Ένας συνηθισμένος άνθρωπος που δεν σχετίζεται με τη χημεία και την ιατρική, κατά κανόνα, έχει μια αόριστη ιδέα για τη σημασία του κοβαλτίου για τη ζωή και την υγεία του. Ένας άλλος λόγος για τον οποίο δυσκολευόμαστε να εξηγήσουμε τι είναι το κοβάλτιο είναι η σπάνια κατανομή του στη φύση. Μόνο 0,004% - αυτό είναι το περιεχόμενό του στον φλοιό της γης. Ωστόσο, το μέταλλο και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ενεργά στη μεταλλουργία, τη γεωργία και την ιατρική. Στο άρθρο μας, θα επεκτείνουμε την κατανόησή μας για τον ρόλο του κοβαλτίου στη βιομηχανία, καθώς και στις λειτουργίες του στο ανθρώπινο σώμα.
Τόπος ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα
Τι θέση κατέχει το κοβάλτιο στο περιοδικό σύστημα; Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του μετάλλου που εξετάζουμε, εξαρτώνται από τη θέση τους στον πίνακα του D. I. Mendeleev. Βρίσκεται στην ομάδα VIII b (στη σύντομη μορφή του πίνακα - στη σιδερένια τριάδα της ομάδας VIII). Όπως ο σίδηρος και το νικέλιο, στο άτομό του βρίσκονται στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδοδύο ηλεκτρόνια, γεγονός που δείχνει ότι το μέταλλο ανήκει στα στοιχεία d και καθορίζει τα κύρια χαρακτηριστικά του. Το μέταλλο έχει δύο σθένη - II και III. Χαρακτηρίζεται επίσης από το φαινόμενο της αλλοτροπίας, οι μεταλλικές τροποποιήσεις μπορεί να έχουν κυβική ή εξαγωνική δομή.
Τι είναι το κοβάλτιο;
Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του στοιχείου; Στην εμφάνιση είναι μέταλλο με υψηλή σκληρότητα και μαγνητικές ιδιότητες. Η ασημένια γυαλάδα, η ελατότητα και η θερμική σταθερότητα είναι μερικά από τα φυσικά χαρακτηριστικά του στοιχείου, τα οποία είναι εγγενή και στους άλλους δύο γείτονές του στο περιοδικό σύστημα - νικέλιο και σίδηρος. Ούτε το οξυγόνο ούτε το νερό δρουν στο κοβάλτιο σε συνηθισμένες θερμοκρασίες. Οι ενώσεις του, όπως το σμάλτο, είναι από καιρό γνωστές ως ουσίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μπλε χρωματισμένου γυαλιού και έγχρωμων κεραμικών.
Το κοβάλτιο είναι ένα τυπικό μέταλλο παρόμοιο σε χημικές ιδιότητες με το σίδηρο. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των οξειδίων, των βάσεων και των αλάτων του;
Ενώσεις δισθενούς και τρισθενούς κοβαλτίου
Η ικανότητα σχηματισμού σύνθετων αλάτων είναι το κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα των ατόμων Co (III). Αυτές οι ουσίες είναι ασταθείς, ο αριθμός συντονισμού του κοβαλτίου σε αυτές είναι πάντα ίσος με έξι. Έχουν υψηλή οξειδωτική ισχύ. Μέτρια άλατα, π.χ. CoCL3 ή Co2(SO4)3 μετατρέπεται εύκολα σε άλατα, στα οποία το κοβάλτιο είναι ήδη δισθενές μέταλλο. Οι άνυδρες ενώσεις του έχουν μπλε χρώμα και κρυσταλλικές ένυδρες ενώσεις και διαλύματα -ροζ. Σε αντίθεση με άλλες βάσεις, το τρισθενές υδροξείδιο του κοβαλτίου, όταν αλληλεπιδρά με το υδροχλωρικό οξύ, δεν σχηματίζει αλάτι και νερό, αλλά απελευθερώνει ελεύθερο χλώριο από αυτό. Η βάση του δισθενούς μετάλλου με τη μορφή μπλε ιζήματος λαμβάνεται με άμεση αντίδραση του αντίστοιχου άλατος με ένα αλκάλιο. Ας δώσουμε μια περιγραφή των ιδιοτήτων του κοβαλτίου, που αποτελεί μέρος των στερεών διαλυμάτων των μετάλλων μεταξύ τους - κράματα.
Δίνει στο υλικό εξαιρετικές τεχνικές παραμέτρους αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία, σκληρότητας, τριβής και αντοχής στη διάβρωση. Τα κράματα που περιέχουν κοβάλτιο χρησιμοποιούνται στην αμυντική βιομηχανία, την πυραυλική επιστήμη και τη χημεία κλειστού βρόχου. Στην παραγωγή εργαλείων από χάλυβα, υλικά με μαγνητικές ιδιότητες, το κοβάλτιο χρησιμοποιείται επίσης ως πρόσθετο κράματος. Οι ιδιότητες αυτών των κραμάτων σιδήρου είναι πολύ διαφορετικές από τους συμβατικούς ανοξείδωτους χάλυβες που περιέχουν μόνο χρώμιο ή νικέλιο.
Χρήση κοβαλτίου στη μηχανική
Περίπου το ένα τρίτο του συνόλου του μετάλλου που παράγεται στον κόσμο προορίζεται για την παραγωγή κεραμικών - τεχνητών σύνθετων υλικών. Το καρβίδιο βολφραμίου χρησιμεύει ως στερεή βάση σε αυτά και το κοβάλτιο ενεργεί ως συστατικό σύνδεσης και στερέωσης. Αποτελεί επίσης στρατηγική πρώτη ύλη για την παραγωγή τουρμπινών κινητήρων στην αεροναυπηγική βιομηχανία.
Στην καθαρή του μορφή, το μέταλλο πρακτικά δεν χρησιμοποιείται, αλλά η χρήση κοβαλτίου σε μείγμα με άλλα στοιχεία (σίδηρος, χαλκός, βολφράμιο και χρώμιο) είναι ευρέως διαδεδομένη σε διάφοραβιομηχανίες. Το κράμα stellite, που περιέχει έως και 60% κοβάλτιο, χαρακτηρίζεται από αυξημένη αντοχή στη θερμότητα και σκληρότητα· είναι απαραίτητο υλικό για την κατασκευή κοπτικών και τρυπανιών στην παραγωγή εργαλείων. Στοιχεία κράματος όπως το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο ενισχύουν την απόδοσή του. Το κράμα Vitalium, το οποίο έχει υψηλή αντοχή στην πλαστική παραμόρφωση, περιέχει επίσης κοβάλτιο. Το χαρακτηριστικό των ιδιοτήτων της ένωσης είναι το εξής: ανθεκτικό στη θερμότητα και ανθεκτικό στα οξέα, χρησιμοποιείται στην κατασκευή χημικού εξοπλισμού: στήλες σύνθεσης, συσκευές απόσταξης. Ο ρόλος των κραμάτων στην αντιμετώπιση διάφορων τύπων διάβρωσης είναι μεγάλος, για παράδειγμα, τα μέρη και οι μηχανισμοί που κατασκευάζονται από stellite αντιστέκονται στην καταστροφή κατά τις κινήσεις ταλάντωσης και τριβής των μηχανικών επιφανειών σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Μέθοδοι λήψης κοβαλτίου
Διαφορετικοί τομείς της οικονομίας απαιτούν τη χρήση υλικών που περιέχουν κοβάλτιο. Αυτό συμβάλλει στην αύξηση της εξόρυξης μεταλλευμάτων και ορυκτών, συγκεκριμένα: μπαχαρικό και γυαλάδα κοβαλτίου. Η σύνθεση αυτών των πετρωμάτων περιλαμβάνει επίσης αρσενικό, το οποίο επιβάλλει τη χρήση αυξημένων μέτρων ασφαλείας στις διαδικασίες τήξης μετάλλων. Η κύρια μέθοδος για τη λήψη κοβαλτίου είναι η πυρομεταλλουργία και χρησιμοποιείται επίσης η μέθοδος επεξεργασίας του μεταλλεύματος με θειικό οξύ. Τα πιο ελπιδοφόρα είναι κοιτάσματα μεταλλευμάτων πυριτικού οξειδίου, πυρίτη και πενταλαντίτη στην Κίνα, τη Ρωσία (στη χερσόνησο Κόλα, στη Δημοκρατία της Τούβα και στην επικράτεια Κρασνογιάρσκ), καθώς και στον Καναδά.
Η χρήση του μετάλλου στη γεωργία καιφάρμακο
Ορισμένες σημαντικές ιδιότητες του ιχνοστοιχείου κοβαλτίου συμβάλλουν στη χρήση του, για παράδειγμα, στη φυτική παραγωγή για την αύξηση της βλαστικής μάζας των φυτών. Στη μηδική, το λούπινο, το τριφύλλι και άλλα πολύτιμα κτηνοτροφικά χόρτα της οικογένειας των ψυχανθών περιλαμβάνεται στις ενζυματικές αντιδράσεις δέσμευσης του αζώτου, που συμβαίνουν με τη βοήθεια βακτηρίων οζιδίων. Η έλλειψη μικροστοιχείου εκδηλώνεται με συμπτώματα όπως αποχρωματισμός των λεπίδων των φύλλων και απώλεια της ικανότητας φωτοσύνθεσης, επιβράδυνση των διαδικασιών ανάπτυξης και διαταραχή ολόκληρου του κύκλου ανάπτυξης του φυτού. Η υπερβολική περιεκτικότητα σε κοβάλτιο είναι δυνατή λόγω παραβίασης των κανόνων για την εισαγωγή μικρολιπασμάτων. Δεδομένου ότι οι ενώσεις του είναι ιδιαίτερα διαλυτές στο νερό, εισέρχονται αμέσως στο ξυλόειδο και μέσω των αγώγιμων στοιχείων (αγγειο-ινώδεις δέσμες) εισέρχονται στη μεσόφυλλη των φύλλων, προκαλώντας αποχρωματισμό και μαρασμό τους. Οι καλλιέργειες δημητριακών είναι πιο ευαίσθητες στην περίσσεια ενός μικροστοιχείου: βρώμη, κριθάρι, ρύζι.
Βιοχημεία σχετικά με το ρόλο των ενώσεων κοβαλτίου
Ο κλάδος της βιολογίας που μελετά τη ζωντανή ύλη σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο έχει καθιερώσει τη σημαντική λειτουργία αυτού του χημικού στοιχείου. Αποτελεί μέρος του μη πρωτεϊνικού μέρους των βιολογικά δραστικών ουσιών - ενζύμων και ορμονών. Για παράδειγμα, το κοβάλτιο στο ανθρώπινο σώμα βρίσκεται σε μόρια θυροξίνης που παράγονται από τον θυρεοειδή αδένα και ελέγχουν τις μεταβολικές διεργασίες. Μια άλλη ζωτικής σημασίας ορμόνη που ρυθμίζει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα είναι η ινσουλίνη. Εκκρίνεται από τα β-κύτταρα των νησίδων Langerhans του παγκρέατος και περιέχει επίσης ενώσεις κοβαλτίου. Ανεπαρκής προσφοράστοιχείο στα ανθρώπινα κύτταρα και όργανα παρατηρείται κατά τη μετάβαση από τη μικτή διατροφή στη χορτοφαγία, με ελμινθικές εισβολές και ασθένειες του πεπτικού συστήματος. Όπως μπορείτε να δείτε, το κοβάλτιο είναι ένα ιχνοστοιχείο που επηρεάζει σοβαρά το επίπεδο ομοιόστασης στον ανθρώπινο οργανισμό.
Η σημασία ενός χημικού στοιχείου στο μεταβολισμό
Η αιμοποίηση, που πραγματοποιείται από τον κόκκινο μυελό των οστών, συμβαίνει με τη συμμετοχή ουσιών που περιέχουν κοβάλτιο - ενεργοποιητές των αντίστοιχων ενζύμων. Μία από τις κύριες βιταμίνες του συμπλέγματος Β - η κυανοκοβολαμίνη (B12), που συμμετέχει στο σχηματισμό ερυθρών αιμοσφαιρίων στα αιμοποιητικά όργανα, προστατεύει τον οργανισμό από την αναιμία. Η σωστή και ισορροπημένη διατροφή, που περιέχει συκώτι, μοσχαρίσιο κρέας, θαλασσινά, αποξηραμένα βερίκοκα, παντζάρια, θα παρέχει το απαραίτητο επίπεδο κοβαλτίου στον ανθρώπινο οργανισμό (περίπου 40 mg την ημέρα) και θα τον προστατεύει από ασθένειες του ανοσοποιητικού, του καρδιαγγειακού και του ενδοκρινικού συστήματος.
