Кобальт – чем интересен и где используется металл

Название этого элемента восходит к немецким сказкам. Его свойства оценили производители особо прочных сталей и декораторы.

Кобальт металл

Что представляет собой

Кобальт – это сверкающий сизовато-серый металл. Покрывается оксидной пленкой на воздухе, становясь желтоватым. Плотный, твердый, вязкий.

По классификации его относят к металлам «тяжелой» группы.

Международное обозначение – Co.

Как был открыт

У химического элемента и термина «кобальт» интересная, даже мистическая, аура.

Элементарный кобальт
Элементарный кобальт

Наука

Официальная история открытия начинается со Швеции первой трети 18 века. Ученый Георг Брандт вычленил из руды серый с розоватостью металл, окрестив его кобольдом (кобальтом).

Заодно убедился, что синий цвет стекломассы – заслуга именно этого элемента.

Древний мир

Хотя о таком свойстве металла кобальт знали еще жители Древнего Египта, Месопотамии и Вавилона. Они наловчились окрашивать минералы: изготовление «бирюзы», «сапфиров» процветало.

Кобальтовое стекло найдено в гробницах египетских фараонов и ассирийской знати.

Почти промышленного уровня достигла эта технология в Китае. С 7 века здесь совершенствуется декорирование фарфора такими красками.

Европейский фольклор

Происхождение названия металла имеет немецкие корни. Кобольдами называют персонажей немецкого фольклора – жителей подземелий, коварных карликов-гномов. Они якобы постоянно строили козни саксонским рудокопам.

Руда, принимаемая за серебряную, не всегда оказывалась таковой после выплавки. К тому же процесс получения сопровождался выбросом ядовитых паров, которыми травились люди. Всю вину перекладывали на гномов.

Такую руду, «серебряную обманку», именовали кобольдом.

Минералоги предполагают, что в виду имелись кобальтовые минералы с мышьяком в составе либо сульфиды металла.

Первые в Европе кобальтовые красители изготовили в 1800 году.

Нахождение в природе

Самородный металл кобальт на планете не встречается. Форма нахождения в природе – руда либо минералы.

Кобальт руда

Их три десятка: каролит, кобальтин, смальтит, сферокобальтит, другие.

Массовое содержание металла кобальт в земной коре – 4х10-3%. Морская вода беднее на семь порядков (в 10 миллионов раз).

Физико-химические характеристики

Важные для человека физические свойства металла – высокая температура плавления, кипения, плотность, твердость, препятствование размагничиванию.

Свойства атома
Название, символ, номер Кобальт / Cobaltum (Co), 27
Атомная масса
(молярная масса)
58,933194(4) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d7 4s2
Радиус атома 125 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 116 пм
Радиус иона (+3e) 63 (+2e) 72 пм
Электроотрицательность 1,88 (шкала Полинга)
Электродный потенциал E0(Co2+/Co) = −0,277 В
Степени окисления 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,9 г/см³
Температура плавления 1768 K
Температура кипения 3143 K
Уд. теплота плавления 15,48 кДж/моль
Уд. теплота испарения 389,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,8 Дж/(K·моль)
Молярный объём 6,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=2,505 c=4,089 Å
Отношение c/a 1,632
Температура Дебая 385 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 100 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-48-4

Благодаря им изделия из металлического кобальта отличают достоинства:

  • жаропрочность;
  • износостойкость;
  • стабильность магнетизма.

Такие характеристики сохраняются в условиях повышенных температур и перегрузок.

При обычной температуре на воздухе химические свойства металла не проявляются.

Для окисления требуется более 300°C, для разложения до оксида – значение втрое больше. При высоких температурах взаимодействует почти со всеми группами химических элементов.

Месторождения, добыча

Количество месторождений руд на планете исчисляется единицами.

Три пятых мировых запасов сырья (6 млн. тонн) приходится на одну страну мира – Конго. Государство располагается в Центральной Африке.

Другие страны с богатыми резервами (тыс. тонн):

  • Австралия – 1000;
  • Куба – 500;
  • Филиппины – 290;
  • Замбия, Канада – по 270;
  • Россия – 250.

Беднее залежи у Франции, Казахстана, США.

Добыча ведется карьерным способом.

Технология получения

Металл извлекают из руды, преимущественно никелевой. На нее воздействуют растворенным аммиаком либо серной кислотой.

Применяется электролиз и дополнительное рафинирование (для получения более чистого продукта).

Номенклатура марок металла

Металлургическая промышленность выпускает два вида продуктов из сырья – катодный металлический кобальт и порошок. Из них получают разные марки кобальта (стали).

Кобальт металлический

Идет на марки стали К0, К1, К1А, К1Ау. Из сырья выплавляют слитки, прокатывают листы для нужд химической, электротехнической промышленности.

Слитки и чушки кобальтовые К1АУ
Слитки и чушки кобальтовые К1АУ

Содержание Co колеблется от 99,98% (для К0) до 98,3% для К2.

Кобальт порошковый

Исходник для стали марки ПК-1у. Металлический продукт содержит как минимум 99,35% Co. Это порошковая масса, сформированная методом электролиза. Из нее делают аккумуляторы, гальванопокрытия, катализаторы, присадки.

Кобальт порошковый
Кобальт порошковый

Основные производители продукции из кобальта в России – «Норильский никель» и «Кольская ГМК».

Как используется

Применение кобальта незаменимо в суровых условиях: запредельные механические нагрузки, аномально высокие температуры, угроза размагничивания.

Почти весь продукт забирает промышленный комплекс. Слитки, пластины, проволока, порошок выпускаются из чистого металла, сплавов и соединений.

Сплавы

Металл добавляют к сплавам, чтобы сделать тверже. Для этого металлический порошок кобальта спекают с карбидами титана либо вольфрама.

Ассортимент из сплавов широк:

  • Режущий инструментарий (резцы, сверла). Деталь сохраняет кондиции, служит в 5-8 раз дольше.
  • Сердечники электротехнических механизмов (моторов, трансформаторов, других).
  • Сочетания «кобальт + самарий (либо эрбий)», «кобальт + железо + алюминий» – основа жаростойких постоянных магнитов высокой мощности.
  • Кобальтом как элементом жаропрочных сплавов вытесняется традиционный никель. Это новый материал турбин, авиационных, ракетных двигателей.
  • На особом счету сплав металла кобальт с хромом (стеллит). Его отличает биологическая нейтральность плюс коррозионная стойкость. Используется для протезирования.

Новейшие направления использования кобальта – электроника и радиотехника. Из металла и сплавов получают компоненты печатных плат для квантовых генераторов и усилителей.

Металл

Металлический порошок кобальта добавляют к сталям для повышения жаропрочности, твердости, других кондиций.

Соединения

Соединения металла обеспечивают премиальные характеристики продукции из них:

  • Кобальтат лития – положительный электрод аккумуляторов.
  • Силицид кобальта – основа электрических термогенераторов с высоким КПД.

Самое красивое применение Co-соединений – бытовой стеклянный ассортимент. Мелкая пластика, вазы, конфетницы, фужеры, фруктовницы великолепны.

Синий цвет, создаваемый добавкой порошка металла к расплавленной стекломассе, так и назвали – кобальтовым.

Другие формы

Изотоп металла искусственного происхождения кобальт-60 востребован как источник γ-излучения (гамма-нож, гамма-дефектоскопия, стерилизация).

Значение для человека

Металл кобальт – один из критически важных для человека микроэлементов.

Жизненные процессы

Он задействован в ряде процессов организма:

  • Синтез аминокислот, ДНК.
  • Расщепление белков, жиров, углеводов.
  • Стимуляция, рост количества и развитие компонентов крови эритроцитов.
  • Поддержание работы поджелудочной железы.

Им регулируется уровень адреналина.

Кобальт поддерживает метаболизм, процесс кроветворения.

Питание

Источник поступления микроэлемента в организм – продукты питания.

Кобальтом богаты:

  • Печень: говяжья, баранья, тресковая.
  • Манная крупа.
  • Молоко.
  • Сыры твердых сортов.
  • Жирная рыба, морепродукты.
  • Бобовые (фасоль, горошек), свекла, капуста, земляника.

Входит в состав цианокобаламина (витамина B12).

Симптомы дефицита

Человеку средней комплекции необходимо 0,39 – 0,76 мг вещества ежесуточно.

О дефиците сигнализируют следующие факторы:

  • Сбои в работе эндокринной системы.
  • Болезни органов кровообращения.

Усваивать кобальт мешают хронические заболевания ЖКТ (гастрит, язва двенадцатиперстной кишки).

Предостережение

О том, что кобальт и его соединения токсичны, рудокопы Саксонии знали еще пятьсот лет назад.

Наука это подтвердила, уточнив список. Канцерогенами и мутагенами признаны сульфаты металла.

Тем не менее, полвека назад некоторые пивовары использовали соли металла, чтобы плотная пена подольше «украшала» поверхность напитка в кружке. Фанаты пива получали проблемы с сердцем, иногда умирали. Подобные случаи фиксировались в Бельгии, США, Канаде. С тех пор применение таких ингредиентов официально запрещено. Другой вопрос – выполняется ли запрет.

Предельно допустимое содержание кобальта в питьевой воде – 0,01 мг на литр, пыли в воздухе – 0,51 мг на кубометр.

Смертельная доза, проверенная на крысах, – 50 мг.

Особо токсичны пары октакарбонила.

Цены

Единственный недостаток металла – дороговизна. Цену определяет ситуация на мировых рынках плюс обстановка в центре Африканского континента.

В 2021 году на Лондонской бирже металлов тонну кобальта торговали по $37 600. Всего на треть меньше, чем три года назад.

В 1970-х годах, когда в Африке было неспокойно, стоимость металла за пару лет взлетала в 20 раз.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
457
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: