Физические свойства кобальта. Применение кобальта

Кобальт -- твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427 °C устойчива б-модификация. При температурах от 427 °C до температуры плавления (1494 °C) устойчива в-модификация кобальта (решётка кубическая гранецентрированная). Кобальт -- ферромагнетик, точка Кюри 1121 °C.

Представляет собой блестящий металл, похожий на железо, с удельным весом 8,8. Температура его плавления несколько больше, чем у никеля. Кобальт очень тягуч. Он обладает большой твердостью и прочностью, чем сталь. Он ферромагнитен и только выше 10000 переходит в модификацию, не обладающую способностью намагничиваться.

Желтоватый оттенок ему придает тонкий слой оксидов.

При обычной температуре и до 417 °С кристаллическая решетка Кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017Е, с = 4,614Е), выше этой температуры решетка Кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370Е). Атомный радиус 1,25Е, ионные радиусы Со 2+ 0,78Е и Со 3+ 0,64Е. Плотность 8,9 г/см 3 (при 20 °С); t пл 1493°С, t кип 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 О °С). Кобальт ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, И = 1121 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2) для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м 2 для отожженного.

Химические свойства кобальта

Конфигурация внешних электронных оболочек атома Кобальта 3d 7 4s 2 . В соединениях Кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со(П), в комплексных - Со(III). Для Со(I) и Co(IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный Кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный Кобальт, полученный восстановлением его оксида водородом при 250 °С (пирофорный Кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный Кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + Н 2 О = СоО + Н 2 . С галогенами Кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ 2 . При нагревании Кобальт взаимодействует с S, Se, P, As, Sb, С, Si, В, причем состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со 2 Р, Co 2 As, CoSb 2 , Со 3 С, CoSi 3). В разбавленных соляной и серной кислотах Кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида СоCl 2 и сульфата CoSO 4 . Разбавленная азотная кислота растворяет Кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Co(NO 3) 2 . Концентрированная HNO 3 пассивирует Кобальт. Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25°С 100 г воды растворяют 52,4 г СоCl 2 , 39,3 г CoSO 4 , 136,4 г Co(NO 3) 2 ]. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со 2+ синий гидрооксид Со(ОН) 2 , которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со(ОН) 3 . Нагревание в кислороде при 400-500 °С переводит СоО в черную закись-окись Со 3 О 4 , или СоО·Со 2 О 3 - соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl 2 О 4 или СоО·Al 2 О 3 синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 году Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси СоО и Al 2 О 3 при температуре около 1000 °С

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или СоCl 2 при 300-400 °С образуется коричневый фторид CoF 3 . Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO 2 осаждает из растворов солей Со (II), содержащих СН 3 СООН, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K 3 . Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) - комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органических амины.

Вода и воздух при обычной температуре не оказывают действия на компактный кобальт, но в мелкораздробленном состоянии он обладает пирофорными свойствами. В разбавленных кислотах, например в соляной или серной, кобальт растворяется значительно труднее, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений справа от железа (его нормальный потенциал равен -0,28 в). Разбавленная азотная кислота легко растворяет кобальт, а при действии концентрированной HNO3 он пассивируется. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

При нагревании на воздухе Со окисляется, а при температуре белого каления сгорает до Сo 3 O 4 . При нагревании кобальт соединяется со многими другими веществами, причем реакция его с S, P, As, Sb, Sn и Zn нередко сопровождается воспламенением. При сплавлении с кремнием Со образует целый ряд соединений. При высокой температуре он соединяется также с бором, но не реагирует с азотом. Кобальт легко образует соединения с галогенами. С железом и никелем, а также с хромом и марганцем он образует твердые растворы в любых соотношениях. По отношению к углероду кобальт ведет себя так же, как железо; однако при охлаждении углеродсодержащих расплавов никогда не выделяется карбид Со 3 С (хотя, по данным Руффа, существование его в расплаве является вероятным); если содержание углерода превышает пределы существования твердого раствора, избыток углерода всегда выделяется в виде графита. При действии СН4 или СО на тонкоизмельченный металлический кобальт при слабом нагревании (ниже 225°), по данным Бара, образуется соединение Со2С, разлагающееся при более высоких температурах. Каталитическое разложение СH 4 и СО под действием кобальта происходит лишь при таких температурах, когда карбид становится неустойчивым

Co + 2HCl(разб.)+t= CoCl 2 + H 2

Co + H 2 SO 4 (разб.)+t= CoSO 4 + H 2

3Co + 8HNO 4 (разб.)+t= 3Co(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

4Co + 4NaOH + 3O 2 +t= 4NaCoO2 + 2H 2 O

2Co + O2 +t=2CoO

Получение

Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию.

Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля.

2СоСl 2 + NaClO + 4NaOH + H 2 O = 2Co(OH) 3 v + 5NaCl

Чёрный осадок Co(OH) 3 прокаливают для удаления воды, а полученный оксид Со 3 O 4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2-3% примесей (никель, железо, медь), может быть очищен электролизом.

Образование соединений кобальта

· При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. 2Co + 3F 2 > CoF 3 , но, Co + Cl 2 > CoCl 2

· С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую б-форму (при сплавлении порошков) и чёрную в-форму (выпадает в осадок из растворов).

· При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со 9 S 8

· 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 СоН 2 и СоН.

· Растворы солей кобальта CoSO 4 , CoCl 2 , Со(NO 3) 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 3+ жёлтого цвета.

Кобальт находит широкое и разнообразное применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине, что связано с замечательными свойствами этого металла и его сплавов.

В чистом виде кобальт применяется относительно мало: только в виде радиоактивного 60 Со в промышленной γ -дефектоскопии и γ -терапии и для изготовления измерительных инструментов.

Около 80% кобальта расходуется на получение сверхтвердых, жаропрочных, инструментальных и износостойких сплавов, а также постоянных магнитов. Эти сплавы находят применение в машиностроении, в авиационной технике, ракетостроении, электротехнической и атомной промышленности.

В качестве легирующего элемента кобальт применяется при производстве вольфрамовых быстрорежущих инструментальных сталей, обладающих большой прочностью и обеспечивающих высокие скорости механической обработки. Как правило, эти стали содержат, %: 15-19 W , 4 Cr , 1 V, 5-13 Со и 0,5-0,8 С. Режущая способность инструментальных сталей пропорциональна содержанию в них кобальта до 13%. Добавки кобальта к молибденовым сталям также улучшают их режущие свойства. Присутствие кобальта в быстрорежущих сталях не увеличивает их твердость, но сдвигает температуру начала потери твердости до 600°С,в то время как у обычной стали она уменьшается с 200°С.

Широкое применение находят сверхтвердые сплавы на основе кобальта и хрома - стеллиты.

Химический состав и твердость типичных стеллитов приведены ниже:

Кобальтовые сплавы - стеллиты, содержащие до 30% Сг, а также вольфрам, кремний и углерод, применяют для наплавки на инструменты и детали машин (без последующей термической обработки) в целях повышения их сопротивления износу.

Кобальт широко используется в качестве легирующего элемента при производстве каропрочных сталей, а также жаропрочных кобальтовых сплавов. Деформируемые хобальтовые сплавы системы Co - Cr - Ni - Mn , содержащие до 50% Со, имеют высокое сопротивление термической усталости и удовлетворительно обрабатываются давлением. Общее количество легирующих элементов в них достигает 8-9, а их содержание составляет 10- 25%. Температурный предел применения жаропрочных сталей составляет 800-850°С, а сплавов на кобальтовой основе - 1000°С и выше. Примером жаропрочного сплава на кобальтовой основе является сплав с содержанием, %: 12-15 Ni , 18-24 Сг, 8-12 W , 1,25 Мп, 1,1 Si , 0,5 С.

Следующая группа сплавов, в производстве которых широкое применение находит кобальт, это тугоплавкие жаропрочные сплавы, получаемые металлокерамическим способом на основе карбидов, силицидов, боридов титана, вольфрама, циркония, ниобия, тантала и ванадия. Особенностью этих сплавов является высокое содержание в них кобальта и никеля, применяемых для связки. Эти сплавы применяют до температуры 1050-1100°С.

Значительный интерес для атомной промышленности в качестве конструкционного материала ядерных реакторов представляют собой нержавеющие стали с низким содержанием кобальта (<0,05%).

Кобальт находит также широкое применение для получения магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и сплавов для постоянных магнитов (сплавы кобальта с железом, платиной; сплавы на основе кобальта, легированные алюминием, никелем, медью, титаном, самарием, лантаном, церием). Введение в сплавы добавок кобальта в количестве 0,5- 4,0% способствует уменьшению величины зерна, благодаря чему возрастают коэрцитивная сила (сопротивление размагничиванию) и остаточное намагничивание. Промышленные сплавы для магнитов типа «алнико» содержат алюминий, никель, кобальт, остальное железо. Отдельные сплавы включают также медь и титан:

Сплав	А l	Со
Алнико 1
Алнико II
АлникоIV
Алнико V
Алнико VI
Алнико ХП

Сплавы «алнико» обладают высокими коэрцитивной силой и магнитной энергией. Эти сплавы применяют при изготовлении магнитных подшипников, генераторов и электродвигателей с постоянными магнитами.

Кобальто-платиновые магнитные сплавы, содержащие 50% Со. имеют наилучшие магнитные свойства.

Магнитный сплав, содержащий 49% Со, 49% Fe и 2% V, обладает высокой остаточной магнитной индукцией, а кроме того, его можно прокатывать от толщины 2,31 до 0,0075 мм без промежуточных отжигов и потери пластичности. Его применение обеспечивает повышение к. п. д. двигателей космических кораблей.

Кобальт - также один из элементов большого количества кислотоупорных сплавов. Так, наилучшим для изготовления нерастворимых анодов является сплав состава. %: 75 Со, 13 Si , 7 Сг и 5 Мп. Этот сплав по стойкости в азотной и соляной кислотах превосходит платину. Хорошей стойкостью в концентрированной соляной, кислоте при температуре 80°С обладает сплав состава, %: 56 Ni , 19,5 Со, 22 Fe и 2,5 Мп.

Кобальт используется совместно с никелем для электролитического покрытия различных изделий для придания им коррозионностойких свойств. Анодом при электролизе служит сплав никеля с 1-18%Со в зависимости от содержания хрома в ванне, электролитом - сульфата о- хлоридные растворы. При электроосаждении кобальта или никеля, легированного фосфором в количестве до 15%, образуются твердые, коррозионностойкие и блестящие покрытия с хорошей пластичностью, надежно сцепляющиеся с основным металлом. Такие покрытия наносятся на калибры, стенки цилиндров, поршневые кольца и стержни клапанов.

В химической и нефтехимической промышленности порошкообразный кобальт и его оксид используются в качестве катализатора при гидоогенизации жиров, синтезе бензина, при производстве азотной кислоты, соды и сульфата аммония.

Широко известно применение кобальта в лакокрасочной, стекольной и керамической отраслях промышленности. Эта область применения металла основана на способности закиси кобальта при сплавлении со стеклом или эмалью давать окрашенные в синий цвет силикаты и алюмосиликаты, например, смальту (двойной силикат кобальта и калия). Смальта ввиду её большой устойчивости пои высоких темпер атур ах и легкоплавкости является незаменимым материалом для окраски стекол, эмалей и других керамических изделий.

В качестве красителей используются и другие соединения кобальта. Из кобальтовых красок представляют интерес следующие: синяя - алюминат кобальта ; фиолетовая - безводная фосфорнокислая соль Со 3 (Р0 4 )2; желтая - соль Фишера К 3 [Со(NO 2 ) 6 ]Н 2 0, зеленая - CoOxZnO ; розовая, получаемая прокаливанием карбоната магния с нитратом кобальта. Все эти соединения кобальта используются для производства масляных художественных красок и в керамическом производстве. Кобальтовые краски отличаются большой стойкостью и неизменяемостью окраски. Турецкая зелень, или сине-зеленая краска, получаемая прокалкой карбоната кобальта, оксида хрома и гидроксида алюминия в соотношении 1:1:2, применяется для окраски фарфора.

Кобальтовые соли и некоторые кобальтсодержащие сплавы используются также в стекольной промышленности.

Оксиды кобальта применяются при эмалировании жести. Для получения прочной эмали в состав грунта вводят до 0,2% оксидов кобальта, а также никель и марганец.

Кобальт в соединении с серебром используется при изготовлении аккумуляторных батарей.

Радиоактивный изотоп 60 Со (с периодом полураспада Т 1/2 = 5,27 года) широко используется в качестве длительно действующего источника у - излучения («кобальтовая пушка»). В технике его применяют для у - дефектоскопии, а в медицине - при лучевой терапии опухолей и стерилизации медикаментов. Кроме того, 60 Со используется для уничтожения насекомых в зерне и овощах.

Соли кобальта применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также в качестве подкормки животных.

Элемент периодической системы

История открытия

Нахождение в природе

Получение

Физические и химические свойства

Применение

Биологическая роль

Радионуклеид Кобальт-60

Список используемой литературы

Элемент периодической системы

Название элемента «кобальт» происходит от латинского Сobaltum.

Со, химический элемент с атомным номером 27. Его атомная масса 58,9332. Химический символ элемента Cо произносится так же, как и название самого элемента.

Природный кобальт состоит из двух стабильных нуклидов: 59Со (99,83% по массе) и 57Со (0,17%). В периодической системе элементов Д. И. Менделеева кобальт входит в группу VIIIВ и вместе с железом и никелем образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома кобальта 3s2p6d74s2. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

Радиус нейтрального атома кобальта 0,125 Нм, радиус ионов (координационное число 6) Со2+ - 0,082 Нм, Со3+ - 0,069 Нм и Со4+ - 0,064 Нм. Энергии последовательной ионизации атома кобальта 7,865, 17,06, 33,50, 53,2 и 82,2 ЭВ. По шкале Полинга электроотрицательность кобальта 1,88.

Кобальт - блестящий, серебристо-белый, тяжелый металл с розоватым оттенком.

История открытия

С древности оксиды кобальта использовались для окрашивания стекол и эмалей в глубокий синий цвет. До 17 века секрет получения краски из руд держался в тайне. Эти руды в Саксонии называли «кобольд» (нем. Kobold - домовой, злой гном, мешавший рудокопам добывать руду и выплавлять из нее металл). Честь открытия кобальта принадлежит шведскому химику Г. Брандту. В 1735 году он выделил из коварных «нечистых» руд новый серебристо-белый со слабым розоватым оттенком металл, который предложил называть «кобольдом». Позднее это название трансформировалось в «кобальт».

Нахождение в природе

В земной коре содержание кобальта равно 410-3% по массе. Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2SO4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец. В морской воде приблизительно (1-7)·10-10 % кобальта.

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат. Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав. Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию. Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля. Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaOCl; кобальт при этом переходит в осадок. Окончательную очистку (рафинирование) кобальта осуществляют электролизом его сульфатного водного раствора, в который обычно добавлена борная кислота Н3ВО3.

Физические и химические свойства

Кобальт - твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427°C устойчива a-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 Нм и с=0,4089 Нм). Плотность 8,90 кг/дм3. При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива b-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт - ферромагнетик, точка Кюри 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со0/Со2+ –0,29 B.

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300°C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт пирофорен). С парами воды, содержащимися в воздухе, водой, растворами щелочей и карбоновых кислот кобальт не взаимодействует. Концентрированная азотная кислота пассивирует поверхность кобальта, как пассивирует она и поверхность железа.

Известно несколько оксидов кобальта. Оксид кобальта(II) СоО обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных модификациях: a-форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах b-форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН)2СоСО3, или осторожным восстановлением Со3О4.

Если нитрат кобальта Со(NO3)2, его гидроксид Со(ОН)2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со3О4 (CoO·Co2O3). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe3О4. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

Со3О4 + 4H2 = 3Со + 4H2O.

При прокаливании Со(NO3)2, Со(ОН)2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со2О3.

При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта(II) выпадает осадок Со(ОН)2, который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)2 превращается в СоООН.

Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)3.

При нагревании кобальт реагирует со фтором с образованием трифторида СоF3. Если на СоО или СоCO3 действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF2. При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl2 и дибромида СоBr2. За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI2.

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H2S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):

CoSO4 + H2S = CoS + H2SO4

При нагревании CoS в атмосфере H2S образуется Со9S8 с кубической кристаллической решеткой. Известны и другие сульфиды кобальта, в том числе Co2S3, Co3S4 и CoS2.

С графитом кобальт образует карбиды Со3C и Со2С, c фосфором - фосфиды составов СоP, Со2P, СоP3. Кобальт реагирует и с другими неметаллами, в том числе с азотом (возникают нитриды Со3N и Co2N), селеном (получены селениды кобальта CoSe и CoSe2), кремнием (известны силициды Co2Si, CoSi CoSi2) и бором (в числе известных боридов кобальта - Со3В, Со2В, СоВ).

Министерство общего и профессионального образования РФ

Уссурийский Государственный Педагогический Институт

ТЕМА : «Кобальт – химический элемент»

Выполнила:

Студентка биолого-химического

факультета Савенко О.В.

Проверила:

Профессор Максина Н.В.

Уссурийск, 2001г.

ПЛАН :

Элемент периодической системы…………………………….……3

История открытия…………………………………………………...3

Нахождение в природе……………………………………………...3

Получение……………………………………………………………4

Физические и химические свойства………………………………..4

Применение…………………………………………………………..7

Биологическая роль………………………………………………….7

Радионуклеид Кобальт-60…………………………………………..8

Список используемой литературы…………………………………9

Элемент периодической системы

Название элемента «кобальт» происходит от латинского Сobaltum.

Кобальт - блестящий, серебристо-белый, тяжелый металл с розоватым оттенком.

История открытия

Нахождение в природе

Получение

Физические и химические свойства

Со3О4 + 4H2 = 3Со + 4H2O.

При прокаливании Со(NO3)2, Со(ОН)2 и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта - Со2О3.

CoSO4 + H2S = CoS + H2SO4

Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода, не образуя при этом соединений постоянного состава. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН2 и СоН.

Известны растворимые в воде соли кобальта - сульфат СоSO4, хлорид СоСl2, нитрат Со(NO3)2 и другие. Интересно, что разбавленные водные растворы этих солей имеют бледно-розовую окраску. Если же перечисленные соли (в виде соответствующих кристаллогидратов) растворить в спирте или ацетоне, то возникают темно-синие растворы. При добавлении воды к этим растворам их окраска мгновенно переходит в бледно-розовую.

К нерастворимым соединениям кобальта относятся фосфат Со3(PO4)2, силикат Со2SiO4 и многие другие.

Для кобальта, как и для никеля, характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH3. При действии аммиака на растворы солей кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава 2+. Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.

Значительно стабильнее амминные комплексы трехвалентного кобальта, которые можно получить действием аммиака на растворы солей кобальта в присутствии окислителей. Так, известны гексамминные комплексы с катионом 3+ (эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей), аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом 3+ (так называемые розеосоли) и др. В ряде случаев лиганды вокруг атома кобальта могут иметь различное пространственное расположение, и тогда существуют цис- и транс-изомеры соответствующих комплексов.

В качестве лигандов в комплексах кобальта могут выступать также анионы CN-, NO2- и другие.

При взаимодействии смеси водорода и СО с гидроксокарбонатом кобальта при повышенном давлении, а также взаимодействием под давлением СО и порошка металлического кобальта получают биядерный октакарбонил дикобальта состава Со2(СО)8. При его осторожном нагревании образуется карбонил Со4(СО)12. Карбонил Со2(СО)8 используют для получения высокодисперсного кобальта, применяемого для нанесения кобальтовых покрытий на различные материалы.

Применение

Основная доля получаемого кобальта расходуется на приготовление различных сплавов. Так, добавление кобальта позволяет повысить жаропрочность стали, обеспечивает улучшение ее механических и иных свойств. Кобальт - компонент некоторых твердых сплавов, из которых изготовляют быстрорежущий инструмент (сверла, разцы и другие). Особенно важны магнитные кобальтовые сплавы (в том числе так называемые магнитомягкие и магнитотвердые). Магнитные сплавы на основе кобальта используют при изготовлении сердечников электромоторов, их применяют в трансформаторах и в других электротехнических устройствах. Для изготовления головок магнитной записи применяют кобальтовые магнитомягкие сплавы. Кобальтовые магнитотвердые сплавы типа SmCo5, PrCo5 и др., характеризующиеся большой магнитной энергией, используют в современном приборостроении.

Для изготовления постоянных магнитов находят применение сплавы, содержащие 52% кобальта и 5-14% ванадия или хрома (так называемые викаллои).

Кобальт и некоторые его соединения служат катализаторами.

Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий. Соединения кобальта используют как пигменты многих красителей.

Биологическая роль

Кобальт относится к числу микроэлементов, то есть постоянно присутствует в тканях растений и животных. Некоторые наземные растения и морские водоросли способны накапливать кобальт. Входя в молекулу витамина В12 (кобаламина), кобальт участвует в важнейших процессах животного организма - кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях.

Кобальт участвует в ферментативных процессах фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями.

В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 14 мг кобальта. Суточная потребность составляет 0,007-0,015 мг, ежедневное поступление с пищей 0,005-1,8 мг. У жвачных животных эта потребность гораздо выше, например, у дойных коров - до 20 мг.

Соединения кобальта обязательно входят в состав микроудобрений. Однако избыток кобальта для человека вреден. ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м3, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л. Токсическая доза - 500 мг. Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со2(СО)8.

Радионуклид кобальт-60

Большое практическое значение имеет искусственно получаемый радионуклид кобальта 60Со (период полураспада Т1/2 5,27 года). Испускаемое этим радионуклидом гамма-излучение обладает достаточно мощной проникающей способностью, и «кобальтовые пушки» - устройства, снабженные 60Со, широко используют при дефектоскопии, например, сварных швов газопроводов, в медицине для лечения онкологических заболеваний и для других целей. Используется 60Со и в качестве радионуклидной метки.

Список используемой литературы:

· «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001»

· «Кирилл и Мефодий» (с изменениями и дополнениями),

1997, 1998, 2000, 2001гг.

· «Большая Российская энциклопедия», 1996г.

Несколько сот лет назад немецкая провинция Саксония была крупным по тогдашним временам центром добычи серебра, меди и других цветных металлов. В тамошних рудниках случалось находить руду, которая по всем внешним признакам казалась серебряной, но при плавке получить из нее драгоценный металл не удавалось. Хуже того, при обжиге такой руды выделялся ядовитый газ, отравлявший рабочих. Саксонцы объясняли эти неприятности вмешательством нечистой силы, коварного подземного гнома кобольда. От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях. В те времена в Германии даже читали в церквах молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда... И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они ее назвали «кобольд».

В 1735 г. шведский химик Георг Брандт выделил из этой «нечистой» руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл. Имя «кобольд», или «кобальт», сохранилось и за ним.

От венецианского стекла до светофоров

В диссертации Брандта, посвященной новому металлу, говорилось, в частности, о том, что из металла можно изготавливать сафру – краску, придающую стеклу глубокий и очень красивый синий цвет. Но еще в Древнем Египте было известно синее стекло, сделанное по тщательно скрываемым рецептам.

В средние века ни одно из государств Европы не могло соперничать в производстве стекла с Венецианской республикой. Чтобы оградить секреты варки цветных стекол от чужого любопытства, правительство Венеции в XII в. специальным указом перевело все стекольные фабрики на уединенный остров Мурано. О том, какими способами охранялись там секреты производства, можно составить себе некоторое представление по такой истории. Однажды с острова бежал подмастерье по имени Джиорджио Белерино, а вскоре в одном из немецких городков сгорела стекольная мастерская. Ее владелец – его звали Белерино – был заколот кинжалом...

И все-таки, несмотря на столь жестокие меры, секреты варки цветного стекла стали известны в других государствах. В 1520 г. Вейденхаммер в Германии нашел способ приготовления краски для синего стекла и по дорогой цене стал продавать ее... венецианскому правительству! Еще через 20 лет богемский стекольный мастер Шюрер тоже стал делать синюю краску из какой-то руды, известной ему одному. С его помощью такую краску стали изготовлять и в Голландии. Современники писали, что стекло окрашивается «цаффером», но что собой представлял этот продукт – никто не знал. Только через столетие (в 1679 г.) известный химик Иоганн Кункель подробно описал процесс получения краски, но оставалось неизвестным, из какой именно руды ее делают, где эту руду искать и какая ее составная часть обладает красящим свойством.

Только после исследования Брандта было выяснено, что сафр, или цаффер, – продукт прокаливания руды, богатой кобальтом, содержит окислы кобальта и множество окислов других металлов. Сплавленный затем с песком и поташем цаффер образовывал смальту, которая и представляла собой краску для стекла. Кобальта в смальте содержалось немного – всего 2...7%. Но красящая способность окиси кобальта оказалась большой: уже 0,0001% ее в шихте придает стеклу голубоватый оттенок.

Стеклоделы средних веков пользовались свойствами кобальта бессознательно, отыскав их чисто опытным путем. Разумеется, это не может даже в самой малой степени умалить в наших глазах замечательное искусство этих тружеников.

Помимо смальты, существуют и другие кобальтовые красители: синяя алюминиево-кобальтовая краска – тенарова синь; зеленая – комбинация окислов кобальта, хрома, алюминия, магния и других элементов. Краски эти красивы и достаточно стойки при высокой температуре, но не всегда имеют хорошую кроющую способность. Значение их гораздо меньше, чем смальты. Заслуживает внимания другое: изменчивость окраски соединений кобальта.

Чудеса превращения красок известны еще с XVI столетия. Профессор Базельского университета химик и врач Парацельс показывал написанную им самим картину. Она изображала зимний пейзаж – деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям насмотреться, профессор слегка подогревал картину, и прямо на глазах у всех зимний ландшафт сменялся летним: деревья одевались листвой, на пригорках зеленела трава. Это производило впечатление чуда.

Для современного химика история с картиной Парацельса выглядит довольно просто. Такой эффект могли дать, в частности, кобальтовые краски. Хлористый кобальт, к которому добавлено соответствующее количество хлористого никеля, почти бесцветен. Но при нагревании эти соли теряют кристаллизационную воду, и цвет их меняется.

В 1737 г. один французский химик открыл свойство кобальтовых солей окрашиваться под действием тепла и использовал их в качестве симпатических чернил. Написанное ими на бумаге становится видимым только после того, как бумагу нагреют. Сейчас эта особенность солей кобальта имеет практическое значение в лабораторной технике: раствором кобальтовых солей метят фарфоровые тигли. После прогрева такая метка четко выступает на белой поверхности фарфора.

Окраска стекол соединениями кобальта имеет немаловажное значение и в наше время, хотя существуют более дешевые красители.

Для технических целей часто нужны стекла, поглощающие и пропускающие лучи определенного цвета. Такие стекла необходимы в фотографии, сигнализации, колориметрическом анализе и других случаях. Смальтой в наше время не пользуются, а употребляют непосредственно окись кобальта, которую вводят в состав шихты, загружаемой в стекловаренную печь.

Стекла, применяемые для сигнальных огней, должны давать резкий, отчетливый свет. Нужно исключить возможность ошибочного восприятия сигнала даже в условиях плохой видимости, даже при больших скоростях транспорта и несовершенстве человеческого зрения. А для этого необходимо, чтобы стекла световых сигнальных устройств пропускали только свет волны точно определенной длины.

У стекол, окрашенных окисью кобальта, нет соперников по прозрачности, а добавка в такое стекло ничтожных количеств окиси меди придает ему способность задерживать некоторые лучи красной и фиолетовой части спектра. Для фотохимических исследований бывают нужны стекла, совершенно не пропускающие желтых и оранжевых лучей. Этому условию отвечают кобальто-рубиновые стекла: на окрашенное кобальтом синее стекло накладывается нагретое стекло, окрашенное в красный цвет соединениями меди, – так называемый медный рубин. Хорошо известно применение окиси кобальта для придания красивого, очень устойчивого темно-синего цвета фарфоровым и эмалированным изделиям.

Кобальт – легирующий металл

В 1912 г. о кобальте писали: «До настоящего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса. Были попытки ввести кобальт в железо и приготовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения». Действительно, в начале нашего века первые попытки использовать кобальт в металлургии были неудачными. Было известно, что хром, вольфрам, ванадий придают стали высокую твердость и износоустойчивость при повышенных температурах. Сначала создалось впечатление, что кобальт для этой цели не годится – сталь плохо закаливалась, точнее, закалка проникала в изделие на очень небольшую глубину. Вольфрам, хром и ванадий, соединяясь с растворенным в стали углеродом, образуют твердые карбиды, кобальт же, как оказалось, способствует выделению углерода в виде графита. Сталь при этом обогащается несвязанным углеродом и становится хрупкой. В дальнейшем это осложнение было устранено: добавка в кобальтовую сталь небольшого количества хрома предотвращает графитизацию; такая сталь хорошо закаляется.

Теперь кобальт, как и вольфрам, незаменим в металлообработке – он служит важнейшей составной частью инструментальных быстрорежущих сталей. Вот, например, результат сравнительных испытаний трех резцов. В стали, из которой они были изготовлены, углерод, хром, ванадий, вольфрам и молибден содержались в одинаковых количествах, различие было лишь в содержании кобальта. В первой, ванадиевой, стали кобальта совсем не было, во второй, кобальтовой, его было 6%, а в третьей, суперкобальтовой, – 18%. Во всех трех опытах резцом точили стальной цилиндр. Толщина снимаемой стружки была одинаковой – 20 мм, скорость резания тоже – 14 м/мин.

Что же показал эксперимент? Ванадиевый резец затупился, пройдя 7 м, кобальтовый – 10 м, а резец из суперкобальтовой стали прошел 1000 м и остался в хорошем состоянии! Таким образом, для резкого повышения износоустойчивости и режущих свойств стали кобальт должен входить в ее состав в значительных количествах.

В 1907 г. в промышленности появились твердые сплавы, не содержащие железа, – стеллиты (от латинского слова stella – звезда). Один из лучших стеллитов содержал больше 50% кобальта. И в твердых сплавах, которые в наше время стали важнейшим материалом для металлорежущих инструментов, кобальт играет не последнюю роль. Карбид вольфрама или титана – основной компонент твердого сплава – спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Кобальт соединяет зерна карбидов и придает всему сплаву большую вязкость, уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам.

Твердые сплавы могут служить не только для изготовления режущих инструментов. Иногда приходится наваривать твердый сплав на поверхность деталей, подвергающихся сильному износу при работе машины. Такой сплав на кобальтовой основе может повысить срок службы стальной детали в 4...8 раз.

Магнитные свойства

Способность сохранять магнитные свойства после однократного намагничивания свойственна лишь немногим металлам, в том числе и кобальту. К сталям и сплавам, из которых изготовляют магниты, предъявляют очень важное техническое требование: они должны обладать большой коэрцитивной силой, иначе – сопротивлением размагничиванию. Магниты должны быть устойчивы и по отношению к температурным воздействиям, к вибрации (что особенно важно в моторах), легко поддаваться механической обработке.

Под действием тепла намагниченный металл теряет ферромагнитные свойства. Температура, при которой это происходит (точка Кюри), разная: для железа – это 769°C, для никеля – всего 358°C, а для кобальта достигает 1121°C. Еще в 1917 г. в Японии был запатентован состав стали с улучшенными магнитными свойствами. Главным компонентом новой стали, получившей название японской, был кобальт в очень большом количестве – до 60%. Вольфрам, молибден или хром придают магнитной стали высокую твердость, а кобальт повышает ее коэрцитивную силу в 3,5 раза. Магниты из такой стали получаются в 3...4 раза короче и компактнее. И еще одно важное свойство: если вольфрамовая сталь теряет под действием вибраций свои магнитные свойства почти на треть, то кобальтовые – всего на 2...3,5%.

В современной технике, особенно в автоматике, магнитные устройства применяются буквально на каждом шагу. Лучшие магнитные материалы – это кобальтовые стали и сплавы. Кстати, свойство кобальта не размагничиваться под действием вибраций и высоких температур имеет немаловажное значение и для ракетной и космической техники.

Современные требования к постоянным магнитам чрезвычайно разнообразны. И одно из главных – это минимальный вес при максимальной «силе». В последние десятилетия были изобретены такие магниты. Это сплавы, названные «магнико» и «альнико» – по начальным буквам названий металлов, из которых они состоят: первый из магния, никеля и кобальта, второй – из алюминия, никеля и кобальта. В таких магнитах совсем нет железа – металла, само название которого мы привыкли со школьной скамьи считать неотделимым от ферромагнетизма. Свойства этих сплавов кажутся необычайными: магнит весом 100...200 г удерживает груз в 20...30 кг! Очень сильные постоянные магниты получаются также из интерметаллических соединений кобальта с некоторыми редкоземельными элементами (например, SmCо 5 и др.).

Кобальт и живая природа

Прежде чем рассказывать о том, почему кобальтом интересуются не только инженеры, но и агрономы, и медики, несколько слов об одной не совсем обычной службе элемента №27. Еще во время первой мировой войны, когда милитаристы делали первые попытки применения отравляющих веществ, возникла необходимость найти вещества, поглощающие угарный газ. Это было нужно еще и потому, что сплошь и рядом происходили случаи отравления орудийной прислуги угарным газом, выделяемым при стрельбе.

В конце концов, была составлена масса из окислов марганца, меди, серебра, кобальта, названная гопкалитом, защищающая от угарного газа, который в ее присутствии окисляется уже при комнатной температуре и превращается в нетоксичную углекислоту. Гопкалит – это катализатор; он только способствует реакции окисления 2CO + О 2 → 2CO 2 , не входя в состав конечных продуктов.

А теперь – о кобальте в живой природе.

В некоторых районах разных стран, в том числе и нашей, печальной известностью пользовалось заболевание скота, иногда называемое сухоткой. Животные теряли аппетит и худели, их шерсть переставала блестеть, слизистые оболочки становились бледными. Резко падало количество красных кровяных телец (эритроцитов) в крови, резко снижалось содержание гемоглобина. Возбудителя болезни найти не могли, однако ее распространенность создавала полное впечатление эпизоотии. В Австрии и Швеции неизвестную болезнь называли болотной, кустарниковой, прибрежной. Если в район, пораженный болезнью, завозили здоровых животных, то через год-два они тоже заболевали. Но и то же время скот, вывезенный из района «эпидемий», не заражал общающихся с ним животных и сам вскоре выздоравливал. Так было и в Новой Зеландии, и в Австралии, и в Англии, и в других странах. Это обстоятельство заставило искать причину болезни в корме. И когда после кропотливых исследований она была, наконец, установлена, болезнь получила название, точно определяющее эту причину, – акобальтоз...

Сталкивались с акобальтозом, с отсутствием (или недостатком) кобальта в организме, и наши ученые.

Однажды в Академию наук Латвийской ССР пришло письмо, где сообщалось, что в районе одного из болот неподалеку от Риги скот поражен сухоткой, но у лесника, живущего там же, все коровы упитанны и дают много молока. К леснику отправился профессор Я.М. Берзинь. Оказалось, что раньше коровы лесника тоже болели, но потом он стал добавлять им в корм мелассу (кормовую патоку – отход сахарного завода), и животные выздоровели. Исследование показало, что в килограмме патоки содержится 1,5 мг кобальта. Это гораздо больше, чем в растениях, растущих на болотистых почвах. Серия опытов на больных сухоткой баранах рассеяла все сомнения отсутствие микроколичеств кобальта в пище – вот причина страшной болезни. В настоящее время на заводах Ленинграда и Риги для добавок в корм скоту изготовляют специальные таблетки, предохраняющие от заболевания сухоткой в тех районах, где количество микроэлемента кобальта в почвах недостаточно для полноценного питания животных.

Известно, что человеческому организму необходимо железо: оно входит в состав гемоглобина крови, с помощью которого организм усваивает кислород при дыхании. Известно также, что зеленым растениям нужен магний, так как он входит в состав хлорофилла. А кобальт – какую роль играет он в организме?

Есть и такая болезнь – злокачественное малокровие. Резко уменьшается число эритроцитов, снижается гемоглобин... Развитие болезни ведет к смерти. В поисках средства от этого недуга врачи обнаружили, что сырая печень, употребляемая в пищу, задерживает развитие малокровия. После многолетних исследований из печени удалось выделить вещество, способствующее появлению красных кровяных шариков. Еще восемь лет потребовалось для того, чтобы выяснить его химическое строение. За эту работу английской исследовательнице Дороти Кроуфут-Ходжкин присуждена в 1964 г. Нобелевская премия по химии. Вещество это получило название витамина B 12 . Оно содержит 4% кобальта.

Таким образом, выяснена основная роль солей кобальта для живого организма – они участвуют в синтезе витамина B 12 . В последние годы этот витамин стал привычным в медицинской практике лечебным средством, которое вводят в мышцы больного, в чьем организме по той или иной причине не хватает кобальта.

И еще одна служба кобальта в медицине – это лечение злокачественных опухолей радиоактивным излучением. Сейчас во всем мире для облучения пораженных раком тканей применяют (в тех случаях, когда такое лечение вообще возможно) радиоактивный изотоп кобальта – 60 Со, дающий наиболее однородное излучение.

В аппарате для облучения глубокозалегающих злокачественных опухолей, «кобальтовой пушке» ГУТ-400 (гамма-установка терапевтическая), количество кобальта-60 соответствует по своей активности 400 г радия. Это очень большая величина, такого количества радия нет ни в одной лаборатории. Но именно высокая активность позволяет предпринимать попытки лечения опухолей, расположенных в глубине организма больного.

Радиоактивный кобальт используется не только в лечебных целях. Установки, подобные медицинской «пушке», применяют в промышленности для контроля уровня растворов в аппаратах, работающих при высоких температурах и давлениях, и во многих других случаях.

Кобальт в космосе

Рассказывая о том или ином металле, нельзя не упомянуть о том, какое он имеет отношение к сверхскоростным, высотным и космическим полетам. В этих отраслях техники к применяемым материалам предъявляют высочайшие требования. Приходится считаться не только с прочностью, весом и другими «обыденными» величинами. Нужно учитывать условия: разряженность атмосферы и космический вакуум, а с другой стороны, сильный аэродинамический разогрев, возможность резких температурных перепадов, тепловых ударов.

Казалось бы, «сверхскоростные» конструкции нужно делать из наиболее тугоплавких материалов, таких, как вольфрам, молибден, тантал. Эти металлы, конечно, играют видную роль, но не следует забывать, что и у них есть недостатки, ограничивающие возможности применения. При высоких температурах они сравнительно легко окисляются. Обработка их затруднительна. Наконец, они дороги. Поэтому их применяют, когда другими материалами нельзя обойтись, а во многих узлах вместо них работают сплавы на никелевой или кобальтовой основе.

Самое широкое применение в авиационной и космической технике получили сплавы на основе никеля. Когда одного известного металловеда спросили, как он создает высокотемпературные сплавы, он ответил: «Я просто заменяю в сталях железо на никель».

В тех же целях применяют сплавы на основе кобальта. Большая распространенность никелевых сплавов объясняется в основном их большей изученностью и меньшей стоимостью. Эксплуатационные же свойства сплавов на основе никеля и кобальта практически идентичны. Но «механизмы прочности» разные. Высокая прочность никелевых сплавов с титаном и алюминием объясняется образованием фазы-упрочнителя состава Ni 3 Al(Ti); чем больше в сплаве титана и алюминия, тем выше его механические свойства. Но при высоких температурах эксплуатации частицы фазы-упрочнителя переходят в раствор, и тогда сплав довольно быстро разупрочняется.

Кобальтовые же сплавы своей жаропрочностью обязаны образованию тугоплавких карбидов. Эти карбиды не растворяются в твердом растворе. Они обладают и малой диффузионной подвижностью. Правда, преимущества таких сплавов перед никелевыми проявляются лишь при температурах от 1038°C и выше. Последнее не должно смущать: известно, что чем выше температура, развивающаяся в двигателе, тем больше его эффективность. Кобальтовые сплавы хороши именно для наиболее эффективных высокотемпературных двигателей.

В конструкциях авиационных турбин применяют кобальтовые сплавы, которые содержат от 20 до 27% хрома. Этим достигается высокая «окалиностойкость» материала, позволяющая обходиться без защитных покрытий. Хром, кстати, единственный элемент, увеличивающий стойкость кобальта против окисления и одновременно его прочность при высокой температуре.

В лабораторных условиях сопоставляли свойства никелевых и кобальтовых сплавов под действием переменных температурных нагрузок (теплового удара). Испытания показали, что кобальтовые сплавы более «ударостойки». Не удивительно поэтому, что специалисты по космической технике все больше внимания уделяют сплавам элемента №27.Это, если можно так выразиться, интерес с перспективой. Попробуем объяснить, что это значит, хотя бы на одном примере.

Все привычнее становятся полеты человека в космос. Но пока на экранах своих телевизоров мы видим лишь ракеты, получающие энергию в результате реакции окисления тех или иных топлив. Вряд ли этот вид «энергоснабжения» можно считать единственным и на будущее. Поднимутся ракеты, тягу которых создадут иные силы. В процессе разработки находятся электротермические, плазменные, ионные ракеты...

Важной составной частью двигательной установки любой из таких систем станет, по-видимому, электрогенератор. Электрогенератор большой мощности. Но, как мы знаем, мощные генераторы и весят много, и размеры имеют солидные. Как такую махину поместить на «транспортабельной установке»? Или – что практически более приемлемо – как сделать достаточно мощный и в то же время достаточно легкий генератор? Нужны оптимальные конструкции и оптимальные материалы для них.

В разрабатываемых проектах предусмотрен, в частности, атомный реактор с утилизацией тепла в паровой турбине. Крутить эту турбину будет не водяной пар, а ртутный (или пары щелочных металлов). В трубчатом бойлере тепло ядерной реакции испарит ртуть; ртутный пар, пройдя турбину и сделав свое дело, пойдет в конденсатор, где снова станет жидкостью, а затем опять, совершая круговорот, отправится в бойлер.

Такие аппараты должны работать без остановок, без осмотра и какого-либо ремонта не менее 10 тыс. часов, т.е. больше года. Судя по публикациям, бойлеры экспериментальных американских генераторов SNAP-2 и SNAP-8 сделаны из кобальтовых сплавов. Эти сплавы применили потому, что они жаропрочны, не подвержены амальгамации (не реагируют с ртутью), коррозионно-устойчивы.

Дело есть и на Земле...

Мы рассказали далеко не во всех областях применения кобальта. Совершенно не упомянули, например, о том, что электролитические кобальтовые покрытия во многих отношениях превосходят никелевые. Получить кобальтовое покрытие нужной толщины (причем равномерной толщины!) можно не за час, как никелевое, а всего за 4 минуты. Кобальтовые покрытия более тверды, поэтому защитный слой кобальта можно сделать тоньше, чем соответствующий слой никеля.

Русским ученым Федотьевым был в свое время исследован кобальтовый сплав (до 75% кобальта), предназначенный для замены платиновых электродов гальванических ванн. Оказалось, что этот сплав не только не уступает драгоценному металлу, но и превосходит его по нерастворимости в крепких кислотах, а обходится несравненно дешевле.

Мы не замечаем, что кобальт окружает нас в нашей повседневной жизни, в быту, конкретнее – в эмалированных кастрюлях, причем не только синего цвета. Широко известный ныне процесс эмалирования жести рождался в муках. Эмаль накладывалась, но держалась плохо и отскакивала от основного металла при нагреве, толчке, а то и без всяких видимых причин. Лишь тогда, когда стали наносить эмаль в два слоя (грунт и эмаль), с содержанием в первом слое всего лишь 0,6% кобальта, покрытие стало удерживаться прочно. Объясняется же это тем, что в процессе нагрева окислы кобальта восстанавливаются железом до металла; этот кобальт при дальнейшем нагреве диффундирует в железо, образуя с ним твердый сплав. Мы сказали лишь о кастрюле, а сколько эмалированной посуды используется в медицине, фармацевтической, химической промышленности. И везде кобальт, всего лишь 0,6%.

Использование кобальта, его сплавов и соединений ширится с каждым днем. В последнее время, например, они стали нужны для изготовления ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Это металл с большим настоящим и большим будущим.

Немного статистики

Интересны цифры, которые дают некоторое представление о том, на что расходуется кобальт в промышленно-развитых странах Запада. Вот сведения статистики за последние годы (в%):

Магнитные сплавы	27
Жаропрочные материалы	21,5
Краски и лаки	13
Износоустойчивые и коррозионностойкие сплавы для химической и металлургической промышленности	8,5
Керамика и эмали	7
Сплавы с низким коэффициентом расширения для контрольно-измерительных приборов, сплавы с низким модулем упругости для пружин и т.п.	7
Стали с высоким пределом текучести (в самолето- и ракетостроении)	6,5
Порошок металлического кобальта для изготовления твердых сплавов	4
Катализаторы в химических производствах и микроэлементы в сельском хозяйстве (в животноводстве)	3
Быстрорежущие стали	2,5

Приведенные цифры относятся к началу 70-х годов, но вряд ли за последние годы здесь что-то существенно изменилось. Ультрановых областей применения элемент №27 в эти годы не нашел. Известно, что в 1975 г. в США спрос на кобальт по сравнению с 1974 г. упал почти на четверть. Впрочем, экономический кризис отразился подобным образом на производстве и потреблении многих металлов.

В мире, по американским данным, в 1975 г. было получено более 20 тыс. т кобальта. Перед началом второй мировой войны производство кобальта едва превышало 3 тыс. т. Крупнейший поставщик кобальта на мировой рынок – республика Заир. Достаточно богаты кобальтом недра Канады, США, Франции, Замбии. В Советском Союзе кобальтовые руды есть на Урале, в Казахстане, в Восточной Сибири. Кобальтсодержащие медно-никелевые руды есть на Кольском полуострове и в районе Норильска.

Будущее, надо думать, откроет нам еще не одно ценное свойство элемента №27.

К вопросу об имени

Относительно вредоносности существ, по имени которых получил свое название кобальт, имеется мнение, диаметрально противоположное приведенному в статье об элементе №27. Ознакомьтесь со следующим документом:

Кобольдам добрым мы родня;
Хирурги гор, свой труд ценя.
Сверлим мы их по мере сил, –
Пускаем кровь из рудных жил;
Металлы грудой копим мы.
И кличем ласково из тьмы.
Чтоб бодрость путнику вдохнуть:
«Счастливый путь! Счастливый путь!»

Эта вполне положительная служебная характеристика дана подземным гномам достаточно авторитетным знатоком немецкого средневековья – Иоганном Вольфгангом Гёте. Вы можете найти ее во второй части «Фауста».

В гробнице Тутанхамона

Уже в глубокой древности люди умели изготовлять цветные стекла и смальты, в том числе и синие. Остатки посуды, мозаики, украшений из синего стекла, археологи находят во многих центрах древних цивилизаций.

Однако в большинстве случаев – об этом непреложно свидетельствуют результаты химического анализа – эти стекла окрашены соединениями меди, а не кобальта. Например, в гробнице египетского фараона Тутанхамона было найдено множество предметов из синего стекла. Но только один из них оказался окрашенным кобальтом, все остальные – медью.

Удивляться тут, разумеется, нечему – медные минералы встречаются на нашей планете гораздо чаще кобальтовых.

Учитель и ученик

Георг Брандт, открывший кобальт, начал заниматься химией чуть ли не с детства, помогая своему отцу – сначала аптекарю, а затем управляющему металлургическими предприятиями – ставить опыты.

Свои студенческие годы Брандт провел в голландском городе Лейдене. Здесь он изучал медицину и химию под руководством знаменитого химика, ботаника и врача Германа Бургаве.

Бургаве первым среди ученых применил в своих исследованиях лупу и термометр. Его лекции пользовались широчайшей популярностью – на них бывал даже русский царь Петр I. Немало сделал Бургаве для того, чтобы опровергнуть различные домыслы алхимиков, в этом он проявлял редкостное упорство. Например, желая доказать, что вопреки утверждениям алхимиков ртуть при длительном нагревании не превращается в твердое тело, Бургаве нагревал ртуть в замкнутом сосуде в течение... 15 лет.

Проучившись в Лейдене 3 года, Брандт направился в Реймс, где получил диплом доктора медицины, затем в Гарц для изучения горного дела и металлургии. Только после этого он вернулся в Швецию.

Важнейшие свои исследования Брандт провел и лаборатории Монетного двора. (Между прочим, и в России одна из первых химических лабораторий находилась при Монетном дворе.) Брандт изучал мышьяк и его соединения, соду и поваренную соль; организовал производство шведской латуни на базе местного цинка. Но наибольшую славу Брандту принесло, конечно, открытие кобальта.

Из дневника первооткрывателя

«Так же, как есть шесть видов металлов, есть – я доказал это достоверными экспериментами... – шесть видов полуметаллов... Я имел счастье быть первооткрывателем нового полуметалла, названного кобальт регулус, который ранее путали с висмутом...»

Физические свойства кобальта. Применение кобальта

Химические свойства кобальта

История открытия

Нахождение в природе

Получение

Физические и химические свойства

Применение

Биологическая роль