Кобальт – это химический элемент. Кобальт в организме человека
Обычный человек, не связанный с химией и медициной, как правило, смутно представляет значение кобальта для своей жизнедеятельности и здоровья. Еще одна причина, по которой мы затрудняемся объяснить, что такое кобальт, – это его скудное распространение в природе. Всего 0,004% – таково содержание его в земной коре. Однако металл и его соединения активно применяют в металлургии, сельском хозяйстве и медицине. В нашей статье мы расширим представления о роли кобальта в промышленности, а также остановимся на его функциях в организме человека.
Место элемента в периодической системе
Какое же место в периодической системе занимает кобальт? Свойства химических элементов, в том числе и рассматриваемого нами металла, зависят от их положения в таблице Д. И. Менделеева. Он расположен в VIII б группе (в короткой форме таблицы – в триаде железа VIII группы). Как у железа и никеля, в его атоме на последнем энергетическом уровне находятся два электрона, что свидетельствует о принадлежности металла к d-элементам и обуславливает его основные характеристики. Металл имеет две валентности – II и III. Для него также характерно явление аллотропии, модификации металла могут иметь кубическую или гексагональную структуру.
Что такое кобальт?
Каковы же физические свойства элемента? По внешнему виду это металл, обладающий высокой твердостью и магнитными свойствами. Серебристый блеск, тягучесть и термическая устойчивость – вот еще некоторые физические признаки элемента, присущие также и двум другим его соседям по периодической системе – никелю и железу. Ни кислород, ни вода не действуют на кобальт при обычной температуре. Его соединения, например, смальта, известны с давних времен, как вещества, применяемые для получения синего витражного стекла и окрашивания керамических изделий.
Кобальт – это типичный металл, похожий своими химическими свойствами на железо. Каковы же особенности его оксидов, оснований и солей?
Соединения двухвалентного и трехвалентного кобальта
Способность образовывать комплексные соли – главный отличительный признак атомов Со (III). Эти вещества малоустойчивы, координационное число кобальта в них всегда равно шести. Они имеют высокую окислительную способность. Средние соли, например, CoCL3 или Co2(SO4)3 легко переходят в соли, в которых кобальт – это уже двухвалентный металл. Безводные его соединения имеют синюю окраску, а кристаллогидраты и растворы – розовую. В отличие от других оснований, гидроксид трехвалентного кобальта при взаимодействии с хлоридной кислотой образует не соль и воду, а выделяет из нее свободный хлор. Основание двухвалентного металла в виде синего осадка получают прямой реакцией соответствующей соли со щелочью. Приведем характеристику свойств кобальта, входящего в состав твердых растворов металлов друг в друге – сплавов.
Он придает материалу исключительные технические параметры устойчивости к высоким температурам, твердости, стойкости к истиранию и коррозии. Сплавы, содержащие кобальт, применяются в оборонной промышленности, ракетостроении и в химических технологиях замкнутого цикла. В производстве инструментальных сортов стали, материалов с магнитными свойствами, как легирующую добавку, также используют кобальт. Характеристика свойств таких сплавов железа сильно отличается от обычных сортов нержавеющей стали, содержащих только хром или никель.
Применение кобальта в технике
Около трети всего получаемого в мире металла идет на производство керметов – искусственных композиционных материалов. Твердой основой в них служит карбид вольфрама, а связующим и закрепляющим компонентом выступает кобальт. Он также является стратегическим сырьем для производства турбин двигателей в самолетостроении.
В чистом виде металл практически не используется, зато применение кобальта в смеси с другими элементами (железом, медью, вольфрамом и хромом) широко распространено в различных отраслях. Сплав стеллит, содержащий до 60% кобальта, отличается повышенной жаропрочностью и твердостью, он является незаменимым материалом для изготовления резцов и сверл в инструментальном производстве. Такие легирующие элементы, как вольфрам и молибден, усиливают его характеристики. Сплав виталиум, обладающий высоким сопротивлением к пластической деформации, также содержит кобальт. Характеристика свойств соединения такова: жаропрочное и кислотоустойчивое, применяется в изготовлении химического оборудования: колонн синтеза, ректификационных аппаратов. Велика роль сплавов в противодействии различным видам коррозии, например детали и механизмы, сделанные из стеллита, противостоят разрушению при колебательных и трущихся движениях механических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания.
Способы получения кобальта
Различные отрасли экономики требуют применения материалов, содержащих кобальт. Это способствует увеличению добычи руд и минералов, а именно: кобальтового шпейса и блеска. В состав этих горных пород входит еще и мышьяк, это вынуждает применять повышенные меры безопасности в процессах выплавки металла. Основной метод получения кобальта – пирометаллургия, используется также способ обработки руды сульфатной кислотой. Наиболее перспективными считаются залежи силикатно-оксидных руд , пирита и пентландита в Китае, России (на Кольском полуострове, в республике Тува и Красноярском крае), а также в Канаде.
Применение металла в сельском хозяйстве и медицине
Определенные важные свойства, которыми обладает микроэлемент кобальт, способствуют его применению, например, в растениеводстве для повышения вегетативной массы растений. У люцерны, люпина, клевера и других ценных кормовых трав семейства Бобовые, он включается в ферментативные реакции азотофиксации, происходящие с помощью клубеньковых бактерий. Недостаток микроэлемента проявляется такими симптомами, как обесцвечивание листовых пластинок и потеря ними способности к фотосинтезу, замедлением ростовых процессов и нарушением всего цикла развития растения. Избыточное содержание кобальта возможно вследствие нарушения норм внесения микроудобрений. Так как его соединения хорошо растворимы в воде, они сразу же поступают в ксилему и по проводящим элементам (сосудисто-волокнистым пучкам) попадают в мезофилл листа, вызывая их обесцвечивание и увядание. Наиболее чувствительны к избытку микроэлемента злаковые культуры: овес, ячмень, рис.
Биохимия о роли соединений кобальта
Отрасль биологии, изучающая живую материю на молекулярном и клеточном уровне, установила важную функцию данного химического элемента. Он входит в состав небелковой части биологически активных веществ – ферментов и гормонов. Например, кобальт в организме человека находится молекулах тироксина, вырабатываемых щитовидной железой и контролирующих процессы метаболизма. Еще один жизненно важный гормон, регулирующий уровень глюкозы в плазме крови, – инсулин. Он выделяется β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы и также содержит соединения кобальта. Недостаточное поступление элемента в клетки и органы человека наблюдается во время перехода от смешанного питания к вегетарианству, при глистных инвазиях и заболеваниях пищеварительной системы. Как видим, кобальт – это микроэлемент, серьезно влияющий на уровень гомеостаза в человеческом организме.
Значение химического элемента в обмене веществ
Кроветворение, осуществляемое красным костным мозгом, происходит при участии кобальтсодержащих веществ – активаторов соответствующих ферментов. Один из главных витаминов группы В – цианкоболамин (В12), участвуя в образовании эритроцитов в кроветворных органах, предохраняет организм от анемии. Правильное и сбалансированное питание, содержащее печень, говядину, морепродукты, курагу, свеклу, обеспечит необходимый уровень кобальта в организме человека (около 40 мг в сутки) и убережет его от заболеваний иммунной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем.