البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع كوبالت بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 125 pm — that is 0.125 nm, so about 4000 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
كوبالت is liquid over a 1432 K window, from 1768 K to 3200 K.
القصة
الكوبالت هو البطل المغناطيسي الخارق الذي يدعم الثورة الرقمية. هذا الفلز الانتقالي اللامع ذو اللون الرمادي الفضي ضروري للغاية للبطاريات القابلة لإعادة الشحن، والمغناطيسات الدائمة، والمحركات النفاثة. سُمّي على اسم "kobold"، وهي أرواح مشاكسة تعيش تحت الأرض في الفولكلور الألماني، وقد انتقل الكوبالت من كونه مصدر إزعاج لعمال المناجم في العصور الوسطى إلى أحد أكثر العناصر أهميةً من الناحية الاستراتيجية في العالم الحديث. اكتشفه الكيميائي السويدي Georg Brandt عام 1735، وكان الكوبالت أول فلز يُكتشف منذ العصور القديمة. وعلى مدى قرون، عرف عمال المناجم خامات زرقاء غامضة يصعب صهرها، وكانت تحتوي غالباً على الزرنيخ، مما جعلهم يمرضون. ألقوا باللوم في هذه المشكلات على أرواح تحت الأرض تُسمى kobolds، من دون أن يدركوا أنهم يتعاملون مع عنصر جديد تماماً سيشغّل في نهاية المطاف الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية. ما يجعل الكوبالت استثنائياً للغاية هو مزيجه الفريد من الخصائص المغناطيسية والكيميائية. فهو واحد من ثلاثة عناصر فقط ذات مغناطيسية حديدية (إلى جانب الحديد والنيكل) يمكن مغنطتها بشكل دائم. وهذا يجعله ضرورياً لصنع أقوى المغناطيسات الدائمة في العالم عند خلطه مع عناصر أرضية نادرة؛ وهي مغناطيسات قوية جداً يمكنها رفع السيارات، وتُستخدم في توربينات الرياح ومحركات المركبات الكهربائية. لكن أهم أدوار الكوبالت الحديثة تتمثل في البطاريات القابلة لإعادة الشحن. تستطيع أقطاب أكسيد كوبالت الليثيوم الموجبة في بطاريات أيون الليثيوم تخزين كميات هائلة من الطاقة مع إمكانية شحنها وتفريغها آلاف المرات. يعتمد هاتفك الذكي وحاسوبك المحمول وسيارتك الكهربائية جميعاً على الكوبالت لتخزين الطاقة وإطلاقها بكفاءة. ومع تحول العالم إلى الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية، ارتفع الطلب على الكوبالت بشدة. إليك أمراً مثيراً للقلق: يأتي نحو 70% من كوبالت العالم من جمهورية الكونغو الديمقراطية، وغالباً من مناجم ذات ظروف عمل سيئة. وقد أدى ذلك إلى إجراء أبحاث مكثفة حول تقنيات البطاريات الخالية من الكوبالت ومبادرات التوريد الأخلاقي.
اكتشف Georg Brandt (1694-1768)، وهو كيميائي وعالم معادن سويدي، الكوبالت نحو عام 1735 أثناء فحص خامات زرقاء اللون من مناجم النحاس قرب سالا في السويد. وكان عمال المناجم المحليون يسمون هذه الخامات المزعجة "kobold" (كلمة ألمانية تعني عفريتاً) لأنها لم تكن تحتوي على النحاس رغم مظهرها، وكانت تنتج أبخرة زرنيخ سامة عند تحميصها.
كشف تحليل Brandt المنهجي أن اللون الأزرق ناتج عن فلز غير معروف سابقاً، وليس عن البزموت أو عناصر معروفة أخرى. وقد عزلت إجراءاته الكيميائية الدقيقة مركبات الكوبالت وأثبتت خصائصها المميزة، مما رسّخ مكانة الكوبالت بوصفه أول فلز يُكتشف من خلال البحث العلمي، لا من خلال ممارسات التعدين القديمة.
بدأ الإنتاج التجاري للكوبالت مع تصنيع صبغة أزرق الكوبالت في القرن 18، إذ كانت تُقدّر بفضل ثباتها ولونها المكثف. وتطورت صناعة الكوبالت الحديثة خلال الحرب العالمية الأولى عندما اكتشفت مصانع Krupp للصلب في ألمانيا خصائص الكوبالت في السبائك الفائقة، مما أدى إلى تطبيقات عسكرية استراتيجية.
الاستخدامات
يحوّل الكوبالت محركات التوربينات من أحلام مستحيلة إلى واقع في مجال الطيران والفضاء بفضل قوته الاستثنائية عند درجات الحرارة العالية ومقاومته للتآكل. ويمكّن هذا الفلز الاستراتيجي المحركات النفاثة، والغرسات الطبية، والبطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تزوّد عالمنا التكنولوجي الحديث بالطاقة.
تحافظ السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت على قوتها عند درجات حرارة تتجاوز 1000°C، مما يتيح لريش توربينات المحركات النفاثة وغرف الاحتراق العمل في ظروف قاسية. وتوفر سبائك الستليت التي تحتوي على 50-65% من الكوبالت مقاومة استثنائية للتآكل لأدوات القطع، ومقاعد الصمامات، والمعدات الصناعية. وتعتمد محركات التوربينات الغازية في الطائرات التجارية على السبائك الفائقة للكوبالت في المكونات الدوارة الحيوية، حيث يمكن أن يكون فشلها كارثياً.
تزوّد أقطاب أكسيد كوبالت الليثيوم (LiCoO₂) الموجبة معظم الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية بالطاقة، بفضل قدرة الكوبالت على إدخال أيونات الليثيوم وإخراجها بشكل عكوس. وتستخدم بطاريات المركبات الكهربائية بصورة متزايدة أقطاب نيكل-كوبالت-منغنيز (NCM) ونيكل-كوبالت-ألومنيوم (NCA) الموجبة، التي توازن بين كثافة الطاقة والسلامة والتكلفة، مع تقليل محتوى الكوبالت بسبب قيود الإمداد.
تُنشئ سبائك الكوبالت-الكروم مفاصل ورك وركبة اصطناعية تتمتع بتوافق حيوي استثنائي ومقاومة للتآكل. وتدوم هذه الغرسات 20-30 عاماً في جسم الإنسان مع الحفاظ على سلامتها البنيوية تحت إجهاد ميكانيكي مستمر. وتستخدم التطبيقات السنية سبائك الكوبالت في أطقم الأسنان الجزئية وأجهزة تقويم الأسنان التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل.
توفر مغناطيسات ألنيكو المحتوية على الألومنيوم والنيكل والكوبالت استقراراً مغناطيسياً عند درجات الحرارة العالية لمكبرات الصوت وأجهزة الاستشعار والتطبيقات الصناعية. وتعمل مغناطيسات الساماريوم-كوبالت بشكل موثوق عند درجات حرارة تصل إلى 350°C، مما يجعلها ضرورية لتطبيقات الطيران والفضاء والسيارات حيث تفشل مغناطيسات النيوديميوم.
مصدره
25 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 75% of elements
يتكوّن الكوبالت من خلال عمليات التقاط النيوترونات في النجوم الضخمة وأثناء أحداث تخليق العناصر في المستعرات العظمى. ويمثل نظير الكوبالت الأساسي، كوبالت-59، نقطة نهاية تخليق عناصر ذروة الحديد، إذ يتشكل عندما تصل طاقة الربط النووي إلى أقصى كفاءة لها في نوى النجوم.
لا تحتوي قشرة الأرض إلا على 30 جزءاً في المليون من الكوبالت، مما يجعله نادراً نسبياً مقارنةً بالفلزات الانتقالية الأخرى. ويوجد معظم الكوبالت الأرضي ناتجاً ثانوياً في خامات النيكل والنحاس، بدلاً من تشكله في معادن مستقلة للكوبالت، مما يسهم في تركز سلسلة الإمداد والمخاوف الجيوسياسية.
تنتج جمهورية الكونغو الديمقراطية 70% من الكوبالت العالمي من رواسب النحاس والكوبالت الرسوبية في إقليم كاتانغا. وقد تشكلت هذه الرواسب من خلال تجوية وأكسدة خامات الكبريتيد، مما أدى إلى تكوّن لاتيريتات غنية بالكوبالت ومناطق مؤكسدة. ويمثل الكاروليت (CuCo₂S₄) والكوبالتايت (CoAsS) معادن الكوبالت الأساسية، رغم أن معظم الإنتاج يأتي من خامات الكبريتيد المختلطة.
تحتوي عُقَد المنغنيز في قيعان المحيطات العميقة على تركيزات مهمة من الكوبالت (0.2-0.3%)، وتمثل موارد مستقبلية محتملة مع تزايد قيود الإمدادات الأرضية. وتتشكّل هذه العقد من خلال عمليات ترسيب بطيئة للغاية على مدى ملايين السنين في مياه عميقة غنية بالأكسجين.
تدفع الأهمية الاستراتيجية للكوبالت وتركيز إمداداته إلى بذل جهود واسعة لإعادة التدوير. تستخلص إعادة تدوير البطاريات الكوبالت من بطاريات أيون الليثيوم المستهلكة، بينما تعيد إعادة تدوير السبائك الفائقة تدوير الكوبالت من مكونات الطيران والفضاء، محققةً معدلات استرداد تتجاوز 95% في المنشآت المتطورة.
التعامل
يمكن أن تسبب مركبات الكوبالت آثاراً صحية خطيرة، بما في ذلك مرض الرئة الناتج عن الفلزات الصلبة والتهاب الجلد التماسي التحسسي. ويتطلب التعرض المهني تدابير سلامة شاملة بسبب احتمال تسبب الكوبالت في السرطان وتحسيس الجهاز التنفسي.
يسبب استنشاق غبار الكوبالت التليف الرئوي و"مرض الرئة الناتج عن الفلزات الصلبة" لدى العمال المعرضين لغبار كربيد الكوبالت-التنغستن. ويؤدي تحسيس الجلد إلى حساسية الكوبالت التي تصيب 1-3% من السكان، فتسبب التهاب الجلد بسبب المجوهرات ومثبتات الملابس والتعرض المهني.
تمنع حماية الجهاز التنفسي، والتهوية الموضعية للعادم، وحماية الجلد التعرض للكوبالت. وتساعد المراقبة الطبية، بما في ذلك اختبار وظائف الرئة وفحص الحساسية، على اكتشاف الآثار الصحية المبكرة لدى العمال المعرضين.
إجابات سريعة
كوبالت (symbol Co) is element 27 on the periodic table, a فلز انتقالي in period 4, group 9. The blue in medieval stained glass and Ming porcelain, and half of the magnets that hold hard drives together. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁷ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 15, 2 electrons respectively.كوبالت melts at 1768 K (1494.9 °C) and boils at 3200 K (2926.9 °C).
The standard atomic weight of كوبالت is 58.933 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
كوبالت has a density of 8.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of كوبالت is about 8.9× heavier.
كوبالت has a Pauling electronegativity of 1.88. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
كوبالت was discovered in 1735 by Georg Brandt. It is named after german kobold, "goblin" — miners blamed it for bad ore.
كوبالت makes up about 25 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.