Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место кобальт занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 125 pm — that is 0.125 nm, so about 4000 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Кобальт is liquid over a 1432 K window, from 1768 K to 3200 K.
История
Кобальт — магнитный супергерой, питающий цифровую революцию. Этот блестящий серебристо-серый переходный металл абсолютно необходим для аккумуляторных батарей, постоянных магнитов и реактивных двигателей. Названный в честь «кобольда» — озорных подземных духов из немецкого фольклора, кобальт прошёл путь от неприятности для средневековых шахтёров до одного из самых стратегически важных элементов современного мира. Открытый в 1735 году шведским химиком Георгом Брандтом, кобальт стал первым металлом, открытым со времён античности. На протяжении веков шахтёры знали о таинственных синих рудах, которые было трудно выплавлять и которые часто содержали мышьяк, из-за чего рабочие заболевали. Они приписывали эти проблемы подземным духам, называемым кобольдами, не подозревая, что имеют дело с совершенно новым элементом, который в конечном итоге будет питать смартфоны и электромобили. Кобальт делает по-настоящему необычным его уникальное сочетание магнитных и химических свойств. Это один из всего лишь трёх ферромагнитных элементов (наряду с железом и никелем), которые можно намагнитить навсегда. Благодаря этому он необходим для создания самых сильных в мире постоянных магнитов при сплавлении с редкоземельными элементами — настолько мощных, что они могут поднимать автомобили и используются в ветряных турбинах и двигателях электромобилей. Но самая важная современная роль кобальта связана с аккумуляторными батареями. Катоды из оксида лития-кобальта в литий-ионных аккумуляторах способны хранить огромное количество энергии, выдерживая тысячи циклов зарядки и разрядки. Ваш смартфон, ноутбук и электромобиль зависят от кобальта, который позволяет эффективно хранить и высвобождать энергию. По мере перехода мира к возобновляемой энергетике и электромобилям спрос на кобальт резко вырос. Вот что вызывает обеспокоенность: около 70% мирового кобальта добывается в Демократической Республике Конго, часто на рудниках с плохими условиями труда. Это привело к интенсивным исследованиям технологий аккумуляторов без кобальта и инициатив по ответственному снабжению.
Георг Брандт (1694-1768), шведский химик и минералог, открыл кобальт около 1735 года, исследуя синие руды из медных рудников близ Салы в Швеции. Местные шахтёры называли эти проблемные руды «кобольдом» (по-немецки «гоблин»), потому что они не содержали меди, несмотря на свой внешний вид, и при обжиге выделяли токсичные пары мышьяка.
Систематический анализ Брандта показал, что синий цвет обусловлен ранее неизвестным металлом, а не висмутом или другими известными элементами. Его тщательные химические процедуры позволили выделить соединения кобальта и продемонстрировать их отличительные свойства, установив кобальт как первый металл, открытый благодаря научному исследованию, а не древним металлургическим практикам.
Промышленное производство кобальта началось с изготовления кобальтового синего пигмента в 18 веке, ценившегося за стабильность и насыщенный цвет. Современная металлургия кобальта развилась во время Первой мировой войны, когда сталелитейные заводы Krupp в Германии обнаружили свойства кобальта, важные для суперсплавов, что привело к его стратегическому военному применению.
Применение
Кобальт превращает турбинные двигатели из несбыточных мечтаний в аэрокосмическую реальность благодаря исключительной жаропрочности и устойчивости к коррозии. Этот стратегический металл обеспечивает создание реактивных двигателей, медицинских имплантов и аккумуляторных батарей, питающих современный технологический мир.
Суперсплавы на основе кобальта сохраняют прочность при температурах выше 1000°C, позволяя лопаткам турбин реактивных двигателей и камерам сгорания работать в экстремальных условиях. Сплавы стеллит, содержащие 50-65% кобальта, обеспечивают исключительную износостойкость режущих инструментов, сёдел клапанов и промышленного оборудования. Газотурбинные двигатели коммерческих самолётов используют кобальтовые суперсплавы для критически важных вращающихся компонентов, отказ которых мог бы привести к катастрофе.
Катоды из оксида лития-кобальта (LiCoO₂) питают большинство смартфонов, ноутбуков и бытовой электроники благодаря способности кобальта обратимо интеркалировать ионы лития. В аккумуляторах электромобилей всё чаще используются катоды из никель-кобальт-марганца (NCM) и никель-кобальт-алюминия (NCA), которые обеспечивают баланс плотности энергии, безопасности и стоимости, одновременно снижая содержание кобальта из-за ограничений поставок.
Кобальт-хромовые сплавы используются для создания искусственных тазобедренных и коленных суставов с исключительной биосовместимостью и износостойкостью. Эти импланты служат в организме человека 20-30 лет, сохраняя структурную целостность при постоянных механических нагрузках. Стоматологическое применение включает кобальтовые сплавы для частичных зубных протезов и ортодонтических аппаратов, требующих прочности и устойчивости к коррозии.
Магниты альнико, содержащие алюминий, никель и кобальт, обеспечивают магнитную стабильность при высоких температурах для динамиков, датчиков и промышленного применения. Самарий-кобальтовые магниты надёжно работают при температурах до 350°C, что делает их необходимыми для аэрокосмического и автомобильного применения, где неодимовые магниты вышли бы из строя.
Откуда он берётся
25 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 75% of elements
Кобальт образуется в результате процессов захвата нейтронов в массивных звёздах и во время событий нуклеосинтеза сверхновых. Основной изотоп кобальта, кобальт-59, представляет собой конечный продукт нуклеосинтеза железного пика, образующийся, когда энергия ядерной связи достигает максимальной эффективности в ядрах звёзд.
Земная кора содержит лишь 30 частей на миллион кобальта, что делает его относительно редким по сравнению с другими переходными металлами. Большая часть земного кобальта встречается как побочный продукт в никелевых и медных рудах, а не образует самостоятельные минералы кобальта, что способствует концентрации цепочек поставок и геополитическим проблемам.
Демократическая Республика Конго производит 70% мирового кобальта из медно-кобальтовых осадочных месторождений в провинции Катанга. Эти месторождения сформировались в результате выветривания и окисления сульфидных руд, создав богатые кобальтом латериты и окисленные зоны. Карроллит (CuCo₂S₄) и кобальтит (CoAsS) являются основными минералами кобальта, хотя большая часть добычи приходится на смешанные сульфидные руды.
Марганцевые конкреции на глубоком океанском дне содержат значительные концентрации кобальта (0.2-0.3%), представляя потенциальные ресурсы будущего по мере сокращения наземных запасов. Эти конкреции формируются в результате чрезвычайно медленных процессов осаждения на протяжении миллионов лет в богатых кислородом глубоких водах.
Стратегическая важность кобальта и концентрация его поставок стимулируют масштабные усилия по переработке. Переработка аккумуляторов позволяет извлекать кобальт из отработанных литий-ионных аккумуляторов, а переработка суперсплавов возвращает кобальт из аэрокосмических компонентов, обеспечивая коэффициент извлечения более 95% на современных предприятиях.
Обращение
Соединения кобальта могут вызывать серьёзные последствия для здоровья, включая болезнь лёгких от твёрдых металлов и аллергический контактный дерматит. Воздействие на рабочем месте требует комплексных мер безопасности из-за потенциальной канцерогенности кобальта и его способности вызывать сенсибилизацию дыхательных путей.
Вдыхание кобальтовой пыли вызывает лёгочный фиброз и «болезнь лёгких от твёрдых металлов» у работников, подвергающихся воздействию пыли карбида вольфрама и кобальта. Сенсибилизация кожи приводит к аллергии на кобальт, которой страдает 1-3% населения, вызывая дерматит от ювелирных изделий, застёжек одежды и воздействия на рабочем месте.
Средства защиты органов дыхания, местная вытяжная вентиляция и защита кожи предотвращают воздействие кобальта. Медицинское наблюдение, включая проверку функции лёгких и обследование на аллергию, помогает выявить ранние последствия для здоровья у подвергающихся воздействию работников.
Краткие ответы
Кобальт (symbol Co) is element 27 on the periodic table, a переходный металл in period 4, group 9. The blue in medieval stained glass and Ming porcelain, and half of the magnets that hold hard drives together. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁷ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 15, 2 electrons respectively.Кобальт melts at 1768 K (1494.9 °C) and boils at 3200 K (2926.9 °C).
The standard atomic weight of Кобальт is 58.933 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Кобальт has a density of 8.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of кобальт is about 8.9× heavier.
Кобальт has a Pauling electronegativity of 1.88. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Кобальт was discovered in 1735 by Georg Brandt. It is named after german kobold, "goblin" — miners blamed it for bad ore.
Кобальт makes up about 25 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.