Кобальт

По-английски

Cobalt

Раздел на сайте

Минеральные удобрения

Группа

Микроэлементы, Питательные элементы


Кобальт – химический элемент периодической системы Менделеева. В природе распространен мало. Необходим для нормальной жизнедеятельности растений. Применяется как действующее вещество в комплексных и микроудобрениях, добавляется в минеральные удобрения. Используется для обработки семян, некорневой подкормки и внесения в почву в качестве припосевного удобрения.

Кобальт
Показать все

Содержание:


С XVI века на серебряных рудниках Саксонии люди добывали драгоценный металл. Они извлекали руду, обжигали ее и получали серебро. К сожалению, не во всех случаях его добыча была успешной. Иногда рудокопы, прокаливая руду в печах, не получали металла; кроме этого, в течение недолгого времени после обработки таких «неудачных» партий сырья люди погибали. Долгое время считалось, что причиной этому служил злой подземный дух Коболд, не желающий расставаться со своими сокровищами и недовольный тем, что его потревожили.

В 1735 году загадка была разрешена, когда шведский ученый Георг Бранд подробнее исследовал загадочную руду. Оказывается, несмотря на свою схожесть с серебряной, она отличалась от нее по составу. Во-первых, в ней имелась примесь мышьяка, который, образуя при высокой температуре ядовитые пары, и убивал несчастных рудокопов. Во-вторых, вместо серебра она содержала неизвестный металл, названный кобальтом.

Поначалу он практически не нашел применения, но затем, когда выяснилось, что чистый кобальт устойчив к коррозии, прочен и способен к намагничиванию, его начали активно использовать в изготовлении авиатурбин, микроэлектронике, производстве некоторых видов стекла. Будучи важным микроэлементом, он применяется и в сельском хозяйстве.[7]

Кобальт - Кобальт
Кобальт


Физические и химические свойства

Кобальт (Cobaltum), Со – химический элемент побочной подгруппы восьмой группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 27. Атомная масса – 59,93. Относится к семейству железа и, так же, как железо и никель, к переходным элементам (3d). Проявляет свойства металла. Валентность переменная – II и III. По физическим и химическим свойствам близок к железу (Fe).[2]

Кобальт – твердый, тягучий, блестящий металл. Внешне похож на железо. Как и последнее, обладает магнитными свойствами, но вода и воздух на него не действуют. В разбавленных кислотах кобальт растворяется намного труднее.

В природе данный элемент распространен мало. В земной коре его содержится около 0,004 % (по массе). Как правило, кобальт встречается в соединениях с мышьяком в виде минералов – кобальтового шпейса и кобальтового блеска.

  • Плотность металла – 8,84 г/см3,
  • Температура плавления – 1494 °С,
  • Температура кипения – 2960 °С.

Кобальт образует оксид кобальта (II) либо закись кобальта и оксид кобальта (III), а также окись кобальта, Сo2O3. Данным соединениям соответствуют гидроксиды Сo(ОН)2 и Сo(ОН)3. Этим соединениям, в свою очередь, отвечают два ряда солей. Однако соли трехвалентного кобальта нестойки и очень легко переходят в соли двухвалентного кобальта. Встречается также смешанный оксид Сo3О4. Точнее, его формула выглядит как СoО х Сo2О3.

В безводном состоянии соли кобальта имеют синий цвет, но их водные растворы и кристаллы розовые.[3]

Кобальт - Торф – органический источник кобальта
Торф – органический источник кобальта


Содержание в природе

В земной коре кобальта содержится совсем немного. Повышенные концентрации обнаруживаются только в ультраосновных породах. Они колеблются в районе 100–200 мг/кг. В кислых породах это значение равно 1–15 мг/кг, а в осадочных – 0,1–20 мг/кг.

Кобальт не имеет собственных породообразующих минералов. Обычно он входит в состав минералов серы, железа, селена и мышьяка. В природных средах присутствует в двух состояниях окисленности – Со2+ и Со3+, а также в виде комплексного аниона Со(ОН)3–.

Количество кобальта в почве зависит от состава материнской породы. Кроме того, распределение данного элемента в почвенных слоях зависит от распределения в профилях почв физической глины, илистых фракций, оксидов железа и органического вещества, поскольку все перечисленные конгломераты способны фиксировать кобальт. Однако в большей степени он фиксируется частичками физической глины. Одновременно часто встречаются соединения кобальта с глинистыми минералами, оксидами железа и гумусовыми соединениями. Доля подобных веществ, фиксирующих кобальт в неподвижной и малоподвижных формах, составляет около 95 % валового содержания этого элемента в почве.

В почвах с преобладанием марганца замечено преобладание соединений кобальта и марганца. Из глинистых минералов максимальное количество кобальта фиксируется монтмориллонитом и иллитом.

Положительно заряженные комплексы кобальта практически полностью сорбируются почвенно-поглощающим комплексом, а в профиле почвы наиболее мобильны комплексы кобальта с отрицательным зарядом.[2]

В растениях среднее содержание элемента – 0,01–0,6 мг/кг сухого вещества. При этом, отмечено, что бобовые культуры богаче кобальтом, чем злаковые.[5]

Существенный источник загрязнения кобальтом – выплавка цветных металлов. Сжигание угля и другого топлива дает гораздо меньшие значения. При этом, придорожная почва и уличная пыль содержат повышенное количество кобальта.[4]

Содержание кобальта в основной и подвижной формах в почвах СНГ, (мг/кг), согласно данным:[5]

 Почвы

Среднее содержание

(пределы колебаний)

Содержание подвижного кобальта

Дерново-подзолистые

3,1

(0,45-14,0)

1,9 – 3,2

Болотные

2,9

(0,8-5,2)

3,2 – 5,4

Дерново-карбонатные

4,2

(0,9-5,2)

 

Серые лесные

3,9

(2,5-8,0)

 

Черноземные

6,1

(2,6-13,0)

5,4

Каштановые

8,6

-

 

Засоленные

5,3

(1,7-8,8)

 

Сероземные

1,6

-

 

Красноземные

7,0

(4,0-10,0)

1,7

Содержание кобальта в различных типах почв

Содержание кобальта в почвах колеблется от 1 до 15 мг/кг. Как уже указывалось, оно значительно зависит от концентрации данного элемента в материнских породах.

Почвы на ультраосновных горных породах

(серпентинитах, дунитах, пироксенах) богаты кобальтом.

Почвы на кислых изверженных породах

содержат его меньше, чем предыдущие.

Базальты

содержат максимальное количество кобальта.

Суглинки и глины

– содержат кобальта немного меньше, чем базальты.

Известняки, доломиты, супеси, пески

– низкое содержание кобальта.

Дерново-подзолистые почвы

наиболее бедны по содержанию данного металла, особенно, если они имеют легкий механический состав.

Болотистые почвы

содержат мало кобальта.

Сероземы

– очень низкое содержание кобальта.

Красноземы и каштановые сероземы

отличаются большим содержанием данного металла.[5]

Подвижный кобальт

. Важным фактором распределения и поведения кобальта в почвах является наличие в них органического вещества и глинистых соединений. При этом подвижность кобальта сильно зависит от характера органики в почве. В частности, органические хелаты данного элемента легко подвижны и активно транспортируются. Отмечено, что в почвах, богатых органикой, но с меньшим количеством кобальта и низкой его доступностью органические соединения данного элемента хорошо доступны для растений. Особенно ярко это проявляется на хорошо дренированных почвах с высоким значением pH.

Факторы, вызывающие недостаток кобальта в кормах пастбищных животных, возникают в щелочных и известковых почвах, а также в слабовыщелоченных и в почвах с высоким содержанием органического вещества.

Содержание кобальта и его распределение в почвах зависит от происходящих в профиле почвообразующих процессов, а значит, и от климатических зон. Более высокое содержание его фиксируется в поверхностном слое почв аридных и семиаридных регионов. Низкие уровни характеризуют легкие почвы атлантических прибрежных равнин и почвы ледниковых районов северо-востока США.

В природе высокое содержание кобальта установлено в почвах, развитых на серпентинитах и над рудными телами.[4]

Симптомы недостатка кобальта у с/х культур

Культура Симптомы недостатка

Общие симптомы для различных сх культур

Хлороз листьев,

Замедление роста растений,

Короткий цикл развития

Роль для растений

Биохимические функции

Продолжительное время кобальт считался микроэлементом, необходимым только для животных. Но в настоящее время доказана его полезность либо необходимость и для высших растений.

Основную функцию кобальта связывают с его участием в фиксации атмосферного азота в клубеньках бобовых и небобовых растений.

Из корневых клубеньков был изолирован коэнзим кобаламин (витамин В12 и его дериванты). Доказана необходимость данного металла для многих микроорганизмов, фиксирующих азот.

В коэнзиме кобаламина содержится Со (III) как металлокомпонент. Он хелатирован четырьмя атомами азота в центре порфириновой структуры, которая по строению напоминает гем железа.

Известны три кобальт-зависимых фермента:

  • метионинсинтаза – участник синтеза метионина, подавление которого ведет к снижению образования белка и уменьшению бактероидов в размере;
  • рибонуклеотидредуктаза – катализатор восстановления рибонуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов, то есть она вовлечена в синтез ДНК и деление клеток;
  • метилмалонил-коэнзим А-мутаза – фермент включен в синтез гема в бактероидах.

Таким образом, под влиянием кобальта стимулируется развитие растительных тканей, содержащих бактероиды, увеличивается количество рибосом как в растительной, так и в бактероидной клетке, повышается подвижность бактероидов в клубеньках бобовых растений.

Участие кобальта в жизни высших растений, не способных к фиксации азота, специфическое или косвенное. Металл стимулирует клеточную репродукцию листьев путем увеличения толщины и объема мезофилла в листьях, размеров и числа клеток столбчатой и губчатой паренхимы листа.

Установлено влияние кобальта на формирование и функционирование фотосинтетического аппарата растений путем концентрации хлоропластов и пигментов в листьях. Это связано с возрастанием объемов пластидного аппарата за счет роста органелл.[2]

Кобальт - Бобовые – богаты кобальтом
Бобовые – богаты кобальтом


Недостаток (дефицит) кобальта в растениях

Влияние дефицита кобальта на жизнедеятельность высших растений изучено недостаточно. Однако установлено, что при полной очистке питательной среды от данного элемента бобовые растения проявляют признаки азотного голодания. Подобная зависимость установлена для сои, люцерны. Так же реагировал на недостаток кобальта клевер.[5]

Дефицит элемента в травянистой растительности важен с точки зрения необходимости его для пастбищных животных. Определено, что при содержании кобальта в почвах менее 5 мг/кг наблюдается его недостаток в травянистой растительности. Это препятствует нормальному развитию животных.[4]

При нехватке кобальта у животных развиваются признаки авитаминоза, замедляется образование гемоглобина, нуклеиновых кислот, белков, наблюдается эндемический зоб.[6]

Критический уровень содержания кобальта, необходимого для успешного развития животных, определяют в 0,08–0,10 мг/кг сухой массы растений.[4]

Симптомы дефицита

. Внешние проявления недостатка кобальта аналогичны симптомам дефицита азота. Это хлороз листьев, замедление роста растений, короткий цикл развития.[2]

Избыток кобальта

Избыток кобальта включается растениями в транспирационный поток. Это приводит к обогащению краев и кончиков листьев данным металлом. Наиболее характерным признаком избытка кобальта является побеление и отмирание данных участков.

Содержание кобальта в обычных удобрениях, мг/кг сухого вещества, согласно данным:[5]

Удобрение

Содержание кобальта

Форфоритная мука

6,7 – 54,0

Апатитовая порода. Хибины

0

Суперфорфат из апатитов

0

Суперфосфат из фосфоритов Кара - Тау

10,6

Томасшлак керченский

10,6

Костяная мука

следы

Цинамид кальция

0

Навоз на соломенной подстилке

1,1 - 1,6

Торф низинный

2,0 – 4,1

Торф верховой

1,5

Зола

5,4 – 11,0

Кровяная мука

0,6

Мел

2,2

Дунитовая порода

27,8

Пиритный (колчеданный) огарок

145

Марганцевые шламы

27,0 – 38,0

Фитотоксичность

. Начальная реакция растений на избыток Co – межжилковый хлороз молодых листьев, тесно связанный с железистым хлорозом.

Цитологический эффект данного процесса можно представить, как подавление митоза, повреждение хромосом и эндоплазматического ретикулума корневых окончаний и нарушение флоэмы побочных жилок.

В природных условиях избыток кобальта наблюдается редко. При этом большое количество кобальта в загрязненных почвах является токсичным для риса, овса, фасоли, суданской травы, ячменя.

Наибольшая чувствительность к избытку данного элемента установлена у хлебных злаков.

Избыток кобальта в растениях небезопасен и для животных. Считается, что максимально допустимая его концентрация в кормовых травах не должна превышать 60 мг/кг сухой массы.[4]

Токсичность кобальта может проявляться путем угнетения витамина В12. В результате у растений появляются недоразвитые цветы, ухудшается или вообще отсутствует плодоношение, семена не дают всходов.[6]

Содержание в различных соединениях

Соединения кобальта получают, как правило, при переработке никелевых руд. Массовая доля элемента в них составляет 0,15–0,2 %. Источники вторичного кобальтового сырья – отходы производства. Это различные сплавы и катализаторы.

Сернокислый и хлористый кобальт

хорошо растворимы в воде и содержат до 25 % кобальта.[2]

Обычные удобрения также содержат некоторое количество элемента. Наиболее богатыми по данному параметру являются пиритный огарок, фосфоритная мука, марганцевые шламы, дунитовая порода. Кроме того, кобальт содержится в томасшлаке, суперфосфате из фосфорита Кара-Тау. Суперфосфат из апатита кобальта не содержит. Отсутствует кобальт в калийных и азотных удобрениях.

Из местных удобрений данный элемент представлен в древесной золе, золе каменного угля, горючего сланца, в торфе и навозе. Небольшое количество кобальта содержит мел.[5]

Способы применения кобальтовых удобрений

Сернокислый и хлористый кобальт

применяют для обработки семян, некорневых подкормок в виде водных растворов.[2] Он используется для внесения в почву при выращивании овощей.[6]

Минеральные удобрения

, содержащие кобальт, необходимо применять строго в соответствии с инструкцией.

Эффект от применения кобальтсодержащих удобрений

Кобальт положительно влияет на продуктивность растений на произвесткованных почвах и почвах, достаточно обеспеченных основными элементами питания, при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной.[6]

Отмечается положительная реакция на применение кобальтовых удобрений у бобовых, овощных культур, картофеля и злаковых на низинных торфяниках, окультуренных и выщелоченных черноземах, глееватой дерново-подзолистой средне-суглинистой, на кислых песчаных дерново-подзолистых почвах после известкования.[1]

При указанных почвенных условиях подкормки кобальтовыми удобрениями влияют на растения следующим образом:

Картофель

некорневые подкормки кобальтосодержащими удобрениями повышают в листьях общее содержание нуклеиновых кислот.

Бобовые культуры

– кобальт способствует повышению содержания витамина В12 и активизации процесса азотообразования.

Томаты, гречиха, горох, ячмень, овес

– явное улучшение состояния растений.

Лен, ячмень, озимая рожь, сахарная свекла

– при внесении кобальта повышается урожайность. Ячмень быстрее вызревает, в семенах льна повышается содержание жира, а в томатах и капусте – сахара и витамина С.

Кобальтовые и кобальтосодержащие удобрения положительно влияют на урожайность и качество семян клевера, конопли, винограда и других плодово-ягодных культур, огурцов, томата, лука, цветной капусты, салата.[1]

 

Оставьте свой отзыв:

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 22.05.14 16:27

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1990.– 272 с.

2.

Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.

3.

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

4.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

5.

Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения.– М.: Издательство «Химия», 1965.– 332 с.

6.

Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.

7.

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.

Изображения (переработаны):
8.

Cobalt, by Tor Paulin, по лицензии CC BY-NC-SA

9.

Peapods, by Erin Buonocore, по лицензии CC BY

10.

Peat Moss, by Peat Moss, по лицензии CC BY