Elemento Duende

-¿En qué lugar de la tabla periódica se encuentra el elemento cobalto?

-El cobalto es un elemento químico de número atómico 27 y símbolo Co situado en el grupo 9 de la tabla periódica de los elementos.

-¿Para qué sirve el cobalto?

  -Se emplea para efectuar:

•          aleaciones entre las que cabe señalar las en turbinas de gas de aviación;

•          aleaciones resistentes a la corrosión;

•          aceros rápidos;

•          carburos cementados;

•          herramientas de diamante;

•          herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras;

•          imanes (Alnico, Fernico, Cunico, Cunife);

•          cintas magnéticas;

•          catálisis del petróleo e industria química;

•          recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto, dureza y resistencia a la oxidación;

•          secante para pinturas, barnices y tintas;

•          recubrimiento base de esmaltes vitrificados;

•          pigmentos (cobalto azul y cobalto verde);

•          electrodos de baterías eléctricas;

•          cables de acero de neumáticos;

•          el isótopo Co-60 que se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas).

-¿Qué son los isótopos y tiene isótopos el cobalto?

-Isótopo es un átomo que pertenece al mismo elemento químico que otro, que tiene su mismo número atómico (igual número de protones), pero distinto número de masa atómica (debido a que tiene diferente número de neutrones): todos los isótopos de un mismo elemento comparten las mismas propiedades químicas, y pueden ser estables o no.

       -Y, sí, el cabalto cuenta con  22 radioisótopos siendo los más estables el Co-60, el Co-57 y el Co-56 con periodos de semidesintegración de 5.27 años, 271,79 días y 70,86 días respectivamente.

-Los demás isótopos radiactivos tiene periodos de semidesintegración inferiores a 18 horas y la mayoría menores de 1 segundo.

-Los isótopos más ligeros que el estable (Co-60) se desintegran principalmente por captura electrónica originando isótopos de hierro, mientras que los más pesados que el isótopo estable se desintegran por emisión beta dando lugar a isótopos de níquel.

-El cobalto-60 se usa en radioterapia en sustitución del radio por su menor precio.

-La fuente de Co-60 tiene una vida útil de aproximadamente 5 años, pero superado ese tiempo sigue siendo muy radiactivo, por lo que estas fuentes han perdido, en cierta medida, su popularidad en occidente.

-¿Cómo se descubrió el  cobalto?

       -Hace varios siglos, los mineros del cobre en Alemania se enojaban de vez en cuando al encontrar una piedra azul que parecía malaquita, un mineral de cobre, pero que no lo era. Esa piedra azul tratada como malaquita, no daba cobre y, a veces, soltaba vapores que enfermaban a los mineros. (Este mineral contiene arsénico, como se descubrió finalmente.)

-Los mineros llegaron a una conclusión natural: la piedra azul era mineral de cobre que había sido encantada por un espíritu.

-Eran traviesos espíritus de la tierra que el folklore alemán llamaba kobolds. (Son equivalentes a los duendes ingleses llamados goblins, y ambas palabras pueden proceder del griego kobalus.)

-Este mineral fue investigado por el químico sueco Georg Brandt (1694-1768), en 1742 extrajo de él un metal que no era cobre. La fecha del descubrimiento era un nuevo elemento hasta entonces desconocido diferente de bismuto y otros metales tradicionales, y decir que es un nuevo "semi-metal".

-Brandt fue capaz de demostrar que el cobalto era el responsable del color azul del vidrio que previamente se atribuía al bismuto. El cobalto se convirtió en el primer metal descubierto desde la época pre-histórica, en la que todos los metales conocidos (hierro, cobre, plata, oro, zinc, mercurio, estaño, plomo y bismuto) no tenían descubridores registrados.

-El cobalto, por el contrario, se parecía mucho al hierro, hasta el extremo de que era atraído (débilmente) por el imán. No obstante, no era hierro puesto que, en primer lugar, no formaba un orín pardorrojizo.

-¿De dónde proviene el nombre que tiene el elemento cobalto?

-Su nombre proviene del alemán kobalt de kobold, espíritu maligno, llamado así por los mineros en la Edad Media que consideraban este metal sin valor y tenían la creencia de que un duende (un kobold) lo ponía en sustitución de la plata que había robado.

-En el diccionario castellano del siglo XVIII aparece como cobalt.

       -Brandt conservó el nombre que los mineros alemanes le habían dado, pero ganó una ortografía  ligeramente diferente: “cobalto”.

       -Debido a este nombre, que ha conservado desde entonces, el cobalto puede ser llamado justamente “el elemento duende”.

-¿Cuáles son las características del cobalto?

-El cobalto es un metalferromagnético, de color blanco azulado. Su temperatura de Curie es de 1388 K.

-Normalmente se encuentra junto con níquel, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro.

-El Co-60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer.

-El cobalto metálico está comúnmente constituido de una mezcla de dos formas alotrópicas con estructuras cristalinas hexagonal y cúbica centrada en las caras siendo la temperatura de transición entre ambas de 722 K.

-Se emplea sobre todo en superaleaciones de alto rendimiento, siendo éstas normalmente más caras que las de níquel.

-Es un metal eminentemente de aleación, al igual que el níquel o el zinc, por ejemplo. Dichos metales suelen agregarse a otros que actúan de base, aunque cuando el cobalto actúa de base suele hacerlo en aleaciones con cromo.

-Su principal característica es su elevadísima dureza y resistencia al desgaste.

-Sus aleaciones normalmente poco usadas ya que su virtud no compensa la gran cantidad que hay que abonar por ellas.

-El cobalto posee características muy similares a sus elementos vecinos, hierro y níquel, con los cuales comparte más rasgos que con los elementos de su propio grupo en la tabla periódica.

-Ni cobalto ni níquel suelen mezclarse con la plata ni el mercurio, además de que comparten el efecto magnético del hierro.

-El cobalto es el metal más escaso de estos tres, es el menos rentable y también el más caro.

-El cobalto tiene poca resistencia química aunque es más estable que el hierro ya que se mantiene en aire y agua siempre que no se encuentren otros elementos corrosivos en dichos medios.

-¿Cuál es la historia del cobalto?

-Los compuestos de cobalto se han utilizado durante siglos para obtener un color azul intenso de vidrio, los esmaltes y cerámicas.

-Se ha detectado cobalto en esculturas egipcias y en joyas persas desde el tercer milenio aC, en las ruinas de Pompeya (destruida en el año 79 dC), y en China, en la dinastía Tang (618-907 dC) y la dinastía Ming (1368-1644 dC).

-El cobalto se ha empleado para colorear el vidrio desde la Edad del Bronce. La excavación del naufragio Uluburun encontró un lingote de cristal azul, que fue lanzado durante el siglo XIV aC. 4 artículos de cristal de Egipto son de color azul gracias al  cobalto.

-La pieza más antigua de cobalto de color de cristal era de la época de la dinastía XVIII de Egipto (1550-1292 aC).

-¿De dónde procedía el cobalto de esas joyas?

-Se desconoce el lugar donde se obtuvieron los compuestos de cobalto.

-¿Desde cuando se ha venido a usar el cobalto?

-Las primeras minas para la producción de esmalte entre los siglos XVI al XVIII se encontraban en Noruega, Suecia, Sajonia y Hungría.

-Durante el siglo XIX, una parte significativa de la producción mundial, entre el 70 y 80%, de azul cobalto (un tinte hecho con compuestos de cobalto y alúmina) y esmalte (vidrio de cobalto en polvo para uso con fines de pigmento en cerámica y pintura) se llevó a cabo en la fábrica noruega Blaafarveværket adquirida en 1823 por el Baron W. C. Benecke y el industrial prusiano Benjamin Wegner.

-Con el descubrimiento de mineral de cobalto en Nueva Caledonia en 1864 la extracción de cobalto en Europa disminuyó.

-¿Qué países son  productores de cobalto?

-Con el descubrimiento de yacimientos minerales en Ontario, Canadá en 1904 y de yacimientos aún mayores en la provincia de Katanga en el Congo en 1914, las operaciones mineras cambiaron de nuevo.

-Por el conflicto de Shaba a partir de 1978, la principal fuente de cobalto, las minas de cobre de la provincia de Katanga, casi detuvieron su producción. El impacto en la economía mundial de cobalto de este conflicto fue menor de lo esperado, porque la industria establecida formas efectivas para reciclar de materiales de cobalto y en algunos casos fue capaz de cambiar a alternativas sin cobalto.

 -En 1938 John Livingood y Glenn Seaborg descubrieron el cobalto-60.

-La primera máquina de radioterapia, bomba de cobalto, construida en Canadá por un equipo liderado por Ivan Smith y Roy Errington se utilizó en un paciente el 27 de octubre de 1951; el equipo se encuentra actualmente expuesto en el Saskatoon Cancer Centre, en la ciudad de Saskatoon (Saskatchewan).

-Después de la Segunda Guerra Mundial, los EE.UU. quería asegurase de que nunca le faltaría el mineral de cobalto necesario, como le había ocurrido a los alemanes y fue la exploración de una fuente dentro de la frontera de los EE.UU. Un buen suministro de los minerales necesarios se encuentra en Idaho cerca del cañón Blackbird en la ladera de una montaña. La Compañía Minera Calera comenzó la producción en este lugar.

       -En 2005, los depósitos de cobre en la provincia de Katanga de la República Democrática del Congo fueron el principal productor de cobalto con casi el 40% de la cuota mundial.

-La situación política en el Congo influye en el precio de cobalto de manera significativa.

-El proyecto de la Montaña Mukondo, operado por la Central African Mining and Exploration Company (CAMEC) en Katanga, puede ser la más rica reserva de cobalto en el mundo. Se estima que es capaz de producir alrededor de un tercio de la producción total mundial de cobalto en el 2008.

      -En julio de 2009 CAMEC anunció un acuerdo a largo plazo en virtud del cual CAMEC entregaría toda su producción anual de concentrado de cobalto de la Montaña Mukondo a Zhejiang Galico Cobalt & Nickel Materials de China.

-¿Cómo se obtiene el cobalto?

-Existen varios métodos para separar el cobalto del cobre y níquel. Dependen de la concentración de cobalto y la composición exacta del mineral utilizado. Una etapa de separación implica flotación por espuma, en el que los tensión activos se unen a los diferentes componentes del mineral, dando lugar a un enriquecimiento de mena de cobalto.

 -Tras el tostado se convierte la mena a sulfato de cobalto, mientras que el cobre y el hierro se oxidan. La lixiviación con agua extrae el sulfato junto con los arseniatos. Los residuos están además lixiviado con ácido sulfúrico obteniéndose una solución de sulfato de cobre.

El cobalto también puede ser lixiviado de la escoria de la fundición de cobre.

-¿Qué significa lixiviación?

-La lixiviación, o extracción sólido-líquido, es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno o más de los componentes solubles del sólido.

Los productos de los procesos mencionados anteriormente se transforma en óxido de cobalto (Co₃O₄). Este óxido se reduce al metal por la reacción aluminotérmica o reducción con carbono en un alto horno.

-¿Se requiere de cobalto en el organismo humano?

-El cobalto es un elemento químico esencial para los mamíferos en pequeñas cantidades.

       -En general el tejido vivo es sobre todo agua, pero si se quita el agua, lo que queda puede ser analizado. Nos encontramos con que el carbono suma casi la mitad del peso de la materia seca.

       -Todos los “compuestos orgánicos” (llamados así porque se asociaron originalmente con organismos vivos) están constituidos por moléculas que contienen átomos de carbono en combinación con oxígeno e hidrógeno y, con frecuencia, nitrógeno. Estos cuatro tipos de átomos, tomados conjuntamente, forman el 88.5% de la materia seca del tejido de los mamíferos.

       -También hay un poco de sulfuro y fósforo en las proteínas, mucho calcio y fósforo en los huesos, sodio e iones de cloro disueltos en los fluidos corporales, un poco de magnesio aquí y allá y, naturalmente, hierro en los glóbulos rojos y citocromos.

       -Súmenlo todo y obtendrán más de un 99% del peso de la materia seca. Así pues es muy fácil desechar el resto como desprovisto de todo valor.

       -No obstante, cuando las vitaminas llegaron a conocimiento de los bioquímicos, estos comprendieron la importancia de sus componentes trazadores. 

¿No podrían ser algunos elementos también necesarios para la vida, en cantidades de trazo?

-De ser así, menos del 1% del peso seco podría incluir pequeñas cantidades de elementos que son, sin embargo, esenciales para la vida.

       -Una forma de buscar los elementos trazadores en el tejido es secarlo y quemarlo por completo, dejando una pequeña cantidad de cenizas que pueden ser analizadas, invariablemente se encuentran pequeñas cantidades de una variedad de elementos, pero esto plantea una cuestión importnte. ¿Están los elementos allí porque son parte de moléculas importantes, incluso vitales, o están allí porque hay siempre una pequeña cantidad de materia contaminante en los alimentos?

-El cobalto es esencial en todos los animales, incluyendo los humanos. Forma parte de la cobalamina (Vitamina B12). Una deficiencia de cobalto puede llevar a anemia. Pese a ello, la anemia secundaria al déficit de cobalto es muy raro, debido a que sólo basta con consumir dosis trazas del elemento para mantener la correcta homeostasis. Además, el cobalto es un elemento que se encuentra en varios alimentos, siendo difícil un déficit por baja ingesta.

-Las proteínas basadas en la cobalamina usan el anillo de corrina para mantener unido el cobalto. La coenzima B12 proporciona el enlace C-Co, el cual participa en las reacciones.

-¿Es venenoso el cobalto?

-El cobalto metálico en polvo finamente dividido es inflamable. Los compuestos de cobalto en general deben manipularse con precaución por la ligera toxicidad del metal.

-El isótopo Co-60 es radiactivo y la exposición a su radiación puede provocar cáncer.

-La ingestión de Co-60 conlleva la acumulación de alguna cantidad en los tejidos, cantidad que se elimina muy lentamente.

-¿Qué pasaría en una eventual confrontación nuclear con el cobalto que se tiene en el cuerpo humano?

-En ese caso, la emisión de neutrones convertiría el hierro en Co-60 multiplicando los efectos de la radiación tras la explosión y prolongando en el tiempo los efectos de la contaminación radioactiva; con este propósito se diseñan algunas armas nucleares denominadas bombas sucias (del inglés dirty bomb).

-En ausencia de guerra nuclear, el riesgo proviene de la inadecuada manipulación o mantenimiento de las unidades de radioterapia.

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