О чем только ни молился человек на протяжении многих веков: и об удаче на охоте, и о победе над врагом. В Германии в одно время в ходе церковной службы произносили молитву о спасении горняков от злого духа Кобольда. В средние века Саксония стала центром горнорудной промышленности, саксонские горняки были опытны в своем деле и хорошо отличали одну руду от другой. Но иной раз случалось горнякам напасть на руду, которая по всем видимым признакам была похожа на серебро, но при выплавке, ожидаемого драгоценного металла из нее получить не удавалось. Более того при обжиге такой руды выделялись ядовитые газы, которые душили рабочих.
Со временем, горняки научились отличать коварную руду от содержащих серебро, и, считая её обиталищем злого духа, дали ей имя Кобольд.
В дальнейшем название было изменено на кобольт, а затем уже на кобальт. Сегодня этот металл уже не вселяет страха и ощущения опасности, наоборот, он широко применяется в промышленности, а так же в медицине. Кобальт удивительный металл, обладающий уникальными свойствами, именно поэтому в своей работе мы постараемся его подробно изучить.
кобальт химический медицина
1. История открытия
Происхождение названия этого элемента имеет несколько версий. Авторы пишут: название «кобальт» происходит от немецкого слова Kobold, что означает «карлик, охраняющий клады», (горный дух, или нечистая сила), либо от греческого слова kobalo, что означает «талантливый имитатор». Впервые термин kobelt (что эквивалентно слову Kobold) упоминается в труде Агриколы «О горном деле и металлургии».
Кобальт как индивидуальный химический элемент открыт лишь в середине 18 века, но его минералы были известны с древнейших времен. Они применялись для окраски стекла в синий цвет за несколько тысячелетий до н.э.В раскопках древней Вавилонии, Персии и Египта найдены искусственные драгоценные камни, интенсивно синей окраски, в состав которых входит от 0,05 до 0,15% кобальта. В Римской империи окрашенные кобальтом синие стекла обнаружены в памятниках культуры, созданных за 138 лет до н.э., а в Китае синие стеклянные бусы изготовлялись за 206 лет до н.э., притом, по-видимому, из местного сырья.
В 18 в. кобальтовые минералы начали применять для окраски фарфора.
Но способ изготовления кобальтовой краски, который в древности хранился в строжайшей тайне, после падения Римской империи был основательно забыт, и его потребовалось открыть заново. Полагают, что возродил его в 1520-1540 гг. богемский купец Шюрер.
Добыча и переработка платиновых руд
... мг/м 3 до сотен г/м3 . Основная форма нахождения платиновых металлов в руде — их собственные минералы, которых известно около 90. Чаще других встречаются поликсен, ферроплатина, платинистый иридий, ... Гудньюс) и др. Минералы платиновых металлов в россыпях нередко находятся в срастании друг с другом, а также с хромитами, оливинами и серпентинами. Добыча Платиновых руд ведётся ...
Сырьем для производства исключительно красивой синей краски, устойчивой к атмосферным воздействиям и к высоким температурам, служили кобальтовые минералы Саксонии. В дальнейшем этот секрет проник в Голландию.
Как уже говорилось, само наименование элемента происходило от слова «Kobold» — так горняки называли горных духов, злых карликов, которые якобы причиняли рабочим рудников много бед. Кобальдами называли поэтому руды с обманчивым внешним видом, из которых при плавке не удавалось извлечь ни одного из наиболее употребляемых металлов (золото, серебро, медь, железо).
Особенно опасны для горняков были руды кобальта, так как наиболее распространенный минерал — кобальтин — содержит мышьяк и при обжиге выделяет крайне ядовитый мышьяковистый ангидрид.
Металлический кобальт был впервые получен шведским химиком Ю. Брандтом в 1735 г. из мышьяковисто-кобальтовых руд. При этом он уделил особое внимание описанию его отличий от висмута, который часто сопровождает кобальт в природных рудах. Были описаны некоторые свойства вновь открытого элемента и его соединений, в особенности, способность, давать синюю краску-смальту.
Более подробные исследования свойств кобальта и его соединений были позднее проведены Тэнаром, Прустом и Берцеллиусом, которые заложили основы современной химии кобальта.
2. Кобальт
Электронная структура атома Со и катионов Со и Со для 3d- и 4s-орбиталей:
Кобальт входит в подгруппу восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева наряду с такими широко известными элементами, как железо и никель, к которым он очень близок по своим химическим свойствам. В соединениях кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных — Со (III).
Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные комплексные соединения.
Простое вещество кобальт — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом.
|
Атомный номер |
27 |
|
|
Атомный радиус |
1,16-1,25 |
|
|
Атомная масса |
58,9332 (г/моль) |
|
|
Ионный радиус (Co2+) |
0,82 |
|
|
Ионные радиус (Со3+) |
0,62-0,70 |
|
|
Плотность |
8,810-8,835 |
|
|
Температура плавления |
1492° |
|
|
Температура кипения |
3185° |
|
Для кобальта известны две модификации: б-Со с гексагональной кристаллической структурой и в-Со с кубической гранецентрированной кристаллической структурой. До 403-477єС существует б-Со, при более высоких температурах в-Со. Электролитический кобальт содержит обе модификации. Найдено, что превращение б-Со в в-Со протекает медленно и более интенсивно при 477єС, но не завершается полностью даже при 600єС; с другой стороны, при охлаждении отмечено запаздывание обратного превращения в-модификации в б-форму. В присутствии примесей, особенно железа, значительно снижается температура обратного превращения.
Обе модификации кобальта ферромагнитны и теряют магнитные свойства в интервале 1075-1150єС.
б-кобальт в-кобальт
Кобальт относительно твердый, хорошо куется, тянется и легко подвергается механической обработке. Твердость кобальта равна 124 кг/ммІ.
Более хрупок, чем сталь. Аналогично железу и никелю этот элемент обладает магнитными свойствами, хорошо проводит электричество и звук.
Существуют пирофорный и коллоидный кобальт.
Пирофорный кобальт представляет собой черный порошок (Пирофорность — способность твердого материала в мелкораздробленном состоянии к самовоспламенению на воздухе при отсутствии нагрева).
Коллоидный кобальт имеет золотисто-коричневый оттенок, образуется при добавлении воды к пиридиновым растворам солей кобальта.
3. Химические свойства
По химическим свойствам он относится к металлам средней активности; в химических соединениях обычно двух- или трехвалентен. При обычных температурах металлический кобальт, в компактном состоянии, устойчив к действию сухого и влажного воздуха, а также воды. Не реагирует с фтороводородной кислотой (HF), с щелочами в растворе, гидратом аммиака(NH4OH), азотом, и с раствором разбавленных органических кислот.
При нагревание порошкообразный металлический кобальт взаимодействует с галогенами S, P, As, Sb, C, Si.
2Co + 3F2 2CoF3 + Q (380кКал)
Co + Cl2 CoCl2 + Q (74,8кКал)
Co + Br2 CoBr2 + Q (58 кКал)
Co + S CoS + Q (20,5 кКал)
Всоляной и серной кислотах растворяется значительно медленнее, чем железо, зато в азотной кислоте растворение идет очень легко.
Со + 2НСl (разб., гор.) СоСl2 + H2
Со + H2SO4 (paзб., гор.) CoSO4 + H2
3Со + 8HNO3 (paзб., гор.) 3Co(NO3) 2 + 2NO + 4Н2О.
В царской водке и щавелевой кислоте кобальт хорошо растворяется даже при комнатной температуре.
В сухом или влажном воздухе металлический кобальт в компактном состоянии окисляется только при температуре выше 300°, образуя окислы СоО (темно-зеленый, почти черный), Со2О3 и смешанный окисел Со3О4. СоО образуется при действии паров воды на нагретый до красного каления металлический кобальт.
4. Получение металлического кобальта
Восстановление водородом
Восстановление окиси кобальта водородом протекает ступенчато: сначала образуется низший окисел при характерной минимальной температуре, а затем — с повышением температуры — он восстанавливается до металла.
1. Окись кобальта(III)
3Co2O3 + H2 2Co3O4 + H2O
Co3O4 + H2 3CoO + H2O Co3O4 + 4H2 3Co + 4H2O
CoO + H2 Co + H2O
При восстановлении окислов Со2О3, Со3О4, СоО водородом при температуре 250-380° образуется порошкообразный металлический кобальт, обладающий пирофорными свойствами, чего не происходит в случаи восстановления при температуре выше 700°. Если восстановление соединений кобальта водородом осуществляется при температуре ниже 492°, образуется модификация б-Co с плотной гексагональной кристаллической решеткой, а при температуре выше 492° модификация в-Со с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Восстановлением соединений кобальта водородом при нагревании можно получить кобальт 99,86% чистоты.
2. Галогениды
Как и окислы галогениды подвергаются восстановлению водородом.
CoCl2 +H2 Co + 2HCl
CoBr2 +H2 Co + 2HBr
3. Формиат
Co(HCOO) 2 + H2 Co + 2CO + 2H2O
4. Оксалат
CoC2O4 + 2H2 Co + 2CO + 2H2O
Восстановление оксидов кобальта углеродом, оксидом углерода, метаном
Восстановлением окислов Со2О3, Со3О4, СоО углеродом или окисью углерода при нагревании в электрических печах получают металлический кобальт, загрязненный углеродом или карбидами кобальта.
1) C3O4 + 4C 3Co + 4CO
2) C3O4 + 4CO 3Co + 4CO2
Действием метана на Со2О3 при разных температурах получают окись кобальта, металлический кобальт.
3) Со2О3 + СН4 2Со + СО + 2Н2О
4) 3Со2О3+ СН4 6СоО + СО + 2Н2О
Алю
3Со3О4 + 8Al 9Co + 4Al2O3
3CoO + 2Al 3Co + Al2O3
Термическое разложение карбонилов
При термическом разложение Со2 (СО) 8, Со4 (СО) 12 образуется черный мелкодисперсный порошок металлического кобальта и выделяется окись углерода.
2Со2 (СО) 8 Со4 (СО) 12 4Со
Электролитическое получение металлического кобальта
Металлический кобальт можно получить электролизом водного раствора, содержащего 190-480 г./л СоSO4Ч7H2O, при температуре 50-60°. Можно также проводить электролиз, слегка подкисленного раствора (NH4) 2SO4ЧCoSO4Ч6H2Oпри температуре 20°.
Очистка
Сырой кобальт очищаю плавлением в высоком вакууме, методом зонной плавки или электролитическим рафинированием.
5. Соединения кобальта
Соединения одновалентного кобальта
Соединения кобальта(I), число которых ограничено, довольно неустойчивы, обнаруживают восстановительные свойства. В качестве примеров соединений одновалентного кобальта можно назвать Со2Se, K3 [Co(CN) 4], Me2 [Co(CO) (CN) 3]
Соединения двухвалентного кобальта
1. СоО — оксид кобальта (II)
СоО получают действием кислорода или паров воды на металлический кобальт при температуре выше 940°Темно-зеленый (почти черный).
Термически утойчивый. На воздухе поглащает О2. Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Проявляет амфотерные свойства (основные свойства преобладают): реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочями.
При сплавлении СоО с избытком КОН или NaOHобразуются кобальтиты Ме2СоО2 ярко-синего цвета, а при растворении СоО в концентрированных теплых растворах щелочей (KOH, NaOH) образуются ярко-синие растворы гидроксокобальтатов(II) Me2 [Co(OH) 4], которые очень хорошо гидролизуются и окисляются.
1) CoO + 2HCl (разб.) CoCl2 + H2O
2) CoO + 2NaOH (конц.) + H2O Na2 [Co(OH) 4] (син.)
2. Со(ОН) 2 — гидроксид кобальта(II)
Существует в виде двух модификаций, а именно б-Со(ОН) 2 и в-Со(ОН) 2. Метастабильная можификация б-Со(ОН) 2 образуется в виде синего осадка при добавлении растворов щелочей к солям кобльта(II) (около 0°).
Устойчивая модификация в-Со(ОН) 2 образуется в виде розового осадка при добавлении растворов солей кобальта(II) к растворам щелочей, при нагревании б-модификации. Обе модификации слабо растворимы в воде, растворимы в теплых растворах щелочей, минеральных кислот и большинстве органических кислот, превращаются в СоО. Темно-фиолетовый кристаллический или синий аморфный. Во влажном состоянии поглащает из воздуха О2 и СО2. Не расстворяется в воде. В органической среде осажадает синий гидрат Со(ОН) 2*0,67Н2О. Проявляет амфотерные свойства (основные свойства пробладают.
1) Со(ОН) 2 + 2NaOH (50%) Na2 [Co(OH) 4] (фиол)
При растворении б-Со(ОН) 2и в-Со(ОН) 2в аммиаке в присутствии солей аммония образуются желтые гексааммины кобальта(II); они довольно неустойчивы и при хранении на воздухе или в присутствии окислителя превращаются в устойчивые вишнево-красные пурпуреосоли кобальта.
1) Co(OH) 2 + 4NH3 [Co(NH3) 6] Cl2 + 2H2O
2) [Co(NH3) 6] Cl2 + 4NH4Cl + O2 4 [Co(NH3) 5Cl] Cl2 + 2H2O + 8NH3
3) 2 [Co(NH3) 5Cl] Cl2+ 2NH4Cl + H2O2 2 [Co(NH3) 5Cl] Cl2 + 2H2O + 4NH3
Большинство простых солей Со(II) образуется при обработке окиси СоО или гидроокиси Со(ОН) 2 различными кислотами. Соли двухвалентного кобальта, полученные при использовании сильных кислот, в большинстве растворимы, их разбавленные растворы окрашены в розовый цвет и имеют кислую реакцию благодаря гидролизу.
3. СоSO4 — сульфат кобальта(II)
Получают продуванием смеси воздуха и SO2, над нагретым до 550-600° порошком СоО или дегидратацией кристаллогидратов СоSO4ЧnH2O (n=7,6,5,4,3,2,1).
Сульфат кобальта CoSO4представляет собой парамагнитные гексагональные кристаллы с плотностью 3,666г/смі; розовые кристаллы становятся фиолетовыми при температуре выше 500°, разлагаются при нагревании на воздухе при 690-720°, превращаясь в СоО и Со3О4. Хорошо (но медленно) растворяется в воде (с ростом температуры растворимость сначала увеличивается, затем падает), гидролизуется по катиону. Реагирует со щелочами, гидратом аммиака.
1) CoSO4 + 6 (NH3ЧH2O) [конц.] [Co(NH3) 6] SO4 (желт.) + 6H2O
2) 2CoSO4 (разб.) + 2NaOH (разб.) Na2SO4 +Co2SO4 (OH) 2 (син.)
CoSO4 (разб.) + 2NaOH (10%) Co(OH) 2 + Na2SO4
3) 2CoSO4 + 2H2O 2Сo (катод) + О2 (анод) + 2H2SO4
4. CoF2 — Фторидкобальта (II)
Дифторид кобальта получают обработкой газообразнымHF СoCl2 (при комнатной температуре) или СоО (500°).
Соединения СоF2 представляют собой токсичные парамагнитные розовые тетрагональные призмы. СoF2растворяется в воде, плохо растворимо в спирте, эфире, бензоле. Устойчиво в воде и аммиаке при комнатной температуре, но превращается в СоО с выделением HFпод действием горячей воды. Помимо воды разлагается концентрированными кислотами, щелочами и гидратом аммиака. Na, Mg, Alпри нагревании с CoF2воспламеняются.
1) СoF2 + H2O Co(OH) F + HF
СoF2 + H2O(пар) CoO + 2HF
2) CoF2 + H2SO4 (конц., гор.) CoSO4 + 2HF
3) CoF2 + 4NaOH (40%) Na2 [Co(OH) 4] + 2NaF
5. [Co(NH3) 6] Cl2 — Хлорид гексамминокобальта(II)
[Co(NH3) 6] Cl2можно получить действием NH4OHна Co(OH) 2 в присутствии NH4Clи без доступа кислорода, поскольку в присутствии кислорода образуется пурпуреосоль [Co(NH3) 5Cl] Cl2.
1) Сo(OH) 2 + 4NH4OH + 2NH4Cl [Co(NH3) 6] Cl2+ 6H2O
[Co(NH3) 6] Cl2 + 4NH4Cl + O2 [Co(NH3) 5Cl] Cl2 + H2O + 8NH3
Светло-красный, термически неустойчивый. Устойчив в растворе только в присутствии гидрата аммиака. Разлагается кислотами, щелочами. Окисляется пероксидом водорода.
2) [Co(NH3) 6] Cl2+ 6HCl (разб.) CoCl2 + 6NH4Cl
3) [Co(NH3) 6] Cl2 + 2NaOH (разб.) + 6H2O Co(OH) 2 + 2NaCl + 6NH4OH
4) 2 [Co(NH3) 6] Cl2 + 2H2O2 (конц.) + О2 [Co2 (NH3) 10 (O2)] Cl4 + 2NH4OH
6. Дииодид кобальта — CoI2
Дииодид кобальта получают нагреванием металлического кобальта в парах йода или в токе HIпри 400-450°, действием водного раствора йода на тонко измельченный кобальт.
Дииодид кобальта существует в виде двух модификаций — б-CoI2и в-CoI2.
Модификация б-CoI2представляет собой парамагнитные черные гексагональные кристаллы. Модификация в-CoI2образует желтые игольчатые кристаллы, в-модификация менее устойчива, чем б-модификация.
Обе модификации растворимы в воде, спирте, ацетоне, эфире, метилацетате, пиридине, разлагаются при 600° с выделением йода, взаимодействуют на холоду с водородом по уравнению.
CoI2 + H2 Co + 2HI
Соединения трехвалентного кобальта
Известно ограниченное число простых соединений трехвалентного кобальта. Они относительно неустойчивы, обнаруживают окислительные свойства и гидролизуются с образованием солей кобальта(II) и выделением кислорода.
Известно очень много устойчивых координационных соединений кобальта(III), которые проявляют некоторые сходство с координационными соединениями хрома(III).
1. Кобальтаты (III)
Mg[Co2O4], Zn[Co2O4], Mn[Co2O4], Fe[Co2O4], Ni[Co2O4], Cu[Co2O4] — обладают структурой шпинелей и получаются в виде черных порошков.
Кобальтат(III) кобальта(II) Со[Co2O4] или Со3О4 получают нагреванием порошкообразного металлического кобальта при 300-400° на воздухе. Соединение Со3О4 образует парамагнитные черные октаэдрические кристаллы, при нагревании (940°) превращается в СоО с высвобождением кислорода; восстанавливается до металлического кобальта при нагревании с Н2, С, СО, Na, K, Al, взаимодействует с ClF3, BrF3, H2S, S2Cl2при нагревании, растворяется в HClс выделением хлора, в H2SO4 и HNO3 (с выделением кислорода) и в расплавленных щелочах.
1) Co3O4 + 8HCl 3CoCl2 + 4H2O + Cl2
2) Co3O4 + 3H2SO4 3CoSO4 + 3H2O + 1/2O2
Соединения Со3О4 применяются для изготовления стекла, сильно поглощающего ультрафиолетовые лучи, а также в качестве катализатора реакции: термического разложенияKClO3и KMnO4, окисления NH3.
2. Координационные соединения кобальта(III)
Известно очень много комплексных соединений кобальта(III) с координационным числом шесть, которые по числу координационных сфер классифицируются на моно-, би, три-, тетра-, или полиядерные, а по природе координационных групп — на аммины, аквоаммины, ацидоаммины, аквосоли, ацидосоли, ацидоаквосоли, ацидоамминосоли, гидроксосоли, аквогидроксосоли.
Благодаря сильно выраженной склонности кобальта(III) к образованию координационных соединений, разнообразию лигандов, входящих во внутреннюю координационную сферу, и существованию изоморфных форм имеется очень большое число координационных соединений кобальта(III).
Большинство из них получают окислением простых или комплексных соединений кобальта(II) кислородом воздуха, Н2О2 или KMnO4в щелочной или нейтральной среде.
Соединения четырехвалентного кобальта
Известно ограниченное число соединений четырехвалентного кобальта, которые, как правило, довольно неустойчивы.
К соединениям кобальта(IV) относят двуокись СоО2ЧН2О, диселенидCoSe2, гексафторокобальт(IV) цезия Cs2 [CoF6] и некоторые полиядерные соединения, например:
6. Применение
В конце 19 начале 20в. были открыты многие исключительно ценные свойства кобальтовых сплавов, именно с этого времени он активно применяется в промышленности.
Кобальт принадлежит к стратегическим металлам и применяется в очень важных областях, играющих первостепенную роль в научно-техническом прогрессе.
Он применяется прежде всего как компонент жаростойких, быстрорежущих, сверхтвердых, магнитных, антикоррозионных сплавов и качественных сталей. Твердые сплавы с содержание кобальта свыше 50%, так называемые стиллиты, получили большую известность в металлообработке.
Очень важное значение приобрели сверхтвердые сплавы, приготовляемые спеканием карбида вольфрама с кобальтовым порошком. Они широко применяются в металлообрабатывающей промышленности и в горном деле для бурения особо твердых пород. Заменителем «твердого металла» этого элемента может служить только карбид тантала на никелевом связующем. Современная техника мощного моторостроения нуждается в конструкционных материалах, обладающих жаропрочностью, устойчивостью против газовой коррозии и одновременно способностью подвергаться механической обработке. Весьма подходящими для этой цели оказались сплавы на основе кобальта 45-65%.Некоторые кобальтовые сплавы отличаются устойчивостью к кислотам и окислителям.
Так, для изготовления нерастворимых анодов применяют сплав из 75% кобальта
(13% — кремния, 7% — хрома, 5%-марганца).
Он менее растворим, чем платина, в минеральных кислотах — азотной, серной и соляной. Из кобальтовых сплавов изготовляют резервуары для хранения фторгалогенидов.
Кобальт и его соединения занимают исключительное положение в качестве катализаторов. Кобальтовые катализаторы весьма активны в реакциях гидрогенизации растительных жиров, синтеза бензина из природного газа.
На основе соединений этого металла могут быть приготовлены масляные краски и эмали следующих цветов:
1) Темно-синий — кобальтовая «смальта» (калиевый силикат кобальта)
2) Синий — «тенарова синь» (применяется в качественном анализе для индикации алюминия)
3) Зеленый — различные комбинации окислов кобальта, хрома, алюминия и цинка
4) Красный (розовый) — смесь окислов кобальта и магния
5) Желтый — комплексный нитрит кобальта и калия
6) Фиолетовый — пирофосфат кобальта и натрия
Кобальтовые краски служат для окраски стекла, эмали, фарфора, керамики.
Окись кобальта входит в состав некоторых полупроводников и изоляторов, соли используются в текстильной промышленности, а также для изготовления чернил (синтетических), при определении влажности воздуха и в некоторых других целях.
В чистом виде металлических кобальт используется мало, главным образом в электронике, в качестве электродов, а также в термоэлементах.
Интересное применение нашел кобальтовый порошок, осажденный на бумаге, полученный термическим разложением карбонила (Со(СО) 5): он парамагнитен и используется в качестве телефонной мембраны
Кобальт покрытый палладием, родием или платиной, служит материалом для электрических контактов.
Изготовлены кобальтовые катализаторы для окисления выхлопных газов автомобилей отравляющих атмосферу.
7. Распространение
В природе кобальт редко встречается в виде самородков, однако соединения его очень распространены (арсениды, сульфиды, тиоарсениды, сульфаты и т.д.) в различных минералах. Природный кобальт, как земного, так и метеоритного происхождения, находится в виде сплавов с Fe, Ni, Cu, Ag, Pt, Bi, Sb, Mn, Zn.
Поскольку кобальт необходим для жизнедеятельности людей, животных и растений, он находится в небольших количествах в виде соединений в организме человека, животных и в различных растениях.
Спектральным анализом было установлено присутствие кобальта в атмосфере Солнца и различных звезд.
В небольших количествах соединения кобальта встречаются:
В природных водах (в мг/л)
|
Бассейны |
Co |
|
|
Черное море |
0,0048 |
|
|
Аральское море |
0,00054 |
|
|
Озеро Байкал |
0,0023 |
|
|
Обь |
0,0190 |
|
|
Урал |
0,0011 |
|
|
Волга |
0,0067 |
|
|
Днепр |
0,0023 |
|
|
Дон |
0,0055 |
|
|
Москва |
0,00082 |
|
В земной коре содержание кобальта составляет 4,0*10Їі вес.% А так же, он присутствует во многих минералах.
К наиболее важным минералам кобальта относят:
|
Минерал |
Химическая формула |
Содержание Со, вес.% |
Описание |
|
|
Линнеит |
Co3S4 |
36,82-53,35 |
Серые октоэндрические кристаллы |
|
|
Сиенит |
(Co, Ni) 3S4 |
11,0-20,6 |
Светлоокрашенные породы, сероватые и розоватые кристаллы |
|
|
Карролит |
Co2CuS4 |
26,80-42,42 |
Серые или серебристо-белые октаэдры |
|
|
Кобальтовый блеск(кобальтин) |
CoAsS |
28,64-35,62 |
Блестящие, белые или серые кубические кристаллы. |
|
|
Глаукодот |
(Co, Fe) AsS |
11,9-31,6 |
||
|
Саффлорит |
CoAs2или (Co, Fe) As2 |
9,42-23,44 |
Серые, орторомбические кристаллы |
|
|
Скуттерудит |
CoAs3или (Co, Ni, Fe) As3 |
2,7-10,7 |
Серые кубические кристаллы |
|
|
Селеносера |
(Co, Ni) 3 (S, Se) 4 |
15,17 |
||
|
Кобальтовый шпат |
CoCO3 |
43,9-47,0 |
||
|
Эритрин |
(Co, Ni) 3 (AsO4) 2*8H2O |
18,70-28,72 |
Малиново-розовые моноклинные призматические кристаллы |
|
|
Гетерогенит |
Co(OH) 2 |
38,05-60,20 |
||
|
Юлианит |
Na2Co(CNS) 4 8H2O |
12,5 |
||
|
Биберит (Кобальтовый купорос) |
CoSO4*7H2O |
15,66-21,79 |
Розово-красные моноклинные кристаллы |
|
|
Патерноит |
CoMoO4 |
21,24 |
||
|
Смальтин |
CoAs3-2 |
До 24% |
Блестящие, серые, кубические кристаллы |
|
Собственно кобальтовых минералов известно свыше 30; кроме того, в 200 минералах различных других элементов содержание кобальта превышает 0,1%.
Более мощные залежи кобальтовых руд, из которых при современном развитии техники экономически целесообразно извлечение этих металлов, распределены крайне неравномерно по различным частям света. Наиболее крупные месторождения кобальта сосредоточены в Африке и прежде всего в Заире, вКатанге (непризнанное государство на юге демократической республики Конго) разведаны медно-кобальтовые залежи сульфидных руд с 7,8% кобальта и 5% меди, которые идут непосредственно на плавку. Общие запасы кобальта в Катанге оцениваются в 450 млн.футов.
В России месторождения кобальта имеются в Красноярском крае, Мурманской области, на Кавказе, Урале, в Казахстане.
8. Применение в медицине
Кобальт
Многие элементы в очень не больших количествах, но почти повсеместно встречаются в почвах, играя важную роль в жизненных процессах. В ничтожных долях процента обнаруживаются они и в организмах. Таковы B, Zn, Mo, Cu… В научной литературе им присвоено название «микроэлементы». Относится к ним и кобальт.
Содержание кобальта в почвах весьма различно. Для сравнения исследовали почвы Европейской части России, и оказалось, что в опесчаненных или торфяноболотных почвах Ярославской, Костромской, Ивановских областей кобальта в 10 раз меньше, чем в почвах других районов страны.
В зависимости от того, на какой почве вырастают растения, они в большей или меньшей мере содержат в своих тканях кобальт. На развитие растений, как оказалось в дальнейшем, влияет не только недостаток, но и избыток кобальта. Если его в почве много, можно ожидать появления растений очень необычных форм, таких, например, как безлепестковые анемоны.
На пастбищах растительность поедается животными, и кобальт, таким образом, переходит в организм. Некоторые ткани животных накапливают в себе кобальт в несколько больших количествах; к таким относятся, прежде всего, печень, железы внутренней секреции, маленький придаток головного мозга — гипофиз, поджелудочная и вилочковая железы.
Сухотка
Разъяснение значения кобальта для животного организма — довольно любопытная история, заслуживающая того, чтобы остановиться на ней несколько подробнее. В ряде областей нашей страны печальной известностью пользовалось заболевание скота, называемое сухоткой. Начиналось оно с потери аппетита; скот худел, шерсть его теряла свой блеск и эластичность, слизистые оболочки становились белыми. Исследование крови показало резкое падение красных кровяных шариков, а вместе с этим снижалось в них содержание гемоглобина — переносчика кислорода в организме.
Сухотка стала страшнее тем, что никакого возбудителя болезни найти не могли и потому не знали, в чем причина болезни; массовость же её создавала полное впечатление эпидемии. Известна была сухотка и за рубежом — в Англии и Швеции, где её называли болотной, кустарниковой, прибрежной болезнью. Если в район, пораженный сухоткой, завозился откуда-нибудь здоровый скот, через год-два он также заболевал, но любопытно, что снова вывезенный в здоровый район, он не заражал общающийся с ним и сам выздоравливал. Это обстоятельство заставило искать причину в питании скота. Исследователи почвы пастбищ, предположив, что в них не хватает какого-нибудь необходимого для жизни элемент.
Разъяснение пришло почти неожиданно. В Академию наук Латвии прислали письмо, в котором сообщалось, что в Рижском районе скот поражен сухоткой, но у одного из лесников все коровы упитаны и дают прекрасный надой молока. Оказалось, что его коровы тоже болели сухоткой, но с некоторого времени он стал им для аппетита добавлять мелассу (кормовая патока — отход сахарного завода), и коровы перестали болеть.
Мелассу исследовали по химическому составу, оказалось, один килограмм этого сладкого сиропа содержит 1,5 мг кобальта. Чтобы убедится в том, что причина болезни заключается в недостатке кобальта, провели эксперимент, после которого сомнений не оставалось: отсутствие ничтожных количеств кобальта.
Витамин В12
Итак, кобальт — лекарство от сухотки. Однако почему? Известно, что человеческому организму необходимо железо, оно входит в состав гемоглобина; известно также, что растениям нужен магний, так как он составная часть хлорофилла. А кобальт? Какую же роль он играет?
Совсем недавно одной из страшных болезней человека считалось злокачественное малокровие. Болезнь возникала без видимых причин и, неуклонной развиваясь, приводила к смерти. Заключалась она в резком уменьшении числа кровяных шариков, в обеднении их гемоглобином; болезнь сопровождалась потерей аппетита, прекращением выделения соляной кислоты желудком и рядом других признаков. В ходе наблюдений за страшной болезнью натолкнулись на такой факт: можно задержать её развитие, если давать в пищу больным сырую печень.
Несомненно, в печени есть какое-то вещество, способствующее образованию красных кровяных телец. После упорных и долгих трудов ученым, наконец, удалось выделить это вещество. Оно представляло собой кристаллики красного цвета. Ряд лет потребовалось для того, чтобы выяснить строение данного вещества. Наконец, пришел долгожданный успех. Составной частью этого сложного органического вещества был кобальт в количестве 4%. Это органическое вещество получило название витамин В12.
Борец Со
В наш атомный век кобальт выступил борцом за жизнь не только как «подкормка». Одним из страшных заболеваний, пока ещё не побежденных человеком окончательно, являются злокачественные опухоли, в частности рак.
С открытием явления радиоактивности в начале ХХ века заметили, что лучи радия при соответствующих условиях губительно влияют на быстроразмножающиеся клетки, приостанавливают их деятельность и обезвреживают течение страшной болезни. Радий — очень дорогой и трудно добываемый металл. Лишь очень крупные лечебные учреждения могли располагать им, да и то в очень ничтожных количествах.
В 1934 году трудами Фредерика и Ирен Жолио-Кюри была открыта искусственная радиоактивность — появилась возможность получать изотопы обычных элементов, которые самопроизвольно распадались, воспроизводя радиоактивное излучение. Наиболее удобным и выгодным оказался изотоп кобальт Со, период полураспада которого составлял 3,5 года. Но не только в этом было его достоинство. Кобальт оказался не просто дешевым заменителем радия. Гамма-лучи радиоактивного кобальта более однородны по той энергии, которую они несут, а бета-лучи гораздо легче поглощаются, поэтому при лечении достигается лучший эффект и гораздо меньше возникает каких-либо осложнений. Находясь в пораженной ткани эти изотопы будут испускать гамма — лучи, пока не погибнут все злокачественные клетки.
Заключение
Вот и закончен рассказ о кобальте. Сравнительно молодой металл, он за короткий период приобрел большое значение в современной технике. Многие металлы, будучи открыты химиками, не сразу находили себе широкое применение в промышленности; к таким относится и кобальт. Кратко описанная в нашей работе его история показывает, что в разное время он ценился по-разному и за различные качества. Нося жуткое имя «горного демона», кобальт в наше время — борец за человеческую жизнь, победитель таких страшных болезней, как сухотка, злокачественное малокровие и даже рак. Будущее же, надо полагать, покажет ещё не одно новое применение кобальта.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/skachatna-temu-himiya-konstruktsionnogo-metalla-kobalt/
1) Р. Рипан, И. Четяну — «Неорганическая химия», том 2.
2) Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева — «Химические свойства неорганических вещест»
3) Ф.М. Перельман, А.Я. Зворыкин — «Кобальт и никель»
4)
Я.А. Угай — «общая и неорганическая химия»
5) В.И. Синицын — «Радиоактивный кобальт Со»
