Новости Нефтегазовая пром.
Выставки Наука и технология


Сульфат кобальта II

Сульфат кобальта II


Сульфат кобальта (II)

Сульфат кобальта II
Систематическое названиеСульфат кобальта II
Другие названияКобальтовый купорос, красный купорос
Химическая формулаCoSO4
Внешний видКристаллическое вещество от розового (безводный) до красного (гептагидрат) цвета
Молярная массабезводный: 155,00 г/моль
моногидрат: 173,01 г/моль
гексагидрат: 263,09 г/моль
гептагидрат: 281,10 г/моль
Температура разложения600—700 °C
Фазовые переходы440 °C (ромб. → монокл.)
Плотностьбезводный: 3,71 г/см3
моногидрат: 3,075 г/см3
гексагидрат: 2,029 г/см3
гептагидрат: 1,948 г/см³
Растворимость в воде36,3 г/100 мл
LD50582 мг/кг (гептагидрат)
Кристаллическая решёткаромбическая (безводный)
моноклинная (гидраты)
Стандартная энтальпия образованиябезводный: −889 кДж/моль
гептагидрат: −2980 кДж/моль
Энтальпия растворениябезводный: −77 кДж/моль
гептагидрат: +2014 кДж/моль
Стандартная молярная энтропиябезводный: +118 Дж/(К·моль)
гептагидрат: +406 Дж/(К·моль)
Стандартная энергия образования Гиббсабезводный: −784 кДж/моль
гептагидрат: −2473 кДж/моль
Регистрационный номер CASбезводный: 10124-43-3
моногидрат: 13455-64-0
гептагидрат: 10026-24-1
ГОСТГОСТ 4462-78
Регистрационный номер EC233-334-2
PubChem24965
H-фразыH302; H317; H334; H410; H350i
P-фразыP201; P261; P273; P280; P308 + P313; P501
Символы опасности

Символы опасности СГС

Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Сульфат кобальта 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.

Сульфат кобальта (II)

Нахождение в природе

Сульфат кобальта II встречается в природе в виде минералов аплоуита, мурхаусита и биберита. Основные свойства этих минералов представлены в таблице.


АплоуитМурхауситБиберит
СоставCo0.6Mn2+0.3Ni0.1SO4·4H2OCo0.6Ni0.3Mn2+0.1SO4·6H2OCoSO4·7H2O
Цветрозовыйрозовыйрозово-красный
Сингониямоноклиннаямоноклиннаямоноклинная
Плотность, г/см³2,331,971,9
Твердость
по Моосу
32,52

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.

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.

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.

  • Гептагидрат  CoSO4 ⋅ 7H2O   — 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  CoSO4 ⋅ 6H2 — оранжево-красные кристаллы с моноклинной сингонией.
  • Моногидрат  CoSO4 ⋅ H2 — розовые кристаллы с моноклинной сингонией.

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


Сульфат кобальта (II)

Химические свойства

Разложение

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

 3CoSO4 →600−700∘C  (CoIICo2III)O4 + 3SO2 + O2

Гидролиз

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

 CoSO4 + 6H2O ⟶   [Co(H2O)6]2+  +  SO42−

Катион гексааквакобальта II обратимо гидролизуется, давая кислую среду:

 [Co(H2O)6]2+  + H2O ⇄   [Co(H2O)5(OH)]+ + H3O+ ,pKa = 8,90

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:
 CoSO4   +   2NaOH ⟶  Na2SO4 + Co(OH)2
с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта II различного состава, в частности:
 Co4SO4(OH)6 ⋅ 4H2O   голубого цвета;
 Co2SO4(OH)2 ⋅ 2H2O   синего цвета;
 Co5(SO4)2(OH)6 ⋅ 5H2 фиолетового цвета.
  • При взаимодействии концентрированного раствора сульфата кобальта II с насыщенными растворами сульфатов ряда щелочных металлов или аммония образуется осадок двойных солей (шёнитов):
 CoSO4 + M2SO4 + 6H2O ⟶  M2Co(SO4)2 ⋅ 6H2O↓   ,   (M = K, Rb, Cs, NH4)
  • При взаимодействии раствора сульфата кобальта (II) с растворами ортофосфатов или арсенатов щелочных металлов выпадает осадок соответствующих солей кобальта II:
 3CoSO4 + 2Na3EO4 + 8H2O ⟶  Co3(EO4)2 ⋅ 8H2O↓ + 3Na2SO4 ,  (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
 2CoSO4 + 2NH4HS ⟶  2CoS↓ + (NH4)2SO4 + H2SO4
образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария
 CoSO4 + Ba(NO3)2 ⟶  Co(NO3)2 + BaSO4

Образование комплексных соединений

  • При взаимодействии сульфата кобальта II с концентрированным гидратом аммиака образуется жёлтый осадок сульфата гексаамминкобальта II:
 CoSO4 + 6(NH3 ⋅ H2O) ⟶  [Co(NH3)6]SO4↓ + 6H2O
  • В сернокислых растворах сульфат кобальта II образует комплексные анионы, в частности анион дисульфатокобальтата(II):
 CoSO4 + SO42−   ⇄   [Co(SO4)2]2−

Образование соединений кобальта(III)

Сульфат кобальта II окисляется до соединений кобальта III при действии сильных окислителей.

  • При озонировании раствора сульфата кобальта II в серной кислоте образуется раствор сульфата кобальта(III):
 2CoSO4 + O3 + H2SO4 ⟶  Co2(SO4)3 + O2↑ + H2O
  • При фторировании раствора сульфата кобальта II в 4N серной кислоте при 0 °C выпадает осадок 18-гидрата сульфата кобальта(III):
 2CoSO4 + H2SO4 + 18H2O + F2 ⟶  Co2(SO4)3 ⋅ 18H2O↓ + 2HF

Электролиз

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

 Co2+ + 2e ⟶  Co↓
 2H2O −  4e ⟶  O2↑ + 4H+

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:
 CoO + H2SO4 ⟶  CoSO4 + H2O
 Co(OH)2 + H2SO4 ⟶  CoSO4 + 2H2O
  • взаимодействием сульфида кобальта II с горячей концентрированной азотной кислотой:
 CoS + 8HNO3 ⟶  CoSO4 + 8NO2↑ + 4H2O
  • взаимодействием дисульфида(2−) кобальта II (минерал каттьеит) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой:
 Co(S2) + 6H2SO4 ⟶  CoSO4 + 7SO2↑ + 6H2O
 Co(S2) + 14HNO3 ⟶  CoSO4 + 14NO2↑ + 6H2O + H2SO4

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.

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

Сульфат кобальта III