کبالت

Cobalt

عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Cobalt, Co, 27 گروه شیمیایی فلز انتقالی گروه, تناوب, بلوک 9 , 4 , d جرم حجمی, سختی 8900 kg/m3, 5.0 رنگ فلزی با ته مایه خاکستری

خواص  اتمی         وزن اتمی 58.933200 amu شعاع اتمی (calc.) 135 «152» pm شعاع کووالانسی 126 pm شعاع واندروالس n/a pm ساختار الکترونی Ar]3d74s2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 15, 2 درجه اکسیداسیون (اکسید) 2,3 (آمفوتریک) ساختار کریستالی شش گوش

خواص  فیزیکی         حالت ماده جامد (فرومغناطیس) نقطه ذوب 1768 K (2723 °F) نقطه جوش 3200 K (5301 °F) حجم مولی  ש»10-6 * 6.67««متر مکعب بر مول گرمای تبخیر 376.5 kJ/mol گرمای هم جوشی 16.19 kJ/mol فشار بخار 175 Pa at 1768 K سرعت صوت 4720 m/s at 293.15 K

متفرقه         الکترونگاتیویته 1.88 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 420 J/(kg*K) رسانائی الکتریکی 17.2 106/m اهم رسانائی گرمایی 100 W/(m*K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 760.4 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیو.ن 1648 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 3232 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4950 kJ/mol

 

پایدارترین  ایزوتوپها         ایزو وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP 56Co {syn.} 77.27 روز e capture 4.566 56Fe 57Co {syn.} 271.79 روز e capture 0.836 57Fe 58Co {syn.} 70.86روز e capture 2.307 58Fe 59Co 100% Co با 32 نوترون پایدار است 60Co {syn.} 5.2714 سال β- 2.824 60Ni واحدهای SI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

کبالت عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی 27 در جدول تناوبی قرار دارد.

ویژگیهای قابل توجه

کبالت عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می باشد. دمای کوری آن K1388 با ممنتم بور 6/1 – 7/1 در هر اتم است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است وهر دوی آنها از اجزا مشخص آهن شهاب سنگی می باشند. پستانداران نیازمند مقدار بسیار کمی از نمکهای کبالت هستند. کبالت 60 که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است یک ردیاب رادیواکتیو مهم و عامل معالج سرطان به شمار می آید. نفوذ پذیری نسبی کبالت دو سوم آهن است. کبالت فلزی عموماً دارای مخلوطی از دو ساختار شکل بلورین fcc و hcp با دمای انتقال fcc -> hcp K722 می باشد. حالات اکسیداسیون عادی کبالت شامل 2+ و3+ است گرچه 1+ نیز دیده شده است.

کاربردهـــــــــا

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 می شوند) 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 اکسیاسیون . عامل خشک کننده در رنگها، جوهر و براق کننده ها. لایه زیرین در لعابهای چینی. رنگدانه( کبالت آبی و سبز). الکترودهای باطری. تایرهای رادیال تسمه فولادی. کبالت –60 بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است : در پرتو درمانی (رادیوتراپی) بکار می رود. در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی (پاستوریزه کردن سرد) بکار می رود. در رادیوگرافی صنعتی به منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات به کار می رود.

 

کاربردهای پزشکی

کبالت 60 ( Co-60) فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد. کبالت 60 دو اشعه X گاما با انرژیهای 1.17MeV و 1.33MeV تولید می کند. منبع کبالت 60 تقریباً به قطر 2 سانتیمتر است که نتیجه آن تشکیل یک نیم سایه هندسی می باشد، که لبه میدان تشعشع را نامشخص می کند. از ویژگیهای بد این فلز تولید مقدارکمی غبار رقیق است که باعث بروز مشکلاتی در حفاظت مقابل اشعه می گردد. منبع کبالت 60 تقریباً برای 5 سال مفید است اما بعد از این مدت هم بسیار رادیواکتیو می باشد و بنابراین دستگاههای کبالت در جوامع غربی که لیناکس متداول است، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. اولین دستگاه کبالت 60 درمانی (بمب کبالت) برای اولین در کانادا ساخته و نیز برای اولین بار در همانجا مورد استفاده قرار گرفت. در واقع اولین دستگاه در مرکز سرطانی Saskatoon به نمایش در آمده است – هنگام ورود به سالن به این دستگاه توجه کنید. دومین دستگاه خارج از سالن ، کنار دالان ورود به مرکز قرار گرفته است.

 

تاریخچه

کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه ازآنها استفاده می کردند. George Brand به خاطر کشف کبالت شهرت یافت. تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است امااین کشف بین سالهای 1730 و 1737 اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه ها کبالت است ،قبلاً بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه ها می دانستند. در خلال قرن نوزدهم کبالت آبی (80-70% کبالت جهان) در Blaafarvaerket در نروژ، به رهبری صنعتگر پروسی Benjamin Wegner تولید شد. John Livingood و Glenn Seaborg در سال 1938 کبالت 60 را کشف کردند. کلمه کبالت از واژه آلمانی kobalt یا kobold ،به معنی روح شیطان گرفته شده ، این نام را کارگران معدن به علت سمی و دردسرساز بودن (کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می کرد) این عنصر برای آن انتخاب کردند.

 

نقش بیولوژیک

مقادیر کم کبالت برای بسیاری از موجودات زنده از جمله انسان حیاتی است. وجـــــــــــــــــود 0.3 تا 0.13 قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف خوار مفید است. این عنصر جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-12 می باشد.

 

پیدایش

کبالت بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموماً به صورت سنگ معدن یافت می شود. کبالت معمولاً به تنهایی استخراج نمی شود و به عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل به دست 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

به علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ضدفرومغناطیس می باشند:  CaO.(Neel temperature: 291 K) and Co3O4 (Neel temperature: 40 K).

 

ایزوتوپها

کبالت بصورت طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار ( 59 Co-) می باشد. 22 رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-60 با نیمه عمر 2714/5 سال، CO-57 با نیمه عمر79/271 روز، Co-56 با نیمه عمر 27/77 روز و Co-58 با نیمه عمر 86/70 روز می باشند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو دارای نیمه عمری کمتر از 18 ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتراز 1 ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای 4 حالت برانگیختگی می باشد، که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از 15 دقیقه دارند. ایزوتوپهای کبالت از نظر وزن اتمی بین (50amu (Co-50 و (amu73 ( Co-7) قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ،59-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می باشد. محصول فروپاشی اصلی پیش از 59-Co ایزوتوپهای عنصر 26 (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر 28 (نیکل) می باشند.

 

هشدارهـــــــا

فلز کبالت پودر شده خطر آتش سوزی به همراه دارد. بهتر است همه ترکیبات کبالت را سمی در نظر گرفت مگر اینکه خلاف آن ثابـت شده باشد. احتمالاً بیشتر ترکیبات کبالت خیلی زهرآگین نیستند. کبالت 60 ارسال کننده اشعه گامای قوی است لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می کند. بلع کبالت 60 منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن شده که به کندی از بدن خارج می شود. کبالت 60 در مقابله های اتمی عاملی خطرساز است چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می کند. بعضی طراحیهای تسلیحات اتمی عمداً به گونه ای می باشد که ،میزان کبالت 60 را که به عنوان 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.