Кобальт – характеристика элемента таблицы Менделеева

Кобальт – характеристика элемента таблицы Менделеева

Кобальт (Co) — переходный металл с d-блоком, обладающий характерным голубовато-белым цветом. Согласно перечню периодической таблицы Д.И. Менделеева, занимает 27 позицию (находится между Железом и Никелем). Следует отметить много общих химических и физических свойств Кобальта с этими двумя элементами. Природная структура Кобальта — стабильный изотоп (59Co), но существует также искусственный изотоп (60Co), являющийся источником гамма-излучения.

Подробнее относительно химического элемента Co

Этому химическому элементу присущи две основные степени окисления (2+, 3+). Обычная степень окисления простых соединений — Co2 +. В зависимости от геометрии и окружающей среды, ко-ионные радиусы варьируются в диапазоне 56 — 90 мкм.

Кобальт является переходным, совместимым, сидерофильным (халькофилом и литофилом) веществом. Этот элемент имеет высокую температуру плавления, достигающую значения 1495°C, плюс является ферромагнитным.

Для структуры металла характерной является электроотрицательность на уровне 1,88 по шкале Полинга, показывающая первый потенциал ионизации 7,88 эВ.

Wi-Fi камера + цифровой зумДжамп стартер ютрейсДрель компакт автоном 18 вольт

Исторические сведения по элементу и практика применения

Минерал упоминается историей бронзового века. Тогда в основном применялся для обработки стекла и керамики с целью получения оригинальной расцветки. Название, по всей видимости, исходит от немецкого «kobald» (гоблин, злой дух) и греческого «cobalos» (мой). Как чистый металл впервые получен в 1735 году шведским химиком Георгом Брандтом.

Минерал пользовался низким спросом до начала двадцатого века, до момента появления кобальт-хромовых сплавов. Увеличение спроса отметилось на значительном уровне после Второй мировой войны. Причиной явилось применение Кобальта высокой чистоты в конструкциях реактивных двигателей и газовых турбин.

Далее спрос лишь увеличивался. На современном этапе широкое использование Кобальта отмечается в качестве важного компонента материалов, применяемых в высокотехнологичных отраслях промышленности, включая:

Будучи переходным металлом, как и железо, Кобальт допускает намагничивание, поэтому широко применяется для изготовления магнитов. Легирование алюминием и никелем способствует созданию особенно мощных магнитов. Кобальтовые сплавы применяются в конструкциях реактивных турбин, а также в системах газотурбинных генераторов для обеспечения свойств термостойкости.

СВЁРЛА КОБАЛЬТ

Кобальт - характеристика химического элемента - металл в минеральной форме
Таким, примерно, выглядит минеральный Кобальт, то есть присутствующий именно в составе полезных ископаемых, добываемых на промышленно-производственных рудниках

Металл применяется в гальванике по причине привлекательного внешнего вида, высокой степени твёрдости, стойкости на окисление. Следовательно, достаточно высока стойкость такого металла и относительно коррозии. Соли Кобальта на протяжении длительного времени применялись для получения ярких синих цветов:

  • красок,
  • фарфора,
  • стекла,
  • керамики.

Это один из тех химических элементов, что выступают критически важными металлами для чистой энергии. Применяется активно в структуре литий-ионных батарей.

На каждый выпускаемый с конвейера современный электромобиль затрачивается не менее 9,5 кг металла.

Искусственный радионуклид (60Co) находит активное применение в лечебной практике злокачественных опухолей, выступая индикаторным компонентом лучевой терапии.

Геохимическая характеристика химического элемента Кобальт

Минерал часто ассоциируется с рудами:

  • Никеля (Ni),
  • Серебра (Ag),
  • Свинца (Pb),
  • Меди (Cu),
  • Ферромагнезиалов,

из которых, чаще всего, получается как побочный продукт. Основные рудные месторождения обнаружены в Катанге (Демократическая Республика Конго). Вместе с тем, недавние открытия свидетельствуют о присутствии Кобальта в центральной части Тихого океана. Между тем, горнодобывающая и металлургическая деятельность в этом направлении сопровождается существенным загрязнением почвы, воды, прилегающей инфраструктуры.

Кобальт образует ряд минералов:

  • Кобальтит (CoAsS),
  • Скуттерудит (CoAs3-x),
  • Эритрит (Co3 (AsO4) 2,8H2O),
  • Сферокобальтит (CoCO3),
  • Гетерогенит (CoO (OH)).

Химический элемент широко распространён в магматических, осадочных породах и минералах. Кобальт также присутствует в структуре обнаруженных остатков метеоритов. Средний показатель содержания в земной коре составляет примерно 25–30 частей на миллион. Однако, несмотря на широкое распространение, этот химический элемент занимает лишь 33-е место по содержанию и встречается реже, чем все другие переходные металлы, за исключением скандия.

TCT HOLE SAW

Кобальт - характеристика элемента - рудный металл
Ещё один пример наличия Кобальта в структуре руды, полученной по результатам добычи полезных ископаемых

Тем не менее, отмечается существенно большее рассредоточение минерала в земной коре, чем любого из рода таких элементов. Концентрированные месторождения полезных ископаемых встречаются редко. Среднее содержание Кобальта в составе хондритов CI, оцененное в рамках нескольких исследований, довольно стабильно, колеблется от 500 до 513 частей на миллион.

Объёмная земля имеет содержание Кобальта на уровне 880 ppm, что ниже, чем в металлическом ядре (0,25%). Содержание элемента в основной части континентальной коры колеблется в рамках 15-30 частей на миллион. В частности, Кобальт наиболее распространён в ультраосновных породах при средней концентрации 110 ppm.

В процессе дифференциации базальтовой магмы большая часть химического элемента попадает в ферромагнезиальные минералы. Содержание кобальта в этих минералах зависит от общего количества узлов решетки (Fe-Mg) и не зависит от соотношения (Fe/Mg). Кобальт прочно связан с Магнием (Mg) в составе гранитных пород и ведёт себя аналогично Магнию в отношении распределения между метаморфическими минералами. Определение, как Кобальта, так и Магния выглядит избирательным при более низких степенях метаморфизма.

Кобальт как естественный химический элемент

Это тот естественный химический элемент, что встречаются в составе воздуха, почвы, растений, воды. Средняя концентрация в открытом океане крайне низкая (~ 40 пмоль/кг), что частично отражает короткое время пребывания элемента. Простое соединение (Co2 +) является основным водным организмом для морской среды.

Существует масса предположений относительно способа поглощения Кобальта глубоководными марганцевыми конкрециями и корками. Минерал, как правило, связан с оксигидроксидами Марганца или Железа. Кобальт способен замещать обменное простое соединение  (Co2 +) в морских манганатах, после чего окисляться до соединения  (Co3 +) через Марганец (Mn4 +). Вместе с тем соединение (Co3 +) способно заменять соединение (Fe3 +) в минералах оксигидроксида железа.

КОБАЛЬТОВЫЕ

Кобальт – характеристика элемента таблицы Менделеева - форма металла
Металлический Кобальт в чистом виде — вариант химического элемента, полученного в виде переходного металла, который может использоваться для нужд промышленности

Также отмечается присутствие в составе бёрнессита в виде Co (II) при pH 7 и Co (III) выше pH 8. Состав и химия Кобальта в воде в земных средах в настоящее время является важным направлением исследований, поскольку состав раствора имеет критическое влияние на биологическую активность в окружающей среде. Несмотря на отсутствие всеобъемлющих данных о водных концентрациях в почвенных поровых водах, грунтовых и поверхностных водах, естественные концентрации химического элемента варьируются в основном от 0,006 мг/л до 0,43 мг/л.

Этот химический элемент считается умеренно подвижным с активностью в 10 раз меньшей, чем у Натрия. Химия демонстрирует преобладание степени окисления Co (II) в водной фазе земных сред, в первую очередь из-за чрезвычайно низкой растворимости Co (III). Нет единого мнения о важности комплексообразования Co (II) в фазе раствора в земных средах. Как нет такого мнения и о природе основных связывающих неорганических и органических лигандов.

Кинетика комплексообразования Со (II) и диссоциации от природных органических комплексообразующих лигандов такова, что видообразование, вероятно, значительно отличается от оценок, основанных на расчетах термодинамического равновесия. В результате точное понимание биодоступности, токсичности и транспорта в наземных водных средах достигается только тогда, когда термодинамика согласуется с кинетикой реакции.

Биологическое применение и степень токсичности

Кобальт является важным микроэлементом жизни. Этот элемент играет важную роль в биохимических реакциях, необходимых для жизнедеятельности, особенно в коферменте кобаламине (ко-хелатированный на четыре атома азота в центре порфириноподобной структуры). Кобаламин имеет сложную биохимию, и существует ряд кобаламин-зависимых ферментов.

Кобаламинзависимые ферменты влияют на образование узелков и фиксацию N2 у бобовых растений. Ферменты допустимо использовать для снабжения сельскохозяйственных культур азотом. Дефицит кобальта влияет на развитие, функцию и азот-фиксацию узелков.

Кобаламин, также называемый витамином B-12, необходим для здоровья, питания и роста человека и животных. Необходимая сумма очень небольшая. Потребление Кобальта с пищей оценивается в пределах 5–40 мг/день среди населения в целом.

Понимание факторов, влияющих на поглощение элемента растениями в различных типах почв, имеет значение для качества пищевых продуктов и возможного восстановления загрязненных участков. Соответствующие педогенные (почвообразующие) процессы, способствующие поглощению металла из почвы растениями, включают:

  • общие, экстрагируемые и обменные концентрации элемента в почве;
  • pH и другие химические параметры почвы;
  • микробные изменения;
  • антропогенные факторы.

В почвах химический элемент фиксируется оксидами Магния в неэкстрагируемой форме, и биодоступность обратно пропорциональна содержанию Магния в почве. Высокое и частое воздействие Кобальта способно влиять на нервную систему и вызвать аксонопатию. Хроническое вдыхание кобальтовой пыли способно приводить к диффузно-воспалительным реакциям слизистой оболочки бронхов и хроническим заболеваниям дыхательных путей.

В больших дозах некоторые формы Кобальта являются канцерогенными. Некоторые виды растений, также называемые металлофитами, адаптировались к естественным и загрязненным почвам, богатым кобальтом. Среди этих металлофитов некоторые способны накапливать металл в побегах растений (> 300 ppm, без симптомов токсичности и задержки роста).


При помощи информации: ResearchGate