COBALT
A.ĐƠN CHẤT
I.TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Coban là kim loại cứng, giòn có màu trắng xám và có tính sắt từ. Các hằng số vật lý quan trọng:

Nhiệt độ nóng chảy (°C)
Nhiệt độ sôi (°C)
Nhiệt thăng hoa (kJ/mol)
Tỉ khối
Độ cứng
Độ dẫn điện
Co
1495
3100
425
8,90
5,5
10
Coban có tám đồng vị từ 54Co đến 61Co nhưng chỉ có 59Co là đồng vị tự nhiên (100%). Số đồng vị còn lại đều là đồng vị phóng xạ trong đó bền nhất là 60Co có chu kỳ bán hủy là 5,2 năm và kém bền nhất là 54Co với chu kỳ bán rã là 0,18 giây. Đặc biệt đồng vị 60Co phóng xạ γ dùng trong y học để chiếu xạ các khối u ác tính và trong công nghiệp để phát hiện vết rạn và vết rỗ trong kim loại đúc.
Coban có hai dạng thù hình: α-Co có kiến trúc lục phương bền ở nhiệt độ dưới 417°C và β-Co có kiến trúc lập phương tâm diện bền ở nhiệt độ trên 417°C.

II.TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Coban là kim loại hoạt động trung bình, tác dụng được với nhiều đơn chất và hợp chất.
1.Với H2
Coban không phản ứng trực tiếp với hidro, nhưng ở trạng thái bột nhỏ và ở nhiệt độ cao sẽ hấp thụ lượng khá lớn (ở 1200°C, 100g Co hấp thụ được 5,46 cm3 H2). Coban điện phân hấp thụ kém, còn coban tấm hầu như không hấp thụ hidro.
Các hợp chất với hidro không có thành phần xác định và được điều chế bằng phương pháp gián tiếp tạo thành các hidrua bền như CoH, CoH2.
2.Với O2 và S
Ở điều kiện thường, coban bền với không khí nhưng ở nhiệt độ 300°C bị oxi hóa tạo ra CoO và ở 500°C tạo CO3O4:


Tác dụng với S khi đun nóng nhẹ tạo nên hợp chất khơng hợp thức có thành phần gần với CoS:

3.Với N2 và P:
Coban không phản ứng trực tiếp với N2, những hợp chất nitrua Co2N, Co3N, Co3N2 đều được điều chế bằng phương pháp gián tiếp và đều ít bền.
Tác dụng với photpho trong các ampun hàn tạo ra dung dịch rắn ứng với các hợp chất có thành phần Co2P, CoP, CoP3.
4.Với các halogen:
Coban phản ứng mạnh với halogen tạo ra hợp chất halogenua CoX2 (ngoại trừ với flo tạo ra hỗn hợp CoF2 + CoF3)

5.Với H2O:
Coban không bị nước ăn mòn ở nhiệt độ thường, nhưng khi cho hơi nước qua Co nung nóng đỏ sẽ khử được hơi nước tạo ra oxit và khí H2:

6.Với axit:
Với axit vô cơ loãng như HCl, H2SO4, HNO3… coban phản ứng trực tiếp với ion H3O+ nhưng phản ứng chậm và khó tan:

Với H2SO4 và HNO3 đặc nguội, Co bị thụ động hóa do tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp oxit trơ không tan trong axit. Khi đun nóng phản ứng xảy ra mạnh, phụ thuộc vào nhiệt độ:

7.Với kiềm:
Với dung dịch kiềm, ở điều kiện thường thực tế không tác dụng với coban. Tuy nhiên khi đun sôi có mặt của O2, Co tan dần:

8.Với dung dịch muối:
Coban khử được các ion kim loại Mn+ có thế điện cực cao hơn:


III.ĐIỀU CHẾ:
1.Coban tinh khiết được điều chế bằng cách dùng H2 để khử coban(II) oxit hoặc các oxit khác :

Khi nung đến 120°C quá trình khử đã bắt đầu xảy ra, đến 250°C thu được coban tự cháy. Nếu nung đến khoảng 400°C, sản phẩm thu được ở dạng bột hoàn toàn bền đối với không khí khô. Sản phẩm thu được phụ thuộc vào nhiệt độ: ở 450°C thu được dạng thù hình β-Co (mạng lập phương), ở nhiệt độ thấp hơn 450°C sẽ thu được dạng α-Co (mạng lục phương).
2.Ngoài ra, coban tinh khiết còn được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch CoSO4 trong nước với cực dương bằng thép không gỉ đã được xử lý bề mặt và cực âm bằng tấm chì tinh khiết. Sản phẩm thu được có chứa 99,1% - 99,2% coban, tạp chất còn lại là niken.
3.Trong công nghiệp, người ta đốt cháy cobantin (CoAsS) để chuyển các kim loại trong đó thành oxit kim loại còn As và S thoát ra ngoài dưới dạng As2O3 và SO2. Chế hóa các oxit kim loại với dung dịch HCl để chuyển hóa chúng thành clorua. Sục khí Cl2 vào dung dịch clorua để chuyển hóa Fe(II) thành Fe(III) và trung hòa dung dịch bằng CaCO3 để Fe(OH)3 kết tủa. Nâng cao pH của dung dịch clorua còn lại và thêm clorua vôi đủ để oxi hóa Co(II) mà không oxi hóa Ni(II):

Nung kết tủa Co(OH)3 để được oxit rồi dung C và CO khử oxit:


Coban thu được ở dạng bột được ép lại và nấu chảy trong lò điện.
4.Ngoài các phương pháp đã nêu, coban còn có thể điều chế bằng phương pháp nhiệt nhôm thu được kim loại khối nóng chảy nhưng sản phẩm thu được không tinh khiết:


B.HỢP CHẤT CỦA COBALT
I.HỢP CHẤT CỦA Co(0)
Cấu tạo:
Coban octacacbonyl Co2(CO)8 là hợp chất hai nhân có tính nghịch từ. Trong đó nguyên tử coban tạo ra 6 liên kết δ: 4 liên kết δ tạo ra bởi bốn cặp electron của bốn phân tử CO đặt vào bốn obitan tự do của coban, liên kết δ thứ năm tạo ra từ một cặp electron d đặt vào obitan π của phân tử CO và liên kết giữa Co-Co tạo ra do sự ghép đôi bởi hai electron độc thân của hai nguyên tử coban:

Tính chất:
Co2(CO)8 là tinh thể có màu da cam, nóng chảy ở 51°C và trên 60°C bắt đầu phân hủy:


Tác dụng với H2 dưới áp suất thấp:

Tan trong rượu và ete, bị nước phân hủy:

Tác dụng với dung dịch kiềm theo phản ứng:

Điều chế:
Coban octacacbonyl được tạo ra khi đun nóng bột coban trong cacbon oxit ở 150 - 200°C và 250atm:


II.HỢP CHẤT CỦA Co(II)
1.Coban(II) oxit
Tính chất:
CoO là chất rắn màu lục dạng tinh thể lập phương kiểu NaCl với a(CoO) = 4,24A và tnc = 1810°C
Khi nung rất mạnh, tất cả các oxit của coban đều chuyển thành CoO và khi nung trong luồng khí H2 tất cả các oxit đó đều bị khử thành kim loại:


CoO là một oxit lưỡng tính không tan trong nước, tan dễ dàng trong cả dung dịch axit và dung dịch kiềm mạnh, đặc, nóng:


Điều chế:
CoO được tạo ra khi nung Co(OH)2, CoCO3 hay Co(NO3)2 trong khí trơ hoặc chân không:



Nếu nung trong không khí ở 400 – 500°C, CoO sẽ chuyển thành Co3O4.
Ứng dụng:
Nấu chảy cùng các oxit kim loại và oxit phi kim khác để tạo nên những hợp chất có màu.
Dùng làm chất xúc tác trong sàn xuất thủy tinh và gốm.
2.Coban(II) hidroxit
Tính chất:
Co(OH)2 là kết tủa không nhầy, màu hồng, không tan trong nước và bị oxi hóa chậm thành Co(OH)3 trong không khí:

Co(OH)2 là hidroxit lưỡng tính, dễ tan trong axit và dung dịch kiềm đặc, nóng:


Khi cho dung dịch amoniac dư tác dụng với Co(OH)2 tạo thành phức chất amoniacat:

Điều chế:
Coban(II) hidroxit được điều chế bằng cách cho muối Co(II) tác dụng với dung dịch kiềm mạnh :

Khi cho dung dịch kiềm tác dụng với muối Co(II) ban đầu sẽ tạo ra kết tủa của muối bazơ rồi mới tạo nên kết tủa hidroxit:

3.Muối coban(II)
a.Muối halogenua
Các muối halogenua của Co(II) ở điều kiện thường phần lớn đều kết tinh với sáu phân tử H2O (trừ florua ), dễ tan trong nước và trong rượu.
Ở trạng thái khan có màu khác nhau do chịu ảnh hưởng của anion:

F-
Cl-
Br-
I-
Co2+
đỏ nhạt
xanh nhạt
lục nhạt
đen
CoCl2 dạng khan là chất bột màu xanh lơ, hấp thụ mạnh hơi H2O tạo ra CoCl2.6H2O (tnc = 722°C) dễ tan trong nước. Khi muối CoCl2.6H2O bị mất một phần nước kết tinh sẽ kèm theo sự thay đổi màu sắc khá rõ rệt :

Khi cho H2O tác dụng lên CoCl2 khan sẽ xảy ra quá trình ngược lại. Lợi dụng tính chất này, người ta dùng CoCl2 làm chất chỉ thị độ ẩm trong silicagel và trong các ẩm kế.
Các halogenua CoX2 có thể điều chế trực tiếp từ các đơn chất, trừ CoF2 được điều chế bằng cách cho coban(II) cacbonat tác dụng với axit tương ứng :



b.Muối sunfat
CoSO4 là chất dạng tinh thể màu hồng, không bị biến đổi trong không khí, nhưng khi nung mạnh sẽ mất nước kết tinh trở thành dạng CoSO4 khan và sau đó bị phân hủy thành Co3O4 :

CoSO4 dễ tan trong nước nhưng không tan trong rượu. Trong dung dịch nước ở 40 - 50°C kết tinh thành dạng CoSO4.6H2O. Ngoài ra, Co(II) sunfat còn tạo thành muối kép với kim loại kiềm và amoni như (NH4)SO4.CoSO4.6H2O màu đỏ hoặc dạng muối bazơ CoSO4.3Co(OH)2 màu xanh, 2CoSO4.3Co(OH)2.5H2O màu tím.
CoSO4 được điều chế bằng cách cho kim loại, oxit hoặc hidroxit tương ứng tác dụng với dung dịch H2SO4:

4. Phức chất của coban(II)
Số phối trí trong phức Co(II) là 6 và 4 ứng với cấu hình bát diện và tứ diện. Số phối trí 6 của coban trong các phức spin cao như [Co(OH)2]62+, [Co(H2O)6]2+, [CoF6]4- hoặc trong các phức spin thấp [Co(CN)6]4-, [Co(NO2)6]4-.... đều có cấu trúc dạng NaCl. Một số phức tứ diện ứng với số phối trí 4 như [CoCl4]2-, [CoBr4]2-, [Co(NCS)4]2-.
Đa số các hợp chất của Co(II) đều có tính thuận từ. Phức bát diện của Co(II) có màu đỏ hồng còn phức tứ diện có màu xanh lam. Giữa cấu hình bát diện và cấu hình tứ diện dễ biến đổi qua lại là do độ bền giữa hai nhóm phức chất này khác nhau rất ít.

III.HỢP CHẤT CỦA Co(III)
1.Coban(III) oxit
a.Oxit Co2O3
Tính chất:
Co2O3 là chất bột màu đen, không tan trong nước. Khi nung đến gần 600°C sẽ tạo thành CoO4, ở 1300°C phân hủy tiếp tạo ra 4CoO.Co2O3 và cuối cùng là CoO :


Bị khử bởi hidro tạo thành kim loại :

Co2O3 là chất oxi hóa mạnh, tác dụng với HCl và H2SO4 tạo ra khí O2 và SO2:


Điều chế:
Coban(III) oxit được điều chế bằng cách nhiệt phân Co(NO3)2 :

Dạng tinh khiết được điều chế bằng cách nung Co(OH)2 bằng lò điện ở 350 - 370°C trong chén sứ:

Để có sản phẩm thật tinh khiết người ta đã dùng phản ứng sau:


b.Oxit hỗn hợp Co3O4
Tính chất:
Trong tinh thể Co3O4, ion Co2+ chiếm lỗ trống tứ diện và ion Co3+ chiếm lỗ trống bát diện, nghĩa là oxit hỗn hợp có công thức .
Co3O4 là chất bột màu đen, phân hủy ở 940°C, bị H2 khử thành kim loại khi nung nóng:

Tác dụng với axit HCl chỉ tạo ra muối Co(II) và giải phóng khí Cl2:

Điều chế:
Co3O4 được tạo ra khi nung coban(II) nitrat hoặc nung CoO trong không khí:


2.Coban(III) hidroxit
Tính chất:
Co(III) hidroxit là chất bột màu nâu đen, không tan trong nước (Tt = 4.10-45) và dung dịch NH3, tan trong axit tạo thành muối Co(III) và trong kiềm đặc, dư tạo ra muối hidroxo:


Điều chế:
Co(OH)3 tạo ra khi oxi hóa Co(OH)2 trong không khí hoặc oxi hóa nhanh các muối Co(II) khi cho tác dụng với các chất như NaOCl, Cl2, Br2, H2O:


3.Muối coban(III)
Trừ các oxit và phức chất của Co(III), nói chung các muối Co(III) đều kém bền và có tính oxi hóa.
a.Coban(III) florua
CoF3 là chất dạng tinh thể màu nâu, phân hủy trên 400°C nên được dùng để điều chế F2 trong phòng thí nghiệm:

Khi đun nóng với các kim loại Na, Mg, Zn, Al, Cu… CoF3 sẽ bị khử đến kim loại. Nó cũng bị nước phân hủy nhưng người ta đã tách được những hidrat CoF3.3,5H2O ở dạng bột màu lục khi điện phân dung dịch muối coban(II) trong dung dịch HF 40%.
CoF3 có thể điều chế khi cho khí F2 tác dụng với CoF2 hay CoCl2 ở 300 – 400°C
b.Coban(III) sunfat
Co2(SO4)3.18H2O là chất dạng tinh thể hình kim màu lục, phân hủy nước giải phóng khí O2:

Trong dung dịch H2SO4 loãng và lạnh, hidrat đó tan không phân hủy. Với muối sunfat kim loại kiềm hay amoni sẽ tạo nên phèn MCo(SO4)2.12H2O là những tinh thể bát diện màu xanh, ít tan trong nước và bền trong không khí khô.
Co2(SO4)3.18H2O được tạo nên khi điện phân dung dịch CoSO4 trong H2SO4 40% ở 0°C
4.Phức chất của coban(III)
Hầu hết phức chất của Co(III) có cấu hình bát diện, rất hiếm gặp phức chất tứ diện. Tất cả những ion phức bát diện như [Co(NH3)6]3+, [Co(CN)6]3-, [Co(NO2)6]3- đều nghịch từ trừ một ngoại lệ duy nhất là ion thuận từ [CoF6]3- với 4e độc thân.
Ion Co3+ có ái lực đặc biệt mạnh với các phối tử chứa nitơ như NH3, en, edta, NCS-… Phức chất Co(III) bền hơn phức chất Co(II).
a.Kali cobantixianua
K3[Co(CN)6 là những tinh thể màu vàng, thu được khi cho muối Co(II) tác dụng với KCN trong điều kiện có chất oxi hóa:

Nếu muối đó tác dụng với HNO3 hay H2SO4 sẽ thu được tinh thể không màu là axit cobantixianhidric :

K3[Co(CN)6] tác dụng với CuSO4 để tạo ra kết tủa màu xanh là Cu3[Co(CN)6]2. Sau đó cho phân hủy với H2S:


b.Natri hexanitrocobantat
Na3[Co(NO2)6] là chất bột màu vàng, tan trong nước, được dùng để định lượng K+, Rb+ và Cs+ do tạo được những kết tủa màu vàng M3[Co(NO2)6] với những ion này.
Natri hexanitrocobantat được điều chế bằng tác dụng của muối coban(II) với dung dịch đặc của NaNO2 và 50% CH3COOH:

"Co(III) hidroxit là chất bột màu nâu đen, không tan trong nước (Tt = 4.10-45) và dung dịch NH3, tan trong axit tạo thành muối Co(III) và trong kiềm đặc, dư tạo ra muối hidroxo."


Liệu nó có tan trong dd NH3 đậm đặc dư không? Vì dd NH3 cũng là kiềm (theo nghĩa làm giấy quỳ tím chuyển thành màu đỏ).


Rất mong nhận được câu trà lời từ mọi người.

Xin cám ơn rất nhiều.

Thành viên mới.

"Khi cho dung dịch amoniac dư tác dụng với Co(OH)2 tạo thành phức chất amoniacat"

amoniacat có giống với phức đồng hay các loại khác không?
Tính chất của phức chất này là gì?

Có thể đây là một câu hỏi đơn giản nhưng vì tôi chưa biết câu trà lời nên rất mong nhận được phản hồi từ các bạn đọc.
Xin cám ơn.

Jaeatnguyen.