شیمی برای زندگی

کبالت عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی 27 در جدول تناوبی قرار دارد.

خصوصیات قابل توجه

کبالت عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می باشد.دمای کوری آن K1388 با ممنتم بور 6/1 – 7/1 در هر اتم است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است وهر دوی آنها از اجزا مشخص آهن شهاب سنگی می باشند.پستانداران نیازمند مقدار بسیار کمی از نمکهای کبالت هستند.کبالت 60 که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است یک ردیاب رادیواکتیو مهم و عامل معالج سرطان به شمار می آید. 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 K722 می باشد.
حالات اکسیداسیون عادی کبالت شامل 2+ و3+ است گرچه 1+ نیز دیده شده است.

کاربردها

• آلیاژهایی از قبیل :
  • آلیاژهای دیرگداز ، برای قطعات توربین گاز موتورهای هواپیما
  • آلیاژهای مقاوم در مقابل فرسایش و آسیب بر اثر کارکرد بالا.
  • فولاد، در سرعتهای بسیار زیاد
  • کاربیدهای روکشدار( فلزات سخت هم نامیده می شوند) 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 اکسیاسیون .
• عامل خشک کننده در رنگها، جوهر و براق کننده ها.
• لایه زیرین در لعابهای چینی.
• رنگدانه( کبالت آبی و سبز).
• الکترودهای باطری.
• تایرهای رادیال تسمه فولادی.
• کبالت –60 بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :
  • در پرتو درمانی (رادیوتراپی) بکار می رود.
  • در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد) بکار می رود.
  • در رادیوگرافی صنعتی به منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات به کار می رود.

کاربردهای پزشکی

کبالت 60 ( Co-60) فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد.کبالت 60 دو اشعه X گاما با انرژیهای 1.17MeV و 1.33MeV تولید می کند. منبع کبالت 60 تقریبا" به قطر 2 سانتیمتر است که نتیجه آن تشکیل یک نیم سایه هندسی می باشد ، که لبه میدان تشعشع را نامشخص می کند .از ویژگیهای بد این فلز تولید مقدارکمی غبار رقیق است که باعث بروز مشکلاتی در حفاظت مقابل اشعه می گردد. منبع کبالت 60 تقریبا" برای 5 سال مفید است اما بعد از این مدت هم بسیار رادیواکتیو می باشد و بنابراین دستگاههای کبالت در جوامع غربی که لیناکس متداول است، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. اولین دستگاه کبالت 60 درمانی ( بمب کبالت) برای اولین در کانادا ساخته و نیز برای اولین بار در همانجا مورد استفاده قرار گرفت. در واقع اولین دستگاه در مرکز سرطانی Saskatoon به نمایش در آمده است – هنگام ورود به سالن به این دستگاه توجه کنید. دومین دستگاه خارج از سالن ، کنار دالان ورود به مرکز قرار گرفته است.

تاریخچه

کبالت و ترکیبات آن در دوران باستان شناخته شد که برای آبی کردن رنگ شیشه ازآنها استفاده می کردند.
George Brand به خاطر کشف کبالت شهرت یافت.تاریخ کشف این عنصر در منابع مختلف ، متفاوت است امااین کشف بین سالهای 1730 و 1737 اتفاق افتاده است. او موفق به اثبات این نکته شد که منبع رنگ آبی شیشه ها کبالت است ،قبلا" بیسموت همراه کبالت را عامل رنگ آبی شیشه ها می دانستند.

در خلال قرن نوزدهم کبالت آبی (80-70% کبالت جهان) در Blaafarvaerket در نروژ ،به رهبری صنعتگر پروسی Benjamin Wegner تولید شد.
John Livingood و Glenn Seaborg در سال 1938 کبالت 60 را کشف کردند.
کلمه کبالت از واژه آلمانی kobalt یا kobold ،به معنی روح شیطان گرفته شده ، این نام را کارگران معدن به علت سمی و دردسرساز بودن (کبالت سایر عناصر معدن را آلوده و کم عیار می کرد)این عنصر برای آن انتخاب کردند.

نقش بیولوژیک

مقادیر کم کبالت برای بسیاری از موجودات زنده از جمله انسان حیاتی است.وجـــــــــــــــــود 0.3 تا 0.13 قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف خوار مفید است.این عنصر جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-12 می باشد.

پیدایش

کبالت بصورت فلز آزاد وجود ندارد و عموما" به صورت سنگ معدن یافت می شود.کبالت معمولا" به تنهایی استخراج نمی شود و به عنوان محصول جانبی فعالیتهای استخراج مس و نیکل به دست می آید.

ترکیبات

به علت وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف ، تعداد زیادی از ترکیبات کبالت وجود دارد.هر دو اکسید در دمای پایین ضدفرومغناطیس می باشند CaO.«Neel temperature: 291 K) and Co₃O₄ (Neel temperature: 40 K).

ایزوتوپها

کبالت بصورت طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار ( 59 Co-) می باشد.22 رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-60 با نیمه عمر 2714/5 سال، CO-57 با نیمه عمر79/271 روز، Co-56 با نیمه عمر 27/77 روز و Co-58 با نیمه عمر 86/70 روز می باشند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو دارای نیمه عمری کمتر از 18 ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتراز 1 ثانیه دارند.این عنصر همچنین دارای 4 حالت برانگیختگی می باشد ،که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از 15 دقیقه دارند.


ایزوتوپهای کبالت از نظر وزن اتمی بین (50amu (Co-50 و (amu73 ( Co-7) قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار ،59-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می باشد.محصول فروپاشی اصلی پیش از 59-Co ایزوتوپهای عنصر 26 «آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر 28 «نیکل) می باشند.

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 60 ارسال کننده اشعه گامای قوی است لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می کند. بلع کبالت 60 منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن شده که به کندی از بدن خارج می شود. کبالت 60 در مقابله های اتمی عاملی خطرساز است چون ارسالهای نوترونی مقداری از آهن را به این ایزوتوپ رادیواکتیو تبدیل می کند.بعضی طراحیهای تسلیحات اتمی عمدا" به گونه ای می باشد که ،میزان کبالت 60 را که بعنوان ذرات رادیواکتیو پراکنده می شوند ،افزایش دهند- گاهی اوقات آنها را بمب کثیف یا بمب کبالت می نامند. خطر در مواقع غیر از جنگ اتمی ،استفاده نادرست ( یا سرقت) از واحدهای رادیوتراپاتیک پزشکی است.

اثرات کبالت بر سلامتي انسان
از آنجايي که کبالت به طور گسترده در محيطهاي مختلف وجود دارد، با تنفس هوا، آشاميدن آب و خوردن غذاهايي که حاوي کبالت هستند، مقداري کبالت وارد بدن انسان ميشود. تماس پوست با خاک يا آب داراي کبالت نيز راه ديگر ورود کبالت به بدن انسان ميباشد.
کبالت هميشه به آساني در دسترس نميباشد، اما برخي اوقات ذرات کبالت به خاک يا ذرات رسوبي متصل نميشوند وممکن است که گياهان و جانوران مقدار زيادي کبالت دريافت کنند، و به همين ترتيب مقدار زيادي کبالت در بدن آنها ذخيره شود.
کبالت براي بدن انسان اهميت زيادي دارد، زيرا بخشي از ويتامين B12 را تشکيل ميدهد. براي برطرف کردن عارضه کم خوني در زنان باردار از کبالت استفاده ميشود، زيرا کبالت توليد سلولهاي خوني را تحريک ميکند.
مقدار زياد کبالت براي بدن انسان مضر است. اگر مقدار کبالت در هواي تنفسي از حد مجاز بيشتر باشد، بر اثر تنفس کبالت مشکلات تنفسي مانند آسم و ذات الريه ايجاد ميشود. اين مسئله اغلب در افرادي که در محيط کارشان مقدار زيادي کبالت وجود دارد، ديده ميشود.
در صورتيکه گياهان در خاک آلوده به کبالت رشد کنند، ذرات بسيارريز کبالت در اندامهايي از بدن گياه که مورد استفاده انسان است، مانند ميوه ها و دانه هاي گياه تجمع پيدا ميکند. خاکهايي که در نزديکي معادن قرار دارند، داراي مقدار زيادي کبالت ميباشند، بنابراين مصرف چنين گياهاني توسط انسان سبب بروز آسيبهاي فراواني ميشود.
اثرات مصرف غلظت بالاي کبالت عبارت هستند از:
استفراغ و تهوع
مشکلات بينايي
مشکلات قلبي
آسيب به تيروئيد
اشکال ديگري از کبالت که باعث بيماري ميشوند، ايزوتوپهاي راديواکتيو کبالت هستند. ايزوتوپهاي راديواکتيو کبالت سبب نازايي، ريزش مو، تهوع، خونريزي، کما و حتي مرگ ميشوند. گاهي اوقات پرتوهاي حاصل از ايزوتوپهاي کبالت براي بيماران سرطاني و براي از بين بردن تومور استفاده ميشود. اين بيماران بر اثر استفاده از ايزوتوپهاي کبالت عوارضي از قبيل ريزش مو، اسهال و تهوع را تجربه ميکنند.
غبار کبالت باعث بيماريهاي شبيه آسم شده و علائمي مانند سرفه، کوتاه و انقطاع تنفس و تنگي نفس را از خود نشان ميدهند. اين علائم به تدريج در فرد افزايش مي يابد و مشکلات ديگري مانند بيماريهاي ريوي، تصلب شرايين، ناتواني دائمي و مرگ را سبب ميشود. اگر فردي در معرض کبالت قرار گيرد، دچار کاهش وزن، آماس پوست و حساسيت بالاي دستگاه تنفس ميشود. مصرف مقدار اندک عنصر شيميايي کبالت که در جانوران آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته شده، باعث مرگ 50 درصد جمعيت جانوري ميشود. اين مقدار در حدود ميلي گرم يا گرم ماده در هر کيلوگرم از وزن جانور ميباشد.
آژانس بين المللي تحقيقات سرطان (IARC)، کبالت و ترکيبات آن را در گروه 2B طبقه بندي کرده است. اين بدان معناست که عناصري که در گروه 2B قرار ميگيرند، عناصري هستند که ممکن است براي انسان سرطانزا باشند.