Характеристика d-элементов 8 группы Кобальта,Родия,Иридия

Федеральное Государственное  образовательное Учреждение Высшего  Профессионального Образования  «Московская Государственная Академия Ветеринарной Медицины и Биотехнологии  им. К.И.Скрябина»

 

 

 

 

 

Реферат

На тему:

«Характеристика d-элементов 8 группы Кобальта,Родия,Иридия»

 

 

 

                                                                                                                        Выполнили:

                                                                                                                         Студентки I курса ВБФ группы №1

                                                                                                                        Костькина Е.И.

                                                                                                                        Моисеева Ю.O.

                                                                                                                        Проверила:

                                                                                                                         Доцент кафедры

                                                                                                                         Неорганической химии

                                                                                                                         Сильвестрова И.Г.

 

Москва,2012г.

Содержание:

 

1. Элемент периодической  системы.

2. История открытия.

3.Месторождения.

4. Изотопы.

5.Физические  и химические свойства .

6. Нахождение в природе.

7.Применение.

8.Биологическая роль.

9.Получение.

10.Список используемой литературы. 

1.Элемент периодической системы.

Название элемента «кобальт»  происходит от латинского Сobaltum.

Со, химический элемент  с атомным номером 27. Его атомная  масса 58,9332. Химический символ элемента Cо произносится так же, как и название самого элемента.

Природный кобальт состоит  из двух стабильных нуклидов: 59Со (99,83% по массе) и 57Со (0,17%). В периодической  системе элементов Д. И. Менделеева кобальт входит в группу VIIIВ и вместе с железом и никелем образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома кобальта 3s²p⁶d⁷4s². Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже — в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

Радиус нейтрального атома кобальта 0,125 Нм, радиус ионов (координационное число 6) Со₂+ — 0,082 Нм, Со₃+ — 0,069 Нм и Со₄+ — 0,064 Нм. Энергии последовательной ионизации атома кобальта 7,865, 17,06, 33,50, 53,2 и 82,2 ЭВ. По шкале Полинга электроотрицательность кобальта 1,88.

 Кобальт — блестящий,  серебристо-белый, тяжелый металл  с розоватым оттенком.

История открытия.

С древности оксиды кобальта использовались для окрашивания  стекол и эмалей в глубокий синий цвет. До 17 века секрет получения краски из руд держался в тайне. Эти руды в Саксонии называли «кобольд» (нем. Kobold — домовой, злой гном, мешавший рудокопам добывать руду и выплавлять из нее металл). Честь открытия кобальта принадлежит шведскому химику Г. Брандту.

Месторождения.

Самый крупный поставщик  кобальта — Демократическая Республика Конго. Также есть богатые месторождения в Канаде, США, Франции, Замбии, Казахстане, России.

Изотопы кобальта.

Кобальт имеет только один стабильный изотоп — 59C^o (изотопная распространённость 100[3] %). Известны ещё 22 радиоактивных изотопа кобальта.

Физические  и химические свойства.

Кобальт — твердый  металл, существующий в двух модификациях. При температурах от комнатной до 427°C устойчива альфа-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 нм и с=0,4089 нм). Плотность 8,90 кг/дм3. При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива бета-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт — ферромагнетик, (см. Ферромагнетизм), точка Кюри 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со0/Со₂+ –0,29 B.

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300°C 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 кобальта (II) СоО обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных  модификациях: альфа-форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах бета-форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН)₂СоСО₃, или осторожным восстановлением Со₃О₄.

Если нитрат кобальта Со(NO₃)₂, его гидроксид Со(ОН)₂ или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со₃О₄ (CoO·Co₂O₃). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe₃О₄. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

Со₃О₄ + 4Н₂ = 3Со + 4Н₂О.

При прокаливании Со(NO₃)₂, Со(ОН)₂ и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта — Со₂О₃. При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта (II) выпадает осадок Со(ОН)₂, который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)₂ превращается в СоООН. Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)₃.

При нагревании кобальт реагирует  со фтором с образованием трифторида СоF₃. Если на СоО или СоСО₃ 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 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI₂. Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (бета-модификация). Если же через раствор соли кобальта (II) пропускать ток сероводорода H₂S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (альфа-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 Со(NO₃)₂ 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 Со₃(PO₄)₂, силикат Со₂SiO₄. 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 кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава [Co(NH₃)₆-n(H₂O)n]₂+. 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 [Co(NH₃)₆]₃+ (эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей), аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом [Co(NH₃)₅H₂O]₃+ (так называемые розеосоли). 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-. При взаимодействии смеси водорода и СО с гидроксокарбонатом кобальта при повышенном давлении, а также взаимодействием под давлением СО и порошка металлического кобальта получают биядерныйоктакарбонилдикобальта состава Со₂(СО)₈. При его осторожном нагревании образуется карбонил Со₄(СО)₁₂. Карбонил Со₂(СО)₈ используют для получения высокодисперсного кобальта, применяемого для нанесения кобальтовых покрытий на различные материалы.

Нахождение  в природе.

В земной коре содержание кобальта равно 410-3% по массе. Кобальт  входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo₂S₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтит СоAs₂ и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду — никель, железо, медьи марганец. В морской воде приблизительно (1-7)·10-10 % кобальта.

Применение.

В чистом виде кобальт  не применяют, но он является важнейшим  компонентомсплавов  и специальных сталей.  Это прежде   всего   магнитотвердые (магнитожесткие  )  материалы -  соединения редкоземельных  элементов  (главным образом самария и эрбия )  с кобальтом.  Магнитотвердые  материалыобладают  очень  важным  свойством:  они  способны    намагничиваются   донасыщения и  перемагничиваются  в  сравнительно  сильных  магнитных  поляхнапряженностью в тысячи и десятки тысячА/м,  и  характеризуются  высокимизначениями коэрцитивной силы,  остаточной  магнитной  индукции,  магнитнойэнергии на участке размагничивания («спинка» петли гистерезиса), в связи счем широко применяются  для изготовления специальных постоянных  магнитов,обладающих  сильным  магнитным  полем.  Также  кобальт  входит  в   составжаропрочных,   сверхтвердых   коррозионностойких   сплавов.   Стали дляизготовления режущих инструментов  часто содержат кобальт. В ряде  случаевэтот металл используют в качестве гальванических покрытий,  поскольку они являются более устойчивыми к воздействию слабых кислот, чем  хромовые  илиникелевые. По этой же причине  тонким  слоем  кобальта   иногда  покрываютстоловые ножи для защиты от воздействия агрессивных сред. Хлорид  кобальтапридает стекломассе синюю окраску, поэтому он применяется для производствасинего  и  голубого  декоративного стекла.  Оксиды  кобальта  нашли   своеприменение  при изготовлении   так называемых  стразов.  Стразами  (нем.Strass, по  имени изобретателя,  стекловара  и ювелира кон.  18  в.  Ж.Страсса),  называют  искусственные камни,  изготовляемые из  хрусталя  спримесью оксидов тяжелых металлов, по блеску и игре похожие на драгоценныекамни; подделка под драгоценный камень.  Наибольшую  известность  получилистразы из бесцветного стекла — под  «бриллианты».  «Изумруды»  создавалисьпримесью  во  время  плавления  окиси  хрома,  «топазы»  —  окиси  железа,«аметисты» — окиси кобальта.При  облучении  нейтронами  в  атомном  реакторе  кобальт  переходит  врадиоактивный изотоп 60Со .  Это  радиоактивное  вещество  обладает  оченьинтенсивным  гамма  –  излучением;  период  его  полураспада   5,2   года.Радиоактивный кобальт применяется как источник гамма – лучей  при  лечениирака и в исследовательских работах.В химической промышленности металл, его соли  и  соединения  применяютсяглавным образом в качестве катализаторов различных  химических  процессов.Со2(СО)8 - карбонил кобальта  применяют  для  получения  чистых  металлов,нанесения металлических покрытий,  в  качестве  антидетонаторныхдобавок.Соли кобальта  добавляют  в  краски  и  лаки  для  ускорения  процесса  ихвысыхания (т.н. сиккативы ).Говоря о техническом применении кобальта, следует заметить, что он имееттакже и значительное биологическое значение в природе. Кобальт относится кчислу биологически активных элементов  и  всегда  содержится  в  организмеживотных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах  связанонедостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует  развитиюмалокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в составводорастворимого витамина В12   (цианкобаламин),  кобальт  весьма  активновлияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания  хлорофиллаи аскорбиновой кислоты.  Этот  витамин  влияет  на  углеводный  и  жировойобмен;  участвует  в  кроветворении.  Кобальт  является  компонентом  рядаферментов, которые активизируют  биосинтез метионина, нуклеиновых кислот иповышают содержание  белкового  азота  .  В  микродозах  кобальт  являетсянеобходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих  растений  иживотных.   Вместе  с  тем  повышенные  концентрации  соединений  кобальтаявляются токсичными. В настоящее время остро  стоит  проблема  загрязненияокружающей среды солями тяжелых металлов. Более  всего  пострадали  водныеэкосистемы. В природные воды соединения  кобальта  попадают  в  результатепроцессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв  приразложении  организмов  и   растений,   а   также   со   сточными   водамиметаллургических, металлообрабатывающих и  химических  заводов.  Некоторыеколичества кобальта поступают из почв в результате разложения растительныхи животных организмов. Соединения кобальта в природных водах  находятся  врастворенном и  взвешенном  состоянии,  количественное  соотношение  междукоторыми определяется химическим составом воды, температурой и  значениямирН. Растворенные формы представлены в основном комплексными  соединениями,в т.ч. с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентногокобальта  наиболее  характерны  для  поверхностных  вод.   В   присутствииокислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентногокобальта.  Предельно  допустимая  концентрация  солей  металла  составляетпорядка 0,05 - 0,1 мг/дм.куб. Чистой считается вода, в которой содержаниеметалла не превышает тысячных долей миллиграмма на кубический дециметр.

 

Биологическая роль.

Кобальт относится к числу микроэлементов , то есть постоянно присутствует в  тканях растений и животных. Некоторые  наземные растения и морские водоросли  способны накапливать кобальт. Входя  в молекулу витамина В12 (кобаламина), кобальт участвует в важнейших процессах животного организма — кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Кобальт участвует в ферментативных процессах фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 14 мг кобальта. Суточная потребность составляет 0,007-0,015 мг, ежедневное поступление с пищей 0,005-1,8 мг. У жвачных животных эта потребность гораздо выше, например, у дойных коров — до 20 мг. Соединения кобальта обязательно входят в состав микроудобрений. Однако избыток кобальта для человека вреден. ПДК пыли кобальта в воздухе 0,5 мг/м3, в питьевой воде допустимое содержание солей кобальта 0,01 мг/л. Токсическая доза — 500 мг. Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта Со₂(СО)₈.

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; кобальт при этом переходит в осадок. Окончательную очистку (рафинирование) кобальта осуществляют электролизом его сульфатного водного раствора, в который обычно добавлена борная кислота Н₃ВО₃.

 

Роль  кобальта в организме.

В организме взрослого  человека содержится в среднем около 15 мг кобальта. Он концентрируется в  печени, костных и мышечных тканях, щитовидной железе, надпочечниках, почках, лимфатических узлах, поджелудочной  железе, волосах и жировой ткани. Из организма выводится с калом и мочой.