کبالت

کبالت

اطلاعات اولیه
کبالت ، عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی ۲۷ در جدول تناوبی قرار دارد.

تاریخچه
کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه از آنها استفاده می‌کردند. “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 شیشه‌ها کبالت است. قبلا” بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه‌ها می‌دانستند.

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 به‌علت سمی و دردسرساز بودن این عنصر برای آن انتخاب کردند. ( کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می‌کرد. )

پیدایش
کبالت ، بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموما” به‌صورت سنگ معدن یافت می‌شود. کبالت معمولا” به‌تنهایی استخراج نمی‌شود و به‌عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل بدست می‌آید.

سنگ معدنهای اصلی کبالت عبارتند از: کبالتیت ، اریتریت ، گلائوکودوت و اسکوترودیت. عمده‌ترین تولید کنندگان کبالت در جهان ، چین ، زامبیا ، روسیه و استرالیا هستند.

ترکیبات
به‌علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد. هر دو اکسید در دمای پایین ، ضدفرومغناطیس می‌باشند؛ CaO ، Co۳O۴ .

خصوصیات قابل توجه
کبالت ، عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می‌‌باشد.دمای کوری آن ، K۱۳۸۸ 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 نمکهای 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 K۷۲۲ می‌باشد. حالات اکسیداسیون عادی کبالت ، شامل ۲+ و۳+ است، گرچه ۱+ نیز دیده شده است.

کاربردها

* آلیاژهایی از قبیل :
o آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما.
o آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.
o فولاد ، در سرعتهای بسیار زیاد.
o 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 :
o در پرتو درمانی ( رادیوتراپی ) بکار می‌رود.
o در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد ) بکار می‌رود.
o در رادیوگرافی صنعتی به‌منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات بکار می‌رود.

کاربردهای پزشکی
کبالت ۶۰ ( Co-۶۰) ، فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد. کبالت ۶۰ دو اشعه X و گاما با انرژیهای ۱.۱۷MeV و ۱.۳۳MeV تولید می‌کند. منبع کبالت ۶۰ تقریبا” به قطر ۲ سانتیمتر است که نتیجه آن ، تشکیل یک نیم سایه هندسی است که لبه میدان تشعشع را نامشخص می‌کند. از ویژگیهای بد این فلز ،‌ تولید مقدار کمی غبار رقیق است که باعث بروز مشکلاتی در حفاظت مقابل اشعه می‌گردد.

منبع کبالت ۶۰ تقریبا” برای ۵ سال مفید است، اما بعد از این مدت هم بسیار رادیواکتیو می‌باشد و بنابراین دستگاههای کبالت در جوامع غربی که لیناکس متداول است، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین دستگاه کبالت ۶۰ درمانی ( بمب کبالت ) برای اولین در کانادا ساخته شد و نیز برای اولین بار در همانجا مورد استفاده قرار گرفت. در واقع اولین دستگاه در مرکز سرطانی Saskatoon به نمایش در آمده است.

نقش بیولوژیک
مقادیر کم کبالت برای بسیاری از موجودات زنده از جمله انسان ، حیاتی است. وجـــــــــــــــــود ۰.۳ تا ۰.۱۳ قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف‌خوار مفید است. این عنصر ، جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-۱۲ می‌باشد.

ایزوتوپ ها
کبالت ، بصورت طبیعی دارای ۱ ایزوتوپ پایدار ( ۵۹- Co) می‌باشد.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.

ایزوتوپهای 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 می‌باشد.محصول فروپاشی اصلی پیش از ۵۹-Co ایزوتوپهای عنصر ۲۶ (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر ۲۸ (نیکل) می‌باشند.

هشدارهــــــــــا
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. 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 می‌کند. بلع کبالت ۶۰ منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن می‌شود که به‌کندی از بدن خارج می‌شود.

کبالت ۶۰ در مقابله‌های اتمی ، عاملی خطرساز است، چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می‌کند. بعضی طراحی‌های تسلیحات اتمی ، عمدا” به گونه ای می‌باشد که میزان کبالت ۶۰ را که بعنوان ذرات رادیواکتیو پراکنده می‌شوند، افزایش دهند. گاهی اوقات آنها را بمب کثیف یا بمب کبالت می‌نامند. خطر در مواقع غیر از جنگ اتمی ، استفاده نادرست ( یا سرقت ) از واحدهای رادیوتراپاتیک پزشکی است.

کبالت Cobalt

فلزی است سفید نقره‌ای، سخت، شبیه نیکل و آهن. علامت شیمیائی CO می‌باشد. کبالت از کلمه آلمانی Kobole ماده مرموز زیرزمین آمده است که در ۱۷۳۷ جرج براند سوئیسی این عنصر را کشف کرد. وزن مخصوص کبالت ۷۵۶/۸، نقطه ذوب ۱۴۹۵c درجه، سختی ۸۶ برینل، رسانائی الکتریکی حدود ۱۶% مس، استحکام کششی کبالت ریختگی خالص ۲۴ کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، اما ۲۵% کربن به ۵/۴۳ کیلوگرم بر میلی‌متر مربع افزایش می‌یابد شماره اتمی آن ۲۷ و وزن اتمی کبالت ۹۳۳۲/۵۸ شبیه نیکل و آهن اما از آهن سخت‌تر است. از لحاظ شیمیائی از نیکل فعالتر و ازجهت سرعت اکسایش ۲۵ برابر نیکل می‌باشد.
● منابع و ذخایر کبالت
با آرسنیک، اکسیژن، و سولفور و در دستگاه نیکل، آهن، مس، سرب و روی مخلوط است. ذخایر بزرگ سنگ کبالت، نیکل، نقره بیشتر در ایالات متحده و کانادا، زئیر، زامبیا، مراکش یافته شده است.
● کاربردهای کبالت
بیشتر در آلیاژها، مخصوصاً در Alnicor حاوی نیکل و آلومینیم است که مغناطیس را محکم می‌سازد برای رادیو و تلویزیون و سایر دستگاه‌های الکترونیکی به‌کار می‌رود. Stellite حاوی کرومیم و تونگستن می‌باشد و در ساختن مته و برش چیزهای سخت کاربرد دارد علاوه بر این در آلیاژهائی که برای موتورهای جت و توربین‌های گاز به مصرف می‌رسد بکار می‌رود زیرا تا ۹۸۲c درجه همچنان سخت باقی می‌ماند.
ترکیبات و مخلوط‌های کبالت از جمله کبالت آبی، سرولیوم، کبالت زرد، کبالت سبز نیز در کارهای هنری و دکورسازی داخلی و سرامیک‌ها کاربرد دارد. صنعت سرامیک‌سازی به مقدار زیادی از اکسید کبالت برای ته رنگ شیشه و لعاب به مصرف می‌رسد. ویتامین ب ۱۲ یک ترکیب ارگانیک کبالت می‌باشد که کمک به جلوگیری از زیان‌آوری کم‌خونی (anemia) می‌کند. یک ایزوتوپ رادیو اکتیو کبالت کبالت ـ ۶۰ به مقیاس وسیعی جایگزین رادیوم در درمان سرطان گردیده است. کبالت دو بار ارزان‌تر و آسان‌تر از رادیوم به‌کار می‌رود. کبالت ـ ۶۰ همچنین مانند یک گلوله رسام در مواد که در بدن عمل می‌کند.
● کبالت ۵۹: کبالت خنثی و پایدار وغیر رادیو اکتیو می‌باشد اما ایزوتوپ‌های آن از ۵۴ تا ۶۴ رادیو اکتیو است. اشعه بتا و گاما می‌پراکنند، بیشتر آنها دارای عمر خیلی کوتاه می‌باشند بجز کبالت ۵۷ دارای نیم عمر ۲۷۰ روز می‌باشد کبالت ۵۶ دارای نیم عمر ۸۰ روز و کبالت ۵۸ دارای نیم عمر ۷۲ روز است. کبالت ۶۰ با نیم عمر ۳/۵ سال، برای معاینه و بازرسی رادیوگرافی به‌کار می‌رود.
فلز کبالت به‌صورت قطعات گرد کوچک ریختگی به‌صورت ساچمه و آند و به‌شکل گرد در بازار عرضه می‌شود.
● آلیاژهای کبالت
دارای خاصیت خزش کم در گرمای زیاد تنش گسیختگی زیاد، و مقاومت زیاد در برابر ضربه حرارتی از چند شکلی کبالت می‌باشد کهدر گرماهای زیاد تنش گسیختگی زیاد، و مقاومت زیاد در برابر ضربه حرارتی از چند شکلی کبالت می‌باشد. و در گرماهای زیاد به ساختار مکعبی با وجود مرکزدار تبدیل می‌گردد. بیشتر این سوپرآلیاژها حاوی حدود ۲۰% کرم برای مقاومت در برابر اکسایش می‌باشند. گروه عمدهٔ این آلیاژها معروف به استلیت‌ها حاوی کرم و عناصر گوناگون دیگر مانند تنگستن، مولیبدن و سیلیسیم هستند. این کربورهای آلیاژی فوق‌العاده سخت در زمینه‌ای نسبتاً سخت، مقاومت خوبی در برابر سایش و ساییدگی داشته و در آلیاژهای رویه کاری سخت برای قطعات موتور به‌کار برده می‌شوند.
کبالت ماده لازم برای سوخت و ساز آدمی و جاور
‌● کبالت
میان میکرو آلمان‌ها، کبالت نقش خاصی را در روند پروسه‌های فیزیولژیکی و بیوشیمیائی در ارگانیزم گیاه و جانور ایفامی‌کند در سال‌ای اخیر در مزارع غلات، حبوبات، علوفه‌ها و باغ‌ها از کبالت به‌عنوان کود به میزان زیادی استفاده شده است. کبالت باکودهای عادی شیمیائی مخلوط شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. با محلول کبالت در غلظت‌های مختلف بذر گیاهان کشاورزی را مورد تأثیر قرار می‌دهند.
استفاده از کبالت مقدار محصول غلات را ۳ تا ۶ سنتز و علوفه را ۵ تا ۱۵ سنتز افزایش داده و پارامترهای کیفی محصول را نیز به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. از کبالت در کشورهای اروپائی و آمریکائی در دامداری به میزان قابل توجهی استفاده می‌شود. به دلیل اینکه این عنصر در روند پروسه‌های حیانی ارگانیزم جانور نقش فعالی دارد. نقش کبالت در روند پروسه‌های بیوشیمیائی هم مهم می‌باشد. کافی است گفته شود که در ترکیب ویتامین B۱۲ در حدود ۴ تا ۵ درصد کبالت موجود است. تعیین گردیده که کبالت در مرازک استروکتور کومپلکس این ویتامین جایگزین است که امکان محدود کردن آنرا از طرف المان‌های دیگر غیر ممکن ساخته است. کمبود کبالت در بدن جانوران مبادله مواد را محدود می‌کند، در نتیجه سنتز اسیدهای آمینه، پروتئین و هموگلوبین خون تقلیل می‌یابد.
کمبود ویتامین B۱۲ در دام‌ها موجب بروز مرض آکبالتوز می‌شود. کمبود ویتامین B۱۲ در غذای دام‌ها بروز امراض مختلف را به دنبال دارد. کمبود کبالت در غذای دامی با کمبود آن در خاک رابطه مستقیم دارد. گیاهانی که در زمین‌هائی پرورش می‌یابند که مقدار کبالت قابل جذب موجود در خاک آنها کمتر از ۵/۲ میلیگرم در یک کیلوگرم است، به کمبود شدید کبالت دچار می‌شوند. کبالت مقاومت گیاه را در مقابل خشک به شدت تقویت می‌کند، همچنین موجب سنتز شکر و چربی در گیاهان می‌شود. در میان گیاهان، یونجه (یونجه آلپ) مقدار بیشتری کبالت از خاک جذب می‌کند. کبالت در درجه اول در قسمت‌های با رده گیاهان جمع می‌شود. ازینرو در بذر این گیاهان هم به مقدار زیادی کبالت وجود دارد، مقدار کبالت در ریشه گیاهان کمتر از سایر قسمت‌هاست [۴۴].

منبع:مجله زیتون ـ مهندس احمد بهراد