Tavallisella ihmisellä, joka ei liity kemiaan ja lääketieteeseen, on pääsääntöisesti epämääräinen käsitys koboltin merkityksestä hänen elämälleen ja terveydelleen. Toinen syy, miksi meidän on vaikea selittää, mitä koboltti on, on sen niukka levinneisyys luonnossa. Vain 0,004% - tämä on sen pitoisuus maankuoressa. Metallia ja sen yhdisteitä käytetään kuitenkin aktiivisesti metallurgiassa, maataloudessa ja lääketieteessä. Artikkelissamme laajennamme ymmärrystämme koboltin roolista teollisuudessa sekä käsittelemme sen tehtäviä ihmiskehossa.
Elementin paikka jaksollisessa taulukossa
Mikä paikka koboltilla on jaksollisessa järjestelmässä? Kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet, mukaan lukien tarkastelemamme metalli, riippuvat niiden sijainnista D. I. Mendelejevin taulukossa. Se sijaitsee ryhmässä VIII b (taulukon lyhyessä muodossa - ryhmän VIII rautatriadissa). Kuten rauta ja nikkeli, sen atomissa viimeisellä energiatasolla ovatkaksi elektronia, mikä osoittaa metallin kuuluvan d-elementteihin ja määrittää sen pääominaisuudet. Metallilla on kaksi valenssia - II ja III. Sille on myös ominaista allotropiailmiö, metallimuunnelmilla voi olla kuutio- tai kuusikulmainen rakenne.
Mikä on koboltti?
Mitkä ovat elementin fysikaaliset ominaisuudet? Ulkonäöltään se on metalli, jolla on korkea kovuus ja magneettiset ominaisuudet. Hopeanhohtoinen kiilto, muokattavuus ja lämpöstabiilisuus ovat joitain elementin fysikaalisia ominaisuuksia, jotka ovat myös luontaisia sen kahdelle muulle jaksollisen järjestelmän naapurille - nikkelille ja raudalle. Happi tai vesi eivät vaikuta kobolttiin tavallisissa lämpötiloissa. Sen yhdisteet, kuten sm alti, on pitkään tunnettu sinimaalauksen ja värikeramiikan valmistukseen käytetyinä aineina.
Koboltti on tyypillinen metalli, joka on kemiallisiltaan samanlainen kuin rauta. Mitkä ovat sen oksidien, emästen ja suolojen ominaisuudet?
Kaksiarvoisen ja kolmiarvoisen koboltin yhdisteet
Kyky muodostaa monimutkaisia suoloja on Co (III) -atomien tärkein erottuva piirre. Nämä aineet ovat epästabiileja, niissä olevan koboltin koordinaatioluku on aina kuusi. Niillä on korkea hapetuskyky. Keskipitkät suolat, esim. CoCL3 tai Co2(SO4)3 muuttuu helposti suoloiksi, joissa koboltti on jo kaksiarvoinen metalli. Sen vedettömillä yhdisteillä on sininen väri ja kiteiset hydraatit ja liuokset -vaaleanpunainen. Toisin kuin muut emäkset, kolmiarvoinen kobolttihydroksidi ei muodosta suolahapon kanssa vuorovaikutuksessa suolaa ja vettä, vaan vapauttaa siitä vapaata klooria. Kaksiarvoisen metallin emäs sinisen sakan muodossa saadaan vastaavan suolan suoralla reaktiolla alkalin kanssa. Tehdään kuvaus koboltin ominaisuuksista. Koboltti on osa metallien kiinteitä liuoksia keskenään - metalliseoksia.
Se antaa materiaalille poikkeukselliset tekniset parametrit korkean lämpötilan kestävyyden, kovuuden, kulutuksen ja korroosionkestävyyden. Kobolttia sisältäviä seoksia käytetään puolustusteollisuudessa, rakettitieteessä ja suljetun kierron kemiassa. Terästen työkalulaatujen, magneettisten ominaisuuksien omaavien materiaalien valmistuksessa kobolttia käytetään myös seosaineena. Näiden rautaseosten ominaisuudet eroavat suuresti perinteisistä ruostumattomista teräksistä, jotka sisältävät vain kromia tai nikkeliä.
Koboltin käyttö tekniikassa
Noin kolmasosa kaikesta maailmassa tuotetusta metallista menee kermettien – keinotekoisten komposiittimateriaalien – tuotantoon. Volframikarbidi toimii niissä kiinteänä pohjana ja koboltti side- ja kiinnityskomponenttina. Se on myös strateginen raaka-aine lentokoneteollisuuden moottoriturbiinien valmistukseen.
Puhtaassa muodossaan metallia ei käytännössä käytetä, mutta koboltin käyttö seoksena muiden alkuaineiden (rauta, kupari, volframi ja kromi) kanssa on yleistäteollisuuden aloilla. Jopa 60 % kobolttia sisältävälle stelliitiseokselle on ominaista lisääntynyt lämmönkestävyys ja kovuus, se on välttämätön materiaali jyrsinten ja porien valmistuksessa työkalutuotannossa. Seoselementit, kuten volframi ja molybdeeni, parantavat sen suorituskykyä. Vitalium-seos, jolla on korkea plastisen muodonmuutoksen kestävyys, sisältää myös kobolttia. Yhdisteen ominaisuuksien ominaisuus on seuraava: lämmönkestävä ja haponkestävä, sitä käytetään kemiallisten laitteiden valmistuksessa: synteesikolonnit, tislauslaitteet. Seosten rooli erityyppisten korroosioiden torjumisessa on suuri, esimerkiksi stelliiteistä valmistetut osat ja mekanismit kestävät tuhoutumista polttomoottoreiden mekaanisten pintojen värähtely- ja hankausliikkeissä.
Koboltin hankintamenetelmät
Eri talouden alat vaativat kobolttia sisältävien materiaalien käyttöä. Tämä lisää malmien ja mineraalien, nimittäin kobolttimausteen ja kiillon, louhintaa. Näiden kivien koostumus sisältää myös arseenia, mikä pakottaa lisäämään turvatoimia metallin sulatusprosesseissa. Pääasiallinen menetelmä koboltin saamiseksi on pyrometallurgia, ja käytetään myös menetelmää malmin käsittelemiseksi sulfaattihapolla. Lupaavimpia ovat silikaattioksidimalmi-, rikkikiisu- ja pentlandiittiesiintymät Kiinassa, Venäjällä (Kuolan niemimaalla, Tuvan tasavallassa ja Krasnojarskin alueella) sekä Kanadassa.
Metallin käyttö maataloudessa jalääke
Tietyt hivenainekoboltin tärkeät ominaisuudet myötävaikuttavat sen käyttöön esimerkiksi kasvinviljelyssä kasvien kasvullisen massan lisäämiseen. Sinimailasessa, lupiinissa, apilassa ja muissa palkokasvien perheen arvokkaissa rehuheinäkasveissa se sisältyy kyhmybakteerien avulla tapahtuviin typen sitoutumisen entsymaattisiin reaktioihin. Mikroelementin puute ilmenee sellaisina oireina kuin lehtien terien värimuutos ja niiden fotosynteesikyvyn menetys, kasvuprosessien hidastuminen ja koko kasvin kehityssyklin häiriintyminen. Liiallinen kobolttipitoisuus on mahdollista mikrolannoitteiden käyttöönoton normien rikkomisen vuoksi. Koska sen yhdisteet liukenevat hyvin veteen, ne pääsevät välittömästi ksyleemiin ja johtavien elementtien (verisuoni-kuitukimppujen) kautta lehtien mesofylliin aiheuttaen niiden värjäytymistä ja kuihtumista. Viljakasvit ovat herkimpiä mikroelementin ylimäärälle: kaura, ohra, riisi.
Biokemia kobolttiyhdisteiden roolista
Biologian haara, joka tutkii elävää ainetta molekyyli- ja solutasolla, on vahvistanut tämän kemiallisen alkuaineen tärkeän tehtävän. Se on osa biologisesti aktiivisten aineiden - entsyymien ja hormonien - ei-proteiiniosaa. Esimerkiksi ihmiskehossa oleva koboltti löytyy kilpirauhasen tuottamista tyroksiinimolekyyleistä, jotka säätelevät aineenvaihduntaprosesseja. Toinen tärkeä verensokeria säätelevä hormoni on insuliini. Sitä erittävät haiman Langerhansin saarekkeiden β-solut, ja se sisältää myös kobolttiyhdisteitä. Riittämätön tarjontaelementtiä ihmisen soluissa ja elimissä havaitaan siirryttäessä sekaravitsemuksesta kasvissyömiseen, jolloin esiintyy helminttisiä tunkeutumisia ja ruoansulatuskanavan sairauksia. Kuten näet, koboltti on hivenaine, joka vaikuttaa vakavasti ihmiskehon homeostaasin tasoon.
Kemiallisen alkuaineen merkitys aineenvaihdunnassa
Punaisen luuytimen suorittama hematopoieesi tapahtuu kobolttia sisältävien aineiden - vastaavien entsyymien aktivaattoreiden - osallistuessa. Yksi tärkeimmistä B-vitamiineista - syanokobolamiini (B12), joka osallistuu punasolujen muodostumiseen hematopoieettisissa elimissä, suojaa kehoa anemi alta. Oikea ja tasapainoinen ravinto, joka sisältää maksan, naudanlihan, äyriäisiä, kuivattuja aprikooseja, punajuuria, tarjoaa ihmiskeholle tarvittavan kobolttitason (noin 40 mg päivässä) ja suojaa sitä immuuni-, sydän- ja verisuonijärjestelmän sairauksilta.
