Κοβάλτιο (Co)

Αγγλικά

Γαλλικά

Γερμανικά

Ιταλικά

Ισπανικά

cobalt

cobalt

Kobalt

cobalto

cobalto

 

Σημείο τήξης (oC)

Σημείο βρασμού (oC)

Ειδικό βάρος  (g/cm3)

Aφθονία στο φλοιό της Γης (ppm)

Αφθονία στη θάλασσα (ppm)

1495

2870

8,90

20

0,00039

 

Γενικά για το Co

Σκληρό, αργυρόχρωμο μέταλλο με ελαφρά κυανή απόχρωση. Μαγνητικό μέταλλο, σταθερό στον αέρα, δεν προσβάλλεται από το νερό. Απομονώθηκε από τον N. - L. Vanquelin (Γαλλία, 1780). Ονομασία γερμανικής προέλευσης: "kobald": κακό δαιμόνιο των ορυχείων. Η ονομασία αυτή είχε αποδοθεί στα ορυκτά του από τους μεταλλωρύχους, επειδή η ανεύρεσή τους εκλαμβανόταν σαν κακοτυχία, γιατί είχε συνδεθεί με ατυχήματα στα ορυχεία.

• Η τοξικότητα του μετάλλου και των ανόργανων ενώσεών του είναι σχετικά μικρή.

• Σπουδαιότερα ορυκτά του είναι ο κοβαλτίτης, CoAsS [F01] και ο σμαλτίτηςσκουττερουδίτης), (Co,Ni,Fe)As3 [F02].

• Παγκοσμίως παράγονται περίπου 62.000 τόννοι μετάλλου τον χρόνο (στοιχεία 2007). Κυριότερες παραγωγοί χώρες: Κογκό, Ζάμπια, Καναδάς, Αυστραλία, Ρωσία, Κούβα.

• Σχεδόν στο σύνολό του το κοβάλτιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή κραμάτων και στις επικοβαλτιώσεις σιδηρών αντικειμένων. Τα κράματά του χαρακτηρίζονται από μεγάλη σκληρότητα και ανθεκτικότητα έναντι των χημικών αντιδραστηρίων. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή μόνιμων μαγνητών. Το κράμα που είναι γνωστό ως Alnico (8-12% Al, 15-26% Ni, 5-24% Co, μέχρι 6% Cu και 1% Ti, το υπόλοιπο είναι Fe) χρησιμοποιείται για την κατασκευή ισχυρών μόνιμων μαγνητών, που είναι έως και 25 φορές ισχυρότεροι από τους μαγνήτες από χάλυβα. Ενώσεις του κοβαλτίου χρησιμοποιούνται στην κεραμοποιία, υαλουργία (περίφημη είναι η ύαλος κοβαλτίου [F03]), στην παρασκευή χρωμάτων και ως καταλύτες.

F01. Κοβαλτίτης,  CoAsS

F02. Σμαλτίτης (ή Σκουττερουδίτης), (Co,Ni,Fe)As2 ή3

  F03. Αντικείμενα από ύαλο  κοβαλτίου



Γενικές χημικές ιδιότητες των ενώσεων του Co

 

Οξειδωτικές καταστάσεις

• Η σταθερότερη οξειδωτική κατάσταση του Co σε υδατικά διαλύματα είναι η Co(II).
• Σταθερή σε υδατικά διαλύματα είναι και η οξειδωτική κατάσταση Co(IIΙ), μόνο όμως υπό τη μορφή συμπλόκων, όπως π.χ. το [Co(NH3)6]3+.

 

Διαλυτοποίηση του μετάλλου

• To Co διαλύεται αργά σε θερμό-αραιό HCl ή Η2SO4:

Co + 2H+    Co2+ + H2

• Διαλύεται ταχύτερα σε αραιό HNO3, ενώ δεν προσβάλλεται από το π.ΗΝΟ3:

3Co + 8H+ + 2NO3- 3Co2+ + 2NO + 4H2O

• Το Co δεν προσβάλλεται από διαλύματα ισχυρών βάσεων.

 

Σταθερότητα των διαλυμάτων του

• Τα διαλύματα των αλάτων του Co(II) είναι σταθερά. Ελαφριά οξίνιση είναι απαραίτητη για να αποφευχθεί η έστω και περιορισμένη υδρόλυσή τους. Τα άλατα και τα διαλύματα των ιόντων Co2+ εμφανίζουν ένα ρόδινο χρώμα.

Τυπικό άλας Co(II): CoCl2·6H2O

Τυπικό άλας Co(II): Co(CH3COO)2·6H2O

Σχηματισμός συμπλόκων ιόντων

• Τα ιόντα Co2+ με NH3 παρέχουν δυσδιάλυτα βασικά άλατα που διαλύονται σε περίσσεια NH3 με σχηματισμό αμμωνιοσυμπλόκων:

Co2+ + NO3- + NH3 + H2  Co(OH)NO3 + NH4+

Co(OH)NO3 + 6NH3    [Co(NH3)6]2+ + OH- + NO3-

τα οποία οξειδώνονται από το Ο2 του αέρα ή ταχύτερα με προσθήκη H2O2 προς αμμωνιοσύμπλοκα του Co(III). Το χρώμα του προκύπτοντος διαλύματος μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τον τύπο του σχηματιζόμενου συμπλόκου, π.χ. διαλύματα του συμπλόκου [Co(NH3)5H2O]3+ και [Co(NH3)6]3+ έχουν ρόδινο και κίτρινο χρώμα, αντίστοιχα:

2[Co(NH3)6]2+ + 2H+ + H2O2    2[Co(NH3)6]3+ + 2H2O [βλ. V03]

• Τα ιόντα Co2+ με αλογονοϊόντα (κυρίως Cl-, Br-) ως και με θειοκυανικά ιόντα παρέχουν ανιοντικά σύμπλοκα του τύπου [CoX4]2-.

• Τα ιόντα Co2+ δεν παρέχουν υδροξυσύμπλοκα με περίσσεια ισχυρών βάσεων.

 

Ειδικά χαρακτηριστικά

• Τα ιόντα Co2+ με ιόντα S2- παρέχουν μαύρο ίζημα CoS (α-CoS), το οποίο μόνο εάν είναι τελείως πρόσφατο επαναδιαλύεται σε περίσσεια ισχυρού οξέος. Για τον λόγο αυτό το CoS δεν καθιζάνει από όξινα διαλύματα. 'Ιζημα CoS που έχει υποστεί παλαίωση διαλύεται πολύ δυσκολότερα λόγω μετατροπής του στην πολυμερούς χαρακτήρα β-μορφή (β-CoS). Ανάλογη συμπεριφορά παρουσιάζει και το NiS και ιδιότητα αυτή των θειούχων ενώσεών τους μπορεί να αξιοποιηθεί για το διαχωρισμό των Co και Ni από τα άλλα κατιόντα της ΙΙΙης ομάδας:

Co2+ + S2-    α-CoS

α-CoS    β-CoS

α-CoS + 2H+    Co2+ + H2S

β-CoS + 2H+    καμία αντίδραση

• Ενώ τα ιόντα Co2+, που στην πραγματικότητα είναι εφυδατωμένα ιόντα, [Co(H2O)6]2+, με οκταεδρική διάταξη των μορίων Η2Ο έχουν ρόδινο χρώμα, τα σύμπλοκα του τύπου [CoX4]2-, με τετραεδρική διάταξη των υποκαταστατών Χ, έχουν βαθυκύανο χρώμα. 'Ετσι, περίσσεια HCl σε διάλυμα Co2+ έχει ως αποτέλεσμα τον κυανό χρωματισμό του, ενώ αραίωσή του έχει ως αποτέλεσμα την επαναφορά του ρόδινου χρώματος:

προσθήκη περίσσειας HCl: [Co(H2O)6]2+ + 4Cl-    [CoCl4]2- + 6H2O

αραίωση με Η2Ο: [CoCl4]2- + 6H2  [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [βλ. V04]

• Η προηγούμενη ιδιότητα των ιόντων Co2+ επιτρέπει την ανίχνευσή του παρουσία Fe3+, που βασίζεται σε αντίδραση με περίσσεια NH4SCN με εμφάνιση του βαθυκύανου χρώματος των ιόντων [Co(SCN)4]2-. Για να αποφευχθεί η επικάλυψη του χρώματος από το επίσης έντονο, αλλά αιματέρυθρο χρώμα των ιόντων [Fe(SCN)6]3-, η αντίδραση πραγματοποιείται παρουσία περίσσειας F- τα οποία δεσμεύουν τον Fe3+ προς σταθερά φθοριοσύμπλοκα:

Fe3+ + 6F-    [FeF6]3-

[Co(H2O)6]2+ + 4SCN-    [Co(SCN)4]2- + 6H2O [βλ. V05, V06]

 

"Συμπαθητική" μελάνη κοβαλτίου: Γραφή όπου σαν μελάνι χρησιμοποιείται υδατικό διάλυμα CoCl2 1%, που πρακτικά δεν είναι είναι δυνατόν να διαβαστεί (στη φωτογραφία διακρίνεται γιατί ακόμη δεν έχει στεγνώσει), "εμφανίζεται" με ελαφριά θέρμανση.


Τυπικές αντιδράσεις Co
 

 V01. Αντίδραση Co2+ με ΟΗ-

1. Iόντα S2-

Co2+ + S2-    CoS  /  Τα ιόντα Co2+ με ιόντα S2- παρέχουν μαύρο CoS (α-μορφή), το οποίο κατά την παραμονή πολυμερίζεται προς την πλέον δυσδιάλυτη μορφή β-CoS που είναι αδιάλυτη σε περίσσεια ισχυρών οξέων. [V01]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 V02. Αντίδραση Co2+ με ΟΗ-

2. Iόντα OH-

Co2+ + 2 OH-    Co(OH)2  /  Τα ιόντα Co2+ με διαλύματα ισχυρών βάσεων παρέχουν δυσδιάλυτο κυανό ίζημα από Co(OH)2, αδιάλυτο σε περίσσεια βάσης. [V02]
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 V03. Αντίδραση Co2+ με ΝΗ3

3. Αμμωνία

Co2+ + NO3- + NH3 + H2  Co(OH)NO3 + NH4+  /  Tα ιόντα Co2+ με ΝΗ3 παρέχουν δυσδιάλυτο πρασινο-ιώδες ίζημα βασικού άλατος,...

Co(OH)NO3 + 6NH3    [Co(NH3)6]2+ + OH- + NO3-  /  ...που διαλύεται σε περίσσεια ΝΗ3 με σχηματισμό αμμωνιοσυμπλόκου.

2[Co(NH3)6]2+ + 2H+ + H2O2    2[Co(NH3)6]3+ + 2H2O  /  Το αμμωνιοσύμπλοκο του Co(II) οξειδώνεται με Η2Ο2 προς πορτοκαλόχρωμο αμμωνιοσύμπλοκο του Co(III). [V03]

 

 

 

 


 

 

 V04. Αντίδραση Co2+ με Cl-

4. Cl-

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl-    [CoCl4]2- + 6H2O  /  Με περίσσεια ιόντων Cl- (όπως π.χ. με π.HCl), το ελαφρώς ρόδινο Co2+ ([Co(H2O)6]2+ οκταεδρικής διάταξης), μετατρέπεται στο βαθυκύανο σύμπλοκο [CoCl4]2- (τετραεδρικής διάταξης)...

[CoCl4]2- + 6H2  [Co(H2O)6]2+ + 4Cl-  /  ...το οποίο, με αραίωση του διαλύματος διασπάται πάλι προς Co2+. [V04]

 

 

 

 

 

 


 

 V05. Αντίδραση Co2+ με SCN-

5. SCN-

Co2+ + 4SCN-    [Co(SCN)4]2-  /  Τα ιόντα Co2+ παρέχουν χαρακτηριστικά σύμπλοκα τετραεδρικής διάταξης με βαθυκύανο χρώμα και με περίσσεια ιόντων SCN-. [V05]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 V06. Διαφοροποίηση Co3+/Fe3+

6. Διαφοροποίηση Co2+/ Fe3+

Co2+ + 4SCN-    [Co(SCN)4]2-  /  Η αντίδραση Co2+ με SCN- μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση του Co2+ παρουσία Fe3+,...

Fe3+ + 6F-    [FeF6]3-  /  ...εφόσον στο δείγμα προστεθεί περίσσεια φθοριούχων, τα οποία θα δεσμεύσουν τον Fe3+ προς σταθερό φθοριοσύμπλοκο, ώστε να αποφευχθεί ο σχηματισμός του συμπλόκου [Fe(SCN)6]3-, ...

[FeF6]3- + SCN-    καμία αντίδραση  /   ...του οποίου το εντονότατο αιματέρυθρο χρώμα, θα κάλυπτε το βαθυκύανο χρώμα του [Co(SCN)4]2-. Τα φθοριούχα δρουν ως καλυπτικό αντιδραστήριο (masking reagent). [V06]

 


 

 

 

 V07. Αντίδραση Co2+ με διμεθυλογλυοξίμη

7. Διμεθυλογλυοξίμη

Co2+ + 2dmgH2 + 2NH3    Co(dmgH)2 + 2NH4+

Η διμεθυλογλυοξίμη είναι ένα από τα κλασικά οργανικά αντιδραστήρια με εξαιρετική εκλεκτικότητα προς τα ιόντα Ni2+. Τα ιόντα Co2+ σε ελαφρά αμμωνιακό περιβάλλον με διμεθυλογλυοξίμη (dmgH2) παρέχουν καστανόχρωμο διάλυμα συμπλόκου Co(dmgH)2, σε αντίθεση με τα ιόντα Ni2+ που παρέχουν έντονα ερυθρό ίζημα. [V07]

 

 


Επιστροφή στον πίνακα επιλογών