Cobaltul, Co

Cobaltul, Co, este un metal de tranziție gri deschis, asemănător fierului, din grupa 9 a tabelului periodic (grupa a VIII-a secundară sau VIII B); are numărul atomic 27 și masa atomică 58,933. Punctul de topire al cobaltului este 1495°C, iar punctul de fierbere este 2870°C. Cobaltul este feromagnetic sub 1150°C (temperatura Curie a cobaltului). Este un element esențial pentru mamifere. 
 

Cobaltul este extrem de răspândit în natură, mai ales sub formă de arseniuri: smaltina (arseniură de cobalt, CoAs₂) și cobaltina (sulfoarseniură de cobalt, CoAsS). De cele mai multe ori, mineralele de cobalt însoțesc mineralele de nichel. Cantități mici de cobalt metalic se găsesc și în meteoriți. 

Sursele cele mai importante pentru obținerea cobaltului sunt reziduurile obținute la topirea minereurilor arsenifere de nichel, cupru și plumb. Prepararea cobaltului pur este destul de complicată, mai ales în ceea ce privește separarea lui de nichel. De obicei, prepararea se oprește la oxidul de cobalt, folosit ca atare ca pigment albastru pentru ceramică. 

Astăzi, în măsură crescândă se efectuează însă și obținerea cobaltului metalic, prin reducerea cu cărbune de lemn a oxidului de cobalt rezultat prin prăjirea smaltinei și supus unei serii de operații de separare și purificare, sau prin reducerea cu hidrogen a unui complex de cobalt. 

Cobaltul este un metal asemănător fierului. Ca și acesta, este greu, are un punct de topire relativ înalt și este feromagnetic. Spre deosebire de fier este dur și rezistent. 

Dintre izotopii cobaltului, izotopul ⁶⁰Co prezintă proprietăți radioactive; el trece într-un izotop al nichelului conform schemei:

La temperatură obișnuită, cobaltul este stabil la aer și umiditate; la temperatură ridicată se oxidează la aer. Ca pulbere este piroforic. Se combină ușor cu halogenii. La temperatură mai ridicată se combină și cu sulful, fosforul, arsenul, antimoniul etc. Este atacat de acizi minerali diluați; acidul azotic concentrat îl pasivează. Cu fierul și nichelul formează cristale mixte. 

Cantități mici de săruri de cobalt sunt esențiale într-o dietă echilibrată pentru mamifere.

Cobaltul ca metal este folosit pentru aliaje. Izotopul ⁶⁰Co, întrucât are o radiație pătrunzătoare și viață radioactivă lungă, este utilizat ca sursă de radiații, de exemplu în tehnică pentru cercetarea metalelor, în medicină în tratamentul cancerului etc. 

Aliajele de cobalt sunt foarte rezistente la coroziune; ele au mare duritate și elasticitate, mai ales aliajele cu crom cu adaos de wolfram și molibden. Stelitul este un aliaj format 40-55% Co, 15-35% Cr, 10-25% W, 1,5-2,5% C, până la 5% Fe și uneori, puțin mangan și siliciu. Având o duritate foarte mare este utilizat pentru cuțite de strung. Widia este o carbură de wolfram cementată cu cobalt și folosită ca “metal dur”. 

Descreșterea stabilității spre stări de oxidare superioare și stabilitatea stării +2 (în comparație cu starea +3), observată la Ti, V, Cr, Mn și Fe, se manifestă și la cobalt. 

Cobaltul formează combinații în care gradele de oxidare sunt +1, +2, +3 și +4. De obicei, în combinațiile simple, cobaltul este sub formă de Co(II), iar în combinațiile complexe, sub formă de Co(III). 

Cu oxigenul, cobaltul formează oxidul de cobalt(II) sau oxidul cobaltos, CoO, și oxidul de cobalt(III) sau sescvioxidul de cobalt sau oxidul cobaltic, Co₂O₃, care sunt oxizi bazici, precum și oxidul mixt, Co₃O₄. Dioxidul de cobalt, CoO₂, nu a fost separat în stare pură. 

Toți oxizii de cobalt, prin încălzire puternică, trec în Co₃O₄, iar prin reducere cu hidrogen trec în cobalt metalic. 

Oxidul de cobalt(II) sau oxidul cobaltos, CoO, rezultă prin încălzire în absența aerului, a hidroxidului, carbonatului sau azotatului de Co(II). Este o pulbere de culoare verde închisă, formată din cristale cubice mărunte. Prin încălzire la 400-500°C, în atmosferă de oxigen, trece în Co₃O₄, care are structură spinelică. Prin calcinare cu oxid de aluminiu formează combinația dublă CoO·Al₂O₃, de culoare albastră (albastrul lui Thenard), iar prin calcinare cu oxid de zinc formează combinația dublă CoO·ZnO, de culoare verde (verdele lui Rinmann), ambele de tipul spinelilor. 

Hidroxidul de cobalt(II) sau hidroxidul cobaltos, Co(OH)₂, rezultă la tratarea unei soluții de sare cobaltoasă cu un hidroxid alcalin, sub forma unui precipitat albastru care cu timpul devine roz. Oxidat de oxigenul din aer sau alți oxidați trece în oxidul cobaltic hidratat, Co₂O₃·xH₂O, și parțial în parțial în dioxid de cobalt hidratat, CoO₂·xH₂O. În soluție de hidroxizi alcalini se dizolvă dând o soluție albastră închisă ce conține ioni [Co(OH)₄]^2-. 

Majoritatea sărurilor simple de cobalt derivă de la Co(II). Ele sunt solubile în apă. Atât în forma hidratată cât și în soluție sunt de culoare roz; prin încălzire devin albastre. 

Combinațiile de cobalt(II) hidratate nu sunt de fapt săruri simple, ci combinații complexe care conțin apa legată de metal. Prin încălzire pot fi trecute însă cu ușurință în combinații anhidre. În afară de apă, combinațiile de Co(II) pot adiționa și amoniac, de exemplu [Co(NH₃)₆]SO₄ sau [Co(NH₃)₆]Cl₂. 

Dintre sărurile de Co(II), mai importante sunt: clorura, azotatul și sulfatul. 

Clorura de cobalt(II) sau clorura cobaltoasă, CoCl₂, este o pulbere de culoare albastră ce se obține prin arderea cobaltului în curent de clor. Este foarte solubilă în apă (soluția având culoarea roz). Cu apă formează mai mulți hidrați de culori diferite. De exemplu, CoCl·6H₂O este colorat în roz; CoCl₂·4H₂O este roșu; CoCl₂·2H₂O este roz-violet; CoCl₂·H₂O este albastru-violet. 

Hexahidratul, chiar în soluție, prin încălzire își schimbă culoarea în albastru. Această schimbare de culoare se datorează deshidratării. 

Clorura de cobalt anhidră fiind foarte higroscopică, la aer devine roz; de aceea este folosită ca indicator de umiditate atmosferică (hârtie de filtru îmbibată cu clorură de cobalt). 

Azotatul de cobalt(II) sau azotatul cobaltos, Co(NO₃)₂·6H₂O, se obține de obicei prin tratarea cobaltului sau a oxidului de cobalt cu acid azotic diluat. Cristalizează în cristale monoclinice roșii-carmin, foarte solubile în apă. Prin încălzire pierde din apa de cristalizare, iar la temperaturi mai înalte trece în oxid de cobalt. 

Este folosit la prepararea pigmenților, în industria ceramică și a porțelanului pentru glazuri colorate și ca reactiv în laborator. 

Se cunoaște un număr mic de săruri simple de Co(III). De la acesta derivă majoritatea combinațiilor complexe. Complecșii cobaltului sunt colorați diferit și în comportarea lor se aseamănă cu complecșii fierului(III) și cromului(III). Ei au importanță în chimia analitică. Astfel, hexanitrocobaltatul de sodiu, Na₃[Co(NO₂)₆], este folosit ca reactiv, întrucât cu ionii de potasiu dă hexanitrocobaltatul de potasiu de potasiu, K₃[Co(NO₂)₆], un precipitat cristalin de culoarea galbenă, foarte puțin solubil în apă rece și insolubil în alcool și eter. El mai este folosit ca pigment galben (galben de cobalt) pentru vopsele și în ceramică, deoarece prin topire imprimă silicaților nuanțe frumoase albastre. 

Cobaltul(III) manifestă, în general, o deosebită afinitate pentru donori cu azot; majoritatea complecșilor lui conțin amoniac, amine, grupe nitro (NO₂) etc. 

Aminele cobaltului formează o clasă importantă de combinații ale cobaltului(III). Se cunosc peste 2000 de amine ale cobaltului. Ele se obțin în mod general când soluții amoniacale de săruri de cobalt(II), conținând un exces de săruri de amoniu, sunt supuse oxidării, fie cu oxigenul din aer, fie cu un agent energic de oxidare. Astfel, oxidând o soluție amoniacală de clorură de Co(II) cu ajutorul aerului, se separă cristale galbene-portocalii de clorură hexaamino-cobaltică, [Co(NH₃)₆]Cl₃:

Pe lângă sarea galbenă, din soluție se mai poate obține o combinație care conține cinci molecule de NH₃ și o moleculă de H₂O legată complex de cobalt, adică clorură acvopentaamino-cobaltică, [Co(H₂O)(NH₃)₅]Cl₃. 

În aceeași soluție se mai poate obține o combinație de culoare purpurie, care conține legate complex, cinci molecule de NH3 și un atom de clor, adică clorura cloropentaamino-cobaltică, [CoCl(NH₃)₅]Cl₂. 

Se cunosc de asemenea și o serie de tetraamine, triamine și diamine; nu se cunosc însă monoamine. 

În afară de cloruri există sulfați, azotați, carbonați etc. de hexaaminocobalt(III); prin urmare, cationul aminic [Co(NH₃)₆]³⁺ se comportă ca un metal puternic electropozitiv. 

Dacă cele șase molecule de NH₃ din hexaamina inițială sunt substituite prin șase radicali monovalenți electronegativi, se obțin anioni complecși; se cunosc deci hexaoxalocobaltați, hexacinocobaltați, hexanitrocobaltați, etc. cu formula generală M₃^I[CoX₆]. Dintre aceștia, cei mai cunoscuți hexanitrocobaltații(III), [Co(NO₂)₆]^3-. 

Studiul complecșilor de cobalt a permis obținerea multor concluzii importante pentru stabilirea teoriei electronice a valenței coordinative.