Кобальт
Общие сведения
Кобальт представляет собой химический элемент девятой группы с атомным номером двадцать семь. Это переходный металл серебристо-белого или желтоватого цвета с розоватым либо синеватым отливом, относящийся к категории относительно легких металлов. Название элемента происходит от немецкого слова, обозначающего гнома или злого духа. Данное наименование исторически связано с тем, что при обжиге кобальтовых минералов, содержащих мышьяк, выделяется ядовитый оксид мышьяка, вызывавший отравления рудокопов и плавильщиков серебра. Считается, что кобальт был выделен Георгом Брандтом в 1735 году. Однако окончательно доказать, что это самостоятельный химический элемент, удалось лишь в 1781 году благодаря трудам французского ученого Пьера Жозефа Маккера, который также предложил первые методы извлечения этого металла из руды.
Свойства и характеристики
В природе встречается только один стабильный изотоп кобальта с массовым числом пятьдесят девять. Помимо него известно двадцать два радиоактивных изотопа, получаемых искусственным путем, среди которых наиболее значим кобальт-шестьдесят. Химически кобальт проявляет свойства, типичные для переходных металлов, обладая множеством степеней окисления, из которых наиболее устойчивыми являются плюс два и плюс три. На воздухе металл окисляется при температуре выше трехсот градусов Цельсия. Оксиды кобальта способны восстанавливаться водородом, а их получение возможно путем прокаливания соединений кобальта с кислородом. Непосредственно из галогенов металл реагирует только с фтором, а также образует соединения с серой, селеном, фосфором, азотом и углеродом. Кобальт способен растворять водород. Характерной чертой химии кобальта является склонность к образованию многочисленных комплексных соединений. Растворы солей кобальта, таких как сульфаты или хлориды, придают воде бледно-розовую окраску. Комплексные соединения кобальта могут иметь самую разнообразную окраску, включая желтую, красную и розовую, и формируются в том числе в спиртовых растворах и при взаимодействии с цианидами.
Нахождение в природе
В природе известно около тридцати минералов, содержащих кобальт, среди которых выделяются кобальтин, смальтин и скуттерудит. Основные мировые запасы данного элемента сосредоточены в Демократической Республике Конго, на долю которой приходится около шестидесяти процентов всех кобальтовых ресурсов планеты. Месторождения кобальта также присутствуют в Австралии, на Кубе, Филиппинах, в Замбии, Канаде, России и Казахстане. Объемы добычи кобальта в мире постоянно и интенсивно растут в связи с потребностями современной индустрии.
Получение
Исторически вплоть до конца девятнадцатого века основная добыча кобальта велась в Германии, после чего производство переместилось сначала в колонии, в частности в Новую Каледонию, а затем, с двадцатых годов двадцатого века, в Конго, которое и по сей день является главным поставщиком этого сырья. В рудах кобальт, как правило, сопутствует никелю. Для их разделения применяется метод, разработанный в середине девятнадцатого века Шарлем Аскином, основанный на использовании хлорной извести. Процесс получения включает обработку руды растворами серной кислоты и аммиака. При воздействии хлорсодержащих реагентов образуется хлорат кобальта, который выпадает в осадок, в то время как соединения никеля остаются в растворе. После этого осадок очищают от хлора, получая целевой металл. Политические и социальные факторы в регионах основной добычи оказывают существенное влияние на мировые цены на кобальт.
Применение
С древнейших времен соединения кобальта использовались в качестве синего красителя, известного как кобальтовая синь, для стекла, эмалей и фарфора. Известны находки кобальтового стекла в египетских гробницах, а также традиционный китайский и японский синий фарфор. В Европе технология изготовления синего кобальтового стекла, известного как смальта, широко распространилась начиная с пятнадцатого века. В современном мире важнейшее применение кобальта связано с металлургией. Легирование стали кобальтом значительно повышает ее твердость, износостойкость и жаропрочность, что крайне востребовано при производстве сверл и резцов. Широко известны стеллиты, представляющие собой сверхтвердые сплавы кобальта с хромом. Сплавы кобальта с редкоземельными элементами, такими как самарий и эрбий, обладают высокой остаточной намагниченностью и служат материалом для мощных постоянных магнитов. Элемент также используется в конструкциях аккумуляторов, в качестве катализатора и компонента масляных красок. Искусственный радиоактивный изотоп кобальт-шестьдесят применяется в медицине для диагностики, проведения гамма-дефектоскопии и радиационной стерилизации продуктов питания. В биологии кобальт является жизненно важным микроэлементом, входящим в состав витамина B12, или кобаламина. Он участвует в образовании эритроцитов, поддерживает работу нервной системы и печени, а также помогает организму адаптироваться к состояниям нехватки кислорода. При этом кобальтовая пыль и высокие дозы элемента токсичны, а некоторые его соединения обладают канцерогенным и мутагенным действием. Употребление продуктов с добавлением солей кобальта способно вызывать тяжелые повреждения сердечной мышцы.