В Саксонии с давних времен добывали цветные металлы. Частенько горняки добывали казалось бы серебряную руду, но выплавить серебро не получалось. А при плавке руда выделяла газ, от которого травились рабочие. Такую «нечистую» руду шахтеры называли «кобольд». Считалось, что злые духи подземелий (кобольды) вредят шахтерам, прячут хорошую руду и подсовывают ядовитую.
Отсюда и происхождение названия — кобальт. В этом случае никель и наш герой — родные братья. Оба получили названия от языческих горных духов.
Содержание
Кто нашел «вредного духа»
История открытия проста. Георг Брандт, шведский химик и минералог (по совместительству начальник Шведского королевского монетного двора) любил мышьяк. Не в смысле гастрономическом, а как ученый. Но в ходе исследований любимого элемента ученый нашел методы получения некоторых металлов, разработал способы получения основных кислот (серной, азотной, соляной). А еще определил, что за вредный дух мешает добывать серебро горнякам.
В руде имелся неизвестный раньше элемент, его Брандт назвал кобальтом. Еще химик выяснил, что соли найденного металла окрашивают стекло в восхитительный синий цвет.
Мартин Руланд, немецкий врач и алхимик, работавший при дворе императора Рудольфа II, в своем «Алхимическом лексиконе» писал:
«Кобальт (Koboltum, Kobaltum) или коллет (Colletum) … черная, немного похожая по цвету на золу материя, которую можно ковать и лить, она не обладает металлическим блеском, и представляет собой вредную взвесь, уводящую (при плавке) вместе с дымом хорошую руду». Очевидно, здесь говорится о металлическом кобальте.
Свойства металла
Кобальт — элемент периодической таблицы Менделеева под номером 27. Его относят к металлам, он имеет белый или желтоватый серебристый цвет. Имеет синеватый или розоватый отлив.
Физические свойства металла:
- плотность 8,9 г/см³;
- температура плавления 1495°С;
- кипит при 2870 градусах Цельсия;
Кобальт ферромагнетик, как и два его соседа по таблице Менделеева — железо и никель.
Химические свойства металла обусловлены его степенями окисления — +2, +3, 0.
Холодная концентрированная азотная кислота пассивирует Co.
Щелочи реагируют с водными растворами солей, при этом образуется гидроксид Со(ОН)2.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Кобальт / Cobaltum (Co), 27 |
| Атомная масса (молярная масса) |
58,933194(4) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d7 4s2 |
| Радиус атома | 125 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 116 пм |
| Радиус иона | (+3e) 63 (+2e) 72 пм |
| Электроотрицательность | 1,88 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | E0(Co2+/Co) = −0,277 В |
| Степени окисления | 3, 2, 0, −1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,9 г/см³ |
| Температура плавления | 1768 K |
| Температура кипения | 3143 K |
| Уд. теплота плавления | 15,48 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 389,1 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,8[1] Дж/(K·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 |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 100 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-48-4 |
Водорастворимые соли кобальта дарят воде розовый цвет. Растворенные в ацетоне, эти соли окрашивают раствор в синий цвет.
Месторождения кобальтсодержащих руд
В природе нахождение таких руд вроде не проблема. Кобальтсодержащих минералов геологи насчитывают более 130. Вопрос в том, сколько именно металла содержит руда.
Собственно кобальтовых минералов всего около 40.
- Скуттерит. Содержание Cо до 30%.
- Саффлорит-лёллингит. Кобальта в руде до 29%.
- Арсенопирит-аллоклазит. В ней искомого металла до 35%
- Кобальтин-герсдорфит с содержанием Cо до 35%.
Но в большинстве кобальтсодержащие руды металла содержат до 3%.
Детский труд на богатейших шахтах
Конго — одна из беднейших и коррумпированных стран. Зато в ее недрах находятся бесценные сокровища. Страна занимает первое место в мире по добыче кобальта (около 60%). Добычу ведут в самодельных шахтах, практически руками и молотком. Треть из работающих в шахтах дети школьного возраста. За 12-ти часовой рабочий день малолетний работник получает 3-4 доллара США.
Остальные страны обделены этим ценным ресурсом:
- Канада — 6% мировой добычи кобальта.
- Австралия 4 %.
- Филиппины 4%.
- Куба 3%.
- Замбия 3%.
- Россия 3%.
Получение и марки кобальта
Получение нашего героя зависит от выплавки… меди и никеля. Наш герой — побочный продукт этих производств. Делается это методами пирометаллургии, выщелачиванием с последующей алюминотермией.
| Марка кобальта | Вид выпуска, содержание Co |
| К0 | не менее 99,98% Со |
| виталлиум | 62-65% Со |
| стеллита | 50% Со |
| викаллой | 52% Со |
| К2 | не менее 98,3% Со |
| ПК-1у | Порошок металлического кобальта, (Co не меньше 99,35%) |
Выпускается в виде проволоки, слитков, полос, пластин.
Чем хорош и плох кобальт
Достоинствам нашего героя позавидуют многие металлы.
- Отличная жаропрочность.
- Высокие твердость и устойчивость к износу (даже при высоких температурах).
- Устойчив к размагничиванию.
Применение металла: инструменты, краски, электроника
Использование кобальта ограничено его ценой, иначе он применялся бы гораздо шире. Но в производстве инструментальных материалах металл необходим. Знаменитый советский сплав «победит» (помните, победитовые сверла) кроме кобальта содержит вольфрам.
Продукция из кобальта и его соединений — это сплавы с особыми свойствами, сердечники электромоторов и трансформаторов.
Квантовые генераторы и усилители, печатные схемы в радиоэлектронике, авиационная и космическая промышленности — везде отметился наш герой.
Такие «специальные шпионские» чернила обычному человеку не нужны. Это был повод арестовать Мату Хари.
Синий, желтый, фиолетовый…
Декорирование керамики и стекла началось еще в античные времена. Венеция с ее знаменитыми мастерами по стеклу использовала соли кобальта для окраски стеклянных изделий в глубокий синий цвет. И не только синий. Фосфорнокислая соль имеет фиолетовый цвет; соль Фишера — желтый; сульфат кобальта ярко-розового цвета, есть соль зеленая. Все эти соли применяют в производстве масляных красок и для росписи фарфоровых изделий.
Бесценные вазы, чаши, шкатулки эпохи Мин украшают крупнейшие музеи и редкие частные коллекции. Вся эта керамика украшена голубой росписью кобальтовых красок.
От кобальтовой пушки до домика в деревне
Изотоп 60Co — источник гамма-излучения. У него довольно широкий спектр применения:
- В медицине «кобальтовая пушка» для лучевой терапии опухолей.
- В дефектоскопах.
- Для уничтожения насекомых в зерне.
- Для стерилизации инструментов.
Биологическая роль металла велика, но тут действует принцип «в капле лекарство, в ложке яд».
Наш герой — необходимый компонент витамина В-12, его недостаток вызывает болезни у людей и животных.
Препараты с кобальтом — необходимая составляющая комбикормов. Добавьте немного солей кобальта в любимый пруд, и получите хороший прирост рыбы.
Применение кобальта в электронике необходимо. Батарейки, аккумуляторы, некоторые детали электроники невозможно сделать без кобальта.
Металлический порошок используют как катализатор при синтезе бензина, производстве маргаринов и спредов.
Вперед, к электромобилю
Автомобили с ДВС морально устарели, опасны в плане экологии. В общем, пора переходить на электромобили. Мешает массовому переходу на электромобили …кобальт. Вернее, литий-ионные аккумуляторы, где этот металл нужен, причем в немалых количествах. Правда, производители аккумуляторов ищут пути к уменьшению в них содержания драгоценного металла.
Наши любимые кошки: зачем им наш герой?
Им-то он точно не нужен. Нужен их хозяевам. Дорогие наполнители для кошачьих лотков (туалетов) содержат «индикатор влажности» — цветные кусочки соли двухвалентного кобальта. Его особенность — менять цвет с синего на розовый при увлажнении. То бишь, справила ваша кошечка малые дела в лоток, и индикаторные кусочки изменили цвет. Меняйте наполнитель.
Сплавляем металлы
В сверхлегированных никелевых сплавах наш герой занимает почетное место.
Для промышленности характеристики сплавов просто блестящие. Они бывают жаропрочными, износостойкими, сверхтвердые.
Сверхтвердые стеллитовые сплавы содержат кобальт и хром.
Как легирующая добавка наш герой входит в состав быстрорежущих инструментальных сталей, но в них целое содружество металлов:
- вольфрам 15-19%;
- кобальт 5-13%;
- хром 4%;
- ванадий 1%.
Дисперсионно закаленные сплавы нержавейки применяют для изготовления приводов, клапанов и в нефтяной промышленности.
Ферромагнитные свойства металла используют в сплавах с самарием. Кобальт-самариевые магниты имеют большую магнитную силу, чем ферритовые и могут работать при высоких температурах.
Цена металла на LME
Стоимость тонны кобальта на Лондонской бирже металлов составляет 29500,0 US$ (цена указана на 27.05.2020).
(голосов: 11, средняя оценка: 4,64 из 5)
