Обикновен човек, който не е свързан с химията и медицината, като правило, има смътна представа за значението на кобалта за неговия живот и здраве. Друга причина, поради която ни е трудно да обясним какво е кобалт, е оскъдното му разпространение в природата. Само 0,004% - това е съдържанието му в земната кора. Металът и неговите съединения обаче се използват активно в металургията, селското стопанство и медицината. В нашата статия ще разширим разбирането си за ролята на кобалта в индустрията, както и ще се спрем на неговите функции в човешкото тяло.
Място на елемент в периодичната таблица
Какво място заема кобалтът в периодичната система? Свойствата на химичните елементи, включително метала, който разглеждаме, зависят от тяхното положение в таблицата на Д. И. Менделеев. Намира се в група VIII b (в кратката форма на таблицата - в желязната триада от група VIII). Подобно на желязото и никела, в неговия атом на последното енергийно ниво се намиратдва електрона, което показва, че металът принадлежи към d-елементите и определя основните му характеристики. Металът има две валентности - II и III. Характеризира се и с феномена алотропия, металните модификации могат да имат кубична или шестоъгълна структура.
Какво е кобалт?
Какви са физическите свойства на елемента? На външен вид това е метал с висока твърдост и магнитни свойства. Сребрист блясък, ковкост и термична стабилност са част от физическите характеристики на елемента, които са присъщи и на другите му два съседа в периодичната система – никел и желязо. Нито кислородът, нито водата действат върху кобалта при обикновени температури. Неговите съединения, като смалта, отдавна са известни като вещества, използвани за производството на сини витражи и цветна керамика.
Кобалтът е типичен метал, подобен по химични свойства на желязото. Какви са характеристиките на неговите оксиди, основи и соли?
Съединения на двувалентен и тривалентен кобалт
Способността за образуване на комплексни соли е основната отличителна черта на Co (III) атомите. Тези вещества са нестабилни, координационният номер на кобалта в тях винаги е равен на шест. Те имат висока окислителна сила. Средни соли, напр. CoCL3 или Co2(SO4)3 лесно се трансформират в соли, в които кобалтът вече е двувалентен метал. Неговите безводни съединения имат син цвят, а кристалните хидрати и разтвори -розово. За разлика от други основи, тривалентният кобалтов хидроксид, когато взаимодейства със солна киселина, не образува сол и вода, а отделя свободен хлор от него. Основата на двувалентния метал под формата на синя утайка се получава чрез директна реакция на съответната сол с алкали. Нека дадем описание на свойствата на кобалта, който е част от твърдите разтвори на метали един в друг - сплави.
Придава на материала изключителни технически параметри на устойчивост на висока температура, твърдост, абразия и устойчивост на корозия. Сплавите, съдържащи кобалт, се използват в отбранителната промишленост, ракетостроенето и в химията със затворен цикъл. При производството на инструментални марки стомана, материали с магнитни свойства, кобалтът също се използва като легираща добавка. Свойствата на тези железни сплави са много различни от конвенционалните неръждаеми стомани, съдържащи само хром или никел.
Използване на кобалт в инженерството
Около една трета от целия метал, произвеждан в света, отива за производството на металокерамика - изкуствени композитни материали. Волфрамовият карбид служи като твърда основа в тях, а кобалтът действа като свързващ и фиксиращ компонент. Освен това е стратегическа суровина за производството на двигателни турбини в авиационната индустрия.
В чист вид металът практически не се използва, но използването на кобалт в смес с други елементи (желязо, мед, волфрам и хром) е широко разпространено в различнииндустрии. Стелитната сплав, съдържаща до 60% кобалт, се характеризира с повишена топлоустойчивост и твърдост, тя е незаменим материал за производството на фрези и бормашини в инструменталното производство. Легиращи елементи като волфрам и молибден подобряват неговата производителност. Виталиева сплав, която има висока устойчивост на пластична деформация, също съдържа кобалт. Характеристиката на свойствата на съединението е, както следва: топлоустойчива и киселинна, използва се при производството на химическо оборудване: колони за синтез, дестилационни апарати. Ролята на сплавите в противодействието на различни видове корозия е голяма, например частите и механизмите, изработени от стелит, издържат на разрушаване при осцилаторни и триещи движения на механичните повърхности в двигателите с вътрешно горене.
Методи за получаване на кобалт
Различните сектори на икономиката изискват използването на материали, съдържащи кобалт. Това допринася за увеличаване на добива на руди и минерали, а именно: кобалтова подправка и блясък. Съставът на тези скали включва и арсен, което налага използването на повишени мерки за безопасност в процесите на топене на метал. Основният метод за получаване на кобалт е пирометалургията, използва се и методът за обработка на рудата със сулфатна киселина. Най-обещаващи са находищата на силикатно-оксидни руди, пирит и пентландит в Китай, Русия (на Колския полуостров, в Република Тува и Красноярския край), както и в Канада.
Използването на метал в селското стопанство илекарство
Определени важни свойства на микроелемента кобалт допринасят за използването му, например в растениевъдството за увеличаване на вегетативната маса на растенията. В люцерната, лупина, детелина и други ценни фуражни треви от семейство Бобови се включва в ензимните реакции на азотфиксация, които протичат с помощта на нодулни бактерии. Липсата на микроелемент се проявява с такива симптоми като обезцветяване на листните плочи и загуба на способността им за фотосинтеза, забавяне на растежните процеси и нарушаване на целия цикъл на развитие на растенията. Прекомерното съдържание на кобалт е възможно поради нарушаване на нормите за въвеждане на микроторове. Тъй като съединенията му са силно разтворими във вода, те веднага навлизат в ксилема и през проводимите елементи (съдово-влакнести снопчета) навлизат в мезофила на листата, причинявайки тяхното обезцветяване и увяхване. Зърнените култури са най-чувствителни към излишък от микроелемент: овес, ечемик, ориз.
Биохимия за ролята на кобалтовите съединения
Клонът на биологията, който изучава живата материя на молекулярно и клетъчно ниво, установи важната функция на този химичен елемент. Той е част от небелтъчната част на биологично активните вещества – ензими и хормони. Например, кобалтът в човешкото тяло се намира в молекулите на тироксина, произвеждани от щитовидната жлеза и контролиращи метаболитните процеси. Друг жизненоважен хормон, който регулира нивата на кръвната захар, е инсулинът. Секретира се от β-клетките на островчетата на Лангерханс на панкреаса и също така съдържа кобалтови съединения. Недостатъчно снабдяванеелемент в човешките клетки и органи се наблюдава при прехода от смесено хранене към вегетарианство, с хелминтни инвазии и заболявания на храносмилателната система. Както можете да видите, кобалтът е микроелемент, който сериозно влияе върху нивото на хомеостаза в човешкото тяло.
Значението на химичния елемент в метаболизма
Хемопоезата, осъществявана от червения костен мозък, протича с участието на кобалт-съдържащи вещества - активатори на съответните ензими. Един от основните витамини от група В - цианокоболамин (B12), участващ в образуването на червени кръвни клетки в кръвотворните органи, предпазва организма от анемия. Правилното и балансирано хранене, съдържащо черен дроб, телешко, морски дарове, сушени кайсии, цвекло, ще осигури необходимото ниво на кобалт в човешкия организъм (около 40 mg на ден) и ще го предпази от заболявания на имунната, сърдечно-съдовата и ендокринната система.
