Kobalt - biológia

Kobalt (chemická terminológia; štandardný jazyk kobalt; z latinčiny kobalt „Kobold“) je chemický prvok so symbolom prvku Co a atómovým číslom 27. Kobalt je feromagnetický prechodný kov z 9. skupiny alebo kobaltovej skupiny periodickej tabuľky. V staršej metóde počítania patrí do 8. podskupiny alebo železo-platinovej skupiny. V roku 1735 švédsky chemik Georg Brandt objavil predtým neznámy prvok a dal mu súčasný názov.

Špeciálnou vlastnosťou je atómová hmotnosť prirodzene sa vyskytujúceho kobaltu, ktorá je na úrovni 58,93 väčšia ako stredná atómová hmotnosť niklu na úrovni 58,69, čo je ďalší prvok v periodickej tabuľke. Táto zvláštnosť existuje aj medzi argónom (39,95) a draslíkom (39,10), ako aj medzi telúrom (127,60) a jódom (126,90).

príbeh

Kobaltové rudy a zlúčeniny kobaltu sú známe veľmi dlho a používali sa hlavne na farbenie skla a keramiky (kobaltová modrá). V stredoveku sa o nich často uvažovalo ako o cenných strieborných a medených rudách. Ale keďže sa nedali spracovať a kvôli obsahu arzénu z nich pri zahrievaní vychádzali nepríjemné pachy, považovali sa za očarované. Škriatkovia údajne zjedli vzácne striebro a na jeho miesto vylučovali bezcenné rudy striebornej farby. Okrem kobaltu to boli aj rudy volfrámu a niklu. Tieto rudy potom používali baníci s falošnými názvami ako nikel, volfrám (napr. „Vlčí pľuvač“, lat. lupi spuma) a goblinovú rudu, t. j. kobalt. [8]

Kobalt prvýkrát predstavil v roku 1735 švédsky chemik Georg Brandt.

Výskyt

Kobalt je vzácny prvok s hojnosťou v zemskej kôre asi 0,003%. [9] Týmto sa zaraďuje na 30. miesto v zozname prvkov zoradených podľa frekvencie. [4] Elementárne sa vyskytuje iba extrémne zriedka v meteoritoch a v zemskom jadre. Kobalt sa nachádza v mnohých mineráloch, ale väčšinou sa vyskytuje iba v malom množstve. Tento prvok je vždy spájaný s niklom, často tiež s meďou, striebrom, železom alebo uránom. Nikel je asi trikrát až štyrikrát častejší ako kobalt. Obidva kovy patria k siderofilným prvkom a sú charakteristické pre základné a ultrabázické magmatity.

Existuje celý rad kobaltových rúd, v ktorých sa kobalt akumuloval vplyvom poveternostných podmienok alebo inými procesmi. Najdôležitejšie sú: kobaltit (zastaraný Kobaltový lesk; CoAsS), Linneit a Siegenit (zastarané a zavádzajúce Kobaltový niklový štrk [10]), (Co, Ni) 3S4), erytrín (zastaraný Kobaltový kvet), Asbolan (zastar Zemný kobalt), Skutterudit (Korenie kobalt, Smaltin, CoAs3) a heterogenit (CoOOH).

Obsah kobaltu v sulfidových rudách je nízky (väčšinou iba 0,1–0,3% [9]). Hlavné ložiská rudy sa nachádzajú v Kanade, Zambii, Maroku, Konžskej demokratickej republike, na Kube, v Rusku, Austrálii a Spojených štátoch.

Kobalt sa nachádza ako stopový prvok vo väčšine pôd.

Štáty s najväčším financovaním

Výrobcovia kobaltu

V mnohých prípadoch sa kobalt rafinuje v krajinách, v ktorých sa kobaltové rudy ťažia. Nasledujúca tabuľka Cobalt Development Institute - CDI [12] uvádza zoznam výrobcov kovového kobaltu a solí kobaltu a ich výrobné množstvá [13]:

Extrakcia a prezentácia

Kobalt sa extrahuje hlavne z medených a niklových rúd. Presný typ ťažby závisí od zloženia pôvodnej rudy. Najskôr sa časť prítomného sulfidu železa prevedie pražením na trosky oxidu železitého ako oxid kremičitý. Takzvaný Drsný kameň, ktorá okrem kobaltu obsahuje aj nikel, meď a ďalšie železo ako sulfid alebo arzenid. Ďalej sa síra odstráni pražením s uhličitanom sodným a dusičnanom sodným. Sírany a arzenáty sa tvoria z časti síry a arzénu, ktoré sa lúhujú vodou. Zostávajú zodpovedajúce oxidy kovov, ktoré sa spracujú s kyselinou sírovou alebo chlorovodíkovou. Iba meď sa nerozpúšťa, zatiaľ čo nikel, kobalt a železo sa rozpúšťajú. S chlórovaným vápnom sa potom kobalt môže selektívne vyzrážať ako hydroxid kobaltu a oddeliť. Tento sa zahrievaním premieňa na oxid kobaltnatý (II, III) (Co3O4) a potom sa pomocou koksu alebo hliníkového prášku redukuje na kobalt:

charakteristiky

Fyzikálne vlastnosti

Kobalt je oceľovosivý, veľmi odolný ťažký kov s hustotou 8,89 g/cm 3. [15] Je feromagnetický s Curieho teplotou 1150 ° C [15]. Kobalt sa vyskytuje v dvoch modifikáciách, α-kobalt a β-kobalt. Pod 400 ° C je α-kobalt stabilnejší a kryštalizuje v hexagonálnej, najhustejšej kryštalickej štruktúre v priestorovej skupine 6/mmm s mriežkovými parametrami a = 250,7 pm a c = 406,9 pm a dvoma jednotkami vzorca na jednotku bunky. Pri 400 ° C sa transformuje do tvárovej kubickej β-formy s mriežkovým parametrom a = 354,4 pm. [14]

Ako typický kov dobre vedie teplo a elektrinu (elektrická vodivosť 26% vodivosti medi [9]).

Chemické vlastnosti

Jeho chemické chovanie je podobné chovaniu železa a niklu a je odolný voči vzduchu prostredníctvom pasivácie; rozpúšťa sa iba kyselinami s oxidačným účinkom. S normálnym potenciálom -0,277 V je kobalt jedným zo základných prvkov. V zlúčeninách sa vyskytuje hlavne v oxidačných stupňoch + II a + III. Avšak nasledujúce oxidačné stavy - I, 0, + I, + II, + III, + IV a + V sú zastúpené v zlúčeninách. Kobalt vytvára množstvo väčšinou sfarbených komplexov. Na rozdiel od kovalentných zlúčenín je oxidačný stav + III bežnejší a stabilnejší ako + II.

Izotopy

Je známych celkovo 28 izotopov a 10 ďalších základných izomérov medzi 47 Co a 75 Co. Prírodný kobalt pozostáva zo 100% z izotopu 59 Co. Tento prvok je preto jedným z 22 čistých prvkov. [16] Tento izotop je možné skúmať pomocou NMR spektroskopie.

Nuklid 57 Co sa elektrónovým zachytením rozpadá na 57 Fe. Gama žiarenie emitované počas prechodu do základného stavu dcérskeho jadra má energiu 122,06 keV (85,6%) a 14,4 keV (9,16%) [17]. Hlavnou aplikáciou 57 Co je Mössbauerova spektroskopia na rozlíšenie medzi dvojmocným a trojmocným železom.

Najdlhší z nestabilných izotopov je 60 Co. (Kobalt-60, Spin 5+), ktorý s polčasom 5,27 rokov s rozpadom beta spočiatku v excitovanom stave 60 Ni (spin 4 +) a potom s emisiou gama žiarenia (dve gama kvantá s energiou 1,17 a 1,33 MeV [18 ]) sa rozpadá na základný stav (spin 0 +) tohto nuklidu. Z tohto dôvodu sa 60 Co používa ako zdroj gama žiarenia na sterilizáciu alebo konzerváciu potravín, na materiálovú analýzu (rádiografické testovanie) a pri liečbe rakoviny („kobaltové delo“). [19] V medicíne sa ako stopovacie látky môžu použiť aj ďalšie izotopy, napríklad 57 Co alebo 58 Co. [20]

Z dôvodu - geologicky - relatívne krátkeho polčasu rozpadu neexistujú žiadne prirodzené výskyty produktu 60 Co. Získava sa aktiváciou neutrónov od spoločnosti 59 Co. Ako zdroj neutrónov na výrobu menšieho množstva sa používajú zdroje spontánneho štiepenia, ako napríklad 252 Cf, zatiaľ čo v neutrónovom toku sa na produkciu väčšieho množstva používa 59 ko-peliet. vystavené v jadrových reaktoroch.

Tvorba 60 Co z 59 Co pod neutrónovým žiarením by sa mohla potenciálne tiež použiť na zosilnenie účinku jadrových zbraní, v ktorých sa neutrónové žiarenie vytvára potiahnutím kobaltom (kobaltová bomba). V prípade detonácie by sa potom vytvoril silný žiarič gama, ktorý by kontaminoval prostredie vo väčšej miere ako samotná explózia jadra. [21] Ak sa 60 Co nezlikviduje správnym spôsobom, ale sa skôr roztaví s iným kobaltom a spracuje sa na oceľ, oceľové časti z neho vyrobené môžu byť rádioaktívne. [22] [23]

Wu experiment sa uskutočňoval s 60 Co, pri ktorom sa zistilo narušenie parity pri slabej interakcii. [24]

použitie

Ako zložka zliatiny na zvýšenie opotrebenia a tepelnej odolnosti legovaných a vysoko legovaných ocelí a superzliatin, ako fáza spojiva v spekaných materiáloch z tvrdých kovov a diamantových nástrojoch, ako oxid, síran, hydroxid alebo uhličitan v žiaruvzdorných farbách a pigmentoch (napr. Na maľovanie porcelánu a Keramika), ako zložka magnetických zliatin, ako acetát ako sušič (sikatív) na farby a laky, ako katalyzátor (odsírenie/hydrogenácia), ako hydroxid alebo oxid lítny kobaltnatý (LiCoO2) v batériách, v korózii a zliatinách odolných voči opotrebovaniu a ako stopový prvok pre medicínu a poľnohospodárstvo. Jeho použitie ako legovacieho prvku a v zlúčeninách kobaltu z neho robí strategicky dôležitý kov. (Pozri Vitallium: implantáty, lopatky turbín, chemické prístroje).

fyziológia

Kobalt je súčasťou vitamínu B12 (kobalamín), ktorý je nevyhnutný pre prežitie človeka. U zdravých ľudí môže byť uvedený vitamín tvorený priamo z iónov kobaltu črevnými baktériami. Kobalamín však musí byť viazaný vnútorným faktorom produkovaným v žalúdku, aby sa mohol absorbovať v ileu. [25] Pretože sa však miesto výroby umelo vyrobeného kobalamínu nachádza v hrubom čreve, [26] nie je na základe súčasných poznatkov možná absorpcia. Napriek tomu je denný príjem 0,1 μg kobaltu špecifikovaný ako stopový prvok pre denné potreby (dospelí). Nedostatok vitamínu B12 môže viesť k narušeniu erytropoézy, a tým k anémii (chudokrvnosti). [27] Zatiaľ čo malé predávkovania kobaltovými zlúčeninami sú pre človeka iba mierne toxické, väčšie dávky (od 25 do 30 mg denne) vedú k ochoreniu kože, pľúc a žalúdka, poškodeniu pečene, srdca a obličiek a rakovinovým vredom.

V polovici 60. rokov sa v Kanade a Spojených štátoch vyskytlo niekoľko prípadov kardiomyopatie vyvolanej kobaltom (kobaltová kardiomyopatia). V Quebecu bolo zaregistrovaných 49 pacientov a v Omahe 64. Medzi príznaky patrili bolesť žalúdka, strata hmotnosti, nevoľnosť, dýchavičnosť a kašeľ. Úmrtnosť bola okolo 40%. Pitvy odhalili vážne poškodenie srdcového svalu a pečene. Všetci pacienti boli pijáci ťažkého piva (1,5 až 3 litre/deň). Preferovali konzumáciu odrôd miestnych pivovarov, ktoré začali asi o mesiac skôr pridávať síran kobaltnatý do piva ako stabilizátor peny. [28] Limitné hodnoty pre kobalt v potravinách neboli prekročené. Výskyt choroby sa zastavil okamžite po tom, ako pivovary prerušili prísadu síranu kobaltnatého. [29] [30]

Soli kobaltu aktivujú hypoxiou indukované transkripčné faktory (HIF) a zvyšujú expresiu génov závislých od HIF. Patrí sem gén pre erytropoetín (EPO). Soli kobaltu (II) môžu športovci zneužívať na podporu tvorby červených krviniek. [31]

dôkaz

Relatívne informatívnou predbežnou vzorkou pre kobalt je perla soli fosforu, ktorá je kobaltovými iónmi intenzívne zafarbená na modro. V procese separácie katiónov sa dá okrem niklu detegovať tiokyanátom a amylalkoholom; pri rozpustení v amylalkohole vytvára modré Co (SCN) 2. Červenofialový kobaltnatý tiokyanát vo vode tiež zmodrie, keď sa zmieša s acetónom. [32]

Kobalt je možné kvantitatívne stanoviť pomocou EDTA v komplexometrickej titrácii proti murexidu ako indikátoru. [33]

odkazy

Kobalt sa vo svojich zlúčeninách vyskytuje väčšinou dvojmocný alebo trojmocný; tieto zlúčeniny majú často výrazné farby (kategória: kobaltová zmes).

• Chlorid kobaltnatý
• Oxidy kobaltu, ako je oxid kobaltnatý alebo oxid kobaltnatý
• Dusičnan kobaltnatý
• Síran kobaltnatý
• Tiokyanát kobaltnatý
• Octan kobaltnatý
• Kobaltová žltá
• Thénardsova modrá
• Rinmans zelená

Kobaltové komplexy

Po pridaní roztoku amoniaku vznikne z roztoku chloridu kobaltnatého najskôr zrazenina hydroxidu kobaltnatého, ktorý sa rozpúšťa v prebytku roztoku amoniaku a chloridu amónneho za prítomnosti vzdušného kyslíka ako oxidačného činidla za vzniku rôznych komplexov amín-kobalt. . Obzvlášť sa tvoria oranžovo-žltý chlorid kobaltnatý hexaammínový a červený chlorid kobaltnatý aquapentaammínový.

Okrem toho môžu tiež vznikať rôzne komplexy chlóramamínu a kobaltu, ako je chlorid kobaltnatý chloropentaammín alebo chlorid kobaltnatý dichlórtetraammín. Niektoré z týchto zlúčenín vypadnú z roztoku. Okrem toho existujú aj amínové komplexy solí kobaltu, napríklad hexaammínsulfát kobaltnatý, ktoré sa môžu vyrábať prechodom plynného amoniaku cez bezvodý síran kobaltnatý.

Okrem amínových komplexov existuje veľké množstvo zlúčenín s rôznymi ligandmi. Príkladmi sú hexakyanokobaltitan draselný (II) (K4 [Co (CN) 6)), tetratiokyanatokobaltitan draselný (K2 [Co (SCN) 4]), hexanitritokobaltitan draselný (Fischerova soľ, kobaltová žltá) a komplexy s organickými zlúčeninami. Ligandy, ako je etyléndiamín alebo oxalátový ión. [34]