close

Кобальт

Перейти к навигации Перейти к поиску
Железо ←  Кобальт → Никель
  Шестиугольный.svg Электронный слой 027 Cobalt.svg
 
27		 Ко
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Полная таблица • Расширенная таблица
Кобальт электролитический и куб 1см3.jpg
Главная Информация
имя , символ , число Кобальт, Ко, 27
химический ряд переходные металлы
группа , период , блок 9 , 4 , д
Атомная масса 58.933200у_  _
Электронная конфигурация [ Ар ] 3д 7 4с 2 _
Твердость по шкале Мооса 4.1
электроны на уровень 2, 8, 15, 2 ( изображение )
вид Металлик с серым оттенком
Атомные свойства
средний радиус 135  часов
электроотрицательность 1,88 ( шкала Полинга )
Атомный радиус (расч.) 152  часа ( радиус Бора )
ковалентный радиус 126  часов вечера
Степень окисления 5, 4, 3 , 2 , 1, -1 (амфотерные)
1-я энергия ионизации 760,4 кДж  /моль
2-я энергия ионизации 1648кДж/моль
3-я энергия ионизации 3232 кДж/моль
4-я энергия ионизации 4950кДж/моль
Спектральные линии
Видимый спектр кобальта.png
физические свойства
обычное состояние Твердый ( ферромагнитный )
Плотность 8900кг  / м3
Температура плавления 1768К (1495°С)
Точка кипения 3200К (2927°С)
энтальпия парообразования 376,5  кДж/моль
энтальпия плавления 16,19  кДж/моль
Давление газа 175 Па при 1768 К
Несколько
Кристальная структура Шестиугольный
Удельная теплоемкость 420  Дж / ( К кг )
Теплопроводность 100 Вт  /(км)
Скорость звука 4720 м  /с при 293,15 К  (20  ° С )
более стабильные изотопы
Основная статья: Изотопы кобальта
изо АН Период доктор медицины Эд P.S.
МэВ
56Ко _Синтетический77,27 дняε456656 вера
57Ко _Синтетический271,79 дε0,83657 Вера
58Ко _Синтетический70.86d _ε230758 вера
59Ко _100%стабильный с 32 нейтронами
60 КоСинтетический5,2714 летβ- _282460 Нор
Значения в СИ и нормальных условиях давления и температуры , если не указано иное.

Кобальт (от немецкого кобальт , голос, образованный от кобольдов , «гоблинов», которые, по мнению горняков Саксонии в Средние века , были духами земли, заколдовавшими руду, так что, хотя она и выглядела как медная руда , этот элемент не был получен при обычной обработке [ 1 ] )) — химический элемент с атомным номером 27 и символом Co , расположенный в 9-й группе периодической таблицы элементов . [ 2 ] ​[ 3 ]

этимология

Его называли кобольдом в Средние века горняки, которые считали этот металл бесполезным и верили, что добрый гоблин ( кобольд ) положит его вместо украденного им серебра. [ 4 ] В кастильском словаре 18 - го  века он появляется как кобальт .

Основные характеристики

Image
Образец чистого кобальта

Кобальт — ферромагнитный металл голубовато-белого цвета. Его температура Кюри составляет 1388 К. Он обычно встречается вместе с никелем , и оба они часто входят в состав железных метеоритов. Это важный химический элемент для млекопитающих в небольших количествах. Co - 60 , радиоизотоп кобальта, является важным индикатором и средством для лечения рака .

Металлический кобальт обычно состоит из смеси двух аллотропных форм с гексагональной и гранецентрированной кубической кристаллической структурой, температура перехода между которыми составляет 722 К.

Он в основном используется в высокоэффективных суперсплавах , которые обычно дороже никеля. Это высоколегированный металл, такой как, например, никель или цинк. Эти металлы обычно добавляют к другим, которые действуют как основание, хотя, когда кобальт действует как основание, он обычно делает это в сплавах с хромом. Его основной характеристикой является очень высокая твердость и износостойкость. Это сплавы, обычно малоиспользуемые, поскольку их достоинства не компенсируют большую сумму, которую необходимо заплатить за них. Кобальт имеет очень схожие характеристики с соседними элементами, железом и никелем, с которыми он имеет больше общих черт, чем с элементами в своей группе в периодической таблице. Ни кобальт, ни никель обычно не смешивают с серебром или ртутью (оба являются редкими исключениями) в дополнение к общему магнитному эффекту железа. Кобальт — самый редкий из этих трех металлов, он наименее прибыльный, а также самый дорогой. Он находит мало применений в промышленности по сравнению со своими непосредственными соседями. Это один из немногих моноизотопных химических элементов. Кобальт имеет небольшую химическую стойкость, хотя он более стабилен, чем железо, поскольку остается в воздухе и воде до тех пор, пока в указанных средах не обнаруживаются другие коррозионно-активные элементы.

Имеет низкие степени окисления. Соединения, в которых кобальт имеет степень окисления +4, встречаются редко. Степень окисления +2 встречается очень часто, как и +3. Также существуют важные комплексы со степенью окисления +1.

История

Image
Китайский бело-голубой фарфор, изготовленный около 1335 г.

Соединения кобальта веками использовались для получения темно-синего цвета стекла , эмалей и керамики . Кобальт был обнаружен в египетских скульптурах и персидских украшениях с третьего тысячелетия до нашей эры. э., в руинах Помпеи (разрушены в 79 г. н. э.), а в Китае — при династии Тан (618—907 гг. н. э.) и династии Мин (1368—1644 гг. н. э.). [ 5 ]

Кобальт использовался для окрашивания стекла с бронзового века . При раскопках затонувшего корабля Улубурун был найден слиток синего стекла, изготовленный в 14  веке до нашей  эры. C. [ 6 ] ​[ 7 ]​ Синяя стеклянная посуда из Египта окрашена медью, железом или кобальтом. Самое старое стекло кобальтового цвета было изготовлено во времена восемнадцатой династии Египта ( 1550-1292 гг. до н.э.). Место получения соединений кобальта неизвестно. [ 8 ] ​[ 9 ]

Элемент был открыт шведским химиком Джорджем Брандтом . Дата открытия варьируется в различных источниках между 1730 и 1737 годами . Показывая, что это до сих пор неизвестный новый элемент, отличный от висмута и других традиционных металлов, и говоря, что это новый «полуметалл». [ 10 ] [ 11 ] Брандт смог показать, что кобальт был ответственен за синий цвет стекла, ранее приписываемый висмуту . Кобальт стал первым металлом, открытым с доисторических времен, когда у всех известных металлов (железо, медь, серебро, золото, цинк, ртуть, олово, свинец и висмут) не было зарегистрированных первооткрывателей.

Его название происходит от немецкого кобальта кобольда , названного в честь горняков за его цвет, токсичность и проблемы, которые он вызывал, поскольку, подобно никелю , он загрязнял и разрушал элементы, которые должны были быть извлечены. Первые попытки плавить эти руды для получения таких металлов, как медь или никель, не увенчались успехом, вместо них был получен просто порошок (оксид кобальта (II)). Кроме того, поскольку первичные кобальтовые руды всегда содержат мышьяк , при плавке этих руд мышьяк окисляется до высокотоксичного и летучего оксида мышьяка , что также снижает ценность этих руд для горняков. [ 12 ]

В течение 19  века значительная часть мирового производства, от 70 до 80%, синего кобальта (краситель, полученный из соединений кобальта и оксида алюминия ) и глазури ( порошкообразного кобальтового стекла Blaafarveværket [ 13 ] [ 14 ] , приобретенной в 1823 году бароном В.К. Бенеке и прусским промышленником Бенджамином Вегнером . Первые шахты по производству эмали между 16 и 18 веками были в Норвегии, Швеции , Саксонии и Венгрии . С открытием кобальтовой руды в Новой Каледонии в 1864 году добыча кобальта в Европе сократилась. С открытием месторождений полезных ископаемых в Онтарио , Канада , в 1904 году и еще более крупных месторождений в провинции Катанга в Конго в 1914 году добыча полезных ископаемых снова изменилась. [ 12 ] Из -за конфликта Шаба , начавшегося в 1978 году, основной источник кобальта, медные рудники провинции Катанга, почти прекратили свое производство. [ 15 ] [ 16 ] Воздействие этого конфликта на мировую кобальтовую экономику было меньше, чем ожидалось, потому что промышленность нашла эффективные способы переработки кобальтовых материалов и в некоторых случаях смогла перейти на альтернативы, не связанные с кобальтом. [ 15 ] ​[ 16 ]

В 1938 году Джон Ливингуд и Гленн Сиборг открыли кобальт-60. [ 17 ] Первый аппарат лучевой терапии с кобальтовым насосом , построенный в Канаде командой под руководством Ивана Смита и Роя Эррингтона , был использован для лечения пациента 27 октября 1951 года ; оборудование в настоящее время демонстрируется в Онкологическом центре Саскатуна в Саскатун -Сити , Саскачеван .

После Второй мировой войны США хотели гарантировать, что у них никогда не закончится кобальтовая руда, как это было у немцев, и это была разведка источника в пределах границы США.Хороший запас необходимых полезных ископаемых находится в Айдахо около Каньон Блэкберд на склоне горы. Горнодобывающая компания Calera начала производство в этом месте [ 18 ]

Единственный завод по электролитическому рафинированию кобальта в Иберо-Америке расположен в Сан-Паулу , Бразилия, и был построен в 1981 году. [ 19 ]

Производство

Image
кобальтовая руда
Image
Производство кобальтовых рудников в 2005 г.
Image
Мировое производство

По данным Британской геологической службы , в 2005 году месторождения меди в провинции Катанга (бывшая провинция Шаба) Демократической Республики Конго были ведущим производителем кобальта с долей почти 40% в мире . [ 20 ] Политическая ситуация в Конго существенно влияет на цену кобальта. [ 21 ]

Горнорудный проект Мукондо , управляемый Центральноафриканской горнодобывающей и разведочной компанией (CAMEC) в Катанге, может быть самым богатым запасом кобальта в мире. По оценкам , в 2008 г. он сможет производить около трети от общего объема производства кобальта в мире . От горы Мукондо до китайской компании Zhejiang Galico Cobalt & Nickel Materials . [ 23 ]

Существуют различные методы отделения кобальта от меди и никеля . Они зависят от концентрации кобальта и точного состава используемого минерала. Одна стадия разделения включает пенную флотацию , при которой поверхностно-активные вещества связываются с различными компонентами руды, что приводит к обогащению кобальтовой руды. После обжига руда превращается в сульфат кобальта , а медь и железо окисляются до ржавчины. Водное выщелачивание удаляет сульфат вместе с арсенатами . Остатки также выщелачивают серной кислотой , получая раствор медного купороса. Кобальт также можно выщелачивать из шлака медеплавильного производства. [ 24 ]

Продукты упомянутых выше процессов превращаются в оксид кобальта (Co 3 O 4 ). Этот оксид восстанавливается до металла алюминотермической реакцией или восстановлением углеродом в доменной печи . [ 25 ]

Мировое производство в 2019 году, тонн в год
1. Демократическая Республика КонгоФлаг Демократической Республики Конго Демократическая Республика Конго 100 000
два. РоссияФлаг России.svg Россия 6300
3. австралийский флаг Австралия 5740
Четыре. Филиппиныфлаг Филиппин Филиппины 5100
5. КубаФлаг Кубы.svg Куба 3800
6. Мадагаскармалагасийский флаг Мадагаскар 3400
7. Канадафлаг Канады Канада 3340
8. Папуа - Новая ГвинеяФлаг Папуа-Новой Гвинеи Папуа - Новая Гвинея 2910
9. КитайФлаг Китайской Народной Республики Китай 2500
10. Мароккофлаг марокко Марокко 2300

Источник: Геологическая служба США .

Использует

Соединения

Из-за различных степеней окисления, которые он представляет, существует большое количество соединений кобальта. Оксиды CoO ( температура Нееля 291 К) и Co 3 O 4 ( температура Нееля 40 К) являются антиферромагнитными при низкой температуре.

Изотопы

Были охарактеризованы 22 радиоизотопа , наиболее стабильными из которых являются Co-60, Co-57 и Co-56 с периодами полураспада 5,2714 лет, 271,79 дней и 70,86 дней соответственно. Другие радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 18 часов, а большинство - менее 1 секунды. Кобальт также имеет четыре мета-состояния, все с периодом полураспада менее 15 минут.

Атомная масса изотопов кобальта колеблется от 50 а.е.м. (Co-50) до 73 а.е.м. (Co-73). Изотопы легче стабильного изотопа (Co-59) распадаются в основном путем захвата электронов с образованием изотопов железа , а более тяжелые, чем стабильный изотоп, распадаются с помощью бета-излучения с образованием изотопов никеля .

Кобальт - 60 используется в лучевой терапии для замены радия из-за его более низкой цены (и учитывая, что радий распадается на радон, который является радиоактивным элементом и находится в газообразной форме, поэтому его трудно инкапсулировать во избежание радиоактивного загрязнения). Он производит два гамма-излучения с энергиями 1,17 МэВ и 1,33 МэВ и, поскольку используемый источник имеет радиус около двух сантиметров, вызывает появление теневых областей, рассеивая излучение вокруг направления излучения. Металл имеет тенденцию образовывать очень мелкую пыль, что затрудняет защиту от радиации. Срок полезного использования источника Co-60 составляет около 5 лет, но по истечении этого времени он все еще остается очень радиоактивным, поэтому эти источники в определенной степени утратили свою популярность на Западе.

Биологическая функция

Image
кобаламин

Кобальт необходим всем животным, включая человека. Входит в состав кобаламина (витамин В12). Дефицит кобальта может привести к анемии . Несмотря на это, вторичная анемия из-за дефицита кобальта встречается очень редко, поскольку достаточно потреблять следы элемента для поддержания правильного гомеостаза. Кроме того, кобальт является элементом, содержащимся в различных продуктах питания, что затрудняет достижение дефицита из-за низкого потребления.

Белки на основе кобаламина используют корриновое кольцо для удержания кобальта вместе. Коэнзим B12 обеспечивает связь C-Co, которая участвует в реакциях.

Меры предосторожности

См. Также: Отравление кобальтом .

Мелкодисперсный порошок металлического кобальта легко воспламеняется. С соединениями кобальта в целом следует обращаться с осторожностью из-за небольшой токсичности металла.

Co-60 радиоактивен, и воздействие его излучения может вызвать рак . Прием внутрь Co-60 приводит к накоплению некоторого количества в тканях, которое выводится очень медленно. В случае возможной ядерной конфронтации испускание нейтронов превратит железо в Co-60, умножая воздействие радиации после взрыва и продлевая воздействие радиоактивного загрязнения с течением времени; Некоторые виды ядерного оружия , называемые « грязными бомбами» , предназначены для этой цели . В отсутствие ядерной войны риск связан с неправильным обращением или обслуживанием установок лучевой терапии.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Азимов, И. (2014). Краткая история химии: введение в идеи и концепции химии . Мадрид: Editorial Alliance/The Pocket Book, с. 73.
  2. ^ Гарриц, Андони (1998). Химия . PearsonОбразование. п. 856. ISBN  978-9-68444-318-1 . 
  3. ^ Парри, Роберт В. (1973). Химия: экспериментальные основы . задний ход. п. 703. ISBN  978-8-42917-466-3 . 
  4. ↑ Краткий этимологический словарь кастильского языка , Жоан Короминас , Мадрид, Гредос, 1961.
  5. ↑ Кобальт , Британская энциклопедия онлайн.
  6. ^ Пулак, Джемаль (1998). «Кораблекрушение Улубурун: обзор». Международный журнал морской археологии 27 (3): 188-224. doi : 10.1111/j.1095-9270.1998.tb00803.x . 
  7. ↑ Хендерсон, Джулиан (2000). «Стекло» . Наука и археология материалов: исследование неорганических материалов . Рутледж. п. 60. ISBN  978-0-415-19933-9 . 
  8. ^ Ререн, Т. (2003). «Аспекты производства кобальтово-синего стекла в Египте». Археометрия 43 (4): 483-489. дои : 10.1111/1475-4754.00031 . 
  9. ↑ Лукас, А. (2003). Материалы и промышленность Древнего Египта . Издательство Кессингер. п. 217. ISBN  978-0-7661-5141-3 . 
  10. ↑ Георг Брандт впервые показал кобальт как новый металл в: Г. Брандт (1735) «Dissertatio de semimetallis» (Диссертация о полуметаллах), Acta Literaria et Scientiarum Sveciae (Журнал шведской литературы и науки), vol. 4, страницы 1–10.
    См. также: (1) Г. Брандт (1746 г.) «Rön och anmärkningar angäende en synnerlig färg — кобальт» (Наблюдения и замечания относительно необычного пигмента — кобальта), Kongliga Svenska vetenskapsakademiens handler (Труды Шведской королевской академии наук), т.7, стр. 119–130; (2) Г. Брандт (1748 г.) «Изучен и описан вид Cobalti nova» (Кобальт, новый элемент, исследованный и описанный), Acta Regiae Societatis Scientiarum Upsaliensis (Журнал Королевского научного общества Уппсалы), 1-я серия, том. 3, страницы 33–41; (3) Джеймс Л. Маршалл и Вирджиния Р. Маршалл (весна 2003 г.) «Повторное открытие элементов: Риддархиттан, Швеция», The Hexagon (официальный журнал братства химиков Alpha Chi Sigma ), vol. 94, нет. 1, стр. 3–8.
  11. ↑ Ван, Шицзе (2006). «Кобальт — его восстановление, переработка и применение». Журнал Общества минералов, металлов и материалов 58 (10): 47-50. Бибкод : 2006JOM....58j..47W . doi : 10.1007/s11837-006-0201-y . 
  12. ^ б Деннис, WH (2010) . «Кобальт» . Металлургия: 1863–1963 гг . стр. 254-256. ISBN 978-0-202-36361-5 .  
  13. ↑ Ивар Б. Рамберг (2008). Создание земли: геология Норвегии . Геологическое общество. стр. 98-. ISBN  978-82-92394-42-7 . Проверено 30 апреля 2011 г. 
  14. ↑ Циклопедия (1852 г.). Циклопедия полезных искусств и ремесел, изд. К. Томлинсон. 9 делений . стр. 400- . Проверено 30 апреля 2011 г. 
  15. ^ б Велмер , Фридрих-Вильгельм; Беккер-Платен, Йенс Дитер. «Глобальные нетопливные минеральные ресурсы и устойчивость» . Геологическая служба США. 
  16. ^ б Вестинг , Артур Х; Стокгольмский международный институт исследования проблем мира (1986 год). «кобальт» . Глобальные ресурсы и международный конфликт: экологические факторы в стратегической политике и действиях . стр. 75-78. ISBN  978-0-19-829104-6 . 
  17. ↑ Ливингвуд, Дж.; Сиборг, Г. (1938). «Долгоживущие радиоизотопы кобальта». Physical Review 53 (10): 847. Биб -код : 1938PhRv...53..847L . doi : 10.1103/PhysRev.53.847 . 
  18. ↑ «Самая богатая дыра в горе» Popular Mechanics , май 1952 г., стр. 65–69.
  19. ^ «Metalurgica em S. Miguel Paulista снова будет работать» . Бразилия Минерал (на португальском языке) (Сан-Паулу). 2 мая 2022 г. . Проверено 6 октября 2022 г. 
  20. ^ "Добыча полезных ископаемых в Африке" . Британская геологическая служба . Проверено 6 июня 2009 г. . 
  21. ^ Веллмер, Фридрих-Вильгельм; Беккер-Платен, Йенс Дитер. «Глобальные нетопливные минеральные ресурсы и устойчивость» . Проверено 16 мая 2009 г. 
  22. Викискладе есть медиафайлы по теме CAMEC . Международный майнинг. июль 2008 года . Проверено 18 ноября 2011 г. 
  23. ↑ Эми Уизерден (6 июля 2009 г.). «Ежедневный подкаст - 6 июля 2009 г.» . Еженедельник майнинга . Проверено 15 ноября 2011 г. 
  24. ^ Дэвис, Джозеф Р. (2000). Справочник по специальности АСМ: никель, кобальт и их сплавы . АСМ Интернэшнл. п. 347. ISBN  0-87170-685-7 . 
  25. ↑ Холлеман А.Ф., Виберг Э., Виберг Н. (2007). «Кобальт» . Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102-е изд. (на немецком языке) . из Грюйера. стр. 1146–1152 гг . ISBN  978-3-11-017770-1 . 

Внешние ссылки

Получено с « https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cobalt&oldid=146421963 »