Кобальт — химический элемент с символом Co и атомным номером 27. Он встречается в земной коре только в химически связанной форме, за исключением небольших месторождений, обнаруженных в сплавах природного метеоритного железа. Свободный элемент, получаемый путем восстановительной плавки, представляет собой твердый, блестящий, серебристо-серый металл.
Синие пигменты на основе кобальта использовались с древних времен для ювелирных изделий и красок, а также для витражей. Кобальтовое стекло имеет синий цвет. Оксид кобальта и алюминия (CoAl2O4) используется в синих тонах для стекольной и керамической промышленности. Соли кобальта дают насыщенный синий цвет. Кобальтовый синий в неочищенных формах долгое время использовался в китайском фарфоре. Луи Леопольд Казелла создал французскую версию в 1802 году.
Так является ли кобальт на самом деле черным или синим? Ответ кроется в его химических и физических свойствах. Здесь мы рассмотрим цвета и области применения кобальта.
Кобальт обычно встречается в двух степенях окисления: +2 (соединения кобальта) и +3 (соединения кобальта). В водном растворе простые соли кобальта(II) образуют розовый ион [Co(H2O)6]2+. Добавление хлорида дает синий [CoCl4]2-. Большие количества хлорида дают комплекс кобальта(II) [CoCl6]3-.
Некоторые комплексы кобальта(III) имеют характерные цвета. Кобальт(III) образует многочисленные координационные соединения, или комплексы. Комплексы иона кобальта(III) с лигандами сильного поля, как правило, парамагнитны, а октаэдрические комплексы кобальта(III) неизменно являются высокоспиновыми, поскольку расщепление кристаллическим полем слабое по сравнению с парным расщеплением. Катион гексааквакобальта(III), [Co(H2O)6]3+, имеет фиолетовый цвет.
Вот сводка распространенных комплексов кобальта и их цветов:
| Комплекс | Цвет |
|---|---|
| [Co(H2O)6]2+ | Розовый |
| [CoCl4]2- | Синий |
| [CoCl6]3- | Синий |
| [Co(H2O)6]3+ | Фиолетовый |
Как было показано выше, кобальт обычно образует синий и фиолетовые комплексы в растворе. Но цвет твердого металлического кобальта зависит от таких факторов, как чистота и оксидные слои.
Чистый кобальт не встречается в природе. Обычно его находят в смеси с мышьяком и серой. Добыча кобальта напоминает добычу меди и никеля. Его очищают путем плавки и электролиза.
Чистый кобальт серебристо-серый и блестящий, когда только что выдержан на воздухе. Но он тускнеет и приобретает серовато-черный цвет. Тусклость вызвана оксидными слоями, образующимися на поверхности. Это придает кобальту черноватый вид с течением времени.
Но полированная поверхность кобальта может иметь синий оттенок. При рассмотрении под микроскопом чистый кобальт имеет отчетливый синий цвет. Это вызвано специфическим поглощением и отражением световых волн кристаллической решеткой металлического кобальта.
Поэтому кобальт выглядит черновато-серым в объемной твердой форме. Но он имеет базовый синий цвет, видимый при увеличении или в тонких слоях. Это придает кобальту двойной черный и синий металлический цвет.
Оксид кобальта образуется во время коррозии. Оксид кобальта(II) (CoO) принимает кристаллическую структуру каменной соли, которая имеет характерный сине-зеленый цвет. Это является еще одним источником синего цвета кобальта.
Гексагидрат хлорида кобальта (CoCl2•6H2O) является одним из наиболее часто используемых соединений кобальта. Он растворяется в воде, давая характерный глубокий синий цвет. Этот синий цвет объясняется ионом [Co(H2O)6]2+.
Ярко-синий алюминат кобальта (CoAl2O4) широко используется в фарфоровых глазурях. При прокаливании до 900 °C алюминат кобальта образует синее твердое вещество со структурой корунда. Этот синий пигмент использовался в китайских фарфоровых глазурях со времен династии Тан.
Силикат кобальта (Co2SiO4) дает характерный сине-зеленый кристалл со структурой оливина. Легированный никелем алюминат и силикат кобальта дают более темные синие цвета. Кобальтовые пигменты на основе этих соединений ценятся за их превосходную термическую стабильность.
Кобальт использовался для производства синего стекла и глазури с древних времен. Но очищенная и концентрированная форма возникла в 19 веке с двумя основными кобальтовыми синими пигментами:
Синий Тенара: это оксид алюминия кобальта (II) (CoAl2O4), полученный путем прокаливания сульфата кобальта и глинозема при 1000-1100 °C. Он обладает превосходной термической стабильностью и устойчивостью к атмосферным воздействиям. Синий цвет возникает из-за тетраэдрически координированных ионов Co2+ в структуре шпинели. Более зеленый оттенок достигается путем замены ионов никеля на некоторые ионы кобальта.
Кобальтовый синий: этот пигмент представляет собой оксид кобальта(II)-оксид алюминия (CoO·Al2O3), полученный путем прокаливания солей кобальта и алюминия до 950 °C. Синий цвет возникает из-за небольших зерен CoO, диспергированных в матрице оксида алюминия. Он имеет более светлые тона по сравнению с синим Тенара.
Эти кобальтовые синие пигменты достигли высокого уровня чистоты с интенсивным синим оттенком. Их введение привело к тому, что кобальтовый синий стал преобладающим цветом в фарфоре, стеклянной посуде и других средах.
Добавление соединений кобальта придает стеклу и керамике характерную глубокую синюю окраску. Кобальтовое синее стекло производилось со времен Древнего Египта и Рима для окрашивания ювелирных изделий и украшений. Из кобальтового стекла также получают синие витражи.
Основным современным синим красителем для стекла является оксид кобальта (II) - глинозем (CoO·Al2O3). Соединения алюмината кобальта (CoAl2O4) и силиката кобальта (Co2SiO4) также используются для окрашивания стекла. Синий цвет возникает из-за тетраэдрических структурных единиц [CoO4].
Кобальтовый синий известен своей стабильностью в расплавленном стекле. Цвет сохраняется даже при воздействии температур расплавленного стекла около 1000 °C. Эта термостойкость делает кобальт необходимым для получения синих цветов в стеклянных изделиях.
Добавление марганца дает стекло цвета фиолетового аметиста. Никель делает синий цвет более зеленоватым. Кобальтовое синее стекло используется для цветных бутылок и столовой посуды. Он также распространен в художественном стекле и студийных стеклянных изделиях.
В керамике кобальтовый синий широко используется в качестве пигмента в синих глазурях для керамики. В китайском фарфоре кобальтовые синие глазури использовались с 14 века. Алюминат кобальта дает лучший синий цвет для высокотемпературных фарфоровых глазурей. Кобальтовый синий также используется в синих фризах и архитектурной плитке.
Кобальтовые синие пигменты используются в чернилах и красках. Кобальтовый синий имеет более теплый и приглушенный тон по сравнению с более холодным ультрамариновым синим. Это дает более натуралистичный эффект для пейзажей и морских пейзажей.
В кобальтовых акварелях используются кобальтовые алюминатные или фосфатные пигменты из-за их стойкости и высокой тонирующей способности. Масляные краски кобальтового синего появились несколько столетий назад и использовались такими старыми мастерами, как Рембрандт. Современные краски кобальтового синего используют наночастицы для повышения непрозрачности и глубины цвета.
Кобальтовый синий подходит для смешивания с желтыми, красными, зелеными и фиолетовыми цветами. Он популярен для монохромных синих картин. Кобальтовый синий также необходим для смешивания нейтральных серых и черных цветов.
Кобальтовый синий обладает превосходной светостойкостью. Но он подвержен воздействию щелочей, поэтому требует покрытия, устойчивого к кислотам. Чернила и красители кобальтового синего используются для текстильной печати, цветного фотокопирования и чернил для ручек. Синий цвет придают соли или комплексы кобальта(II).
Подводя итог, можно сказать, что кобальт проявляет как черные, так и синие цветовые свойства:
– Металлический кобальт имеет серовато-черный вид из поверхностных оксидных слоев, но синий при увеличении.
– Образуются синие соединения кобальта, включая соли кобальта(II), оксид кобальта(II) и алюминат кобальта.
– Синие кобальтовые пигменты и кобальтовое синее стекло произвели революцию в использовании синих цветов с 19 века.
Таким образом, хотя кобальт может казаться черноватым в основной форме, его сущность — это отличительный синий цвет от его комплексов. Черный и синий цвета кобальта возникают из схожего происхождения — катиона кобальта и его электронных конфигураций. Эта дихотомия делает кобальт как черным, так и синим.