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.

Сульфат кобальта​(II)​
Общие
Систематическое наименование	Сульфат кобальта​(II)​
Традиционные названия	Кобальтовый купорос, красный купорос
Хим. формула	CoSO4
Физические свойства
Молярная масса	безводный: 155,00 г/моль моногидрат: 173,01 г/моль гексагидрат: 263,09 г/моль гептагидрат: 281,10 г/моль
Плотность	безводный: 3,71 г/см3 моногидрат: 3,075 г/см3 гексагидрат: 2,029 г/см3 гептагидрат: 1,948 г/см³
Термические свойства
Температура
• разложения	600—700 °C
Фазовые переходы	440 °C (ромб. → монокл.)
Энтальпия
• образования	безводный: −889 кДж/моль гептагидрат: −2980 кДж/моль
• растворения	безводный: −77 кДж/моль гептагидрат: +2014 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	36,3 г/100 мл
Структура
Кристаллическая структура	ромбическая (безводный) моноклинная (гидраты)
Классификация
Рег. номер CAS	безводный: 10124-43-3 моногидрат: 13455-64-0 гептагидрат: 10026-24-1
PubChem	24965
Рег. номер EINECS	233-334-2
SMILES	[O-]S(=O)(=O)[O-].[Co+2]
InChI	InChI=1S/Co.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L
ChEBI	53470
ChemSpider	23338
Безопасность
ЛД50	582 мг/кг (гептагидрат)
Фразы риска (R)	R49; R22; R42/43; R50/53
Фразы безопасности (S)	S22; S53; S45; S60; S61
Краткие характер. опасности (H)	H302, H317, H334, H410, H350
Меры предостор. (P)	P201, P261, P273, P280, P308+P313, P501
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Сульфат кобальта гептагидрат

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

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

Химические свойства

Разложение

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

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

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

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

Гидролиз

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

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

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

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

Обменные реакции в растворе

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

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

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

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

${\displaystyle {\mathsf {Co_{4}SO_{4}(OH)_{6}\cdot 4H_{2}O}}}$ голубого цвета;

${\displaystyle {\mathsf {Co_{2}SO_{4}(OH)_{2}\cdot 2H_{2}O}}}$ синего цвета;

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

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

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

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

• 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

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

образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария

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

Образование комплексных соединений

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

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

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

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

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):

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

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

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

Электролиз

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

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

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

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^[6]: В концентрированной горячей серной кислоте растворение оксидов кобальта идет быстрее.

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

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

CoCO3 + H2SO4 → H2O + CO2 + CoSO4

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

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

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

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

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

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

Сульфат кобальта(III)