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CobaltoCobalto.Elemento chimico di numero atomico 27, peso atomico 58,9332 simbolo Co. È uno dei metalli di transizione; si colloca infatti nell'ottavo gruppo, fra il ferro e il nichel. Fu scoperto da G. Brandt nel 1735; il suo nome deriva da Kobold, uno spirito della mitologia tedesca. ║ Stato naturale: allo stato nativo il c. non si trova in natura, eccetto in certe meteoriti e - si ritiene - nella massa fluida metallica che costituisce il centro della terra. È un elemento alquanto raro nella crosta terrestre, della quale costituisce solo lo 0,0037%: è più abbondante nell'universo (1.800 atomi ogni milione di atomi di silicio). È presente nel corpo umano solo in piccolissima quantità (ne costituisce lo 0,00002%). In natura si trova di solito associato al nichel; tutti i minerali di questo elemento contengono anche c. in proporzioni variabili (mediamente una parte di c. ogni 15 di nichel). Anche i minerali di ferro, rame, zinco e manganese ne contengono piccole parti. Minerali specifici del c. di importanza metallurgica sono la smaltina CoAs2 e la cobaltina CoAsS. I maggiori produttori di nichel producono anche di solito c.; il paese che ne esporta di più è la Repubblica Democratica del Congo. Va ricordato però che il nichel comunemente in commercio, allorché non specificato contiene sempre parte del c. che era associato con esso nel minerale di partenza. Infatti il solo processo di estrazione del nichel che dia un prodotto esente da c. è quello di carbonile (che ha appunto c. come sottoprodotto) mentre gli altri realizzano una separazione solo parziale dei due metalli. D'altra parte nella maggior parte degli usi il c. non è indesiderabile. ║ Proprietà fisiche. Il c. è un metallo grigio argenteo, di aspetto abbastanza simile a quello del nichel. Fonde a 1.495°C e bolle a 3.100°C circa alla pressione atmosferica. Presenta in natura un solo isotopo stabile, il 59Co; presenta invece diversi isotopi radioattivi che vengono preparati sinteticamente e usati in vari campi. A 20°C ha peso specifico 8,9 g/m3 (che è identico a quello del nichel e molto prossimo a quello del rame). Cristallizza nel sistema esagonale compatto; sopra i 410°C è invece stabile la forma cubica a facce centrate (come il nichel). Ha un raggio atomico di 1,25 Å, intermedio fra quello del ferro (1,26) e del nichel 1,24 e molto prossimo ad entrambi. La sua elettronegatività (1,8 della scala di Pauling) è uguale a quella dei due elementi vicini ora citati. È ferromagnetico; le sue proprietà fisiche sono abbastanza prossime a quelle del ferro e del nichel; la triade Fe-CO-Ni è infatti abbastanza omogenea. Proprietà chimiche. Il c. non si ossida all'aria. All'acido solforico resiste abbastanza bene, così pure al cloridrico; non resiste invece al nitrico che lo scioglie come sale di c. bivalente. È attaccato in minor misura anche da acido fluoridrico e da basi forti, quali idrato di sodio, di potassio e di ammonio. La sua resistenza agli acidi è dovuta ad una fenomeno di passivazione in quanto la sua posizione sulla scala elettrochimica delle tensioni standard (-0,26 V) lo fa classificare fra i metalli non nobili. Presenta due valenze, precisamente + 2 e + 3; la prima è la più stabile. I suoi sali a valenza 2 si dicono cobaltosi, quelli a valenza 3 cobaltici. Data la sua struttura elettronica, che è: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 d7 4 s2 ha una grandissima tendenza a dare ioni complessi, anche molto stabili, con vari gruppi. ║ Metallurgia. I metodi di produzione del c. presentano una grande varietà, secondo il minerale di partenza e i prezzi locali dei prodotti chimici e delle varie fonti di energia. Il recupero del c. durante la lavorazione del nichel avviene principalmente in due modi. Se si adotta il processo Mond volatizzando l'ossido di nichel a mezzo di ossido di carbonio per dare nicheltetracarbonile, il c. resta come residuo in quanto si ha cura di operare in condizioni di temperatura e pressione per cui la formazione dei c.-carbonili è sfavorita. L'ossido così ottenuto viene purificato col metodo elettrolitico, usando la cella di Hybinette, nella zona anodica si ha in generale una soluzione che contiene nichel, ferro e c. Si estrae questa dalla cella e si ossida con una clorurazione il ferro ferroso a ferrico e il c. cobaltoso a cobaltico; indi si precipitano insieme i due idrati mediante soluzione di soda. Si filtra e si ricircola il liquido rimandandolo dalla parte catodica della cella; il precipitato viene sciolto con acido cloridrico e si procede alla precipitazione selettiva in condizioni controllate del ferro e del cobalto; questo si recupera quindi per filtrazione come idrato relativamente puro. Per calcinazione viene trasformato in ossido, che poi viene ridotto nel solito modo. Una piccola produzione di c. si ha anche durante la purificazione dell'elettrolita nella produzione di zinco elettrolitico; questa è l'unica produzione italiana (in realtà minima) di c., dato che nel nostro Paese non esistono giacimenti utilizzabili di c. e non esistono nemmeno impianti di raffinazione di nichel.
Dai minerali non arsenicali, che contengono sempre grandi quantità di ferro, rame, ecc. il c. si produce per via elettrometallurgica. Si trattano i minerali in forno elettrico (previa concentrazione con vari mezzi) addizionando carbone come riducente e calce come scorificante per la silice. Si ottiene una lega al 7÷12% circa di Co, che viene raffreddata lentamente in modo che si separi in due strati: quello superiore (al 15% di Co) detto lega bianca prosegue nel ciclo, mentre quello inferiore (al 4,5% circa di Co, ricco in rame) è inviato alla lavorazione del rame, dalla quale ritorna un concentrato di c. (al 15÷20%) che viene rimandato al forno elettrico. La lega bianca viene macinata e attaccata con acido solforico diluito per sciogliere il c.; accanto ad esso si sciolgono anche elementi presenti in quantità minori, e una parte del rame. Si procede quindi alla purificazione della soluzione, con mezzi chimici. Il rame è precipitato con addizione di c. metallico; il ferro è precipitato con latte di calce, previa ossidazione a ferrico con aria e così via. Infine si precipita il c. con carbonato mediante carbonato sodico. Questo carbonato viene calcinato a 650÷800 °C per ottenere un ossido al 70÷75% di Co. La riduzione di questo a metallo si fa dopo averlo compresso a formare dei piccoli cilindri che vengono cosparsi di carbone di legna, in un forno a circa 1.000°C. Si ha così un c. abbastanza puro (oltre 99%) relativamente spugnoso, che può essere reso massiccio con una rifusione. Dai minerali arseniosi concentrati, il c. viene recuperato per via piro- e idro-metallurgica.
Mediante un trattamento in forno a vento si giunge allo speiss, cioè ad un concentrato di ferro, nichel e c. per lo più presenti come arseniuri. Questo viene macinato, mescolando con altre sostanze e arrostito in forno per renderlo solubile. Si sottopone tutto quanto a ripetute lisciviazioni e precipitazioni, in modo da ottenere una soluzione contenente quasi solo c., dalla quale viene precipitato come idrato. Da questo si passa all'ossido (per calcinazione) che viene ridotto nel modo detto. La riduzione può anche essere fatta al forno elettrico, qualora si abbia a disposizione un ossido particolarmente puro e si voglia un c. molto puro. Altri processi si basano su diverse combinazioni di metodi piro-, idro- ed elettrometallurgici, eventualmente anche elettrolitici. ║ Composti. Con l'ossigeno il c. forma due ossidi, quello cobaltoso CoO e quello cobaltico Co2O3; corrispondentemente si hanno composti cobaltosi e composti cobaltici. I primi sono più stabili, ma i secondi godono di grande stabilità in presenza di ioni complessati; vediamoli separatamente. A) Composti cobaltosi. L'ossido di c. (cobaltoso) CoO è un solido di colore bruno oliva, cristallizzato nel sistema cubico, che si decompone per riscaldamento a 1.800°C. Si ottiene per calcinazione dell'idrossido cobaltoso Co(OH)2 oppure del carbonato (a temperatura più alta). Il cloruro cobaltoso cristallizza dalle soluzioni acquose come CoCl2 · 6H2O di un bel colore rosso; per riscaldamento perde acqua, trasformandosi nel cloruro anidro che è invece colorato in azzurro. Anche gli altri idrati, con 1, 2 o 4 molecole di acqua hanno colore diverso, che va dal rosa all'azzurro. Nello stesso modo i diversi cloruri basici che si possono avere hanno colorazioni caratteristiche. Lo ione Co2+ dà infatti facilmente colorazioni di varia intensità e distribuzione spettrale, secondo che si trovi in un solido o in una soluzione, e secondo la composizione di questa. In generale i sali cobaltosi sono commerciati nella forma idrata. Il solfato cobaltoso CoSO4 è invece anidro; è un solido rosso che si decompone per riscaldamento a 880°C circa. Ne esistono però anche due forme idrate, rispettivamente con una e 7 molecole di acqua; il CoSO4 · 7H2O è rosso scuro ed è isomorfo col solfato di ferro eptaidrato. Il nitrato cobaltoso Co(NO3)2 · 6H2O è esaidrato, e ha anch'esso un bel colore rosso. Si ritiene che la tendenza di questi sali a cristallizzare come idrati sia dovuta alla presenza nelle soluzioni acquose di una forte percentuale di ioni cobaltosi solvatati (anzi, in questo caso, si potrebbe dire complessati) da sei molecole di acqua, cioè con la formula: CO(H2O) In presenza di altri ioni, questi possono sostituirsi parzialmente all'acqua nel complesso, e si passa dal colore rosa antico proprio di questo ad altre colorazioni; ad esempio il complesso (CO(H2O)2Cl4)2+ è colorato in azzurro. Tutti questi sali sono ben solubili in acqua fredda e ancor più in quella calda. Il solfuro cobaltoso COS, nero, ha un comportamento simile a quello di nichel. Con H2S infatti non precipita da soluzione acida se non sotto forte pressione; precipita bene invece da soluzioni basiche e si ridiscioglie in acidi concentrati ma non nei diluiti. Nella chimica analitica qualitativa il c. viene precipitato come solfuro insieme al nichel; ridisciogliendo può essere riprecipitato selettivamente mediante alfa-nitroso-beta-naftolo, che ne è un reagente specifico. Con l'acido cianidrico si ha formazione del cianuro biidrato CO(CN)2 · 2H2O; in eccesso di cianuro si ha però formazione del cobaltocianuro potassico K4Co(CN)6 che può essere facilmente ossidato a cobaltocianuro K3Co(CN)6 come avviene per l'analogo composto del ferro. Il silicato di c. è di un intenso colore azzurro, anche in soluzione solida con altri silicati; ciò viene sfruttato per colorare in azzurro i vetri e certi smalti per addizione di piccole quantità (meno dello 0,1%) di ossido di c. che si trasforma poi in silicato. Un piccolo tenore di ossido di c. viene però aggiunto anche al vetro bianco, con lo scopo di eliminare la leggera colorazione gialla sempre presente a causa di impurezze di ferro nella silice. B) Composti cobaltici. Sono in generale meno importanti di quelli cobaltosi, e sono anch'essi variamente colorati dal rosa al bruno scuro. L'ossido cobaltico Co2O3 si ottiene per disidratazione dell'idrato cobaltico Co(OH)3 che secondo alcuni va scritto più esattamente come Co2O3 · nH2O. Esiste anche un ossido misto od ossido salino di formula Co3O4, ovvero CoO · Co2O3, nero, che cristallizza nel sistema cubico. I composti semplici cobaltici sono meno solubili in acqua dei corrispondenti cobaltosi. Il c. a valenza tre ha però una grandissima tendenza a dare in soluzione degli ioni complessi; particolarmente stabili sono quelli con il cianuro, cui si è già accennato. Inoltre il c. interviene con valenza tre in numerosi composti organici, per alcuni dei quali il legame non è ancora del tutto chiarito. Con l'ossido di carbonio CO forma due carbonili (da considerarsi composti a valenza zero) e precisamente il cobalto-ottocarbonile Co2(CO)8 e il cobalto-dodecarbonile Co4(CO)12, il primo di color arancio e il secondo nero (allo stato solido). Entrambi si decompongono a temperatura inferiore a quella del nicheltetracarbonile, Onde è possibile realizzare la separazione fra c. e nichel col processo Mond, come si è già detto. ║ Produzioni e usi. La produzione mondiale di c. come metallo o sotto forma di sali è relativamente molto bassa, dato che non supera le 20.000 tonnellate/anno. Si avrebbe un valore molto superiore se si tenesse conto del c. presente insieme con il nichel, che viene spesso calcolato come nichel. Non è raro infatti che in una certa lega non si dia il tenore di Ni ma quello di Ni + Co. Anche negli acciai inossidabili il tenore di nichel va inteso come somma delle percentuali di nichel e c. Ciò è abituale in quanto la presenza di c. non è dannosa, ma di solito utile; fanno eccezione alcuni casi. Ad esempio nelle apparecchiature che devono venire a contatto con emanazioni radioattive (come i corpi dei reattori nucleari) è da evitare assolutamente la presenza di c., in quanto per effetto dei neutroni si ha la trasformazione dell'isotopo stabile 59Co in quello instabile 60Co, fortemente radioattivo, con conseguente pericolo. La reazione citata viene invece prodotta artificialmente in campioni di c.; l'isotopo radioattivo che si ottiene viene usato in medicina (la cosiddetta bomba al c.), come tracciante radioattivo e come sorgente di raggi gamma per esami non distruttivi di materiali. Il 60Co è fra i più adatti per questo scopo in quanto è facile da ottenere, presenta un periodo di semitrasformazione abbastanza lungo (5,25 anni, cioè ha un tasso di trasformazione dello 0,4% al giorno), decade in![]() ![]()
Negli acciai il c. entra generalmente come impurezza del nichel; esso infatti ne modifica la maggior parte delle proprietà nello stesso senso di quell'elemento. In certi casi però l'influenza è diversa, e il c. è aggiunto apposta; tale addizione può essere fatta a qualsiasi stadio della preparazione dell'acciaio (dall'altoforno all'affinazione) in quanto è meno ossidabile del ferro. Esercita un notevolissimo influsso sulle proprietà magnetiche; aumenta il valore della permeabilità magnetica, dell'induzione massima e della forza coercitiva. Inoltre aumenta il valore della velocità critica (cioè diminuisce la temprabilità), rende minore la penetrazione della tempera, favorisce la grafitizzazione, stabilizza la struttura martensitica (rendendola meno sensibile ai rinvenimenti) e ha una forte influenza sulla distribuzione del carbonio in una cementazione, in quanto riduce il tenore massimo di questo elemento e ne favorisce la penetrazione, portando ad una cementazione più uniforme e più profonda. Per contro, la lavorabilità a caldo è diminuita dalla presenza di c. Un uso molto rilevante del c. è per la preparazione di leghe per magneti permanenti, o leghe tipo alcalino, che ne assorbono circa la metà. Si tratta in generale di leghe che hanno un forte contenuto di Co insieme con Fe, Ni, A, Ti, Cu, e altri elementi. Sono impiegate per magneti permanenti a campo elevato, per motorini, dinamo, ecc. Un altro impiego del c. è la preparazione delle cosiddette superleghe, cioè di leghe aventi particolari requisiti meccanici, quali resistenza a trazione alle alte temperature, resistenza al creep, resistenza alla corrosione-erosione da vapore o da gas di combustione, e così via.
Queste leghe hanno un buon carico di rottura, un'elevata resistenza al creep e anche un'ottima resistenza alla corrosione con e senza effetti di erosione. Un'altra lega molto impiegata per la sua buona resistenza alla corrosione in diversi ambienti, ad umido o a secco, è la Inconel 700, che ha la seguente composizione: C 0,16%, Ni 45,0%, Fe 7,0%, Mn 0,10%, Cr 15,0%, Al 3,0%, Ti 2,20%, Mo 3,0%, Si 0,25%, S 0,008%, Co resto. Una serie importante di leghe che contengono sensibili tenori di c. è quella degli acciai maraging, caratterizzati da un indurimento per precipitazione che porta ad avere dei carichi di rottura fino a 210 kg/mm² e carichi di snervamento poco inferiori. Questi acciai trovano impiego soprattutto per parti di aerei e di missili. Una lega estremamente dura, ancora più delle stelliti, è il cosiddetto metallo Widia, o semplicemente Widia, composto dal 10% circa di c. e dal 90% di carburo di tungsteno W2C. È impiegata per utensili da taglio in forma massiccia, ma più sovente sotto forma di plachette riportate. Altri usi del c. - fuori dalla metallurgia - si hanno nel campo dei vetri e delle ceramiche, ove si utilizza l'ossido per decolorare e colorare, come si è detto. Sensibili quantità di c. vengono poi impiegate nell'industria chimica come catalizzatori di varie reazioni organiche. Sali di c. con acidi grassi e altri acidi organici sono impiegati come oli siccativi. Si è già detto che il c. è presente nel corpo umano (e anche dei mammiferi) in quantità piccolissime; tuttavia la sua presenza è molto importante per alcuni processi vitali. Ad es. la vitamina B12, o cianocobalammina ha formula bruta C63 H88 O14 N14 PCo e contiene quindi circa il 4,5% di c. È noto che questa vitamina è essenziale alla vita degli animali superiori, anche se il suo meccanismo d'azione sul metabolismo non è ancora stato chiarito. Il c. viene pertanto impiegato anche in medicina, come pure nella formulazione di mangimi per l'alimentazione di animali; in certi casi viene addizionato al concime per il trattamento dei terreni che ne contengono un tenore troppo basso.
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