Взгляд на бор — чрезвычайно твердый и жаростойкий полуметалл — и его свойства, историю, производство и использование.
Сталь: свойства, история, производство и применение
Сталь, самый передовой строительный материал в мире, является железом сплав, который содержит от 0,2 до 2% углерода по весу.
Олово Металлические свойства, производство и применение
МЕТАЛЛ для АЙФОНОВ добывают – ДЕТИ
Олово — это мягкий серебристо-белый металл, который очень легкий и легко плавится , Узнайте о свойствах, производстве и применении олова.
Источник: ru.travelcashinc.com
Кобальт химический элемент
Несколько сот лет назад немецкая провинция Саксония была крупным по тогдашним временам центром добычи серебра, меди и других цветных металлов. В тамошних рудниках случалось находить руду, которая по всем внешним признакам казалась серебряной, но при плавке получить из нее драгоценный металл не удавалось.
Хуже того, при обжиге такой руды выделялся ядовитый газ, отравлявший рабочих. Саксонцы объясняли эти неприятности вмешательством нечистой силы, коварного подземного гнома кобольда. От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях. В те времена в Германии даже читали в церквах молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда. И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они ее назвали «кобольд».
В 1735 г. шведский химик Георг Брандт выделил из этой «нечистой» руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл. Имя «кобольд», или «кобальт», сохранилось и за ним.
От венецианского стекла до светофоров
В диссертации Брандта, посвященной новому металлу, говорилось, в частности, о том, что из металла можно изготавливать сафру — краску, придающую стеклу глубокий и очень красивый синий цвет. Но еще в Древнем Египте было известно синее стекло, сделанное по тщательно скрываемым рецептам.
В средние века ни одно из государств Европы не могло соперничать в производстве стекла с Венецианской республикой. Чтобы оградить секреты варки цветных стекол от чужого любопытства, правительство Венеции в XIII в. специальным указом перевело все стекольные фабрики на уединенный остров Мурано. О том, какими способами охранялись там секреты производства, можно составить себе некоторое представление по такой истории. Однажды с острова бежал подмастерье по имени Джиорджио Белерино, а вскоре в одном из немецких городков сгорела стекольная мастерская. Ее владелец — его звали Белерино — был заколот кинжалом.
Кобальт металлический рубленный мелкие куски
И все-таки, несмотря на столь жестокие меры, секреты варки цветного стекла стали известны в других государствах. В 1520 г. Вейденхаммер в Германии нашел способ приготовления краски для синего стекла и по дорогой цене стал продавать ее. венецианскому правительству! Еще через 20 лет богемский стекольный мастер Шюрер тоже стал делать синюю краску из какой-то руды, известной ему одному.
С его помощью такую краску стали изготовлять и в Голландии. Современники писали, что стекло окрашивается «цаффером», но что собой представлял этот продукт — никто не знал. Только через столетие (в 1679 г.) известный химик Иоганн Кункель подробно описал процесс получения краски, но оставалось неизвестным, из какой именно руды ее делают, где эту руду искать и какая ее составная часть обладает красящим свойством.
Только после исследования Брандта было выяснено, что сафр, или цаффер, — продукт прокаливания руды, богатой кобальтом, содержит окислы кобальта и множество окислов других металлов. Сплавленный затем с песком и поташом цаффер образовывал смальту, которая и представляла собой краску для стекла. Кобальта в смальте содержалось немного — всего 2-7%. Но красящая способность окиси кобальта оказалась большой: уже 0,0001% ее в шихте придает стеклу голубоватый оттенок.
Стеклоделы средних веков пользовались свойствами кобальта бессознательно, отыскав их чисто опытным путем. Разумеется, это не может даже в самой малой степени умалить в наших глазах замечательное искусство этих тружеников.
Помимо смальты, существуют и другие кобальтовые красители: синяя алюминиево-кобальтовая краска — тенарова синь; зеленая — комбинация окислов кобальта, хрома, алюминия, магния и других элементов. Краски эти красивы и достаточно стойки при высокой температуре, но не всегда имеют хорошую кроющую способность. Значение их гораздо меньше, чем смальты. Заслуживает внимания другое: изменчивость окраски соединений кобальта.
Чудеса превращения красок известны еще с XVI столетия. Профессор Базельского университета химик и врач Парацельс показывал написанную им самим картину. Она изображала зимний пейзаж — деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям насмотреться, профессор слегка подогревал картину, и прямо на глазах у всех зимний ландшафт сменялся летним: деревья одевались листвой, на пригорках зеленела трава. Это производило впечатление чуда.
Для современного химика история с картиной Парацельса выглядит довольно просто. Такой эффект могли дать, в частности, кобальтовые краски. Хлористый кобальт, к которому добавлено соответствующее количество хлористого никеля, почти бесцветен. Но при нагревании эти соли теряют кристаллизационную воду, и цвет их меняется.
В 1737 г. один французский химик открыл свойство кобальтовых солей окрашиваться под действием тепла и использовал их в качестве симпатических чернил. Написанное ими на бумаге становится видимым только после того, как бумагу нагреют. Сейчас эта особенность солей кобальта имеет практическое значение в лабораторной технике: раствором кобальтовых солей метят фарфоровые тигли. После прогрева такая метка четко выступает на белой поверхности фарфора.
Кобальт как краситель
Окраска стекол соединениями кобальта имеет немаловажное значение и в наше время, хотя существуют более дешевые красители. Для технических целей часто нужны стекла, поглощающие и пропускающие лучи определенного цвета. Такие стекла необходимы в фотографии, сигнализации, колориметрическом анализе и других случаях. Смальтой в наше время не пользуются, а употребляют непосредственно окись кобальта, которую вводят в состав шихты, загружаемой в стекловаренную печь.
Стекла, применяемые для сигнальных огней, должны давать резкий, отчетливый свет. Нужно исключить возможность ошибочного восприятия сигнала даже в условиях плохой видимости, даже при больших скоростях транспорта и несовершенстве человеческого зрения. А для этого необходимо, чтобы стекла световых сигнальных устройств пропускали только свет волны точно определенной длины.
У стекол, окрашенных окисью кобальта, нет соперников по прозрачности, а добавка в такое стекло ничтожных количеств окиси меди придает ему способность задерживать некоторые лучи красной и фиолетовой части спектра. Для фотохимических исследований бывают нужны стекла, совершенно не пропускающие желтых и оранжевых лучей. Этому условию отвечают кобальто-рубиновые стекла: на окрашенное кобальтом синее стекло накладывается нагретое стекло, окрашенное в красный цвет соединениями меди, — так называемый медный рубин.
Хорошо известно применение окиси кобальта для придания красивого, очень устойчивого темно-синего цвета фарфоровым и эмалированным изделиям.
Кобальт — легирующий металл
В 1912 г. о кобальте писали: «До настоящего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса. Были попытки ввести кобальт в железо и приготовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения». Действительно, в начале нашего века первые попытки использовать кобальт в металлургии были неудачными.
Было известно, что хром, вольфрам, ванадий придают стали высокую твердость и износоустойчивость при повышенных температурах. Сначала создалось впечатление, что кобальт для этой цели не годится — сталь плохо закаливалась, точнее, закалка проникала в изделие на очень небольшую глубину. Вольфрам, хром и ванадий, соединяясь с растворенным в стали углеродом, образуют твердые карбиды, кобальт же, как оказалось, способствует выделению углерода в виде графита. Сталь при этом обогащается несвязанным углеродом и становится хрупкой. В дальнейшем это осложнение было устранено: добавка в кобальтовую сталь небольшого количества хрома предотвращает графитизацию; такая сталь хорошо закаляется.
Теперь кобальт, как и вольфрам, незаменим в металлообработке — он служит важнейшей составной частью инструментальных быстрорежущих сталей. Вот, например, результат сравнительных испытаний трех резцов. В стали, из которой они были изготовлены, углерод, хром, ванадий, вольфрам и молибден содержались в одинаковых количествах, различие было лишь в содержании кобальта.
В первой, ванадиевой, стали кобальта совсем не было, во второй, кобальтовой, его было 6%, а в третьей, суперкобальтовой, — 18%. Во всех трех опытах резцом точили стальной цилиндр. Толщина снимаемой стружки была одинаковой — 20 мм, скорость резания тоже — 14 м/мин.
Что же показал эксперимент? Ванадиевый резец затупился, пройдя 7 м, кобальтовый — 10 м, а резец из суперкобальтовой стали прошел 1000 м и остался в хорошем состоянии! Таким образом, для резкого повышения износоустойчивости и режущих свойств стали кобальт должен входить в ее состав в значительных количествах.
В 1907 г. в промышленности появились твердые сплавы, не содержащие железа, — стеллиты (от латинского слова Stella — звезда). Один из лучших стеллитов содержал больше 50% кобальта. И в твердых сплавах, которые в наше время стали важнейшим материалом для металлорежущих инструментов, кобальт играет не последнюю роль. Карбид вольфрама или титана — основной компонент твердого сплава — спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Кобальт соединяет зерна карбидов и придает всему сплаву большую вязкость, уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам.
Твердые сплавы могут служить не только для изготовления режущих инструментов. Иногда приходится наваривать твердый сплав на поверхность деталей, подвергающихся сильному износу при работе машины. Такой сплав на кобальтовой основе может повысить срок службы стальной детали в 4-8 раз.
Магнитные свойства кобальта
Способность сохранять магнитные свойства после однократного намагничивания свойственна лишь немногим металлам, в том числе и кобальту. К сталям и сплавам, из которых изготовляют магниты, предъявляют очень важное техническое требование: они должны обладать большой коэрцитивной силой, иначе — сопротивлением размагничиванию. Магниты должны быть устойчивы и по отношению к температурным воздействиям, к вибрации (что особенно важно в моторах), легко поддаваться механической обработке.
Под действием тепла намагниченный металл теряет ферромагнитные свойства. Температура, при которой это происходит (точка Кюри), разная: для железа — это 769°С, для никеля — всего 358°С, а для кобальта достигает 1121°С. Еще в 1917 г. в Японии был запатентован состав стали с улучшенными магнитными свойствами.
Главным компонентом новой стали, получившей название японской, был кобальт в очень большом количестве — до 60%. Вольфрам, молибден или хром придают магнитной стали высокую твердость, а кобальт повышает ее коэрцитивную силу в 3,5 раза. Магниты из такой стали получаются в 3-4 раза короче и компактнее. И еще одно важное свойство: если вольфрамовая сталь теряет под действием вибраций свои магнитные свойства почти на треть, то кобальтовые — всего на 2-3,5%.
В современной технике, особенно в автоматике, магнитные устройства применяются буквально на каждом шагу. Лучшие магнитные материалы — это кобальтовые стали и сплавы. Кстати, свойство кобальта не размагничиваться под действием вибраций и высоких температур имеет немаловажное значение и для ракетной и космической техники.
Современные требования к постоянным магнитам чрезвычайно разнообразны. И одно из главных — это минимальный вес при максимальной «силе». В последние десятилетия были изобретены такие магниты. Это сплавы, названные «магнико» и «альнико» — по начальным буквам названий металлов, из которых они состоят: первый из магния, никеля и кобальта, второй — из алюминия, никеля и кобальта.
В таких магнитах совсем нет железа — металла, само название которого мы привыкли со школьной скамьи считать неотделимым от ферромагнетизма. Свойства этих сплавов кажутся необычайными: магнит весом 100-200 г удерживает груз в 20-30 кг! Очень сильные постоянные магниты получаются также из интерметаллических соединений кобальта с некоторыми редкоземельными элементами (например, SmCo5 и др.)
Источник: natural-museum.ru
Кобальт как химический элемент таблицы Менделеева
К Кобальт является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 27 и условным обозначением Co. Кобальт представляет собой жесткий, блестящий серебристо-серый металл.
- Как был открыт Кобальт;
- Где и как добывают Кобальт;
- Распространенность Кобальта;
- Применение Кобальта;
- Интересные факты.
Как был открыт Кобальт
Такой химический элемент как кобальт был известен человечеству очень давно. В древности он использовался для придания насыщенного синего цвета стеклу и керамике. Следы кобальта были обнаружены в египетских скульптурах и персидских ювелирных изделиях третьего тысячелетия до Нашей эры. В средние века кобальтовую руду часто принимали за ценную серебряную или медную руду. Первые попытки выплавить эту руду потерпели неудачу, потому что первичная руда кобальта всегда содержит мышьяк, который является очень токсичным и скверно пахнет.
В 1735 году шведский ученый и химик Георг Брандт обнаружил неизвестный ранее элемент при изучении кобальтовой руды. Он описал его свойства и придумал название, которое закрепилось за ним по сей день. При этом Брандт доказал, что именно соединения кобальта придают стеклу оттенок синего цвета, а не висмут как предполагалось ранее.
Первые шахты по добыче кобальтовой руды были освоены еще до открытия элемента. Первые освоенные шахты появились в начале XVI века. После открытия кобальта как химического элемента освоение месторождений значительно увеличилось. Самые известные месторождения того времени были расположены в Новегии, Канаде и Конго. В начале XX века освоение кобальта начало набирать обширные обороты.
Где и как добывают Кобальт
Американская геологическая служба оценивает мировые запасы кобальта в 7 миллионов метрических тонн. Главным поставщиком кобальта, на сегодняшний день, является Демократическая Республика Конго. Его производство составляет около 70% от всего мирового производства. Кобальт является побочным продуктом при добыче медных или никелевых руд.
Сам метод очистки и получения кобальта является очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Поскольку кобальт является побочным продуктом, предложения кобальта зависит от объема спроса на медь и никель.
Существует несколько методов получения чистого кобальта. В общем варианте процесс выглядит приблизительно так. В начале часть имеющихся сульфидов железа преобразуются в оксиды путем обжига и зашлаковываются диоксидом кремния. Затем создается так называемый «грубый камень», который состоит из таких химических элементов и соединений как никель, медь, сульфид железа и кобальт.
Следующим шагом является обжиг с карбонатом натрия. При этом образуется нитрат натрия, который удаляет из смеси серу. Часть оставшейся серы образует сульфаты и арсенаты, которые выщелачиваются водой. Там остаются соответствующие оксиды металлов, которые обрабатываются серной и соляной кислотой.
В ходе реакций никель, кобальт и железо превращаются в общий раствор, а медь при этом не растворяется. Затем с помощью хлорной извести осаждается кобальт в виде его гидроксида, а после этого с помощью кокса или алюминия кобальт преобразуется в металлический порошок. По состоянию на 2017 год лидерами в производстве кобальта явлляются Конго, Россия и Китай. РФ занимает вторую позицию с производством 5600 тонн в год.
Распространенность Кобальта
Распространенность кобальта является довольно неопределенным вопросом. С условием того, что сегодня известно науке, по распространенности кобальт занимает 30 строчку по частоте распространенности среди всех элементов на Земле. Его процентное соотношение оценивается как 0,004% от общей массы. В свободном виде на нашей планете он не был обнаружен из-за связей с кислородом.
Части кобальта обнаруживаются во многих минералах и горных породах, но в малых количествах. Его атомы встречаются во всех видах почв в качестве микроэлеиентов. Самыми важными кобальтосодержащими минералами являются кобальтин и скуттерудит. Известная часть кобальта
Применение Кобальта
Применение кобальта не очень широкое, но довольно крупномасштабное. В 2016 году было освоено около 115 000 тонн этого химического элемента. Его применение охватывает такие области как пищевая промышленность, медицина, военная, сталелитейная и энергетическая промышленность.
В сталелитейной промышленность этот элемент используется в качестве присадки, которая придает сплавам жаропрочность, коррозийную устойчивость и износостойкость. Это позволяет сплавам с добавлением кобальта найти применение в технике. В пример можно поставить газовые турбины.
Военная промышленность же использует сплавы из кобальта для производства турбореактивных двигателей самолетов из-за его жаропрочности. Так же используется для производства лопастей подводных лодок и торпед из-за прочности и коррозийной устойчивости. Радиоактивный изотоп кобальт-59 использовался в так называемых «кобальтовых бомбах», который является начинкой этой бомбы и при взрыве превращается в радиоактивный кобальт-60.
Если продолжать тему сплавов, то стоит отметить что из-за их износостойкости они находят применение в медицине. Из кобальтовых сплавов изготавливаются протезы костей, так же как и из титана. Кобальт является главным элементом для воздействия при внешней лучевой терапии. По этой методике лечат пациентов от некоторых видов рака.
Так же его используют для стерилизации медицинских предметов и обработке отходов. Еще одним применением является пигментная составляющая для производства красок синего и жетого цветов.
Самой главной областью в которой кобальт принимает непосредственное участие является энергетическая промышленность. Этот элемент является компонентом литий-ионных аккумуляторов. Именно из оксида кобальта и лития (LiCoO2) производятся катоды этих аккумуляторов. Около 70% от общего количества кобальта уходит на производство этих батарей.
Еще в 2012 году литий-ионные батареи использовались исключительно в мобильной электронике, но в 2017 году начала набирать обороты мода на электроавтомобили. Главным источником энергии в которых так же является литий-ионный аккумулятор. Аналитики предполагают, что к 2024 году годовой спрос на кобальт может из-за этого вырасти почти в 7 раз
Интересные факты
Интересных фактов связанных с кобальтом достаточно много. Стоит начать с того, что мировая цена за 1 кг кобальта в 2019 году составила около 31 американского доллара, что на порядок выше многих металлов. Если взять по отношению к железу(50 евро за тонну), то кобальт дороже более чем в 500 раз. Еще одним интересным моментом является то, что некоторые кампании ограничивают закупку кобальта у ДР Конго из-за того, что на кобальтодобывающих шахтах в этой стране нелегально используется труд несовершеннолетних детей. Из-за чего у последних возникают непоправимые проблемы со здоровьем.
Кобальт является важным элементом в организмах всех животных. Он является компонентом витамина B12, который регулирует обмен веществ в организме. Суточная норма потребления животными кобальта составляет 0.2 мг/кг в день. Учеными было отмечено, что присутствие этого элемента в небольших количествах в почве положительно влияет на здоровье пасущихся жиаотных.
С другой стороны в больших количествах кобальт может быть опасным. Опасной для жизни человека (при продолжительном нахождении) считается доза в 20 мг/м 3 . Хотя ухудшение здоровья наблюдалось и при меньших концентрациях этого элемента. Медики предполагают, что именно кобальт оказывает влияние на мышцы сердца. При этом вытекает факт того, что кобальт может быть одной из главных причин сердечной недостаточности.
Источник: biobloger.ru