Сульфат кобальта(II)

Сульфат кобальта(II)
Сульфат кобальта(II)
	; Сульфат кобальта(II)
Систематическое название	Сульфат кобальта(II)
Другие названия	Кобальтовый купорос, красный купорос
Химическая формула	CoSO4
Внешний вид	Кристаллическое вещество от розового (безводный) до красного (гептагидрат) цвета
Свойства
Молярная масса	безводный: 155,00 г/моль ; моногидрат: 173,01 г/моль ; гексагидрат: 263,09 г/моль; гептагидрат: 281,10 г/моль
Температура разложения	600—700 °C
Фазовые переходы	440 °C (ромб. → монокл.)
Плотность	безводный: 3,71 г/см3 ; моногидрат: 3,075 г/см3 ; гексагидрат: 2,029 г/см3; гептагидрат: 1,948 г/см³
Растворимость в воде	36,3 г/100 мл
Токсикологические данные
LD50	582 мг/кг (гептагидрат)
Структура
Кристаллическая решётка	ромбическая (безводный) ; моноклинная (гидраты)
Термодинамические свойства
Стандартная энтальпия образования	безводный: −889 кДж/моль; гептагидрат: −2980 кДж/моль
Энтальпия растворения	безводный: −77 кДж/моль ; гептагидрат: +2014 кДж/моль
Стандартная молярная энтропия	безводный: +118 Дж/(К·моль); гептагидрат: +406 Дж/(К·моль)
Стандартная энергия образования Гиббса	безводный: −784 кДж/моль ; гептагидрат: −2473 кДж/моль
Классификация
Регистрационный номер CAS	безводный: 10124-43-3 ; моногидрат: 13455-64-0 ; гептагидрат: 10026-24-1
Регистрационный номер EC	233-334-2
PubChem	24965
Безопасность
R-фразы	R49; R22; R42/43; R50/53
S-фразы	S22; S53; S45; S60; S61
H-фразы	H302; H317; H334; H410; H350i
P-фразы	P201; P261; P273; P280; P308 + P313; P501
Пиктограммы опасности
Пиктограммы опасности СГС
NFPA 704	0 2 0
	Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

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 править

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	Co_0.6Mn²⁺_0.3Ni_0.1SO₄·4H₂O	Co_0.6Ni_0.3Mn²⁺_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 править

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 править

При осаждении из растворов и при поглощении влаги сульфат кобальта(II) образует ряд кристаллогидратов^[5]^[6].

Гептагидрат ${\mathsf {CoSO_{4}\cdot 7H_{2}O}}$ — 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 ${\mathsf {CoSO_{4}\cdot 6H_{2}O}}$ — оранжево-красные кристаллы с моноклинной сингонией.
Моногидрат ${\mathsf {CoSO_{4}\cdot H_{2}O}}$ — розовые кристаллы с моноклинной сингонией.

Кроме того, известны метастабильные гидраты с 4 и 2 молекулами воды.

Химические свойства править

Разложение править

Кристаллогидраты сульфата кобальта(II) при нагревании разлагаются, теряя кристаллизационную воду:

{\mathsf {CoSO_{4}\cdot 7H_{2}O\ {\xrightarrow[{-1\ H_{2}O}]{41-43\ ^{\circ }C}}\ CoSO_{4}\cdot 6H_{2}O{\xrightarrow[{-5\ H_{2}O}]{71\ ^{\circ }C}}\ CoSO_{4}\cdot H_{2}O\ {\xrightarrow[{-1\ H_{2}O}]{250-420\ ^{\circ }C}}\ CoSO_{4}}}

При дальнейшем нагревании безводный сульфат кобальта(II) разлагается до двойного оксида с выделением диоксида серы и кислорода:

{\mathsf {3CoSO_{4}\ {\xrightarrow {600-700\ ^{\circ }C}}\ (Co^{II}Co_{2}^{III})O_{4}\ +\ 3SO_{2}\ +\ O_{2}}}

Гидролиз править

При растворении в воде сульфат кобальта(II) диссоциирует, при этом происходит гидратация катиона:

{\mathsf {CoSO_{4}\ +6H_{2}O\ \longrightarrow \ [Co(H_{2}O)_{6}]^{2+}\ +\ SO_{4}^{2-}}}

Катион гексааквакобальта(II) обратимо гидролизуется, давая кислую среду:

{\mathsf {[Co(H_{2}O)_{6}]^{2+}\ +\ H_{2}O\ \rightleftarrows \ [Co(H_{2}O)_{5}(OH)]^{+}\ +\ H_{3}O^{+}}},\ pK_{a}\ =\ 8,90

Обменные реакции в растворе править

В водных растворах сульфат кобальта(II) вступает в реакции с щелочами:

с концентрированной (более 10 %) щёлочью образуется фиолетово-синий осадок гидроксида кобальта(II)^[4]:

{\mathsf {CoSO_{4}\ +\ 2NaOH\ \longrightarrow \ Na_{2}SO_{4}\ +\ Co(OH)_{2}\downarrow }}

с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта(II) различного состава, в частности^[4]^[6]:

{\mathsf {Co_{4}SO_{4}(OH)_{6}\cdot 4H_{2}O}}

голубого цвета;

{\mathsf {Co_{2}SO_{4}(OH)_{2}\cdot 2H_{2}O}}

синего цвета;

{\mathsf {Co_{5}(SO_{4})_{2}(OH)_{6}\cdot 5H_{2}O}}

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]:

{\mathsf {CoSO_{4}\ +\ M_{2}SO_{4}\ +\ 6H_{2}O\longrightarrow \ M_{2}Co(SO_{4})_{2}\cdot 6H_{2}O\downarrow \ ,\ (M\ =\ K,\ Rb,\ Cs,\ NH_{4})}}

При взаимодействии раствора сульфата кобальта(II) с растворами ортофосфатов или арсенатов щелочных металлов выпадает осадок соответствующих солей кобальта(II)^[4]:

{\mathsf {3CoSO_{4}\ +\ 2Na_{3}EO_{4}\ +\ 8H_{2}O\ \longrightarrow \ Co_{3}(EO_{4})_{2}\cdot 8H_{2}O\downarrow \ +\ 3Na_{2}SO_{4}\ ,\ (E\ =\ P,\ As)}}

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

{\mathsf {2CoSO_{4}\ +\ 2NH_{4}HS\ \longrightarrow \ 2CoS\downarrow \ +\ (NH_{4})_{2}SO_{4}\ +\ H_{2}SO_{4}}}

образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария

{\mathsf {CoSO_{4}\ +\ Ba(NO_{3})_{2}\ \longrightarrow \ Co(NO_{3})_{2}\ +\ BaSO_{4}\downarrow }}

Образование комплексных соединений править

При взаимодействии сульфата кобальта(II) с концентрированным гидратом аммиака образуется жёлтый осадок сульфата гексаамминкобальта(II)^[4]:

{\mathsf {CoSO_{4}\ +\ 6(NH_{3}\cdot H_{2}O)\ \longrightarrow \ [Co(NH_{3})_{6}]SO_{4}\downarrow \ +\ 6H_{2}O}}

В сернокислых растворах сульфат кобальта(II) образует комплексные анионы, в частности анион дисульфатокобальтата(II)^[6]:

{\mathsf {CoSO_{4}\ +\ SO_{4}^{2-}\ \rightleftarrows \ [Co(SO_{4})_{2}]^{2-}}}

Образование соединений кобальта(III) править

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):

{\mathsf {2CoSO_{4}\ +\ O_{3}\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ Co_{2}(SO_{4})_{3}\ +\ O_{2}\uparrow \ +\ H_{2}O}}

При фторировании раствора сульфата кобальта(II) в 4N серной кислоте при 0 °C выпадает осадок 18-гидрата сульфата кобальта(III):

{\mathsf {2CoSO_{4}\ +\ H_{2}SO_{4}\ +\ 18H_{2}O\ +\ F_{2}\ \longrightarrow \ Co_{2}(SO_{4})_{3}\cdot 18H_{2}O\downarrow +\ 2HF}}

Электролиз править

При электролизе водного раствора сульфата кобальта(II) на катоде выделяется металлический кобальт, на аноде выделяется кислород:

{\mathsf {Co^{2+}\ +\ 2e^{-}\ \longrightarrow \ Co\downarrow }}

{\mathsf {2H_{2}O\ -\ 4e^{-}\ \longrightarrow \ O_{2}\uparrow \ +\ 4H^{+}}}

Данный процесс используется для гальванического покрытия других металлов кобальтом.

Получение править

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.

{\mathsf {CoO\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ CoSO_{4}\ +\ H_{2}O}}

{\mathsf {Co(OH)_{2}\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ CoSO_{4}\ +\ 2H_{2}O}}

CoCO3 + H2SO4 → H2O + CO2 + CoSO4

взаимодействием сульфида кобальта(II) с горячей концентрированной азотной кислотой^[4]:

{\mathsf {CoS\ +\ 8HNO_{3}\ \longrightarrow \ CoSO_{4}\ +\ 8NO_{2}\uparrow \ +\ 4H_{2}O}}

взаимодействием дисульфида(2−) кобальта(II) (минерал каттьеит) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой^[4]:

{\mathsf {Co(S_{2})\ +\ 6H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ CoSO_{4}\ +\ 7SO_{2}\uparrow \ +\ 6H_{2}O}}

{\mathsf {Co(S_{2})\ +\ 14HNO_{3}\ \longrightarrow \ CoSO_{4}\ +\ 14NO_{2}\uparrow \ +\ 6H_{2}O\ +\ H_{2}SO_{4}}}

Применение править

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 править

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 править

Сульфат кобальта(III)

Примечания править

↑ Аплоуит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
↑ Мурхаусит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
↑ Биберит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 120—121. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2.
↑ ¹ ² Лидин Р.А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2006. — С. 98, 460, 620. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ [www.xumuk.ru/encyklopedia/2035.html Сульфаты кобальта на xumuk.ru] (неопр.).

[1] Аплоуит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.

[2] Мурхаусит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.

[3] Биберит на webmineral.com (неопр.). Дата обращения: 27 июля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.

[lam1-4] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — С. 120—121. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2.

[lam2-5] ¹ ² Лидин Р.А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2006. — С. 98, 460, 620. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5.

[x-6] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ [www.xumuk.ru/encyklopedia/2035.html Сульфаты кобальта на xumuk.ru] (неопр.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]