IL COBALTO
Italiano Cobalto
Tedesco Kobalt
Inglese Cobalt
Francese Cobalt
Croato Kobalt
Spagnolo Cobalto
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 cibi
Il 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 esaidrato
Il 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 rosaviola) 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 H2O
Attenzione! 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.portalechimica.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/
