Русская Википедия:Сульфат кобальта(II)
Сульфа́т ко́бальта(II) — неорганическое вещество с формулой CoSO4, является солью двухвалентного кобальта и серной кислоты. Безводный сульфат кобальта(II) представляет собой кристаллическое вещество розового цвета. Гептагидрат сульфата кобальта(II) CoSO4·7H2O имеет вид красных кристаллов и известен под названием «кобальтовый (красный) купорос». Встречается в природе в виде ряда минералов, применяется в качестве пигмента и при покрытии других металлов кобальтом.
Нахождение в природе
Сульфат кобальта(II) встречается в природе в виде минералов аплоуита, мурхаусита и биберита. Основные свойства этих минералов представлены в таблице.
| Аплоуит[1] | Мурхаусит[2] | Биберит[3] | |
|---|---|---|---|
| Состав | Co0.6Mn2+0.3Ni0.1SO4·4H2O | Co0.6Ni0.3Mn2+0.1SO4·6H2O | CoSO4·7H2O |
| Цвет | розовый | розовый | розово-красный |
| Сингония | моноклинная | моноклинная | моноклинная |
| Плотность, г/см³ | 2,33 | 1,97 | 1,9 |
| Твердость по Моосу |
3 | 2,5 | 2 |
Физические свойства
Безводный сульфат кобальта(II) — кристаллическое вещество розового цвета. Очень гигроскопичен. Хорошо (но медленно) растворяется в воде (36,3 г/100 г H2O при 20 °C и 49,3 г/100 г H2O при 80 °C). Плохо растворяется в этаноле (0,17 г/л при 25 °C), концентрированной серной кислоте, несколько лучше — в метаноле (4,2 г/л при 25 °C) и глицерине[4][5][6].
Безводный сульфат кобальта(II) существует в двух кристаллических модификациях:
- α-CoSO4 розового цвета, имеет ромбическую сингонию кристаллической решётки (пространственная группа Pnma, a = 0,671 нм, b = 0,845 нм, с = 0,465 нм, Z = 4).
- β-CoSO4 сиреневого цвета, имеет моноклинную сингонию кристаллической решётки.
Температура фазового перехода α→β 440 °C. Стандартная энтальпия фазового перехода α→β 6,7 кДж/моль. Моноклинная модификация является устойчивой при высоких давлениях[6].
При температуре 600—700 °C сульфат кобальта(II) разлагается (см. раздел Химические свойства).
Кристаллогидраты
При осаждении из растворов и при поглощении влаги сульфат кобальта(II) образует ряд кристаллогидратов[5][6].
- Гептагидрат <math>\mathsf{CoSO_4 \cdot 7H_2O}</math> — красные кристаллы с моноклинной сингонией (пространственная группа P21, а = 1,545 нм, b = 1,308 нм, с = 2,004 нм, β = 104,67°, Z = 16). Известны также две метастабильные модификации гептагидрата — с ромбической и моноклинной сингониями.
- Гексагидрат <math>\mathsf{CoSO_4 \cdot 6H_2O}</math> — оранжево-красные кристаллы с моноклинной сингонией.
- Моногидрат <math>\mathsf{CoSO_4 \cdot H_2O}</math> — розовые кристаллы с моноклинной сингонией.
Кроме того, известны метастабильные гидраты с 4 и 2 молекулами воды.
Химические свойства
Разложение
Кристаллогидраты сульфата кобальта(II) при нагревании разлагаются, теряя кристаллизационную воду:
- <math>\mathsf{CoSO_4 \cdot 7H_2O\ \xrightarrow[-1\ H_2O]{41-43\ ^\circ C}\ CoSO_4 \cdot 6H_2O \xrightarrow[-5\ H_2O]{71\ ^\circ C}\ CoSO_4 \cdot H_2O\ \xrightarrow[-1\ H_2O]{250-420\ ^\circ C}\ CoSO_4}</math>
При дальнейшем нагревании безводный сульфат кобальта(II) разлагается до двойного оксида с выделением диоксида серы и кислорода:
- <math>\mathsf{3CoSO_4\ \xrightarrow{600-700\ ^\circ C}\ (Co^{II}Co^{III}_2)O_4\ +\ 3SO_2\ +\ O_2}</math>
Гидролиз
При растворении в воде сульфат кобальта(II) диссоциирует, при этом происходит гидратация катиона:
- <math>\mathsf{CoSO_4\ + 6H_2O\ \longrightarrow\ [Co(H_2O)_6]^{2+}\ +\ SO_4^{2-}}</math>
Катион гексааквакобальта(II) обратимо гидролизуется, давая кислую среду:
- <math>\mathsf{[Co(H_2O)_6]^{2+}\ +\ H_2O\ \rightleftarrows\ [Co(H_2O)_5(OH)]^+\ +\ H_3O^+} ,\ pK_a\ =\ 8,90</math>
Обменные реакции в растворе
- В водных растворах сульфат кобальта(II) вступает в реакции с щелочами:
- с концентрированной (более 10 %) щёлочью образуется фиолетово-синий осадок гидроксида кобальта(II)[4]:
- <math>\mathsf{CoSO_4\ +\ 2NaOH\ \longrightarrow\ Na_2SO_4\ +\ Co(OH)_2 \downarrow}</math>
- с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта(II) различного состава, в частности[4][6]:
- <math>\mathsf{Co_4SO_4(OH)_6 \cdot 4H_2O}</math> голубого цвета;
- <math>\mathsf{Co_2SO_4(OH)_2 \cdot 2H_2O}</math> синего цвета;
- <math>\mathsf{Co_5(SO_4)_2(OH)_6 \cdot 5H_2O}</math> фиолетового цвета.
- При взаимодействии концентрированного раствора сульфата кобальта(II) с насыщенными растворами сульфатов ряда щелочных металлов или аммония образуется осадок двойных солей (шёнитов)[4][6]:
- <math>\mathsf{CoSO_4\ +\ M_2SO_4\ +\ 6H_2O \longrightarrow\ M_2Co(SO_4)_2 \cdot 6H_2O \downarrow\ ,\ (M\ =\ K,\ Rb,\ Cs,\ NH_4)}</math>
- При взаимодействии раствора сульфата кобальта(II) с растворами ортофосфатов или арсенатов щелочных металлов выпадает осадок соответствующих солей кобальта(II)[4]:
- <math>\mathsf{3CoSO_4\ +\ 2Na_3EO_4\ +\ 8H_2O\ \longrightarrow\ Co_3(EO_4)_2 \cdot 8H_2O \downarrow\ +\ 3Na_2SO_4\ ,\ (E\ =\ P,\ As)}</math>
- Кроме того, сульфат кобальта(II) вступает во все обменные реакции, характерные для растворимых солей кобальта(II) и растворимых сульфатов, например:
- образует осадок сульфида кобальта(II) при взаимодействии с гидросульфидом аммония
- <math>\mathsf{2CoSO_4\ +\ 2NH_4HS\ \longrightarrow\ 2CoS \downarrow\ +\ (NH_4)_2SO_4\ +\ H_2SO_4}</math>
- образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария
- <math>\mathsf{CoSO_4\ +\ Ba(NO_3)_2\ \longrightarrow\ Co(NO_3)_2\ +\ BaSO_4 \downarrow}</math>
Образование комплексных соединений
- При взаимодействии сульфата кобальта(II) с концентрированным гидратом аммиака образуется жёлтый осадок сульфата гексаамминкобальта(II)[4]:
- <math>\mathsf{CoSO_4\ +\ 6(NH_3 \cdot H_2O)\ \longrightarrow\ [Co(NH_3)_6]SO_4 \downarrow\ +\ 6H_2O}</math>
- В сернокислых растворах сульфат кобальта(II) образует комплексные анионы, в частности анион дисульфатокобальтата(II)[6]:
- <math>\mathsf{CoSO_4\ +\ SO_4^{2-}\ \rightleftarrows\ [Co(SO_4)_2]^{2-}}</math>
Образование соединений кобальта(III)
Сульфат кобальта(II) окисляется до соединений кобальта(III) при действии сильных окислителей[4].
- При озонировании раствора сульфата кобальта(II) в серной кислоте образуется раствор сульфата кобальта(III):
- <math>\mathsf{2CoSO_4\ +\ O_3\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ Co_2(SO_4)_3\ +\ O_2 \uparrow\ +\ H_2O}</math>
- При фторировании раствора сульфата кобальта(II) в 4N серной кислоте при 0 °C выпадает осадок 18-гидрата сульфата кобальта(III):
- <math>\mathsf{2CoSO_4\ +\ H_2SO_4\ +\ 18H_2O\ +\ F_2\ \longrightarrow\ Co_2(SO_4)_3 \cdot 18H_2O \downarrow +\ 2HF}</math>
Электролиз
При электролизе водного раствора сульфата кобальта(II) на катоде выделяется металлический кобальт, на аноде выделяется кислород:
- <math>\mathsf{Co^{2+}\ +\ 2e^-\ \longrightarrow\ Co \downarrow}</math>
- <math>\mathsf{2H_2O\ -\ 4e^-\ \longrightarrow\ O_2 \uparrow\ +\ 4H^+}</math>
Данный процесс используется для гальванического покрытия других металлов кобальтом.
Получение
Сульфат кобальта(II) может быть получен следующими способами.
- взаимодействием оксида или гидроксида кобальта(II) с разбавленной серной кислотой[6]: В концентрированной горячей серной кислоте растворение оксидов кобальта идет быстрее.
- <math>\mathsf{CoO\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ H_2O}</math>
- <math>\mathsf{Co(OH)_2\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 2H_2O}</math>
- CoCO3 + H2SO4 → H2O + CO2 + CoSO4
- взаимодействием сульфида кобальта(II) с горячей концентрированной азотной кислотой[4]:
- <math>\mathsf{CoS\ +\ 8HNO_3\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 8NO_2 \uparrow\ +\ 4H_2O}</math>
- взаимодействием дисульфида(2−) кобальта(II) (минерал каттьеит) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой[4]:
- <math>\mathsf{Co(S_2)\ +\ 6H_2SO_4\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 7SO_2 \uparrow\ +\ 6H_2O}</math>
- <math>\mathsf{Co(S_2)\ +\ 14HNO_3\ \longrightarrow\ CoSO_4\ +\ 14NO_2 \uparrow\ +\ 6H_2O\ +\ H_2SO_4}</math>
Применение
Сульфат кобальта(II) используется в качестве сырья для получения других соединений кобальта, как компонент электролитов при гальваническом покрытии других металлов кобальтом, в качестве пигмента для окрашивания стекла и керамики[6].
Токсичность
Сульфат кобальта(II) является умеренно-токсичным веществом: LD50 для крыс перорально составляет 582 мг/кг (для гептагидрата).
При вдыхании может вызывать затруднение дыхания, астму; может вызывать рак. При контакте с кожей может вызывать аллергическую реакцию. При попадании внутрь организма может оказывать мутагенный эффект, влиять на репродуктивную функцию.
Основные симптомы отравления сульфатом кобальта(II) включают в себя диарею, потерю аппетита, падение температуры тела и артериального давления. Основные поражаемые органы — почки, сердце и поджелудочная железа.
Сульфат кобальта(II) способен вызывать долговременные неблагоприятные изменения в водной среде: LC50 для дафний составляет 6 мг/л в течение 48 часов; IC50 для Pseudokirchneriella subcapitata составляет 0,4 мг/л в течение 72 часов (данные приведены для безводного соединения).
См. также
Примечания
