IL COBALTO

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Il Cobalto (simbolo Co) è l’elemento chimico di numero atomico 27, appartenente al nono gruppo e al quarto periodo della tavola periodica ed è quindi compreso nella serie chimica degli elementi di transizione.

I minerali a base di cobalto venivano utilizzati già nel 2000 a. C. da Egiziani e Persiani per conferire la colorazione blu a vetri e ceramiche. L’etimologia del nome “cobalto” è tuttora sconosciuta, ma si pensa che possa derivare dal termine greco cobalos (ossia folletto) o da quello tedesco Kobold (nome attribuito a degli spiriti maligni nell’antichità), utilizzato dai minatori che, pensando di avere a che fare con minerali di rame, non riuscivano a dare una spiegazione razionale al comportamento in temperatura dei minerali di cobalto.

La scoperta dell’elemento chimico cobalto avvenne nel 1735 ad opera del chimico svedese Georg Brandt.Il cobalto metallico è un elemento bianco-argenteo, ferromagnetico e molto duro. A temperatura ambiente presenta bassa duttilità, ma questa aumenta portandolo a temperature elevate. Fonde a circa 1495°C, bolle a circa 2870°C, ha densità pari a 8900 kg/m3 e peso atomico 58,9332 u.m.a.

La maggior parte del cobalto  si trova all’interno del nucleo terrestre. È invece piuttosto raro nella crosta terrestre (è il 32° elemento in ordine di abbondanza) in cui si trova in tenore pari allo 0,0023%. Esso non si trova mai sotto forma di metallo libero bensì sotto forma di minerali, come la smaltite ((Co, Fe, Ni)As2), il cobalto grigio o cobaltite ((Co, Fe)AsS), la carrollite (Cu(Co,Ni)2S4), la linneite (Co3S4 con atomi  di Ni o Cu come sostituzionali del Co), la sferocobaltite (CoCO3) e la eritrite o fior di cobalto (Co(AsO4)2 * 8H2O):

Il Canada, il Congo e lo Zambia sono i tre maggiori

estrattori di minerali di cobalto.

Il cobalto ed i suoi sali trovano impiego in numerosi settori ed applicazioni tra cui:

 leghe metalliche, a cui conferisce caratteristiche di resistenza al calore (superleghe) e proprietà magnetiche (magneti permanenti di Alnico); acciai speciali per la realizzazione di turbine per motori di aeroplani; leghe ad alta resistenza alla corrosione e all’usura;

acciai per utensili ad alta velocità; utensili al diamante; magneti e supporti magnetici per registrazioni; catalizzatori per l’ industria chimica e petrolchimica per la sintesi di

idrocarburi liquidi; materiale di rivestimento per elettrodeposizione (galvanostegia)

per il suo aspetto, la sua durezza e la sua resistenza; composti disidratanti per vernici, lacche ed inchiostri utilizzati

come azzurranti nelle industrie delle ceramiche e del vetro; polveri per il rivestimento di porcellane e smalti; pigmenti: blu cobalto e verde cobalto; elettrodi per batterie d’auto.

Un suo isotopo radioattivo, il cobalto-60 (scoperto nel 1938 dal fisico e chimico statunitense Glenn Theodore Seaborg e dal fisico nucleare statunitense John Jacob Livingood), trova impiego come sorgente di raggi gamma con energia di 1,17 MeV e 1,33 MeV ed è molto usato:

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

Un recente impiego delle leghe di cobalto riguarda il campo biomedico, per la realizzazione di protesi dentali o di protesi sottoposte a carichi elevati, come quelle del ginocchio e dell’anca.

Il cobalto si trova in molti organismi viventi, esseri umani compresi. La sua importanza biologica è dimostrata tra l’altro dalla sua presenza nella vitamina B12, necessaria all’alimentazione degli animali superiori, e dalla sua influenza positiva come oligoelemento sulla crescita di molte piante.

Il Cobalto nei cibiIl Cobalto viene usato anche nella conservazione dei cibi, tramite l’irraggiamento.Esso consiste nel bombardare il cibo con radiazioni ionizzanti provenienti da cobalto 60 e cesio 137, per distruggere i batteri. Tra l’altro poiché alcuni batteri sono molto resistenti, si tende a dare, dosi sempre maggiori di irraggiamento.Ad esempio è largamente usato nella macellazione delle carni in ambienti sporchi, senza che la carne si putrefaccia subito.Si sa per certo che determina una grossa perdita di sostanze nutritive tra cui le vitamine(A,C,E) gli acidi grassi, il Magnesio, e produce sostanze chimiche che si sospetta possano essere cancerogene e causare danni genetici.

Effetti del cobalto sulla salute 

Il cobalto risulta disperso in varie forme nell’ambiente e di conseguenza gli esseri umani possono essere esposti ad esso semplicemente respirando aria, bevendo acqua o mangiando alimenti che lo contengono.  Generalmente il cobalto non si trova in forma libera nell’ambiente tuttavia, se questo accade, esso può essere assorbito da parte di animali, piante o degli stessi esseri umani.

Il corpo umano non ha la capacità di sintetizzare il cobalto e dipende quindi da fonti animali per una giusta quantità di questa sostanza. Ecco perché i vegetariani sono più soggetti ad una carenza di cobalto di quanto non lo siano le persone che mangiano carne.

Alcuni esempi di alimenti che contengono cobalto sono: le ostriche il fegato, la carne di manzo il formaggio le uova il latte i crostacei molti frutti tra cui le albicocche, le ciliegie, i fichi e le pere molti tipi di verdura tra cui i pomodori, il radicchio, i

cavoli, le barbabietole.

Il cobalto rientra nella struttura della vitamina B-12, alla quale si lega e della quale permette la sintesi nella flora intestinale.  Esso attiva numerosi processi metabolici ed enzimi, promuove la formazione dei globuli rossi, interviene nella formazione dell’emoglobina ed è necessario per il corretto funzionamento delle cellule del corpo.  Il cobalto risulta inoltre indispensabile per l’accrescimento ed il mantenimento del peso corporeo, esercita un’azione antitossica, previene l’anemia ed interviene sulla fecondità.

Sintomi da carenza di cobalto possono essere la debolezza, la nausea, l’inappetenza, il formicolio agli arti, la sanguinamento delle gengive, la difficoltà a mantenere l’equilibrio e l’anemia.Se assunto in concentrazioni troppo elevate tuttavia, il cobalto può avere effetti negativi sulla salute. Alti dosi di cobalto possono provocare l’ingrossamento della tiroide, un aumento dei globuli rossi, pallore, stanchezza, diarrea, palpitazioni cardiache, intorpidimento delle dita delle mani e dei piedi.Effetti sulla salute possono derivare anche dal contatto con la radiazione emessa dagli isotopi radioattivi del cobalto.  Tale radiazione può portare alla sterilità, al vomito, a perdite di sangue e, se supera certi limiti può condurre al coma e alla morte. Gli isotopi radioattivi del cobalto non sono presenti nell’ambiente, ma possono venir rilasciati nello stesso durante il funzionamento di impianti nucleari o nel caso di incidenti nucleari.

La polvere di cobalto può causare una malattia simile all’asma con sintomi che variano da tasse, respiro corto e dispnea fino a riduzione nelle funzioni polmonari, fibrosi nodulare, inabilità permanente e morte. l’esposizione a cobalto può causare perdita di peso, dermatite e ipersensibilità respiratoria.L’associazione internazionale per la ricerca contro il cancro (AIRC) colloca il cobalto ed i composti di cobalto all’interno del gruppo 2B (agenti che possono essere cancerogeni per gli esseri umani).

L'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) ha collocato il cobalto ed i suoi composti inorganici nella categoria A3 (cancerogeno per gli animali da laboratorio: l’agente è cancerogeno per gli animali da laboratorio in concentrazioni relativamente elevate, attraverso vie, in forme istologiche, o con meccanismi che non sono considerati importanti per l’esposizioni degli operai).In Germania il cobalto è stato classificato essere cancerogeno per gli animali da laboratorio.

Effetti ambientali del cobalto Il cobalto è un elemento che si presenta naturalmente nell'aria ambiente, in acqua, nel terreno, nelle rocce, in piante ed in animali. Può anche entrare nell'aria e nell'acqua e depositarsi sul terreno attraverso polvere trasportata dal vento ed entrare nell'acqua superficiale attraverso lo scorrimento superficiale quando l'acqua piovana scorre attraverso terreni e rocce che contengono cobalto.Gli esseri umani aggiungono cobalto scaricando piccole quantità nell'atmosfera dalla combustione e dall'estrazione mineraria del carbone, trattando dei minerali contenenti cobalto e dalla produzione e dall'uso dei prodotti chimici a base di cobalto. Gli isotopi radioattivi del cobalto non sono naturalmente presenti nell'ambiente, ma vengono rilasciati attraverso il funzionamento di impianti di energia nucleare e gli incidenti nucleari.

Dal momento che hanno periodi radioattivi relativamente brevi non sono particolarmente pericolosi.Il cobalto non può essere distrutto una volta entrato nell'ambiente. Può reagire con altre particelle o essere assorbito sulle particelle del terreno o nei sedimenti dell'acqua. Il cobalto si muove soltanto in condizioni acide, ma alla fine la maggior parte del cobalto finisce in terreni e sedimenti.I terreni che contengono quantità molto basse di cobalto possono far crescere piante cobalto-deficienti, di conseguenza anche gli animali che pascolano su questi terreni soffrono la carenza di cobalto.

Quando le piante crescono su terreni contaminati accumulano particelle molto piccole di cobalto, in particolare nelle parti delle piante che mangiamo, come frutta e semi. I terreni in prossimità di miniere e d’impianti di fusione possono contenere quantità molto elevate di cobalto, di conseguenza l’assorbimento dagli esseri umani attraverso l’indigestione di piante può avere degli effetti sulla salute.

Esperimento: cobalto cloruro esaidratoIl cloruro di cobalto è un sale che si presenta in diverse forme e colori. Questo dato è dovuto al fatto che esso può presentarsi come molecola anidra (di colore blu), biidrata (di colore rosa-viola) esaidrata (di colore rosso-porpora). L’esperimento consiste nel sintetizzare questo sale perché: E’ possibile sintetizzare altri bellissimi (ma tossici) complessi colorati del cobalto;  Il cobalto cloruro esaidrato costa decisamente troppo, però con questa procedura è possibile produrlo. 

Per questo si deve partire dal cobalto metallico puro al 99,5% ricoperto da un sottile strato d'ossido che ne ha reso un po' più difficile l'attacco da parte dell'acido.Reattivi: Acido cloridrico 36%HCl Cobalto metallico  Co Acqua ossigenata  H2O2  130vl Acqua distillata  H2OAttenzione! I sali di cobalto e il cobalto stesso sono molto tossici e nocivi per la salute e per l'ambiente. Non bisogna disperdere le polveri e non bisogna inalarle. Occorre lavorare in condizioni adeguate e all'aperto (o sotto cappa) perché durante la reazione olltre a idrogeno H2 si sviluppano abbondanti fumi acidi irritanti per il sistema respiratorio.

Il primo passaggio di questo esperimento è: porre 29.5g di Cobalto metallico in un becher da 250mL e versargli sopra 40mL di acqua distillata.

 

In un altro becher preparare 50mL di acido cloridrico concentrato e versarlo a piccole dosi nel primo becher (contenente l'acqua e il cobalto). La reazione inizia subito, ma molto lentamente, si possono osservare, infatti, due fenomeni: la variazione di colore, che col tempo diviene sempre più marcata, e l'emissione di bollicine ovvero idrogeno. 

Dopo alcuni minuti la soluzione scurisce:

Per accelerare la reazione è consigliato l'uso di qualche mL (circa 8) di perossido di idrogeno (acqua ossigenata) concentrata (36% 130 vl). Il perossido è un forte ossidante e facilita l'attacco da parte dell'acido sul cobalto. Ad ogni aggiunta, che deve essere fatta sempre lentamente e pochi mL per volta, la soluzione da blu scuro vira al verde scuro a causa del potere ossidante del perossido di idrogeno, il tutto è inoltre accompagnato da effervescenza moderata. 

A questo punto è possibile porre, agitando saltuariamente,

il becher di reazione su piastra riscaldante. Il colore dopo

alcuni minuti diverrà blu intenso.

Il che significa la fine dell'effetto ossidante del perossido. Il riscaldamento tuttavia facilita l'attacco dell'acido sul metallo oltre all'evaporazione stessa dell'acido. E' possibile utilizzare altri mL di perossido per continuare e velocizzare l'attacco del metallo direttamente con il becher su piastra. Per questione di tempo, trascorsa 1h e 15minuti dall'inizio della reazione, occorre staccare il riscaldamento. Dopodiché bisogna lasciare raffreddare la soluzione e filtrare il Cobalto non reagito su filtro a carta.

 

La soluzione risultante deve essere di colore blu intenso proprio come in foto.Il cobalto non reagito, in questo caso, è stato pari a 23.4g dunque hanno reagito solo 6.1g del metallo.Adesso secondo la reazione adottata:½Co + HCl → ½CoCl2 • 6H2O + ½H2

L’aspettativa della resa in cloruro di cobalto esaidrato è di 27g circa (poco meno). In realtà:La soluzione filtrata viene posta nuovamente su piastra e fatta evaporare fino a pellicola.

A questo punto punto (come nella foto) il riscaldamento viene staccato e si lascia raffreddare. Utilizzando un bagno ad acqua fredda, nel giro di un'ora tutto il sale è cristallizzato. Queste due foto mostrano il prima e il dopo.

Dalle foto è facilmente visibile che, sia il composto che la soluzione stessa della foto a sinistra, posseggono un colore blu, diversamente dalla foto a destra che già possiede un colore violaceo; questo è dovuto al fatto che inizialmente il sale era in forma anidra, ma stando a contatto con l'atmosfera ha assorbito due molecole d'acqua cambiando il suo colore.

Il sale deve essere scrostato dal becher con molta pazienza poiché aderisce, quindi è consigliato staccare e picchettare con una spatola di acciaio i bordi del becher in cui il sale è incrostato; lentamente si staccherà tutto quanto senza alcuna difficoltà.Lasciando seccare all'aria il prodotto ottenuto, dopo 24h si noterà che il sale cambierà ancora il suo colore. Diverrà di un bellissimo rosso-porpora.

La resa è stata del 100% dunque di 26.4g di un prodotto abbastanza puro almeno del 98%, ma per aumentare la sua purezza è consigliato sciogliere il sale in 50mL di acqua distillata e far evaporare fino a pellicola la soluzione, in questo modo infatti tutto l'acido sarà rimosso. Conservare bene il prodotto ottenuto, non inalarne le polveri!Bibliografia http://www.portale-chimica.com/1/sintesi_cobalto_cloruro_esaidrato_7236545.html http://www.saperesalute.it/network/tuttovitamine/glossario/cobalto http://www.lenntech.it/periodica/elementi/co.htm http://www.anthropostest.com/cobalto/