Kobalt - biológia

Kobalt (kémiai terminológia; standard nyelv kobalt; latinból kobaltum "Kobold") egy kémiai elem, amelynek Co szimbóluma és a 27-es atomszáma van. A kobalt egy ferromágneses átmeneti fém a periódusos rendszer 9. vagy kobalt-csoportjából. A régebbi számlálási módszerben a 8. alcsoportba vagy a vas-platina csoportba tartozik. 1735-ben Georg Brandt svéd vegyész felfedezte a korábban ismeretlen elemet, és megadta annak jelenlegi nevét.

A természetesen előforduló kobalt atomtömege különlegesség, 58,93-nál nagyobb, mint a periódusos rendszer következő elemének 58,69-es nikkel átlagos atomtömege. Ez a sajátosság az argon (39,95) és a kálium (39,10), valamint a tellúr (127,60) és a jód (126,90) között is fennáll.

sztori

A kobaltércek és a kobaltvegyületek nagyon régóta ismertek, és főleg üveg és kerámia (kobaltkék) színezésére használták őket. A középkorban gyakran értékes ezüst- és rézérceknek gondolták őket. De mivel nem tudták feldolgozni őket, és az arzéntartalom miatt rossz szagokat árasztott melegítéskor, megbabonázottnak tekintették őket. Állítólag a koboldok megették az értékes ezüstöt, és értéktelen ezüst színű érceket választottak ki a helyén. A kobalt mellett ezek volfrám- és nikkelércek is voltak. Ezeket az érceket a bányászok használták olyan nevekkel, mint a nikkel, a volfrám (például a "farkasköpés", a lat. lupi spuma) és koboldérc, azaz kobalt borítja. [8.]

A kobaltot 1735-ben mutatta be először Georg Brandt svéd vegyész.

Esemény

A kobalt ritka elem, a földkéregben kb. 0,003%. [9] Ez a 30. pozícióba kerül a gyakoriság szerint rendezett elemek listájában. [4] Elemi szinten csak rendkívül ritkán fordul elő meteoritokban és a föld magjában. A kobalt számos ásványi anyagban található meg, de többnyire csak kis mennyiségben fordul elő. Az elem mindig kapcsolódik nikkelhez, gyakran rézhez, ezüsthöz, vashoz vagy uránhoz is. A nikkel körülbelül három-négyszer olyan gyakori, mint a kobalt. Mindkét fém a sziderofil elemekhez tartozik, és jellemző az alap- és az ultra-bázikus magmatitokra.

Számos kobaltérc létezik, amelyekben a kobalt időjárás vagy más folyamatok révén felhalmozódott. A legfontosabbak: kobaltit (elavult Kobalt ragyog; CoAsS), a Linneit és a Siegenit (elavult és félrevezető Kobalt-nikkel kavics [10]), (Co, Ni) 3S4), eritrin (elavult Kobalt virágzik), Asbolan (elavult Föld kobalt), Skutterudit (Ehető kobalt, Smaltin, CoAs3) és heterogenit (CoOOH).

A szulfidércek kobalttartalma alacsony (többnyire csak 0,1–0,3% [9]). A jelentős ércbetétek Kanadában, Zambiában, Marokkóban, a Kongói Demokratikus Köztársaságban, Kubában, Oroszországban, Ausztráliában és az Egyesült Államokban találhatók.

A kobalt nyomelemként található a legtöbb talajban.

A legnagyobb finanszírozású államok

Kobalttermelők

Sok esetben a kobaltot nem finomítják azokban az országokban, ahol kobaltérceket bányásznak. A következő táblázat a Kobalt Fejlesztési Intézet - CDI [12] felsorolja a fém kobalt és a kobalt sók gyártóit és azok termelési mennyiségét [13]:

Kivonás és bemutatás

A kobaltot elsősorban réz- és nikkelércekből nyerik ki. A kitermelés pontos típusa az eredeti érc összetételétől függ. Először is, a jelenlévő vas-szulfid egy része pörköléssel vas-oxiddá alakul át, és vas-szilikátként szilícium-dioxiddal salakolják. Az úgynevezett Durva kő, amely a kobalton kívül nikkelt, rézet és más vasat is tartalmaz szulfidként vagy arzenidként. A további ként nátrium-karbonáttal és nátrium-nitráttal pörkölve távolítják el. A vízzel kimosott kén és arzén egy részéből szulfátok és arzenátok képződnek. A megfelelő fém-oxidok megmaradnak, és kén- vagy sósavval kezelik őket. Csak a réz nem oldódik fel, míg a nikkel, a kobalt és a vas feloldódik. Klórozott mésszel a kobalt ezután szelektíven kicsapható kobalt-hidroxidként, és így elválasztható. Ezt melegítéssel kobalt (II, III) -oxiddá (Co3O4) alakítják, majd koksz vagy alumíniumpor segítségével kobaltvá redukálják:

jellemzők

Fizikai tulajdonságok

A kobalt acélszürke, nagyon kemény nehézfém, amelynek sűrűsége 8,89 g/cm 3. [15] Ferromágneses, Curie-hőmérséklete 1150 ° C [15]. A kobalt két módosításban fordul elő, az α-kobaltban és a β-kobaltban. 400 ° C alatt az α-kobalt stabilabb és a 6/mmm tércsoport hatszögletű, legsűrűbb kristályszerkezetében kristályosodik a rácsparaméterekkel a = 250,7 pm és c = 406,9 pm, és két képletegységgel cellánként. 400 ° C-on arccentrikus köb alakú β-formává alakul át az a = 354,4 pm rácsparaméterrel. [14]

Tipikus fémként jól vezeti a hőt és az áramot (az elektromos vezetőképesség a rézé 26% -a [9]).

Kémiai tulajdonságok

Kémiai viselkedése hasonló a vashoz és a nikkeléhez, passziválás révén ellenáll a levegőben; csak oxidáló hatású savak oldják fel. −0,277 V normál potenciállal a kobalt az egyik alapelem. A vegyületekben elsősorban + II és + III oxidációs állapotokban fordul elő. Azonban a következő oxidációs állapotok –I, 0, + I, + II, + III, + IV és + V képviselnek a vegyületekben. A kobalt többnyire színes komplexek sokaságát alkotja. A kovalens vegyületekkel ellentétben a + III oxidációs állapot gyakoribb és stabilabb, mint a + II.

Izotópok

Összesen 28 izotóp és további 10 magizomer ismert 47 Co és 75 Co között. A természetes kobalt az 59 Co. izotóp 100% -át teszi ki. Az elem tehát a 22 tiszta elem egyike. [16] Ez az izotóp NMR spektroszkópiával vizsgálható.

Az 57 Co nuklid elektronbefogással 57 Fe-re bomlik. A leánymag alapállapotába való átmenet során kibocsátott gammasugárzás energiája 122,06 keV (85,6%) és 14,4 keV (9,16%) [17]. Az 57 Co fő alkalmazása a Mössbauer-spektroszkópia a kétértékű és a háromértékű vas megkülönböztetésére.

Az instabil izotópok közül a leghosszabb élettartam 60 Co (Kobalt-60, Spin 5+), amelynek felezési ideje 5,27 év béta-bomlással kezdetben 60 Ni gerjesztett állapotban (spin 4+), majd gamma-sugárzás kibocsátásával (két gamma-kvantum energia 1,17 és 1,33 MeV [18] ]) bomlik ennek a nuklidnak az alapállapotába (spin 0 +). Emiatt a 60 Co-t gamma-sugárforrásként használják az élelmiszerek sterilizálásához vagy tartósításához, anyagelemzéshez (röntgenvizsgálat) és rákterápiában ("kobaltágyú"). [19] Az orvostudományban más izotópok, például az 57 Co vagy az 58 Co is használhatók nyomjelzőként. [20]

A - geológiailag - viszonylag rövid felezési idő miatt a 60 Co-nak nincs természetes előfordulása. Neutron aktiválással 59 Co-tól nyerik. Spontán hasadási forrásokat, például 252 Cf-t használnak neutronforrásként kisebb mennyiségek előállításához, 59 Co-pelletet használnak a neutronfluxusban nagyobb mennyiségek előállításához. nukleáris reaktorokban.

A neutronsugárzás alatt 59 Co-ból 60 Co képződése potenciálisan felhasználható azon atomfegyverek hatásának fokozására is, amelyekben neutronsugárzás keletkezik kobalt (kobaltbomba) bevonásával. Robbantás esetén akkor kialakul az erős gamma-kibocsátó, amely erősebben szennyezi a környezetet, mint önmagában a magrobbanás. [21] Ha a 60 Co-ot nem megfelelően ártalmatlanítják, inkább megolvasztják más kobalttal és acélokká dolgozzák fel, az abból készült acél részek radioaktívvá válhatnak. [22] [23]

A Wu-kísérletet 60 Co-val hajtották végre, amellyel felfedezték a gyenge kölcsönhatás paritásbeli megsértését. [24]

használat

Ötvözetként az ötvözött és nagy ötvözetű acélok és szuperötvözetek kopásának és hőállóságának növelésére, kötőfázisként keményfém szinterezett anyagokban és gyémánt szerszámokban, oxidként, szulfátként, hidroxidként vagy karbonátként hőálló festékekben és pigmentekben (pl. Porcelán és Kerámia), a mágneses ötvözetek összetevőjeként, acetátként mint festékek és lakkok szárítója (szikatív), katalizátorként (kéntelenítés/hidrogénezés), hidroxidként vagy lítium-kobalt-dioxidként (LiCoO2) elemekben, korrózióban és kopásálló ötvözetekben valamint nyomelemként az orvostudomány és a mezőgazdaság számára. Ötvözőelemként és kobaltvegyületekben való használata stratégiailag fontos fémvé teszi. (Lásd: Vitallium: implantátumok, turbinapengék, vegyi eszközök).

fiziológia

A kobalt a B12-vitamin (kobalamin) része, amely elengedhetetlen az emberi túléléshez. Egészséges emberekben az említett vitamin a bélbaktériumok által közvetlenül kobaltionokból képződhet. A kobalamint azonban meg kell kötnie a gyomorban termelődő belső tényezőnek ahhoz, hogy képes legyen felszívódni az ileumban. [25] Mivel azonban a mesterséges kobalamin előállítási helye a vastagbélben van, [26] a jelenlegi ismeretek szerint a felszívódás nem lehetséges. Mindazonáltal a napi szükséglet (felnőttek) nyomaként 0,1 μg kobalt napi bevitelét határozzák meg. A B12-vitamin hiánya károsodott eritropoézishez és így vérszegénységhez (vérszegénységhez) vezethet. [27] Míg a kobaltvegyületek kicsi túladagolása csak kissé mérgező az emberre, nagyobb dózisok (kb. 25-30 mg/nap) bőr-, tüdő- és gyomorbetegségekhez, máj-, szív- és vesekárosodáshoz, valamint rákos fekélyekhez vezetnek.

Az 1960-as évek közepén számos kobalt-indukált kardiomiopátia (kobalt-kardiomiopátia) fordult elő Kanadában és az Egyesült Államokban. Quebecben 49, Omahában 64 beteget regisztráltak. A tünetek közé tartozott a gyomorfájás, a fogyás, az émelygés, a légszomj és a köhögés. A halálozási arány 40% körül mozgott. A boncolások a szívizom és a máj súlyos károsodását tárták fel. Minden beteg nagy sörivó volt (1,5-3 liter/nap). Inkább olyan helyi sörfőzdékből fogyasztottak fajtákat, amelyek körülbelül egy hónappal korábban kezdtek habstabilizátorként kobalt (II) -szulfátot adni a sörhöz. [28] Az élelmiszerekben lévő kobalt határértékeit nem lépték túl. A betegség előfordulása azonnal leállt, miután a sörgyárak beszüntették a kobalt-szulfát keveréket. [29] [30]

A kobalt (II) sók aktiválják a hipoxia által indukálható transzkripciós faktorokat (HIF) és növelik a HIF-függő gének expresszióját. Ide tartozik az eritropoietin génje (EPO). A kobalt (II) sókat visszaélhetik a sportolók a vörösvértestek kialakulásának elősegítése érdekében. [31]

bizonyíték

A kobalt viszonylag informatív előzetes mintája a foszfortartalmú gyöngy, amelyet a kobaltionok intenzíven kék színeznek. A kationelválasztási folyamatban a tiocianáttal és amil-alkohollal kiegészített nikkel mellett kimutatható; amil-alkoholban oldva kék Co (SCN) 2-t képez. A vízben lévő vörös-ibolya kobalt (II) tiocianát acetonnal keverve szintén kék színűvé válik. [32]

A kobalt mennyiségileg meghatározható EDTA-val, komplexometrikus titrálásként murexiddel szemben. [33]

linkek

A kobalt vegyületeiben többnyire két- vagy háromértékű; ezek a vegyületek gyakran erős színekkel rendelkeznek (kategória: kobaltvegyület).

• Kobalt (II) -klorid
• Kobalt-oxidok, például kobalt (II) -oxid vagy kobalt (II, III) -oxid
• Kobalt (II) -nitrát
• Kobalt (II) -szulfát
• Kobalt (II) tiocianát
• Kobalt (II) -acetát
• Kobalt sárga
• Thénards kék
• Rinmans zöld

Kobalt-komplexek

Ammóniaoldat hozzáadásakor egy kobalt (II) -klorid-oldat kezdetben kobalt (II) -hidroxid-csapadékot képez, amely ammónia-oldat és ammónium-klorid feleslegében oldódik légköri oxigén jelenlétében, mint oxidálószer, különféle ammin-kobalt (III) komplexeket képezve. . Különösen a narancssárga-sárga hexaammin-kobalt (III) -klorid és a vörös aquapentaammine-kobalt (III) -klorid képződik.

Ezenkívül különféle klór-amin-kobalt (III) komplexek is képződhetnek, például klór-pentamin-kobalt (III) -klorid vagy diklór-tetra-amin-kobalt (III) -klorid. Ezen vegyületek egy része kiesik az oldatból. Ezen kívül léteznek kobalt (II) sók ammin komplexei, például hexaammin kobalt (II) szulfát, amelyek előállíthatók ammóniagáz vízmentes kobalt (II) szulfáton való átengedésével.

Az ammin komplexek mellett számos vegyület létezik különböző ligandumokkal. Ilyenek például a kálium-hexaciano-kobaltát (II) (K4 [Co (CN) 6]), a kálium-tetratiocianatokobaltát (II) (K2 [Co (SCN) 4]), a kálium-hexanitritokobaltát (III) (Fischer-só, kobalt-sárga) és szerves vegyületekkel alkotott komplexek Ligandumok, például etilén-diamin vagy oxalátion. [34]