Il Cobalto
Il cobalto era noto fin dall'antichità per i suoi composti che coloravano il vetro di un blu molto intenso.
Un po’ di storia
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.
Proprietà del Cobalto
Configurazione elettronica [ Ar ] 3d7 4s2 Stato di aggregazione (25°C) Solido
Temperatura di fusione 1244°C
Temperatura di ebollizione 2900°C
Elettronegatività secondo Pauling 1,88
Densità 8,90 g/cm3
Stati di ossidazione 2, 3
È un elemento bianco-argenteo,
ferromagnetico e molto duro, , duttile, malleabile, lucidabile Come il ferro, può
essere magnetizzato.
Numero atomico
Massa atomica
Il Cobalto nell’ambiente
Smaltite (CoAs2)
•
La maggior parte del Co presente si trova distribuito su tutta la crosta pur rappresentando il trentesimo elemento con 29 ppm pertanto è il meno diffuso tra tutti gli elementi di transizione della prima serie.•
Il cobalto non si trova allo stato puro metallico, ma solo come minerale. I più importanti minerali di cobalto sono, la cobaltite, l'eritrite, il glaucodoto e la smaltite ,la Heterogenite.Cobaltite [CoAsS]
Disponibilità del Cobalto
Non viene estratto da solo ma come sottoprodotto della estrazione di rame o nichel I maggiori produttori al mondo di cobalto sono la Repubblica Democratica del Congo, la Cina, lo Zambia, la Russia e l'Australia.
[Heterogenite CoO(OH)[ Eritite [Co2AsO4]
Cobalto produzione mondiale
https://www.youtube.com/watch?v=6slKGsmWCaw
Mercato del Cobalto
Cobalto Elementare
Viene estratto dai minerali di arsenico arrostendo i minerali ed allontanato l’ossido di arsenico (V).
La miscela degli ossidi lisciviata con H2SO4 per separare il rame mentre dalla soluzione ferro e cobalto precipitano con calcare e ipoclorito.
L’idrossido viene quindi calcinato e l’ossido ridotto con carbone.
Co2+ + ClO- + 4OH- Co(OH)3 + Cl-
Il cobalto è chimicamente inerte; a temperatura ambiente risulta stabile nei confronti dell'aria e dell'acqua;
Viene lentamente attaccato dagli acidi cloridrico e solforico.
Composti del Cobalto
Il Cobalto ha due stati di ossidazione +2 e +3
Forma complessi a geometria ottaedrica intensamente colorati
Il Cobalto come pigmento
• Un pigmento, di un intenso colore blu era ottenuto fondendo la smaltite (CoAs3-x) con carbonato di potassio. Rifuso insieme a silice o silicati
produceva un vetro di colore blu.
• All’inizio del XIX l’alluminato di cobalto CoAl2O4, noto anche con il nome di blu cobalto, blu di Thénard e blu di Dresda, fu prodotto scaldando insieme fosfato di cobalto Co3(PO4)2 o arseniato di cobalto Co3(AsO4)2 e allumina Al2O3. I vantaggi di questo pigmento fu usato dai pittori dell’epoca essendo molto stabile.
Il Cobalto come pigmento
•
Il verde Cobalto è un ossido misto con lo zinco La struttura ed il colore delle composizioni Zn1−xCoxO dipende da x. Per x ≤ 0.3, è intensamente verde. Per x ≥ 0.7, ha la struttura del CoO rosa. Per valori intermedi è una combinazione delle due fasiIl sale con formula
K3[Co(NO2)6]è un solido poco solubile in acqua di colore giallo
Il Cobalto come pigmento
•
Il cobalto violetto si ottiene da Co3(PO4)2•4H2O che precipita da soluzioni di cobalto (II) e fosfati.Catodo delle pile a Litio
Positive electrode
Technology Company Target application Date Benefit
Lithium nickel manganese cobalt oxide ("NMC", LiNixMnyCozO2)
Imara Corporation, Nissan Motor,[] Microvast Inc., LG Chem, Northvolt
Electric vehicles, power
tools, grid energy storage 2008 good specific energy and specific power density
Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide ("NCA", LiNiCoAlO2)
Panasonic Saft Groupe
S.A, Samsung] Electric vehicles 1999 High specific energy, good life
span
Lithium Manganese Oxide ("LMO", LiMn2O4)
LG Chem, ] NEC, Samsung Hitachi, Nissan/AESC,[EnerD el[
Hybrid electric vehicle, cell
phone, laptop 1996
Lithium Iron
Phosphate ("LFP", LiFePO4)
University of Texas/Hydro- Québec,[Phostech Lithium Inc., Valence
Technology, A123Systems/MI T
Segway Personal
Transporter, power tools, aviation products, automotive hybrid
systems, PHEV conversions
1996
moderate density (2 A·h outputs 70 amperes) High safety compared to Cobalt / Manganese systems.
Operating temperature >60 °C (140 °F)
Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2,
"LCO")
Sony first commercial
production broad use, laptop 1991 High specific energy
Il cobalto ed i suoi sali trovano impiego in numerosi settori ed applicazioni tra cui:
•
Leghe metalliche, a cui conferisce caratteristiche diresistenza 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;Applicazioni
Un 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.
•
Diversi composti del Co sono utilizzati come catalizzatori in chimica organica sia in laboratorio sia nell’industria.L’idrodesolforazione del petrolio, ad esempio, il processo industriale che serve a eliminare le impurezze di S nei combustibili liquidi, utilizza catalizzatori contenenti Co e Mo.
•
materiale di rivestimento per elettrodeposizione(galvanostegia) per il suo aspetto, la sua durezza e la sua resistenza;
Altri usi del Cobalto
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.Cobalto 60
Gli effetti del Cobalto sull’ambiente
Il cobalto è relativamente poco abbondante nella crosta terrestre ed nelle acque naturali, da cui precipita come il solfuro di cobalto altamente
insolubile CoS.
Anche se il livello medio di cobalto nel terreno è pari a 8 ppm, ci sono terreni con solo 0,1 ppm ed altri contenenti fino a 70 ppm. Nell'ambiente marino il cobalto è necessario per le alghe blu-verdi (cianobatteri) e da altri organismi che fissano l'azoto.
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.
L’attività antropica aggiunge 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,
Il cobalto passa in acqua solo in condizioni acide.
I terreni con quantita' molto basse possono far crescere piante cobalto-deficienti.
Per cui tutta la catena alimentare soffrirà di mancanza di cobalto.
Per acque dolci incontaminate viene indicata una concentrazione di riferimento di 0,1 µg∙L-1, mentre per le acque di mare il valore è più basso, 0,02 µg∙L-1. Negli
ambienti acquatici, la tossicità del Co si manifesta a concentrazioni da due a quattro ordini di grandezza superiori a quelle normalmente riscontrabili in acque dolci o
marine. Non sono stati fissati criteri di qualità per la protezione della vita acquatica e il consumo umano per il Co solubile, né da parte della UE né da parte dell’EPA.
La determinazione del Co può essere effettuata mediante una lettura
dell’assorbanza a 240.7 nm mediante ETA-AAS nell’intervallo di concentrazione da 2,0 a 40 μg∙L1.
Il Cobalto nelle acque
Diagramma di stabilità degli
stati di ossidazione
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.
Cobalto ruolo biologico
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.
Vitamina B12
R= cianuro -CN (cianocobalamina) idrossilico -OH (idrossicobalamina) metilico -CH3 (metilcobalamina)
5-deossiadenosilico (5'-deossiadenosilcobalamina).
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 complessi di 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.
•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 negli alimenti
Gli effetti del Cobalto sulla salute
•
La molecola di cobalmina contiene un atomo di cobalto e l’assunzione di questa vitamina in quantità superiori a quelle consigliate può provocare nei soggetti con allergia al cobalto la comparsa di dermatiti allergiche non pericolose ma sicuramente fastidiose per la presenza di arrossamenti, prurito e vescicole.•
Ma alte 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.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. Il valore raccomandato di cobalto deve essere di 12 mg al giorno
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.
Proprietà Co Rh Ir
Z 29 47 79
Numero di isotopi naturali 1 1 2
Massa atomica 58.71 102,90550 192,217
Configurazione elettronica [Ar]3d74s2 [Kr]4d74s2 [Xe]4f145d76s2
Aspetto Metallo argenteo e
lucente Metallo argenteo
e lucente Metallo argenteo e lucente
Elettronegatività 1.88 2.28 2.2
Stati di ossidazione 0, (I), II, III, 0, (I), II, III, IV, 0, (I), II, III, IV, VI,
Raggio del metallo/pm 126 135 135
p.f./°C 1768 2237 2739
p.e./°C 3200 3968 4701
Densità (25 °C)/ g cm-3 8.90 11 22.6
Abbondanza naturale 29 ppm 5 ppb 0.1 ppb
Marmitta catalitica
Marmitta a tre vie: è la più efficace in quanto:
è munita di sonda lambda, un apparato di controllo che sostituisce il tradizionale carburatore (iniettore) questa inoltre riduce gli ossidi di azoto
segnala alla centralina di alimentazione carenze o eccessi di carburante HCpar + CO + O2 CO2 + H2O + calore
ossidazione di HCpar e CO
2NO N2 + O2 riduzione degli ossidi di azoto
