【资料】元素周期表-钴

【钴的化合物】
　　1、钴（Ⅱ）的化合物
　　（1）氧化钴
　　通常可用草酸钴或碳酸钴为原料经500-600℃煅烧抽制得氧化钴,主要反应如下：
　　CoC2O4==CoO+CO+CO2
　　CoCO3==CoO+CO2
　　（2）氢氧化钴
　　通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用氢氧化钠溶液中和制得,主要反应如下：
　　Co2++2OH-==Co(OH)2 Co(OH)2+O2+2H2O==4Co(OH)3
　　（3）氯化钴：
　　通常可用金属钴粉用稀盐酸分解成氯化钴溶液,再经蒸发结晶制得氯化钴晶体,主要反应如下：
　　Co+HCl---COCl2
　　Co+H2SO4---COSO4
　　（4）硫酸钴：
　　通常可氧化钴为原料,用硫酸溶解后经蒸发结晶制得粉经色的硫酸钴晶体,主要反应如下：
　　CoO+H2SO4==CoSO4+H2O
　　(5) 碳酸钴：
　　通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用碳酸钠钠溶液沉淀制得,主要反应如下：
　　CoCl2 +Na2CO3==CoCO3+2NaCl
　　(6) 草酸钴：
　　通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用草酸铵溶液沉淀制得,主要反应如下：
　　(NH4)2C2O4+CoCl2==CoC2O4+2NH4Cl
　　2、钴（Ⅲ ）的化合物
　　（1）氧化高钴
　　通常可将碳酸钴或草酸钴在氧气中加热,进一步氧化得到,主要反应如下：
　　3CoCO3+O2====Co2O3++CO2
　　CoC2O4+O2====Co2O3+CO2+CO
　　（2）氢氧化高钴
　　4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3
　　2Co(OH)2+NaClO+H2O==2Co(OH)3+NaCl
　　2Co(OH)3+6HCl==2CoCl2+Cl2+6H2O

【钴的配合物】
　　（1）氨配合物； [Co(NH3)6]3+
　　（2）氰配合物； [Co(CN)6]4-
　　（3）硫氰配合物； [Co(SCN)4]2-
　　（4）羰基配合物； [Co(CO)4]-
　　（5）硝基或亚硝基配合物 [Co(NO3)4]2- 、 [Co(NO2)6]3-
　　（6）钴配合物的异构现象
　　(a)键合异构
　　(b)配位异构
　　(c) 几何异构
　　(d)光学异构

■ 发现小史
　　钴的拉丁文原意就是“地下恶魔”。数百年前，德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心，矿工们发现一种外表似银的矿石，并试验炼出有价金属，结果十分糟糕，不但未能提炼出值钱的金属，而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文，为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。 1753年，瑞典化学家格·波朗特（G.Brandt）从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属，制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼（T.Bergman）确定钴为元素。
■ 钴的性质
　　钴是具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、比重8.9,比较硬而脆，钴是铁磁性的,在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。加热到1150℃时磁性消失。钴的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO，在白热时燃烧成Co3O4。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。
■ 钴的资源
　　钴在地壳中的平均含量为0.001%（质量），海洋中钴总量约23亿吨，自然界已知含钴矿物近百种，但没有单独的钴矿物，大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银、锰、等硫化物矿床中，且含钴量较低。 全世界已探明钴金属储量148万吨,中国已探明钴金属储量仅47万吨。分布于全国24个省（区），其中主要有甘肃、青海、山东、云南、湖北、青海、河北和山西。这七个省的合计储量占全国总保有储量的71%，其中以甘肃储量最多，占全国的28%。此外，安徽、四川、新疆等省（区）也有一定的储量。 世界钴产量1986年达到顶峰3万吨，以后不断下降，到1989年只有2.5万吨左右。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生产国，其产量约占世界总产量的70%。
■ 钴的提取冶炼
　　钴矿物的赋存状态复杂，矿石品位低，所以提取方法很多而且工艺复杂，回收率较低。钴矿的选矿对一般是将钴矿石通过手选、重选、泡沫浮选可提取到含钴15-25%的钴精矿。钴的冶炼一般先用火法将钴精矿、砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态，然后再用湿法冶炼方法制成氯化钴溶液或硫酸钴溶液,再用化学沉淀和萃取等方法进一步使钴富集和提纯，最后得到钴化合物或金属钴。

■ 钴的用途
　　金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含有一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度，如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔焊在零件表面，可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金，也可以使用钴基合金，但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时，相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造 高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。 在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。 钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下，失去磁性的温度叫居里点，铁的居里点为769℃，镍为358℃，钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下，一般磁性钢失去差不多1/3的磁性，而钴钢仅失去2%-3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。 钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。钴还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹,装于钴壳内,爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。

■元素辅助资料
　　发现过程：1735年，瑞典的布朗特在煅烧钴矿时得到钴。
　　元素描述：金属钴呈银白色，密度8.9克/厘米3。熔点1495℃，沸点2870℃。化合价2和3。电离能为7.86电子伏特。性硬，具有延展性，其硬度和延展性都比铁强，但磁性较差。与钐、镍、铝等共熔可得良好得磁性钢。同水和空气不发生作用，但能迅速地为盐酸、硫酸和硝酸所侵蚀，还会缓慢地被氢氟酸、氨水和氢氧化钠所侵蚀，同所有过度元素一样表现变价，并生成络离子和有色地化合物。用来制造超硬耐热合金、磁性合金、碳化钨的基体或粘合剂。钴的合金在高温下仍能保持其原有的强度和其他有价值的性质。
　　元素来源：砷钴矿和辉砷钴矿是自然界中的主要钴矿。把辉砷钴矿或砷钴灼烧成氧化物后用铝还原制得。钴-60通常以中子轰击金属钴制取。
　　元素用途：几个世纪以来，蓝色的钴盐一直赋予瓷器以及珐琅精美的色彩。钴的合金可以用来制造喷气飞机的推进器和其他在高温下运转的装置。它的放射性同位素则可用来治疗癌症。
　　其他化合物可用作催化剂。60Co是一种放射源，可以代替X射线和镭用以检查物体内部的结构，探测物体内部存在的裂缝和异物。
　　元素辅助资料：钴在地壳中含量不小，大于常见金属铅、锡等，但明显比铁少得多，而且钴和铁的熔点不相上下，因此注定它比铁发现得晚。可以被磁石吸引。
　　关于钴，古代希腊人和罗马人曾利用它的化合物制造有色玻璃，生成美丽的深蓝色。我国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是由于有钴的化合物存在。这些都说明古代劳动人民也早已利用钴的化合物了。
　　含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS，中世纪在欧洲被称为kobalt，首先出现在16世纪居住在捷克的德国矿物学家阿格里科拉的著作里。这一词在德文中原意是“妖魔”。这可能是当时认为这种矿石是无用的，而且由于其中含砷，妨害工人的身体健康才使用的。今天钴的拉丁名称cobaltum和元素符号Co正是德文中“妖魔”一词而来。
　　1742年瑞典化学教授布兰特研究辉钴矿时，发现了一种不知名的金属（也就是钴），他把这种金属列为半金属。1780年柏格曼制得纯钴。钴被确立为一种元素，1789年拉瓦锡首次把它列入元素周期表中。
　　进行钾元素的焰色反应时需要使用蓝色的钴玻璃，以滤去钠元素的黄色火焰。

钴过量表现
　　经常注射钴或暴露于过量的钴环境中，可引起钴中毒。儿童对钴的毒性敏感，应避免使用每千克体重超过1mg的剂量。在缺乏维生素B12和蛋白质以及摄入酒精时，毒性会增加，这在酗酒者中常见。
　　钴的简介
　　钴是中等活泼的金属元素，有二价和三价二种化合价。钴可经消化道和呼吸道进入人体，一般成年人体内含钴量为1.1-1.5mg。在血浆中无机钴附着在白蛋白上，它最初贮存于肝和肾，然后贮存于骨、脾、胰、小肠以及其它组织。体内钴14%分布于骨骼，43%分布于肌肉组织，43%分布于其它软组织中。
　　食物来源
　　食物中钴含量较高者有甜菜、卷心菜、洋葱、萝卜、菠菜、西红柿、无花果、荞麦和谷类等，蘑菇含量可达61ug/100g。
　　代谢吸收
　　经口摄入的钴在小肠上部被吸收，并部分地与铁共用一个运载通道，在血浆中是附着在白蛋白上。吸收率可达到63%-93%，铁缺乏时可促进钴的吸收。钴主要通过尿液排出，少部分由肠、汗、头发等途径排出，一般不在体内蓄积。
　　生理功能
　　钴是维生素B12组成部分，反刍动物可以在肠道内将摄入的钴合成为维生素B12，而人类与单胃动物不能将钴在体内合成B12。现在还不能确定钴的其它的功能，但体内的钴仅有约10%是维生素的形式。已观察到无机钴对刺激红细胞生成有重要的作用。有种贫血用叶酸、铁、B12治疗皆无效，有人用大剂量的二氯化钴可治疗这类贫血。然而，这么大剂量钴反复应用可引起中毒。钴对红细胞生成作用的机制是影响肾释放促红细胞生成素，或者通过刺激胍循环。还观察到供给钴后可使血管扩张和脸色发红，这是由于肾释放舒缓肌肽，钴对甲状腺的功能可能有作用，动物实验结果显示，甲状腺素的合成可能需要钴，钴能拮抗碘缺乏产生的影响。