Химические свойства кобальта

Конфигурация внешних электронных оболочек атома Кобальта 3d⁷4s². В соединениях Кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со(П), в комплексных - Со(III). Для Со(I) и Co(IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный Кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный Кобальт, полученный восстановлением его оксида водородом при 250 °С (пирофорный Кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный Кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + Н₂О = СоО + Н₂. С галогенами Кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ₂. При нагревании Кобальт взаимодействует с S, Se, P, As, Sb, С, Si, В, причем состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со₂Р, Co₂As, CoSb₂, Со₃С, CoSi₃). В разбавленных соляной и серной кислотах Кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида СоCl₂ и сульфата CoSO₄. Разбавленная азотная кислота растворяет Кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Co(NO₃)₂. Концентрированная HNO₃ пассивирует Кобальт. Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25°С 100 г воды растворяют 52,4 г СоCl₂, 39,3 г CoSO₄, 136,4 г Co(NO₃)₂]. Едкие щелочи осаждают из растворов солей Со²⁺ синий гидрооксид Со(ОН)₂, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со(ОН)₃. Нагревание в кислороде при 400-500 °С переводит СоО в черную закись-окись Со₃О₄, или СоО·Со₂О₃ - соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl₂О₄ или СоО·Al₂О₃ синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 году Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси СоО и Al₂О₃при температуре около 1000 °С

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или СоCl₂ при 300-400 °С образуется коричневый фторид CoF₃. Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO₂ осаждает из растворов солей Со (II), содержащих СН₃СООН, желтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K₃[Co(NO₂)₆]. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) - комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органических амины.

Вода и воздух при обычной температуре не оказывают действия на компактный кобальт, но в мелкораздробленном состоянии он обладает пирофорными свойствами. В разбавленных кислотах, например в соляной или серной, кобальт растворяется значительно труднее, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений справа от железа (его нормальный потенциал равен -0,28 в). Разбавленная азотная кислота легко растворяет кобальт, а при действии концентрированной HNO3 он пассивируется. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

При нагревании на воздухе Со окисляется, а при температуре белого каления сгорает до Сo₃O₄. При нагревании кобальт соединяется со многими другими веществами, причем реакция его с S, P, As, Sb, Sn и Zn нередко сопровождается воспламенением. При сплавлении с кремнием Со образует целый ряд соединений. При высокой температуре он соединяется также с бором, но не реагирует с азотом. Кобальт легко образует соединения с галогенами. С железом и никелем, а также с хромом и марганцем он образует твердые растворы в любых соотношениях. По отношению к углероду кобальт ведет себя так же, как железо; однако при охлаждении углеродсодержащих расплавов никогда не выделяется карбид Со₃С (хотя, по данным Руффа, существование его в расплаве является вероятным); если содержание углерода превышает пределы существования твердого раствора, избыток углерода всегда выделяется в виде графита. При действии СН4 или СО на тонкоизмельченный металлический кобальт при слабом нагревании (ниже 225°), по данным Бара, образуется соединение Со2С, разлагающееся при более высоких температурах. Каталитическое разложение СH₄ и СО под действием кобальта происходит лишь при таких температурах, когда карбид становится неустойчивым

Co + 2HCl(разб.)+t= CoCl₂ + H₂

Co + H₂SO₄(разб.)+t= CoSO₄+ H₂

3Co + 8HNO₄(разб.)+t= 3Co(NO₃)₂+ 2NO + 4H₂O

Co + 4NaOH + 3O₂+t= 4NaCoO2 + 2H₂O

2Co + O₂ +t=2CoO

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат.

Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав.

Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию.

Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля.

Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaOCl.

2СоСl₂+ NaClO + 4NaOH + H₂O = 2Co(OH)₃↓ + 5NaCl

Чёрный осадок Co(OH)₃ прокаливают для удаления воды, а полученный оксид Со₃O₄ восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2-3% примесей (никель, железо, медь), может быть очищен электролизом.

Образование соединений кобальта

· При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором. 2Co + 3F₂ → CoF₃, но, Co + Cl₂ → CoCl₂

· С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую α-форму (при сплавлении порошков) и чёрную β-форму (выпадает в осадок из растворов).

· При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со₉S₈

· С другими окисляющими элементами, такими как углерод, фосфор, азот, селен, кремний, бор. кобальт тоже образует сложные соединения, являющиеся смесями где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3.

· Кобальт способен растворять водород, не образуя химических соединений. Косвенным путем синтезированы два стехиометрических гидрида кобальта СоН₂ и СоН.

· Растворы солей кобальта CoSO₄, CoCl₂, Со(NO₃)₂ придают воде бледно-розовую окраску. Растворы солей кобальта в спиртах темно-синие. Многие соли кобальта нерастворимы.

· Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака.

Наиболее устойчивыми комплексами являются лутеосоли [Co(NH₃)₆]³⁺ жёлтого цвета.