Физические и химические свойства

Физические и химические свойства. Кобальт твердый металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427C устойчива a-модификация кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а0,2505 Нм и с0,4089 Нм. Плотность 8,90 кгдм3. При температурах от 427C до температуры плавления 1494C устойчива b-модификация кобальта решетка кубическая гранецентрированная. Температура кипения кобальта около 2960C. Кобальт ферромагнетик, точка Кюри 1121C. Стандартный электродный потенциал Со0Со2 0,29 B. На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300C 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 кобальтаII СоО обладает основными свойствами.

Он существует в двух полиморфных модификациях a-форма кубическая решетка, устойчивая при температурах от комнатной до 985C, и существующая при высоких температурах b- форма также кубическая решетка. СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта СоОН2СоСО3, или осторожным восстановлением Со3О4. Если нитрат кобальта СоNO32, его гидроксид СоОН2 или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700C, то образуется оксид кобальта Со3О4 CoOCo2O3. Этот оксид по химическому поведению похож на Fe3О4. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов Со3О4 4H2 3Со 4H2O. При прокаливании СоNO32, СоОН2 и т. д. при 300C возникает еще один оксид кобальта Со2О3. При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальтаII выпадает осадок СоОН2, который легко окисляется.

Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100C СоОН2 превращается в СоООН. Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется СоОН3. 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 400-500C можно получить дииодид кобальта СоI2. Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS b-модификация.

Если же через раствор соли кобальтаII 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. 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 СоNO32 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 Со3PO42, 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 кобальтаII возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава CoNH36nH2On2. 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 CoNH363 эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей, аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом CoNH35H2O3 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 Со2СО8. При его осторожном нагревании образуется карбонил Со4СО12. Карбонил Со2СО8 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.