Cobalt

element químic amb nombre atòmic 27

El cobalt és l'element químic de símbol Co i nombre atòmic 27. Està situat en el grup 9 de la taula periòdica dels elements. El cobalt és un metall dur, ferromagnètic, de color blanc blavós. La seva temperatura de Curie és de 1388 K. Normalment es troba junt amb níquel, i ambdós solen formar part dels meteorits de ferro. És un element químic essencial per als mamífers en petites quantitats. El Co-60, un radioisòtop de cobalt, és un important traçador i agent en el tractament del càncer. El cobalt metàl·lic està comunament constituït d'una mescla de dos formes al·lotròpiques amb estructures cristal·lines hexagonal i cúbica centrada en les cares sent la temperatura de transició entre ambdós de 722 K. Presenta estats d'oxidació baixos. Els compostos en els que el cobalt té un estat d'oxidació de +4 són poc comuns. L'estat d'oxidació +2 és molt freqüent, així com el +3. També hi ha complexos importants amb l'estat d'oxidació +1.

Cobalt
27Co
ferrocobaltníquel
-

Co

Rh
Aspecte
Metall gris llustrós



Línies espectrals del cobalt
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Cobalt, Co, 27
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 94, d
Pes atòmic estàndard 58,933195(5)
Configuració electrònica [Ar] 4s2 3d7
2, 8, 15, 2
Configuració electrònica de Cobalt
Propietats físiques
Color Gris metàl·lic
Densitat
(prop de la t. a.)
8,90 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
7,75 g·cm−3
Punt de fusió 1.768 K, 1.495 °C
Punt d'ebullició 3.200 K, 2.927 °C
Entalpia de fusió 16,06 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 377 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 24,81 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.790 1.960 2.165 2.423 2.755 3.198
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 5, 4 , 3, 2, 1, -1
(òxid amfòter)
Electronegativitat 1,88 (escala de Pauling)
Energies d'ionització
(més)
1a: 760,4 kJ·mol−1
2a: 1.648 kJ·mol−1
3a: 3.232 kJ·mol−1
Radi atòmic 125 pm
Radi covalent 126±3 (espín baix), 150±7 (espín alt) pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Cobalt té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Ferromagnètic
Resistivitat elèctrica (20 °C) 62,4 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 100 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 13,0 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 4.720 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 209 GPa
Mòdul de cisallament 75 GPa
Mòdul de compressibilitat 180 GPa
Coeficient de Poisson 0,31
Duresa de Mohs 5,0
Duresa de Vickers 1.043 MPa
Duresa de Brinell 700 MPa
Nombre CAS 7440-48-4
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del cobalt
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
56Co sin 77,27 d ε 4,566 56Fe
57Co sin 271,79 d ε 0,836 57Fe
58Co sin 70,86 d ε 2,307 58Fe
59Co 100% 59Co és estable amb 32 neutrons
60Co sin 5,2714 a β, γ, γ 2,824 60Ni

Aplicacions modifica

Rol biològic modifica

El cobalt en petites quantitats és essencial per a nombrosos organismes, inclosos els humans. La presència de quantitats entre 0,13 i 0,30 ppm en el sòl millora ostensiblement la salut dels animals de pasturatge. El cobalt és un component central de la vitamina B₁₂ (cianocobalamina).

Història modifica

 
Material de vidre acolorit amb cobalt

Els compostos de cobalt s’utilitzen des de fa segles per donar color blau al vidre, als esmalts i a la ceràmica. El cobalt s’ha detectat a l'escultura egípcia, a joies perses del tercer mil·lenni aC, a les ruïnes de Pompeia, destruïdes el 79 dC i a la Xina, a la dinastia Tang (618–907 dC) i a la dinastia Ming (1368–1644 dC).[1]

El cobalt s’utilitza per acolorir el vidre des de l'edat del bronze. L'excavació del naufragi d'Uluburun va donar un lingot de vidre blau, colat durant el segle xiv aC.[2][3] El vidre blau d’Egipte estava colorejat amb coure, ferro o cobalt. El vidre de color cobalt més antic és de la dinastia XVIII d’Egipte (1550–1292 aC). No es coneix la font del cobalt que feien servir els egipcis.[4][5]

L'element va ser descobert per Georg Brandt. La data del descobriment varia en les diverses fonts entre 1730 i 1737. Brandt va ser capaç de demostrar que el cobalt era el responsable del color blau del vidre que prèviament s'atribuïa al bismut.

El seu nom prové de l'alemany kobalt o kobold, esperit maligne, anomenat així pels miners per la seua toxicitat i els problemes que ocasionava, ja que igual que el níquel contaminava i degradava els elements que es desitjava extraure.

Durant el segle xix, entre el 70 i 80% de la producció mundial de cobalt s'obtenia en la fàbrica noruega Blaafarveværket de l'industrial prussià Benjamin Wegner.[6][7]

El 1938 John Livingood i Glenn Seaborg van descobrir el cobalt-60.[8] La primera màquina de radioteràpia, bomba de cobalt, construïda al Canadà per un equip liderat per Ivan Smith i Roy Errington es va utilitzar en un pacient el 27 d'octubre de 1951; l'equip es troba actualment exposat en el Saskatoon Càncer Centre, a la ciutat de Saskatoon (Saskatchewan).

Abundància i obtenció modifica

 
Mena de Cobalt

El metall no es troba en estat natiu, sinó en diversos minerals, raó per la qual s'extreu usualment junt amb altres productes, especialment com a subproducte del níquel i el coure. Les principals menes de cobalt són la cobaltita, eritrita, cobaltocalcita i skutterudita.

Els majors productors de cobalt són la República Democràtica del Congo, Xina, Zàmbia, Rússia i Austràlia.

Compostos modifica

A causa dels diversos estats d'oxidació que presenta, hi ha un abundant nombre de compostos de cobalt. Els òxids CoO (temperatura de Néel 291 K) i Co₃O₄ (temperatura de Néel 40 K) són ambdós antiferromagnètics a baixa temperatura.

Isòtops modifica

El cobalt natural només té un isòtop estable, el Co-59. S'han caracteritzat 22 radioisòtops sent els més estables el Co-60, el Co-57 i el Co-56 amb períodes de semidesintegració de 5,2714 anys, 271,79 dies i 70,86 dies respectivament. En els altres isòtops radioactius són inferiors a 18 hores i la majoria menors d'1 segon. El cobalt presenta a més quatre metaestats, tots ells amb períodes de semidesintegració menors de 15 minuts.

La massa atòmica dels isòtops del cobalt oscil·la entre 50 uma (Co-50) i 73 uma (Co-73). Els isòtops més lleugers que l'estable (Co-59) es desintegren principalment per captura electrònica originant isòtops de ferro, mentre que els més pesats que l'isòtop estable es desintegren per emissió beta donant lloc a isòtops de níquel.

El cobalt-60 s'usa en radioteràpia en substitució del radi pel seu menor preu. Produeix dos rajos gamma amb energies d'1,17 MeV i 1,33 MeV i en ser la font emprada d'uns dos centímetres de radi provoca l'aparició de zones de penombra dispersant la radiació entorn de la direcció de radiació. El metall tendeix a produir una pols molt fina que dificulta la protecció enfront de la radiació. La font de Co-60 té una vida útil d'aproximadament 5 anys, però superat aquest temps continua sent molt radioactiu, per la qual cosa aquestes fonts han perdut, en certa manera, la seva popularitat a occident.

Precaucions modifica

El cobalt metàl·lic en pols finament dividit és inflamable. Els compostos de cobalt en general han de manipular-se amb precaució per la lleugera toxicitat del metall. El Co-60 és radioactiu i l'exposició a la seva radiació pot provocar càncer. La ingestió de Co-60 comporta l'acumulació d'alguna quantitat en els teixits, quantitat que s'elimina molt lentament. En una eventual confrontació nuclear, l'emissió de neutrons convertiria el ferro en Co-60 multiplicant els efectes de la radiació després de l'explosió i prolongant en el temps els efectes de la contaminació radioactiva; amb aquest propòsit es dissenyen algunes armes nuclears denominades bombes brutes (de l'anglès dirty bomb). En absència de guerra nuclear, el risc prové de la inadequada manipulació o manteniment de les unitats de radioteràpia.

Referències modifica

  1. Cobalt, Encyclopædia Britannica Online.
  2. Pulak, Cemal «The Uluburun shipwreck: an overview». International Journal of Nautical Archaeology, 27, 3, 1998, pàg. 188–224. DOI: 10.1111/j.1095-9270.1998.tb00803.x.
  3. Henderson, Julian. «Glass». A: The Science and Archaeology of Materials: An Investigation of Inorganic Materials. Routledge, 2000, p. 60. ISBN 978-0-415-19933-9. 
  4. Rehren, Th. «Aspects of the Production of Cobalt-blue Glass in Egypt». Archaeometry, 43, 4, 2003, pàg. 483–489. DOI: 10.1111/1475-4754.00031.
  5. Lucas, A. Ancient Egyptian Materials and Industries. Kessinger Publishing, 2003, p. 217. ISBN 978-0-7661-5141-3. [Enllaç no actiu]
  6. Ramberg, Ivar B.. The making of a land: geology of Norway. Geological Society, 2008, p. 98–. ISBN 978-82-92394-42-7. 
  7. Cyclopaedia. C. Tomlinson. 9 divs. Cyclopædia of useful arts & manufactures, 1852, p. 400–. 
  8. Livingood, J.; Seaborg, Glenn T. «Long-Lived Radio Cobalt Isotopes». Physical Review, 53, 10, 1938, pàg. 847–848. Bibcode: 1938PhRv...53..847L. DOI: 10.1103/PhysRev.53.847.

Vegeu també modifica

Enllaços externs modifica