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]

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 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]

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]