Сульфа́т ко́бальта(II) — неорганическое вещество с формулой CoSO ₄ , является солью двухвалентного кобальта и серной кислоты . Безводный сульфат кобальта(II) представляет собой кристаллическое вещество розового цвета. Гептагидрат сульфата кобальта(II) CoSO ₄ ·7H ₂ O 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

Сульфат кобальта(II) встречается в природе в виде минералов , и . Основные свойства этих минералов представлены в таблице.

	Аплоуит	Мурхаусит	Биберит
Состав	Co 0.6 Mn 2+ 0.3 Ni 0.1 SO 4 ·4H 2 O	Co 0.6 Ni 0.3 Mn 2+ 0.1 SO 4 ·6H 2 O	CoSO 4 ·7H 2 O
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 H ₂ O при 20 °C и 49,3 г/100 г H ₂ O 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-CoSO ₄ розового цвета, имеет ромбическую сингонию кристаллической решётки ( пространственная группа P nma, a = 0,671 нм, b = 0,845 нм, с = 0,465 нм, Z = 4).
• β-CoSO ₄ 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 ).

Кристаллогидраты

При осаждении из растворов и при поглощении влаги сульфат кобальта(II) образует ряд кристаллогидратов .

• Гептагидрат ${\displaystyle {\mathsf {CoSO_{4}\cdot 7H_{2}O}}}$ — красные кристаллы с моноклинной сингонией ( пространственная группа P 2 ₁ , 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) :

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

с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта(II) различного состава, в частности :

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

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

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

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

• 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) :

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

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

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

Образование соединений кобальта(III)

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

• 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 4 N 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 : 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 :

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

• взаимодействием дисульфида(2−) кобальта(II) (минерал ) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой :

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

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

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 .

Токсичность

Сульфат кобальта(II) является умеренно-токсичным веществом: LD ₅₀ 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: LC ₅₀ для дафний составляет 6 мг/л в течение 48 часов; IC ₅₀ для составляет 0,4 мг/л в течение 72 часов (данные приведены для безводного соединения).

См. также

Сульфат кобальта(III)

Примечания