Grupa 9 – Kobaltowce

Kobalt

Kobalt jest stalowoszarym, ferromagnetycznym metalem przejściowym. Pierwiastek ten tworzy dwie odmiany alotropowe. Przypomina właściwościami żelazo ma jednakże niższe temperatury topnienia i wrzenia, i wyższą temperaturę Curie. Wytrzymałością i twardością przewyższa stal. Jego właściwości fizyczne w dużej mierze zależą od zanieczyszczeń. W pokojowej temperaturze jest odporny na działanie powietrza, ponieważ pokrywa się ochronną warstwą tlenków. Z niemetalami reaguje dopiero po silnym podgrzaniu. Jest stosunkowo odporny na działanie kwasów utleniających. Rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach azotowym i siarkowym. Tworzy związki głównie na +2 stopniu utlenienia. Zawartość kobaltu w skorupie ziemskiej wynosi 0,0025% wag. Towarzyszy on często rudom niklu w postaci związków z arsenem i siarką. Głównymi minerałami kobaltu są: smaltyn CoAs₂ i kobaltyn CoAsS. Istnieje wiele metod otrzymywania kobaltu, w zależności od rudy będącej jego źródłem. Są one kombinacją metod chemicznych, termicznego wyprażania oraz elektrolizy z redukowaniem węglem lub wodorem. Czysty kobalt otrzymuje się poprzez redukcję wodorem. Naturalnym izotopem kobaltu jest ⁵⁹Co, który przekształcony w reaktorze w ⁶⁰Co, używany jest jako źródło promieniowania gamma zwane bombą kobaltową. Wykorzystywane jest ono w badaniach naukowych, w technice i lecznictwie. Kobalt jest także ważnym składnikiem stali zwiększając jej wytrzymałość (stop zwany widią jest jednym z najtwardszych istniejących stopów metali) i trwałość wykonanych z niej magnesów. Stopy z kobaltem wykazują dużą odporność na wysoką temperaturę i są często wykorzystywane w turbinach silników lotniczych. Metal ten znalazł także zastosowanie jako katalizator. Kobalt tworzy szereg barwnych związków często używanych jako barwniki oraz odczynniki chemii analitycznej do wykrywania innych pierwiastków. Tlenek kobaltu(II) (CoO) jest składnikiem szkła kobaltowego i pigmentem. Chlorek kobaltu(II) (CoCl₂) jest używany jako wskaźnik wilgotności. Fluorek kobaltu(II) (CoF₂) jest dobrym środkiem fluorującym.

Związki kobaltu:

tlenek kobaltu(II) – CoO – wykazuje odstępstwa od stechiometrii odznaczające się niedoborem metalu. Zachowanie obojętności związku jest możliwe dzięki obecności w sieci krystalicznej atomów Co⁺³. Skład tlenku kobaltu można wyrazić wzorem: Co^II_1-3xCo^III_2xO. Preparaty o składzie stechiometrycznym można otrzymać przez rozkład wodorotlenków  lub węglanów kobaltu(II) w próżni. Otrzymany tlenek kobaltu ma barwę oliwkową. Preparaty zawierające nadmiar tlenu mają barwę brunatnoszarą do czarnej. Są one rozpuszczalne we wrzącym kwasie solnym. Stapiając tlenek kobaltu z tlenkiem glinu otrzymuje się niebieski CoAl₂O₄ zwany błękitem Thenarda; stapiany z ZnO daje zieleń Rinmanna. Natomiast stapiany z sodą i krzemionką daje ciemnogranatowe szkliwo zwane smaltą.
wodorotlenek kobaltu(II) – Co(OH)₂ – strąca się pod działaniem NaOH z roztworów soli. Tworzy niebieski osad, który pozostając w kontakcie z roztworem przybiera barwę różową. Pod wpływem tlenu atmosferycznego powoli utlenia się do wodorotlenku kobaltu(III) w kolorze brunatnym. Pod działaniem utleniaczy powstaje czarny uwodniony tlenek CoO₂·xH₂O. W trakcie odwadniania powstaje jedyny wyższy trwały tlenek kobaltu Co₃O₄ barwy czarnej.
siarczek kobaltu(II) – CoS – strąca się z roztworów soli kobaltu(II) zakwaszonych kwasem octowym pod wpływem siarkowodoru w postaci czarnych osadów. W obecności powietrza siarczek ten przechodzi w związek niestechiometryczny zawierający nadmiar siarki.
chlorek kobaltu(II) – CoCl₂ – bezwodny związek powstaje w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków. Ma barwę bladoniebieską. Związek uwodniony (sześciowodny) jest różowy. Odwadniany przechodzi w niższe hydraty o barwie niebieskiej.
siarczan(VI) kobaltu(II) – CoSO₄ – z roztworów wodnych wydziela się jako siedmiowodna sól o barwie czerwonej. W podwyższonej temperaturze traci jedną cząsteczkę wody przechodząc w sól sześciowodną. Tworzy sole podwójne z siarczanem amonowym (NH₄)₂SO₄·CoSO₄·6H₂O.
azotan(V) kobaltu(II) – Co(NO₃)₂ – tworzy, w temperaturze pokojowej, sześciohydrat o barwie różowej. Ogrzewany traci wodę a następnie ulega rozkładowi do tlenku.
węglan kobaltu(II) – CoCO₃ – obojętny węglan kobaltu(II) daje się otrzymać w wyniku strącania z roztworu soli nasyconego dwutlenkiem węgla. W innych przypadkach powstaje węglan zasadowy.

Rod

Rod jest miękkim, ciągliwym, srebrzystobiałym metalem przejściowym zaliczanym do podgrupy platynowców. Jest bardzo odporny chemicznie, nie rozpuszcza się w większości zwykłych kwasów łącznie z wodą królewską. W przeciwieństwie do innych platynowców nie posiada zdolności pochłaniania gazów. Pierwiastek ten występuje głównie w stanie wolnym towarzysząc innym platynowcom. Występuje razem z siarczkowymi rudami żelaza, chromu i niklu. Zawartość w skorupie ziemskiej 1·10^–7% wag. Rod razem z innymi platynowcami jest produktem ubocznym oczyszczania głównego składnika rudy (żelazo, nikiel itd.). Mieszaninę stopów (Os, Ir, Rh, Ru) rozdziela się działając kwasami (różnice w rozpuszczalności w kwasach), wykorzystując różnice w podatności na utlenianie i rozpuszczalności soli kompleksowych. Używany jest najczęściej jako składnik stopów z platyną (zwiększa wytrzymałość). Stopy te wykorzystywane są w narzędziach laboratoryjnych, jako termopary, a także w elektrotechnice jako elektrody, styki i uzwojenia. Rod jest również ważnym katalizatorem w chemii organicznej i nieorganicznej (synteza HNO₃, H₂SO₄). Wytwarza się z niego powierzchnie bardzo dobrze odbijających luster. Wykorzystuje się go w jubilerstwie, gdzie często towarzyszy srebru. Mieszanina tlenku rodu(III) (Rh₂O₃) i rozdrobnionego metalu jest katalizatorem. Przy produkcji porcelany pełni rolę czarnego barwnika.

Związki rodu:

halogenki – rod z fluorowcami tworzy nietrwałe związki na stopniach utlenienia od +3 do +6. Czarny fluorek rodu(VI) reaguje gwałtownie ze szkłem w temperaturze pokojowej RhF₆ w temperaturze 400°C ulega rozkładowi do fluorku rodu(V) występujące w postaci tetrameru barwy ciemnoczerwonej. Czerwony RhF₃ nie ulega hydrolizie. Na +3 stopniu utlenienia rod tworzy czerwone chlorek i bromek, które są nierozpuszczalne w wodzie. Bromek rodu(III) można otrzymać w wyniku reakcji pomiędzy pierwiastkami w temperaturze 300°C.

RhCl₃·nH₂O – ciemnoczerwony, higroskopijny związek otrzymywany przez odparowanie gorących roztworów Rh₂O₃  w kwasie solnym

tlenki – 

Rh₂O₃ – brunatne ciało stałe o strukturze korundu; jest trwały do temperatury 1000°C; powstaje w wyniku ogrzewania rodu lub chlorku rodu(III) z tlenem w temperaturze 600°C

RhO – czarny; otrzymywany w wyniku utleniania  Rh₂O₃ pod ciśnieniem w temperaturze 800°C

Rh₂O₃·5H₂O – uwodniony tlenek rodu(III) powstaje w wyniku wprowadzenia jonów wodorotlenowych do roztworów soli rodu; utlenia się do RhO₂·nH₂O

Rh(H₂O)₆]³⁺ – akwojony rodu(III) w roztworach wykazują odczyn kwaśny: [Rh(H₂O)₆]³⁺ + H₂O ↔ [Rh(H₂O)₆(OH)]²⁺ + H₃O⁺

Iryd

Iryd jest białym, błyszczącym, bardzo twardym metalem przejściowym. Iryd jest jednym z najbardziej odpornych chemicznie pierwiastków. Nie rozpuszcza się nawet w wodzie królewskiej. Tworzy trój i czterowartościowe sole. Ma jedną z największych gęstości ze wszystkich pierwiastków (ponad 22 g/cm ). Jest bardzo rzadki. Występuje głównie w stanie wolnym towarzysząc platynie. W wierzchniej warstwie skorupy ziemskiej (litosfera, hydrosfera, atmosfera) zajmuje pod względem występowania (procenty wagowe) okolice 75 miejsca. Iryd jest produktem ubocznym procesu pozyskiwania niklu. Używany jest głównie w postaci stopu z platyną (tzw. platyniryd) i z osmem (tzw. osmiryd). Dodany do platyny (10% irydu - 90% platyny) znacznie zwiększa jej twardość. Stopy o większej zawartości irydu używane są do produkcji narzędzi precyzyjnych (chirurgiczne) i innych elementów, dla których trwałość i odporność są najważniejsze. Pierwiastek służy do produkcji standardowych odważników i jednostek długości (np. słynna jednostka metra we Francji).

Związki irydu:

 halogenki – termiczna trwałość halogenków irydu jest większa niż związków rodu z fluorowcami. Iryd tworzy fluorki na +6, +5 i +3 stopniu utlenienia. Żółty IrF₆ ma temperaturę topnienia 44şC, tetrameryczny fluorek irydu(IV) topi się w temperaturze 104°C. Chlorek IrCl₃ otrzymuje się z irydu metalicznego w reakcji z chlorem w temperaturze 450°C. Bromek i jodek irydu(III) mają barwę czerwoną i czerwonobrunatną. uwodnione halogenki irydu mają barwę zieloną i otrzymuje się je w wyniku rozpuszczenia uwodnionego tlenku irydu(III) w kwasach.

Na₂[IrCl₆] – czarna dobrze rozpuszczalna w wodzie sól sodowa otrzymywana przez chlorowanie mieszaniny proszku irydu z NaCl.

K₂IrF₆ – czerwone ciało stałe otrzymywane w reakcji KIrF₆ z KOH

H₂[IrCl₆]·6H₂O – jest produktem reakcji (NH₄)₂[IrCl₆] z wodą królewską; rozpuszczalny w eterze; w zależności od środowiska ulega redukcji do irydu(III) w środowisku zasadowym, a w kwasach utlenia się:

2Ir^IVCl₆³⁺ + H₂O ↔ 2Ir^IIICl₆²⁺ + ½O₂ + 2H⁺

tlenki – 

Ir₂O₃ – brunatne ciało o temperaturze rozkładu >400°C; zanieczyszczony związek powstaje w reakcji K₃[IrCl₆] z Na₂CO₃

IrO₂ – czarny; otrzymywany w bezpośredniej reakcji z pierwiastków; jest trwały do temperatury 1100°C