанды жолмен алынған радиобелсенді изотоптардың маңыздысы Сo. Осының негізінде біраз аспаптар құрастырылған, өйткені ол күшті ү-сәуле шығарғыш.

Бұл изотопты медицинада әсіресе зиянды ісіктерде анықтау және емдеу үшін пайдаланады. Кобальт химиялық белсенділігі бойынша темірден гөрі әлсіздеу. Өзінің қосылыстарыңда +2 және +3 валенттілік көрсетеді. Алдын ала ұнтақтадалған кобальт қыздырғанда өздігінен тұтануы мүмкін.

Ол көміртекпен, кремниймен, бормен бірге балқытылғанда карбидті, силицидті және боридті түзеді. Галогендермен жеңіл әрекеттеседі, бірақ оттекпен тек 300 °C тотығады. Кобальт сілтілермен іс жүзінде әрекеттеспейді, ал сұйытылған қышқылдарда (тұз, және күкірт, азот және қымыздық) бау ериді.

Салқында концендірленген күкірт және азот қышқылдары металлды пассивтендіреді ал қыздырса реакция жеңіл жүреді:

${\ce {Co +4HNO3 ->Co(NO3)2 +2NO2 ^ +2H2O}}$

Кобальт сульфиді ${\ce {CoS}}$ – іс жүзінде суда ерімейтін, қара тұңба. Ол күкіртпен кобальты тікелей немесе тұздардың ертіндісінде қыздырған кезде алынады:

${\ce {CoCl2 +(NH4)2S ->CoS v +2NH4Cl}}$

Кобальт карбонилы ${\ce {Co(CO)4}}$ – ол сарғылт-қызыл кристалл, тек органикалық ерткіштерде ғана ериді. Кобальттың тетракарбонилы 60 С кезінде ыдырайды Со(CO)₄ көміртек оксидінің атмосферасында кобальтты қыздырумен алады. Кобальт (II) оксиді ${\ce {CoO}}$ – суда және сілтілерде ерімейтін көк – сұр ұнтақ. Кобальттың нитратын не карбонатына термиялық ыдыратумен, сол сияқты жоғары температура кезінде оттекпен металды тотықтырумен түзіледі.

Бұл оксид қышқылдарда жеңіл ериді де тұзар түзеді. Кобальт (ІІ) гидроксиді ${\ce {Co(OH)2}}$ – қызғылт-қызыл түсті тұңба, ақырын қарлыға қара ол ${\ce {Co(OH)3}}$ тотыға ауысады. Co(OH)₂ суда ерімейді сілтілермен кобальт(ІІ) тұздарының ерітіндісіне әрекет еткенде түзіледі:

${\ce {CoSO4 +2NaOH ->Na2SO4 +Co(OH)2 v}}$

Егер бұл реакция салқында жүрсе, онда көк, ал қыздырғанда – қызғылт түр өзгерісі алынады. Кобальт(ІІ) гидроксиді сілті артық болған тұста кешенді қосылыстар береді:

${\ce {2NaOH + Co(OH)2 -> Na2(Co(OH)4)}}$

Еківалентті кобальттың кейбір тұздары

Хлорлы кобальт ${\ce {CoCl2.6H2O}}$ қызғылт-қызыл түсті, оның қызғылты ерекшелігі бар кристаллизациялық суды жоғалтқан кезде түсі өзгереді. Мысалы, осы тұзбен өңделіп, ауада кептірілген қағаз, болжамдау гигрометр ретінде пайдаланыла алады, өйткені бұл қағаз ылғалды ауда қызара бастаиды, ал құрғақ ауада – көгереді. Егер сұйытылған кобальт хлоридінің ерітіндісімен жазса, онда ондаи жазуды байқау мүмкін емес, бірақ қағазды қыздырған тұста әріптер көк болады – ол тұздың дегидратсиалну нәтижесі.

Кобальт нитраты ${\ce {Co(NO3)2.6H2O}}$ ауда қызыл түске айналып, балқитын кристалл түрінде болып келеді.

Кобальттың купорос ${\ce {CoSO4.7H2O}}$ – қызғылт түсті кристалдық тұз, ауада тұрақты және суда жеңіл ериді. Сусыз түрде – ол қызыл кристалдар суда баяу ериді.

Көк түсті тиоцианаттың түзілуі Со(ІІ) иондарына сапалық реакция болады:

${\ce {2KNCS +Co(NCS)2 ->K2(Co(NCS)4)}}$

Кобальт (ІІІ) оксиді ${\ce {Co2O3}}$ – қара қоңыр түсті зат, суда ерімейді. Оны кобальт нитратын қыздырған кезде алады.

${\ce {4Co(OH)3 +4H2SO4 ->4CoSO4 +10H2O +O2 ^}}$

${\ce {Co2O3}}$ катализатор ретінде және әйнекті көк түске бояу (кобальттық әйнек) үшін пайдаланылады.

Кобальт (ІІІ) гидроксиді ${\ce {Co(OH)3}}$ – қоңыр-сұр зат, негіздік сипаты бар. Ауада ${\ce {Co(OH)3}}$ баяу тотыққан тұста ақырын, ал тотықтырғыштар (мысалы, NaOCl) қатынасында – тездеу түзіледі:

${\ce {2Co(OH)2 +NaOCl +H2O ->NaCl +2Co(OH)3}}$

${\ce {Co(OH)2}}$ тотықтырғышты қышқылдармен тұз түзеді де оттекті бөледі:

${\ce {4Co(OH)3 +4H2SO4 ->4CoSO4 +10H2O +O2 ^}}$

Ал тотықсыздандырғышты қосылыстармен әрекеттескенде реакция басқаша өтеді:

${\ce {2Co(OH)3 +6PCl ->2CoCl2 + 6H2O +Cl2 ^}}$

Кобальт, осы топшаның басқа элементтері сияқты, кешенді қосылыстарды түзуге бейім. Айталық, Кобальттың сусыз галогенидтері, тиоцианатты, сульфатты және басқа қосылыстары аммиак молекуласын қосып аммиактарды түзе алады. Олар сумен жеңіл бұзылады:

${\ce {(Co(NH3)6)Cl2 +2H2O -> Co(OH)2 +4NH3 ^ +2NH4Cl}}$

Кобальттың қолданылыуы

Кобальт – ол тез кесетін болаттың басты бес (темір, Кобальт, вольфрам, хром және ванадий) құрамдастың бірі.

Оны жоғарғы отқа төзімділігімен және химиялық енжарлығымен сипатталынатын қортпаларды (виталлиум, стеллит және т .б.) дайындау кезінде қолданылады.

Кобальттың қосылыстары көк түсті әйнекті, минералды бояуларды және кіреукелерді (эмаль) дайындауға жұмсалады.

Кобальттың биологиялық рөлі

Кобальт тірі ағза үшін тіршіліктік маңызды элемент. Ол қан жасау, гемоглобиннің түзілу процесіне қатынасады және В₁₂ дәруменнің негізгі құрамдас бөлігі болып келеді.

Оның жетіспеушілігі жануарларда әр түрлі ауруларды туындатады. Өсімдік массасындағы кобальттың керекті мөлшеріне жету үшін микротыңайтқыш ретінде жер қыртысына кобальт сульфаты мен хлоридты қосымша қорек ретінде береді.