Подгруппа кобальта

Кобальт Со, родий Rh и иридий Ir — полные электронные аналоги.

По сравнению с элементами подгруппы железа и кобальта и его аналогов происходит дальнейшее спаривание (n—1) d -электронов и стабилизация (n—1) d -подслоя. Поэтому высшая степень окисления кобальта и его аналогов оказывается ниже, чем у рутения и осмия, для кобальта наиболее типичны степени окисления +2 и +3, а для иридия степени окисления +3 и +4 примерно- равноценны, Получены также соединения родия (VI) и иридия (VI). для элементов подгруппы устойчивы координационные числа 6 и 4.

На Земле кобальт и родий встречаются в виде одного, а иридий — двух стабильных изотопов. Получено большое число их искусственных радиоактивных изотопов. Из последних важнейший ⁶⁰Со (период полураспада 5,24 года), получаемый по реакции ⁵⁹Со(n, g)⁶⁰Сo

Изотоп ⁶⁰Со получал широкое применение в медицине в борьбе с раком («кобальтовая пушка»).

Чисто кобальтовые руды встречаются редко. Относительно более распространен минерал кобальтин (кобальтовый блеск СоАsS). Кобальт содержится в некоторых медных, никелевых, серебряных, железных, марганцевых и полиметаллических рудах, в животных и растительных организмах.

Иридий чаще всего встречается в виде сплава с осмием (осмистый иридий), а также, как и родий, в самородной платине и в медно-никелевых полиметаллических рудах.

Простые вещества. В виде простых веществ кобальт, родий и иридий — блестящие белые металлы: Со с сероватым, Rh и Ir с серебристым оттенком. По сравнению с железом кобальт более тверд и хрупок. Особо высокой твердостью отличаются родий и иридий. Основные константы Со, Rh и Ir. приведены ниже:

Кобальт имеет две аллотропные модификации. До 417 °С устойчив a-Со (гексагональная решетка); выше 417 °С — b-Со (гранецентрированная кубическая решетка). Родий и иридий кристаллизуются в гранецентрированной кубической решетке.

По химической активности кобальт несколько уступает железу. В обычных условиях он довольно устойчив, например кислородом начинает окисляться лишь при 300 °С. При нагревании взаимодействует почти со всеми неметаллами, образуя, как и железо, от соединений солеподобных (СоНаl₂) до соединений металлического типа (Со₃С, Со₂В, Со₂N), а также твердые растворы (с Н, В, О). По отношению к кислотам кобальт также несколько устойчивее железа. С щелочами практически не взаимодействует.

Родий и особенно иридий отличаются высокой химической устойчивостью. С неметаллами они взаимодействуют в мелкораздробленном состоянии при температуре красного каления. Так, на воздухе Rh начинает окисляться лишь при 600 °С, а Ir – выше 1000 °С:

В отличие от других благородных металлов компактные Rh и Ir практически не растворяются ни в одной из кислот и их смесей. Условия для перевода Rh и Ir в растворимые в воде производные хлорокомплексов создаются хлорированием при температуре красного каления смеси мелкораздробленного металла и NаСl:

Ir⁰ + 2Cl₂ + 2NаСl = Nа₂[Ir⁺⁴Сl₆]

С соответствующими металлами кобальт, родий и иридий образуют твердые растворы и интерметаллические соединения, что определяет физико-химические и механические свойства их сплавов. Особо широко используются кобальтовые сплавы. Многие из них жаропрочны и жаростойки. Например, сплав виталлиум (65% Со, 28% Сr, 3% Ni и 4% Мо), применяемый для изготовления деталей реактивных двигателей и газовых турбин, сохраняет высокую прочность и практически не подвергается газовой коррозии вплоть до 800—900 °С. Имеются также кислотоупорные сплавы, не уступающие платине. Кобальтовые сплавы типа алнико (например, 50% Fе, 24% Со, 14% Ni, 9% Аl и 3% Сu) применяются для изготовления постоянных магнитов. Для изготовления режущего инструмента важное значение имеют так называемые сверхтвердые сплавы, представляющие собой сцементированные кобальтом карбиды вольфрама (сплавы ВК) и титана (сплавы ТК). Большое значение имеет кобальт как легирующая добавка к сталям.

Кобальт обычно получают переработкой полиметаллических руд. Рядом последовательных пирометаллургических операций выделяют Со₃О₄, который затем восстанавливают углем, водородом, иногда методом алюмотермии. Особо чистый кобальт получают электролитическим рафинированием, а также термическим разложением некоторых его соединений. Основная масса производимого кобальта используется для получения сплавов; его применяют для электролитического покрытия металлических деталей.

Области применения родин и иридия определяют их большая коррозионная стойкость и высокая твердость. Из них изготавливают ответственные детали контрольно-измерительных приборов. Родий, обладающий высокой отражательной способностью, используется в зеркалах и рефлекторах. Платино-родиевые сплавы применяются в качестве катализаторов окисления аммиака в производстве азотной кислоты.

Дата добавления: 2014-01-07