---

Iron - Cobalt - Nickel Co Rhodium جدول کامل عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Cobalt, Co, 27 گروه شیمیایی فلز انتقالی گروه, تناوب, بلوک 9 , 4 , d جرم حجمی, سختی 8900 kg/m3, 5.0 رنگ فلزی با ته مایه خاکستری خواص اتمی وزن اتمی 1 E-_ kg شعاع اتمی calc. 1 E-_ m شعاع کووالانسی 126 pm شعاع واندروالس n/a pm ساختار الکترونی Ar]3d74s2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 15, 2 درجه اکسیداسیون (اکسید) 2,3 (آمفوتریک) ساختار کریستالی شش گوش خواص فیزیکی حالت ماده جامد (فرومغناطیس) نقطه ذوب 1768 K (2723 °F) نقطه جوش 3200 K (5301 °F) حجم مولی 6.67 ((scientific notation|ש»10-6 m3/mol گرمای تبخیر 376.5 kJ/mol گرمای هم جوشی 16.19 kJ/mol فشار بخار 175 Pa at 1768 K سرعت صوت 4720 m/s at 293.15 K متفرقه الکترونگاتیویته 1.88 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 420 J/kg*K رسانائی الکتریکی 17.2 106/m اهم رسانائی گرمایی 100 W/m*K 1st پتانسیل یونیزاسیون 760.4 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیو.ن 1648 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 3232 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4950 kJ/mol پایدارترین ایزوتوپها ایزو وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP 56Co {syn.} 77.27 روز e capture 4.566 56Fe 57Co {syn.} 271.79 روز e capture 0.836 57Fe 58Co {syn.} 70.86روز e capture 2.307 58Fe 59Co 100% Co با 32 نوترون پایدار است 60Co {syn.} 5.2714 سال β- 2.824 60Ni واحدهای SI & STP استفاده شده ، مگر آنکه ذکر شده باشد.

اطلاعات اولیه

کبالت ، عنصر شیمیایی است که با نشان Co و عدد اتمی 27 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 1730 و 1737 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 (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 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 ، Co₃O₄ .

خصوصیات قابل توجه

کبالت ، عنصر فرومغناطیس سختی است که دارای رنگ خاکستری براقی می‌‌باشد.دمای کوری آن ، K1388 با ممنتم بور 6/1 – 7/1 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 60 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 K722 می‌باشد. 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 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 –60 بعنوان منبع اشعه گاما دارای چندین کاربرد است :
  • در پرتو درمانی ( رادیوتراپی ) بکار می‌رود.
  • در استرلیزه کردن غذاها با روش تابشی ( پاستوریزه کردن سرد ) بکار می‌رود.
  • در رادیوگرافی صنعتی به‌منظور تشخیص عیوب ساختاری قطعات فلزات بکار می‌رود.

کاربردهای پزشکی

کبالت 60 ( Co-60) ، فلزی رادیواکتیو است که در پرتودرمانی کاربرد دارد. کبالت 60 دو اشعه X و گاما با انرژیهای 1.17MeV و 1.33MeV تولید می‌کند. منبع کبالت 60 تقریبا" به قطر 2 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 60 تقریبا" برای 5 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 60 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 0.3 تا 0.13 قسمت در میلیون کبالت در خاک برای سلامتی حیوانات علف‌خوار مفید است. این عنصر ، جزء اصلی ویتامین کبالامین یا ویتامین B-12 می‌باشد.

ایزوتوپها

کبالت ، بصورت طبیعی دارای 1 ایزوتوپ پایدار ( 59- Co) می‌باشد.22 رادیوایزوتوپ نیز شناخته شده که پایدارترین آنها Co-60 با نیمه عمر 5,2714 سال ، CO-57 با نیمه عمر 271,79 روز ، Co-56 با نیمه عمر 77,27 روز و Co-58 با نیمه عمر 70,86 روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو ، دارای نیمه عمری کمتر از 18 ساعت هستند که اکثریت آنها نیمه عمری کمتر از 1 ثانیه دارند. این عنصر همچنین دارای 4 حالت برانگیختگی است که تمامی آنها نیمه عمری کمتر از 15 دقیقه دارند.

ایزوتوپهای کبالت از نظر وزن اتمی ، بین 50amu و amu 73 قرار دارند. حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوانترین ایزوتوپ پایدار 59-Co ، الکترون گیری و حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می‌باشد.محصول فروپاشی اصلی پیش از 59-Co ایزوتوپهای عنصر 26 (آهن) و محصولات اصلی بعد از آن ایزوتوپهای عنصر 28 (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 60 ، ارسال کننده اشعه گامای قوی است، لذا تماس با این نوع کبالت خطر ابتلا به سرطان را ایجاد می‌کند. بلع کبالت 60 منجر به ورود مقداری کبالت درون بافتهای بدن می‌شود که به‌کندی از بدن خارج می‌شود.

کبالت 60 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 60 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.

ایزوتوپ

فرض های بدیهی نظریه اتمی دالتون این است که هر یک از اتمهای یک عنصر از هر لحاظ (از جمله جرم) با اتمهای دیگر آن یکسان است. ولی در اوایل قرن بیستم معلوم شد که یک عنصر ممکن است شامل چند نوع اتم باشد که اختلاف آنها با یکدیگر در جرم اتمی است. فردریک سودی اصطلاح ایزوتوپ (از واژه یونانی به معنای هم مکان) را برای اتمهای یک عنصر که که از نظر جرم با یکدیگر تفاوت دارند پیشنهاد کرد.

برای بررسی ایزوتوپها از طیف نگار جرمی استفاده می شود.دستگاههایی از این نوع ابتدا توسط فرانسیس استون (1919) و آرتور دمپستر (1918) با پیروی از اصول روشهایی که جی جی تامسون در 1912 ارائه کرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرمهای متفاوت (ایزوتوپها ) باشد، این تفاوت در مقادیر یونهای مثبت حاصل از این اتمها پدیدار می گردد.طیف نگار جرمی یونها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یکدیگر جدا می کند، و سبب می شود که یونهای مثبت متفاوت در محلهای مختلف روی یک صفحه عکاسی اثر کند.
وقتی دستگاه کار می کند، اتمهای بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکترونی قرار گرفته و به یونهای مثبت تبدیل می شوند.این یونها بر اثر عبور از یک میدان الکتریکی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می کنند. اگر ولتاژ این میدان ثابت نگه داشته شود، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، با سرعت مساوی وارد یک میدان مغناطیسی می شوند. این سرعت، مقدار بار به جرم و شدت میدا مغناطیسی، شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می کند.

اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگه داشته شوند، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، در یک محل بر روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. این محل را می توان با تغییر پتانسیلی که موجب شتاب یونها می شود، تغییر داد. ولی یونهایی که مقدار بار به جرم متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. هر گاه یک وسیله الکتریکی که شدت اشعه یونی را اندازه می گیرد، جای گزین صفحه عکاسی شود، دستگاه را طیف سنج جرمی می نامیم. با استفاده از طیف سنج جرمی می توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپها و هم ترکیب ایزوتوپی عناصر (انواع ایزوتوپهای موجود و مقدار نسبی هر یک) را تعیین کرد.

ایزوتوپها، اتمهایی با عدد اتمی مساوی و عدد جرمی متفاوتند. این اتمها دارای خواص شیمیایی بسیار مشابه هم (در اغلب موارد غیر قابل تشخیص) هستند. مثلا در طبیعت دو نوع اتم کلر وجود داردکه هر دو 17 پروتون و 17 الکترون دارند ولی یکی دارای 18 نوترون و دیگری دارای 20 نوترون است. بنابراین، اختلاف ایزوتوپها در تعداد نوترونهای هسته ها آنهاست. بعضی از عناصر فقط به یک شکل ایزوتوپی در طبیعت وجود دارند(مثل سدیم، بریلیم و فلوئور). ولی اغلب عناصر بیش از یک ایزوتوپ دارند.مثلا قلع دارای ده ایزوتوپ است. اصطلاح نوکلید، به طور کلی، برای گونه های اتمی به کار می رود.

بسیاری از ایزوتوپها از ایزوتوپها رادیواکتیو هستن ، یعنی ذراتی با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود را ساطع می کنند . از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.

جریان خون

مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیو اکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود . سپس مسیر آن توسط آشکارسازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود . این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود ، که صفحه آن هر گونه اختلالی ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان می دهد . با استفاده از روشی مشابه ، می توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد.

فرسودگی ماشین آلات

آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را نیز می توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت . مقادیر اندکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ وپیستونها اضافه می شود . سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها به کار رفته است مححاسبه می شود.

123456  

رمز یادداشت قبلی