Софийски университет Св.Климент Охридски

Курсова работа

ТЕМА: Кобалт

Дата: 01.06.06г.

Съдържание I.Обща характеристика на VIIIБ група II. Подгрупата на кобалта 1.Атоми на елемента от подгрупата на кобалта 2.Химични свойства и съединения

III.Кобалт 1.Прости вещества 1.1 Физични свойства 1.2 Химични свойства 1.3 Получаване2.Съединения на Co(O)3.Съединения на Co(II)4.Съединения на Co(III)IVПриложение

I.Обща характеристика на VIIIБ група

Осма вторична подгрупа се отличава от другите вторични подгрупи по това, че в нея има 9 елемента,групирани в три триади:

желязо Fe кобалт Co никел Ni рутерий Ru родий Ph паладий Pd осмиий Os иридий Ir платина Pt

Всички елементи имат близки свойста ,но особедно голямо е сходството между елементите по триади както в хоризонтална,така и във вертикална посока. Йонизационните енергии при тези елементи се изменят сложно , но това е в съгласие със сложното изменение на електронните структури на 6s2-конфигурацията.Степента на окисление варира от +2 до +8 вкючително.В тази подгрупа продължава общата тенденция ,която се наблюдава при елементите от вторичните погрупи за стабилизиране на вишата степен на окисление във вертикална посока и на нишата степен на окисление –хори-зонтално.Така например стабилните окислителни състояния на елементите, намиращи се в крайните точки на подгрупите са: за желязо +3,за никела +2, за осмия +8 и за платината +4. Всички елементи от осмата вторична подгрупа са тежки и високотопими метали . Сходството на елементите в тази подгрупа в хоризонтална посока в някои

отношения е по –голямо и това се отнася особедно за първата триада от 3d-елементите Fe,Co и Ni .Доминиращ елемент по своите свойства и значение в тази триада е желязото , на който приличат другите два елемента ,затова често тези елементи се разглеждат като отделна “желязна” подгрупа. Останалите 4d- и 5d-елементи –Ru, Rh и Pd; Os, Ir и Pt, показват близки свойства поради лантаноидното свиване и реластивистичния ефелт и се отличават в някои отношения от 3d-елементите .Между тях се налага платината със своите свойства и употреба ,затова тези елементи често се разглеждат по под названието “платинови метали”.

II.Подгрупа на коблта

Към тази подгрупа се отнасят кобалт ,родий и иридий макар ,че самият кобалт е получен през XVIII в.. ,негови съединения са познати и използвани от човека от около 2600г. пр.н.е . за оцветяване на керамични изделия в синьо .Той е между добре разпространените елементи по земната кора .Познати са повече от 200 негови минерала ,но само някои имат практическа стойност . Това са обикновено сулфиди и арсениди –смалтит (CoS2) ,кобалтит (CoAsS) и линаеит (Co3S4) .Често кобалт се среща сред полиметалните сулфидни руди на медта и никела .Родият и иридият са много рядки химични елементи и са примеси към самородна платина и медно –никеловите полиметални руди

1.Атоми на елементите от подгрупата на кобалта

Това са пълни електронни аналози помежду си ,които съдържат по два s- и по 7d- електрона в последните два елелктронни слоя .Някои свойства на атомите ,свързани с тази електронна конфигурация ,са представени в таблица.

Еле- Ат. № Ат. масa Електронна Ат. радиус Йонен Степен мент конфиг. mn радиус на mn окислениеCo 27 58.93 [Ar]3d7 4s2 0.125 0.072+3 +2 до+6Rh 45 102.91 [Kr]4d85s1 0.134 0.078+3 +2до +6Ir 77 192.2 [Xe]4f145d76s2 0.135 0.081 +2до +6

Поради наличието на значителен брой електрони в последните два ел.слоя атомите на тези елементи могат да участват в химични връзки ,които проявяват различни степени на окисление . С двояването на d-електроните обаче оказва влияние върху тяхното участие във връзките и мах степен на окисление е шест .При това положение елементите не са електронни аналози на останалите елементи от осма група .Тяхното поставяне в осма група е свързано с извънредно близките

характеристики на тези атоми с атомите на елементите от подгрупата на Fe и от там с близостта в техните свойства . При сравняване на зависимостта на йонизационната енергия от поредния номер на елемента се наблюдават закономерности .Кобалтът е по реакционно способен и дава съединения в по- нисшите степени на окисление . С нарастване на поредния номер на елемента се засилва неговата инертност и стабилността на съединенията в по –висшите степени на окисление . Получени са няколко радиоактивни изотопи на елементите .Сред тях особено внимание заслужава 60Co .Той е с период на полу разпадане 5.24г. и се използва в медицината при терапията на злокачествени тумори.

2.Химични свойства и съединения

Оксиди и хидроксиди.Познати са оксиди на металите, в които те са от +2, +3 и +4 степен на окисление .Маслиненозеленият CoO се получава при нагряване на метала във водни пари или в кислородна атмосфера или при термичната дисоциация на хидроксида ,карбоната или нитрита на Co(II) в отсъствие на въздух .CoO се прилага катобагрило в керамичната промишленост .При нагряване над 7000C той се превръща в Co3O4(черен).CoO проявява амфотерни свойства с превес на основните .При разтваряне в минерални киселини се получават комплексните йони[Co(H2O)6]+2 . CoO не се разтваря във вода .Съответсващият му хидроксид се поличава при алкализирани на разтвори на йоните [Co(H2O)6]+2 .Хидроксидът съществува в две полиморфни форми – синя и розова .Утаената с основа модификация е синя и при нагряване преминава в розова .И двете модификации са не разтворими във вода и проявяват амфотерни свойства с превес на основните . На въздуха,макар и бавно Co(OH)2 се окислява до Co(OH)3. Toва е тъмнокафяфа утайка .При нейното изсушаване и обезводняване отначало се получава CoO(OH), a накрая Co3O4 .До изолиране на Co2O3 не се стига . Co3O4 проявявя полупроводникови свойства .Според някои автори той представляла смесен оксид CoO.Co2O3. Проявява се като силин окислител .Съответстващият му хидроксид е амфотерен . При подкиселяване се получават йоните [Co(H2O)6]+3 .Тези аквакомплекси не са стабилни и са извънредно силни окислители . Те са в състояние да разлжат водата и да окислят хлоридите и солната киселина до хлор . 2[Co(H2O)6] +3 + 2HCl->2[Co(H2O)6]+2 + 2H+ + Cl2При нагряване на родий в кислородна среда при около 6000C или при термична дисоциация родивият (три) нитрат се получава тъмнозеленият Rh2O3.Неговият хидроксид се получава при алкализиране на сол на родий(III) и представлява жълта утайка със състав Rh2O3.5H2O. При нагряване на Rh2O3 в O2 под налягане се получава черният RhO2,но неговият хидроксид не са известни. За иридия ,обратно, най – стабилният оксид е IrO2 .Tой е продукт на взаимодействието между елементите. Нисшият оксид Ir2O3 се получва от солите на Ir(III).Той е нестабилен и при загряване до 400оC се дисропорционира на IrO2 и Ir.Ir (OH)3 се окислява спонтанно на въздуха до Ir(OH)4. Хидриди –Елементите от подгрупата на кобалта не дават съединения с водорода . Соли – Родият и иридият дават хекса –и пентафлуориди и пълен комплект от всички трихалогениди .Кобалтът притежава стабилен три флуорид и всички дихалогениди. Хексафлуоридите се получават при директно взаимодействие между елемемтите и са нестабилни и реакционо-способни летливи твърди в-ва .RhF6

разяжда стъклото даже и когато е грижливо изсушено .При термична дисоциация на хексафлуоридите се получават пентафлуориди .Те имат склонност към асоциация и дават тетрамерни структури (RhF5)4 и (IrF5)4. При редукция на IrF5с метален Ir се получава тетрафлуоридът.

4IrF5+Ir->5IrF4 при 4000C ,

който е тъмнокафяво кристално в-во.При по –високи температури той се диспропорционира на IrF5 Най –характерните халогенопроизводни на родия и иридия са именно трихалогенидите .Това са твърди червено или кафяво оцветени в-ва, които са практически неразтворими във вода с изключение на трийодите.Твърде устоичиви са и комплексните халогениди на двата метала .Например при взаимодействието на RhCl3 със HCl се получава добре разтворимата във вода H3[RhCl6].Известни са Na3[IrCl6], K3[CoF6],Na2[IrF6] и др. Това са едни от търговските продукти на съединенията на тези метали.

III.Кобалт

1.Прости вещества Кобалтът се среща в природата заедно с никела и обикновенно още с арсена.Най-важните кобалтови минерали са: смалтитът,CoAs2,и кобалтитът,CoAsS, но главният източник на кобалт от техническо значение са остатъците ,наречени “шпайс”,които се получават при стапянето на арсенови руди на никела, кобалта и оловото . Разделянето на чистия метал от неговите примеси е понякога трудно. 1.1Физични свойства Кобалт(лат.Cobaltun)Co е хим. елемент от VIII група на периодичната система Z-27 ,ат.тегло 59.9332.Сребристобял метал с червеникав отенък плътност -8.9 Тт-1493оC .Kобалтът е феромагнитен метал (точка на Кюри 11210C)

1.2 Химични свойства Co e със средна активност .В отсъствие на влага при обикновени условия той не реагира забележимо даже с такива типични металоиди ,каквито са O,S,Cl,Br. При нагряване обаче взаимодействието им с всички тях протича доста енергично ,особедно ако металите са наситени . В елекроафинитетния ред кобалт и никел заемат места между желязото и калая ,но са по –близо до последния. Поради това тия два метала се разтваят в разредени киселини значително по- бавно от желязото,Силните основи не действат върху кобалта. Във вид на компактни метали кобалтът е устйичив спрямо въздуха и водата.

1.3Получаване Кобалтът често се съдържа в полиметалните медни и никелови руди и главния проблем е обогатяването и разделянето на съдържащите се в рудите минерали . След трудоемки и скъпи операции кобалтът се изолира под формата на CoO и Co2O3. Оксидите се редоцират с въглища в електропещи или се подлагат на алумотермична прерботка .Рафинирането и получаването на чист метал се постига чрез електролиза

2. Съединения на Co (0)

За кобалта при степен на окисление нула са известни карбонили. Простия карбонил кобалт Co(CO)8 e двухидратно съединение:

Строежът на молекулата на oктакарбонила може да се обясни по следния начин. Атомите на кобалта образуват по 6 сигма връзки. 4 връзки свърза-ни донорно-акцептотно при което взаимодействие ел двоики на 4 молекули на CO и свободната орбитала на Co. Петата връзка се образува при участие на една d- ел двоика на атома на Co и свободната пи - орбитали на молекула-та на CO. Връзката Co-Co се образува за сметка на нечетен дву електроннен атом на кобалта. Стабилизация на молекулата се достига за сметка на пи-връзките, които използват 3d6 електронa атомa на Co.

Октакарбонил Co(CO)8 се получава при нагряване на прах Co в атмосфера CO при 150-2000C и 2,5.107 Pa. Октакарбонила е оранжев кристал.Неразтворим във вода ,но добре разтвотим в органични разтворители .При 60 0C октакарбонила почва да се разлага. При нагряване Co(CO)8 под налягане H образува хидрокарбонил, които може да се разглежда като пройзводна на кобалта в степин на окисление -1 Co2(CO)8 +H2-> 2H [Co(CO)4] Известни са соли от типа K[Co(CO)4] , NH4 [Co(CO)4] .За разлика от тях произбодните от типа Zn[Co(CO)4]2 ,Ga[Co(CO)4]3 се явяват ковалентни съединения смесени карбонили от клъстерен тип с връзка M-Co

В същата поредица на нидрокарбонилите HMn(OH)5 - H2Fe(CO)4-HCo(CO)4 силата на киселините се увеличава ,а устйчивоста намалява

3. Съединения на Co (II)

Степента на окисление (II) е характерна за кобалта при тази степен на окисление неговите устойчиви координационни числа са 6 и 4 който съответстват на октаедрическо и тетраедрическо пазпределение на сигма връзките. Повечето от съединенията на Co са парамагнитни.

пр: високоспинови октаедрически комплекси –Co(OH2)6 , Co(NH3)6, CoF6

Тетраедрически комплекси – CoCl4 , CoBr4, Co(SCN)4 Oктаедрическата струкрура лежи в основата на координационни-те кристали в CoO. Oксид кобалта (II) CoO е сивозелен кристал който се образува при на взаимодействие кристалните вещества или термически разположени на Co(OH)2 ,CoCO3.Дигалидите на CoHaI2 също се образуват при взаимодействие на прости вещества или безводни на съответните кристало хидрати .Дигалиди на CoF2

са разтворими във вода .Хидроксид кобалта Co(OH)2 съществува синя и розава модификация .Синята се получава при действие на алкализирани соли на Co(II) на студено при нагряване на Co(OH)2 преминава в разова модификация .Във вода Co(OH)2 не се разтваря,по-хим. природа той както и CoO са амфотерни съединения , проявяващи основни свойства. От катионите на комплекса Co(II) най-вече са характерни аквакомплексите [Co(OH2)6]+2 придават на разтвора ярко розов

4. Съединения на Co(III)

Третата степен на окисление е характерна с много числени катионни ,анионни и неутрални комплекси в който те имат координационно число 6.Почти всичките са диамагнитни . Бинарните съединения и соли на Co(III) на са характерни относително устоичив е само кафяфия Co3O4 ,които представлява смесен оксид CoCo2O4 .Аквакомплексите на Co(III), не са стабилни ,така че се явяват силни окислители [Co(OH2)6]+3 + 1e- =[Co(OH2)6]+2 E0298= 1.84B Йоните на [Co(OH2)6]3+ окиослява даже водата .Затова наптимер при взаимодействието на Co3O4 с киселина са отделя кислород .

2CoCo2O4 +12H+ + 30H2O ->6[Co(OH2)6]+2 + O2 a при взаимодействие с конц .НCl се отделя Cl2. Преходът от катионни комплекси на Co(III) към анионни може да се осъществи в течен амоняк

NH2 NH2- [Co(NH3)6]+3 -> Co(NH2)3 -> [Co(NH2)6]3- <- <- NH4+ NH4+ Разтварянето на полимера Co[NH2]3 обославя постепенно прекусване на амидните мостове (-NH2-).При това в амонячната к-на координа-ционното насищтане на Co(III) се достига за сметка на H2N

IV. Приложенение Използва се за сплави (напр заедно с Al и Ni) който са термо-устойчиви , твърди и корозионно устоичиви . Радио активния изотоп 60Co е източник на гама излъчване за медицински цели .Съединенията на кобалта се използват за синьо оцветяване на стъкло и керамика.Co e за живота на растенията и животните ,влиза в състава на витамин B12 Пермендур - Магнитномека сплав на Fe с 48%-50% Co, обикновено с добавка на ванадий до 2%.Характеризира се с висока магнитна индукция на насищане и магнитна проницаемост при високи индукции. Приложение за полюси, накрайници на електромагнити, телефонни мембрани, роторни пластини на малогабаритни електродвигатели и др . Перминвар- Магнитномека сплав на Ni с Fe и Co, понякога с добавки на молибден и хром.Характеризира се със слаба зависимост н магнитната проницаемост от интензитета на магнитното поле .Приложение в радио- електрониката и свързочната техника предимно за израбитване на високо стабилни магнитопроводи и дросели с минимални изкривявания на преобразувания сигнал.

ЛИТЕРАРУРА 1. Неорганична химия .Добри Лазаров,1999 2. Химия на елементите и техните съединения. Елена Киркова,1990 3. Общая и неорганическая химия.Н.С .Ахметов 4. Курс по обща химия Б.В. Некрасов 5.Съвременна неорганична химия ,част II .Ф.Котън и Дж.Уилкинсън

6. Българският портал на знанието www.znam.bg