کبالت Co 27، عنصری از جدول تناوبی

همه چیز درباره عنصر کبالت (Co)

کبالت Co 27، عنصری از جدول تناوبی

کبالت، (به انگلیسی : Cobalt) با علامت اختصاری Co و عدد اتمی ۲۷، عنصری از جدول تناوبی در دسته فلزات واسطه است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.

کُبالت فلزی است سفید با علامت شیمیایی Co، شبیه نیکل ولی با ته رنگ آبی به جای ته رنگ زرد نیکل. از لحاظ شیمیایی فعالتر از نیکل است. در اسید سولفوریک و اسید نیتریک محلول و به کندی تحت تأثیر قلیایی‌ها قرار می‌گیرد. سرعت اکسایش کبالت ۲۵ برابر نیکل است. قدرت آن در سفید کردن آلیاژهای مس کمتر از نیکل بوده، ولی مقادیر کمی از آن در آلیاژهای نیکل- مس ته رنگ زرد نیکل را خنثی و آنها را سفیدتر می‌کند.

این فلز مانند نیکل دیامغناطیس بوده ولی تقریباً دارای ۳ برابر حداکثر نفوذ پذیری آن است. مانند تنگستن دارای خاصیت اضافه کردن سرخ سختی به آلیاژهای برشکاری است. همچنین به میزان بیشتر از نیکل سخت می‌کند به ویژه در مجاورت کربن، در آلیاژها می‌تواند بیشتر از نیکل ترکیبات شیمیایی دهد.

شناسنامه کبالت

عدد اتمی: ۲۷

جرم اتمی:۵۸٫۹۳۳۲

نقطه ذوب : C°۱۴۹۵

نقطه جوش : C°۲۸۷۰

شعاع اتمی : Å ۱٫۶۷

ظرفیت:۲و۳

رنگ: سفید – نقره ای

حالت استاندارد: جامد

نام گروه:۹

انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 7.89

شکل الکترونی: ۲ ۱s22s2p63s23 p63d 74s

شعاع یونی : Å ۰٫۷۴۵

الکترونگاتیوی:۱٫۸۸

حالت اکسیداسیون:۲و۳

دانسیته: ۸٫۹

گرمای فروپاشی : Kj/mol 16.19

گرمای تبخیر : Kj/mol 376.5

مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000000581

گرمای ویژه: J/g Ko 0.42

دوره تناوبی:۴

تاریخچه کبالت

کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه از آنها استفاده می کردند. “George Brand” به خاطر کشف کبالت شهرت یافت. تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است، اما این کشف بین سالهای ۱۷۳۰ و ۱۷۳۷ اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه ها کبالت است. قبلا” بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه ها می دانستند.

در خلال قرن نوزدهم ، کبالت آبی (۸۰ -۷۰% کبالت جهان ) در Blaafarvaerket در نروژ ، به رهبری صنعتگر پروسی “Benjamin Wegner” تولید شد. “John Livingood” و “Glenn Seaborg” در سال ۱۹۳۸ کبالت ۶۰ را کشف کردند. کلمه کبالت از واژه آلمانی kobalt یا kobold ، به معنی روح شیطان گرفته شده است. این نام را کارگران معدن به علت سمی و دردسرساز بودن این عنصر برای آن انتخاب کردند. ( کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می کرد. )

پیدایش کبالت

کبالت ، بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموما” به صورت سنگ معدن یافت می شود. کبالت معمولا” به تنهایی استخراج نمی شود و به عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل بدست می آید.
سنگ معدنهای اصلی کبالت عبارتند از: کبالتیت ، اریتریت ، گلائوکودوت و اسکوترودیت. عمده ترین تولید کنندگان کبالت در جهان ، چین ، زامبیا ، روسیه و استرالیا هستند.

ترکیبات کبالت

به علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ، ضدفرومغناطیس می باشند؛ CaO ، Co۳O۴ .

ویژگی های کبالت

کبالت ، عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می‌‌باشد.دمای کوری آن ، K1388 با ممنتم بور ۶/۱ – ۷/۱ در هر اتم است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است و هر دوی آنها از اجزای مشخص فلز شهاب سنگی می‌باشند. پستانداران ، نیازمند مقدار بسیار کمی از نمک های کبالت هستند.

کبالت ۶۰ که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است، یک ردیاب رادیواکتیو مهم و عامل معالج سرطان به‌شمار می‌آید. نفوذ پذیری نسبی کبالت ، دو سوم آهن است. کبالت ، فلزی عموما” دارای مخلوطی از دو ساختار شکل بلورین fcc و hcp با دمای انتقال fcc –> hcp K722 می‌باشد. حالات اکسیداسیون عادی کبالت ، شامل ۲+ و۳+ است، گرچه ۱+ نیز دیده شده است.

فراوانی کبالت در طبیعت

بیشتر کبالت موجود در کره زمین در سنگ معدنی آن یافت می شود. کبالت نسبتا دارای فراوانی کمی در پوسته زمین است و در آب های طبیعی، به عنوان سولفین کبالت (CoS) غیر قابل حل، رسوب می کند. اگرچه سطح میانگین کبالت در خاک حدود ۸ ppm است، ولی خاک هایی با مقدار کبالت به اندکی ۰٫۱ ppm و یا به بزرگی بیش از ۷۰ ppmنیز وجود دارد.

کبالت به صورت فلز آزاد یافت نمی شود و عموما در شکل سنگ معدنی یافت می شود. کبالت معمولا به تنهایی استخراج نمی شود و معمولا به عنوان محصول جانبی فعالیت های استخراج مس و نیکل تولید می ­شود. مهم ترین سنگ معدن های کبالت شامل کبالتیت، اریتریت، گلوکودوت و اسکاتریودیت است و این فلز معمولا همراه با سنگ معدن ­های آهن، نیکل، نقره، سرب و مس یافت می شود. تولید کنندگان اصلی کبالت در جهان جمهوری دمکراتیک کنگو، چین، زامبیا، روسیه و استرالیا هستند. این فلز همچنین در فنلاند، آذربایجان و قزاقستان یافت می شود. تولید جهانی آن ۱۷۰۰۰ تن در سال است.

آلیاژهای کبالت

آلیاژهای پایه کبالت عموما به عنوان آلیاژهای مقاوم به سایش، مقاوم به خوردگی و مقاوم به حرارت (مستحکم حتی در دماهای بالا) مطرح می شوند. بیشتر خواص این آلیاژها از طبیعت کریستالوگرافی کبالت ناشی می شود. اثرات استحکام دهی محلول جامد عناصر کروم، تنگستن و مولیبدن به علت تشکیل کاربید های فلزی بوده و مقاومت به خوردگی به علت وجود کروم می باشد.

عموما کامپوزیت های نرم تر و چقرمه تر برای کاربردهای دما بالا، مانند پره های توربین های گازی و تیغه توربین بکار رفته و انواع سخت تر برای کاربردهای مقاوم به سایش استفاده می شوند. بیشتر آلیاژهای پایه کبالت از آلیاژهای سه تایی کبالت-کروم-تنگستن و کبالت-کروم-مولیبدن ناشی می شوند، که اولین بار بوسیله Elwood Haynes در شروع قرن بیستم کشف شدند.

وی استحکام بالا و طبیعت ضد زنگ آلیاژهای دوتایی کبالت-کروم را کشف کرد و سپس تنگستن و مولیبدن را به عنوان عوامل استحکام بخش قوی در سیستم کبالت – کروم معرفی کرد. هنگامی که وی این آلیاژها را کشف کرد، به علت استلای لاتین (ستاره) و جلای ستاره ای شکل آن، نام آنها را آلیاژهای Stellite گذاشت.

ایزوتوپ های کبالت

کبالت ، بصورت طبیعی دارای ۱ ایزوتوپ پایدار ( ۵۹- Co) می باشد.۲۲ رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-۶۰ با نیمه عمر ۵,۲۷۱۴ سال ، CO-۵۷ با نیمه عمر ۲۷۱,۷۹ روز ، Co-۵۶ با نیمه عمر ۷۷,۲۷ روز و Co-۵۸ با نیمه عمر ۷۰,۸۶ روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو ، دارای نیمه عمری کمتر از ۱۸ ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتر از ۱ ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای ۴ حالت برانگیختگی است که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از ۱۵ دقیقه دارند.

ایزوتوپ های کبالت از نظر وزن اتمی ، بین ۵۰amu و amu ۷۳ قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ۵۹-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می باشد.محصول فروپاشی اصلی پیش از ۵۹-Co ایزوتوپ های عنصر ۲۶ (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپ های عنصر ۲۸ (نیکل) می باشند.

کاربردهای کبالت

آلیاژهایی از قبیل :

  • آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما.
  • آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.
  • فولاد ، در سرعتهای بسیار زیاد.
  • کاربیدهای روکشدار ( فلزات سخت هم نامیده می‌شوند ) و ابزارهای الماسه.
  • آهن ربا و واسطه ضبط مغناطیسی ( ازقبیل نوار کاست و ویدئو ).
  • کاتالیزور برای مصرف در صنایع شیمیایی و نفتی.
  • در آبکاری الکتریکی برای ظاهر ، استحکام و مقاوت در برابر اکسیداسیون.
  • عامل خشک کننده در رنگها ، جوهر و براق‌کننده‌ها.
  • لایه زیرین در لعابهای چینی.
  • رنگدانه ( کبالت آبی و سبز ).
  • الکترودهای باطری.
  • تایرهای رادیال تسمه فولادی.
  • کبالت –۶۰ بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :
  • در پرتو درمانی ( رادیوتراپی ) بکار می‌رود.
  • در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد ) بکار می‌رود.
  • در رادیوگرافی صنعتی به‌منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات بکار می‌رود.

اثرات کبالت بر سلامتی انسان

از آنجایی که کبالت به طور گسترده در محیطهای مختلف وجود دارد، با تنفس هوا، آشامیدن آب و خوردن غذاهایی که حاوی کبالت هستند، مقداری کبالت وارد بدن انسان میشود. تماس پوست با خاک یا آب دارای کبالت نیز راه دیگر ورود کبالت به بدن انسان میباشد.

کبالت همیشه به آسانی در دسترس نمیباشد، اما برخی اوقات ذرات کبالت به خاک یا ذرات رسوبی متصل نمیشوند وممکن است که گیاهان و جانوران مقدار زیادی کبالت دریافت کنند، و به همین ترتیب مقدار زیادی کبالت در بدن آنها ذخیره شود. کبالت برای بدن انسان اهمیت زیادی دارد، زیرا بخشی از ویتامین B12 را تشکیل میدهد. برای برطرف کردن عارضه کم خونی در زنان باردار از کبالت استفاده میشود، زیرا کبالت تولید سلول های خونی را تحریک میکند.

مقدار زیاد کبالت برای بدن انسان مضر است. اگر مقدار کبالت در هوای تنفسی از حد مجاز بیشتر باشد، بر اثر تنفس کبالت مشکلات تنفسی مانند آسم و ذات الریه ایجاد میشود. این مسئله اغلب در افرادی که در محیط کارشان مقدار زیادی کبالت وجود دارد، دیده میشود.

در صورتیکه گیاهان در خاک آلوده به کبالت رشد کنند، ذرات بسیارریز کبالت در اندامهایی از بدن گیاه که مورد استفاده انسان است، مانند میوه ها و دانه های گیاه تجمع پیدا میکند. خاکهایی که در نزدیکی معادن قرار دارند، دارای مقدار زیادی کبالت میباشند، بنابراین مصرف چنین گیاهانی توسط انسان سبب بروز آسیب های فراوانی میشود.

اثرات مصرف غلظت بالای کبالت عبارت هستند از:

  • استفراغ و تهوع
  • مشکلات بینایی
  • مشکلات قلبی
  • آسیب به تیروئید

اشکال دیگری از کبالت که باعث بیماری میشوند، ایزوتوپ های رادیواکتیو کبالت هستند. ایزوتوپهای رادیواکتیو کبالت سبب نازایی، ریزش مو، تهوع، خونریزی، کما و حتی مرگ می شوند. گاهی اوقات پرتوهای حاصل از ایزوتوپ های کبالت برای بیماران سرطانی و برای از بین بردن تومور استفاده میشود. این بیماران بر اثر استفاده از ایزوتوپ های کبالت عوارضی از قبیل ریزش مو، اسهال و تهوع را تجربه میکنند.

غبار کبالت باعث بیماری های شبیه آسم شده و علائمی مانند سرفه، کوتاه و انقطاع تنفس و تنگی نفس را از خود نشان میدهند. این علائم به تدریج در فرد افزایش می یابد و مشکلات دیگری مانند بیماریهای ریوی، تصلب شرایین، ناتوانی دائمی و مرگ را سبب میشود. اگر فردی در معرض کبالت قرار گیرد، دچار کاهش وزن، آماس پوست و حساسیت بالای دستگاه تنفس میشود.

مصرف مقدار اندک عنصر شیمیایی کبالت که در جانوران آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته شده، باعث مرگ ۵۰ درصد جمعیت جانوری میشود. این مقدار در حدود میلی گرم یا گرم ماده در هر کیلوگرم از وزن جانور میباشد. آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC)، کبالت و ترکیبات آن را در گروه ۲B طبقه بندی کرده است. این بدان معناست که عناصری که در گروه ۲B قرار میگیرند، عناصری هستند که ممکن است برای انسان سرطانزا باشند.

تاثیرات زیست محیطی کبالت

کبالت عنصری طبیعی است که در هوا، آب، خاک، سنگ ها، گیاهان و جانوران وجود دارد. همچنین کبالت میتواند از طریق وزش باد در سطح زمین، وارد هوا یا آب شود، یا از طریق هرزآب های شهری که از سنگ ها و خاک های حاوی کبالت عبور میکنند، وارد آبهای سطحی شود.

فعالیتهای انسانی مانند احتراق زغال سنگ، معدنکاری، فرآوری کانسنگ های حاوی کبالت و تولید و استفاده از موادشیمیایی دارای کبالت باعث ورود مقداری از این عنصر شیمیایی به اتمسفر میشود.
ایزوتوپهای رادیواکتیو کبالت به طور طبیعی وجود ندارند، اما بر اثر عملیات هسته ای که در کارخانه های انرژی اتمی انجام میشود، تولید و تشکیل میگردند. از آنجایی که ایزوتوپ های رادیواکتیو کبالت نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارند، خطرناک نمیباشند.

زمانیکه کبالت وارد محیط میشود، بلافاصله از بین نمیرود. کبالت میتواند با سایر ذرات واکنش دهد یا جذب سایر ذرات شود. این ذرات عبارت هستند از ذرات خاک یا رسوبات آبی. فقط زمانی که شرایط محیط اسیدی باشد، کبالت میتواند متحرک باشد. البته در نهایت قسمت اعظم کبالت وارد رسوبات و خاک میشود.

گیاهانی که در خاک های با مقدار کم کبالت رشد میکنند، از کمبود کبالت رنج میبرند و به تبع آن جانورانی که از چنین گیاهانی تغذیه میکنند، نیز دچار کمبود کبالت میشوند. از طرفی، خاک هایی که در نزدیکی معادن کبالت قرار دارند، دارای مقدار زیادی کبالت میباشند، بنابراین جانورانی که از گیاهان چنین مناطقی تغذیه میکنند، دچار بیماری میشوند. کبالت در بافتهای گیاهی و در بدن جانورانی که از این گیاهان تغذیه میکنند، تجمع می یابد. اما کبالت وارد زنجیره غذایی نمیشود. به همین دلیل، میوه ها، سبزیجات، ماهی ها و سایر جانورانی را که مصرف میکنیم، فاقد مقدار زیاد کبالت هستند.

هشدارها درباره کبالت

فلز کبالت پودر شده ، خطر آتش سوزی به همراه دارد. بهتر است همه ترکیبات کبالت را سمی در نظر گرفت، مگر اینکه خلاف آن ثابت شده باشد. احتمالا”بیشتر ترکیبات کبالت خیلی زهرآگین نیستند. کبالت ۶۰ ، ارسال کننده اشعه گامای قوی است، لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می کند. بلع کبالت ۶۰ منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن می شود که به کندی از بدن خارج می شود.

کبالت ۶۰ در مقابله های اتمی ، عاملی خطرساز است، چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می کند. بعضی طراحی های تسلیحات اتمی ، عمدا” به گونه ای می باشد که میزان کبالت ۶۰ را که بعنوان ذرات رادیواکتیو پراکنده می شوند، افزایش دهند. گاهی اوقات آنها را بمب کثیف یا بمب کبالت می نامند. خطر در مواقع غیر از جنگ اتمی ، استفاده نادرست ( یا سرقت ) از واحدهای رادیوتراپاتیک پزشکی است.

 

عنصر کبالت _ دانشچی

اشتراک گذاری

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*