Кобальт — химический элемент¶

Кобальт (лат. Cobaltum, обозначение Co, атомный номер 27) — химический элемент десятой группы восьмого периода периодической таблицы Менделеева, относится к переходным металлам. В природе встречается в виде сульфидных, оксидных и мышьяковистых руд. Кобальт — один из ключевых материалов в производстве суперсплавов, аккумуляторов и красителей.

¶История открытия

Название «кобальт» происходит от немецкого слова Kobold — «гном, злой дух». Средневековые горняки в Германии называли так руды, которые при плавке выделяли ядовитый мышьяковистый дым, а не давали ожидаемого металла. В 1735 году шведский химик Георг Брандт доказал, что «кобальтовая земля» содержит новый металл, а не мышьяк, как считали ранее. Брандт выделил кобальт из кобальтового блеска (CoAsS) и показал, что его соли окрашивают стекло в синий цвет.

¶Физические и химические свойства

Кобальт — твёрдый серебристо-серый металл с синеватым отливом, плотность 8,9 г/см³, температура плавления 1495 °C, кипения — 2927 °C. В чистом виде обладает ферромагнитными свойствами (точка Кюри 1115 °C), что делает его одним из немногих ферромагнитных элементов наряду с железом и никелем.

Химически кобальт устойчив в сухом воздухе, но растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода. Образует соединения преимущественно в степенях окисления +2 и +3; известны также соединения +1, 0 и −1. Кобальт(II) образует характерные синие растворы, кобальт(III) — зелёные и фиолетовые. Ключевое свойство кобальта — способность образовывать прочные комплексные соединения, что определяет его роль в биологии и катализе.

¶Месторождения и добыча

Кобальт входит в состав около 300 минералов, но промышленное значение имеют ограниченное число из них: линнеит (Co₃S₄), кобальтовый блеск (CoAsS), эритрит (Co₃(AsO₄)₂·8H₂O), скуттерудит (CoAs₃). Кобальт — сидерофильный элемент, поэтому часто ассоциирует с никелем и медью.

Мировая добыча кобальта оценивается примерно в 170–200 тысяч тонн в год. Крупнейший производитель — Демократическая Республика Конго, на которую приходится более 70 % мировой добычи. Значительные запасы сосредоточены в Австралии, Индонезии, Филиппинах, Канаде, России и на Кубе. В России кобальт добывают в Норильске (в составе медно-никелевых руд), на Урале и в Забайкалье. Основные российские предприятия — «Норникель» и «Уралгредмет».

¶Получение

Кобальт извлекают из руд комплексной переработки: после флотации медно-никелевых руд кобальт концентрируется в медном и никелевом шламах. Металл получают электролитически или восстановлением оксидов водородом. Кобальтовые соли получают растворением металла в кислотах или выщелачиванием руд.

¶Применение

Кобальт применяется в нескольких ключевых отраслях:

• Суперсплавы. Сплавы на основе никеля с кобальтом (например, марок ВЖЛ, ЖС) обладают жаропрочностью и применяются в газовых турбинах авиационных и энергетических двигателей.
• Магнитные материалы. Сплавы кобальта с редкоземельными элементами (самариево-кобальтовые, SmCo₅) создают постоянные магниты с высокой коэрцитивной силой.
• Аккумуляторы. Кобальт — компонент катодов литий-ионных батарей (LiCoO₂), широко используемых в электронике и электротранспорте.
• Красители и керамика. Кобальтовый синий (CoAl₂O₄) и кобальт-жёлтый применяются в керамике, стекле и лакокрасочных материалах.
• Катализ. Кобальтовые катализаторы используются в синтезе Фишера — Тропша (получение жидких углеводородов из синтез-газа) и в вулканизации каучука.
• Медицина. Радиоактивный изотоп кобальта-60 применяется в радиотерапии и стерилизации медицинского инструментария.

¶Биологическая роль

Кобальт входит в состав витамина B₁₂ (кобаламина) — единственного витамина, содержащего металл. Витамин B₁₂ участвует в кроветворении и работе нервной системы; его дефицит приводит к мегалобластной анемии. Суточная потребность человека в кобальте — около 1–3 мкг (в составе витамина B₁₂).

¶Токсичность

Соединения кобальта умеренно токсичны. При хроническом воздействии пыли кобальта возможны астма, дерматиты и поражение лёгких («кобальтовая болезнь»). Кобальт-60 — сильный гамма-излучатель, работа с ним требует строгих мер радиационной защиты.

¶Интересные факты

• Кобальтовое стекло использовалось в Средние века для имитации сапфира.
• Самариево-кобальтовые магниты в 2–3 раза сильнее ферритовых при тех же размерах.
• Кобальт-60 применяется в сельском хозяйстве для обеззараживания зерна и стерилизации продуктов.