Cobalto

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Il cobalto è l'elemento chimico di numero atomico 27. Il suo simbolo è Co.

Il nome deriva probabilmente dal greco kobalos, traducibile con folletto (ma vedi anche coboldo).

Caratteristiche

È un elemento bianco-argenteo, ferromagnetico e molto duro. La sua temperatura di Curie è 1388 K con 1.6~1.7 magnetoni di Bohr per atomo. È associato spesso con il nichel, ed entrambi sono componenti caratteristici del ferro meteorico. I mammiferi hanno bisogno di piccole quantità di sali di cobalto nella dieta. Il ⁶⁰Co, un suo isotopo radioattivo artificiale, è impiegato nel trattamento di molti tipi di tumori. Il cobalto ha una permeabilità relativa pari a due terzi di quella del ferro. Il cobalto metallico è solitamente una miscela di due diverse strutture cristallografiche: hcp e fcc, con una temperatura di transizione da hcp a fcc di 722 K. La configurazione termodinamicamente stabile è pertanto quella esagonale, anche se tecnologicamente risulta facile ottenere l'allotropo cubico (ad esempio realizzando film sottili di cobalto).

Gli stati di ossidazione che il cobalto può assumere sono +2, +3 e (raramente) +1.

Applicazioni

Il cobalto ed i suoi sali trovano impiego in numerosi settori ed applicazioni.

Leghe metalliche, quali ad esempio
- quelle impiegate nella realizzazione di turbine per motori d'aereo
- leghe ad alta resistenza alla corrosione e all'usura
- acciai per utensili ad alta velocità
- utensili al diamante
Magneti e supporti magnetici per registrazioni, in lega con Fe (CoFe, materiale magneticamente duro a bassa rimanenza) ed in lega con Al e Ni (Alnico, materiale magneticamente duro ad alta rimanenza)
Catalizzatori per le industrie petrolchimica e chimica
Materiale di rivestimento per elettrodeposizione (galvanostegia), per il suo aspetto, la sua resistenza e la sua durezza.
Composti disidratanti per vernici, lacche ed inchiostri
Polveri per il rivestimento di porcellane e smalti
Pigmenti: blu cobalto e verde cobalto
Elettrodi per batterie d'auto

Il cobalto-60, radioattivo, trova impiego come sorgente di raggi gamma

si usa nella radioterapia
si usa per la sterilizzazione dei cibi tramite radiazione (pastorizzazione a freddo)
si usa nella radiografia industriale per il rilevamento di anomalie strutturali in manufatti in metallo.

Il suo uso come tracciante radioattivo è molto diffuso perché è facile da produrre; si ottiene infatti esponendo cobalto naturale ai neutroni prodotti da un reattore nucleare.

Usi medici

Il cobalto-60 (Co-60 o ⁶⁰Co) è un metallo radioattivo usato nella radioterapia, e produce raggi gamma con energia di 1.17MeV e 1.33 MeV. Una normale sorgente ⁶⁰Co ha un diametro di circa 2 cm e produce un cono di radiazione circondato da una zona di penombra. Il cobalto metallico ha la pessima proprietà di produrre una finissima polvere, causando problemi di protezione dalle radiazioni. Le sorgenti ⁶⁰Co hanno una vita utile di circa cinque anni, dopodiché non emettono più raggi gamma in quantità sufficiente: tuttavia restano comunque molto radioattive, ragione per cui in occidente l'uso delle macchine al cobalto è sempre più raro, preferendo usare acceleratori lineari di particelle. La prima macchina al ⁶⁰Co per terapia medica (la famosa bomba al cobalto) fu costruita in Canada; oggi è in mostra al Saskatoon Cancer Centre, in alto nell'ingresso. La seconda macchina è al di fuori del centro, lungo la passeggiata.

Biologia

Il Cobalto si trova in molti organismi viventi, esseri umani compresi. Un contenuto di cobalto da 0.13 a 0.30 parti per milione nel suolo migliora nettamente la salute degli animali da cortile. Il Cobalto è un elemento fondamentale nella vitamina B-12.

Storia

Il Cobalto era noto fin dall'antichità per i suoi composti, che coloravano il vetro di un blu molto bello. George Brandt (1694-1768) è considerato lo scopritore del cobalto: la data della scoperta varia a seconda della fonte, ma è tra il 1730 e il 1737. Egli fu in grado di dimostrare che il cobalto era la fonte del colore blu nel vetro, che invece era in precedenza attribuito al bismuto presente insieme al cobalto. Durante il XIX secolo, il blu cobalto venne prodotto dalla norvegese Blaafarveværket (70-80% della produzione mondiale), seguita dalla produzione dell'industriale tedesco Benjamin Wegner. Nel 1938, John Livingood e Glenn Seaborg scoprirono il cobalto-60.

La parola cobalto deriva dal tedesco kobalt o kobold, cioè spirito diabolico (i minatori chiamarono così il minerale di cobalto perché è velenoso e può contaminare altri minerali, come quelli di nichel). Secondo altri può derivare dal greco kobalos, che significa folletto: è possibile che le parole kobold, goblin e cobalt abbiano tutte lo stesso etimo.

Disponibilità

Il cobalto non si trova allo stato puro metallico, ma solo come minerale, e non viene estratto da solo ma come sottoprodotto della estrazione di rame o nichel. I più importanti minerali di cobalto sono la cobaltite, l'eritrite, il glaucodoto e la skutterudite. I maggiori produttori al mondo di cobalto sono il Congo, la Cina, lo Zambia, la Russia e l'Australia.

Composti

Dati i molti stati di ossidazione, esistono in natura molti composti del cobalto. Gli ossidi sono antiferromagnetici a bassa temperatura: CoO (temperatura di Neel: 291 K) e Co₃O₄ (temperatura di Neel: 40 K).

Isotopi

Il cobalto naturale è composto di un solo isotopo stabile, ⁵⁹Co. Sono stati catalogati 22 radioisotopi del cobalto, di cui i più stabili sono ⁶⁰Co con una emivita di 5,2714 anni, ⁵⁷Co con 271,79 giorni, ⁵⁶Co con 77,27 giorni e ⁵⁸Co con 70,86 giorni. Tutti gli altri hanno tempidi dimezzamento di meno di 18 ore, e la maggior parte di meno di un secondo. Il cobalto ha anche 4 meta stati, tutti con emivite di meno di 15 minuti.

Il peso atomico degli isotopi di cobalto varia da 50 amu (⁵⁰Co) a 73 amu (⁷³Co). Il modo di decadimento principale prima dell'isotopo stabile più abbondante, ⁵⁹Co, è la cattura elettronica, mentre oltre il ⁵⁹Co il modo di decadimento più frequente è il decadimento beta. Il prodotto di decadimento più frequente prima del ⁵⁹Co sono isotopi di ferro, mentre dopo di esso il decadimento dà isotopi di nichel.

Precauzioni

Simboli di rischio chimico

frasi R: R 42/43-53
frasi S: S 2-22-24-37-61

Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il cobalto metallico in polvere può infiammarsi spontaneamente all'aria. I composti del cobalto vanno maneggiati con cautela, data la loro lieve tossicità.

Il ⁶⁰Co, radioattivo, è un potente emettitore di raggi gamma, pertanto l'esposizione ad esso aumenta il rischio di cancro. Ingerito, viene eliminato dai tessuti solo lentamente. Il ⁶⁰Co può prodursi a partire dal nichel e dagli isotopi stabili del cobalto per effetto dell'iraggiamento neutronico sia entro i rettaori nuclerari, sia in caso di utilizzo di armi nucleari per i neutroni emessi da queste. Esistono armi nucleari appositamente progettate per aumentare la quantità di ⁶⁰Co dispersa nell'ambiente attraverso il fall-out.