Co · العنصر 27 · فلز انتقالي
اللون الأزرق في الزجاج الملوّن من العصور الوسطى وخزف أسرة Ming، ونصف المغناطيسات التي تُبقي الأقراص الصلبة متماسكة.
البنية
ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.
القيم المقاسة
يوضح كل شريط موضع كوبالت بين جميع العناصر الـ118 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 المقياس
نصف القطر 125 pm — أي 0.125 nm، ولذلك فإن نحو 4 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.
المدى الحراري
يكون كوبالت سائلًا ضمن مجال 1432 K، من 1768 K إلى 3200 K.
موضعه
القصة
الكوبالت هو البطل الخارق المغناطيسي الذي يزوّد الثورة الرقمية بالطاقة. هذا الفلز الانتقالي اللامع ذو اللون الفضي الرمادي ضروري تماماً للبطاريات القابلة لإعادة الشحن، والمغناطيسات الدائمة، والمحركات النفاثة. سُمّي باسم "kobold"، وهي أرواح مشاغبة تعيش تحت الأرض في الفولكلور الألماني، وقد تحول الكوبالت من مصدر إزعاج لعمال المناجم في العصور الوسطى إلى أحد أكثر العناصر أهمية 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 غالباً تحتوي على الزرنيخ، مما كان يصيبهم بالمرض. وقد أرجعوا هذه المشكلات إلى أرواح تحت الأرض تُسمى kobolds، من دون أن يدركوا أنهم يتعاملون مع عنصر جديد تماماً سيزوّد الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية بالطاقة في نهاية المطاف. ما يجعل الكوبالت استثنائياً للغاية هو مزيجه الفريد من الخصائص المغناطيسية والكيميائية. فهو واحد من ثلاثة عناصر فرومغناطيسية فقط (إلى جانب الحديد والنيكل) يمكن مغنطتها بشكل دائم. وهذا يجعله ضرورياً لصنع أقوى المغناطيسات الدائمة في العالم عند خلطه بعناصر الأتربة النادرة؛ 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 مهبطات أكسيد ليثيوم الكوبالت في بطاريات أيونات 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 انتقال العالم إلى الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية، ارتفع الطلب على الكوبالت بشكل هائل. إليك أمراً مثيراً للقلق: يأتي نحو 70% من كوبالت العالم من جمهورية الكونغو الديمقراطية، وغالباً من مناجم تفتقر إلى ظروف العمل الملائمة. 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 بالقرب من Sala في السويد. وكان عمال المناجم المحليون يسمون هذه الخامات المزعجة "kobold" (وتعني عفريتاً بالألمانية) لأنها لم تكن تحتوي على النحاس رغم مظهرها، وكانت تنتج أبخرة زرنيخ سامة عند تحميصها.
كشف التحليل المنهجي الذي أجراه Brandt أن اللون الأزرق ناتج عن فلز غير معروف سابقاً، وليس عن البزموت أو عناصر أخرى معروفة. وقد عزلت إجراءاته الكيميائية الدقيقة مركبات الكوبالت وأثبتت خصائصها المميزة، مما رسّخ مكانة الكوبالت بوصفه أول فلز يُكتشف من خلال تحقيق علمي، وليس من خلال ممارسات علم الفلزات القديمة.
بدأ الإنتاج التجاري للكوبالت بتصنيع صبغة أزرق الكوبالت في القرن 18، التي حظيت بالتقدير بسبب ثباتها ولونها المكثف. وتطورت الفلزات الحديثة للكوبالت خلال الحرب العالمية الأولى عندما اكتشفت مصانع Krupp للصلب في ألمانيا خصائص الكوبالت كسبائك فائقة، 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. توفر سبائك Stellite 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 مكونات الدوران الحيوية، حيث قد يكون فشلها كارثياً.
تزوّد مهبطات أكسيد ليثيوم الكوبالت (LiCoO₂) معظم الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية بالطاقة، بفضل قدرة الكوبالت على إدخال أيونات الليثيوم وإخراجها بشكل عكوس. وتستخدم بطاريات المركبات الكهربائية بصورة متزايدة مهبطات النيكل-الكوبالت-المنغنيز (NCM) والنيكل-الكوبالت-الألومنيوم (NCA) التي توازن بين كثافة الطاقة والسلامة والتكلفة، مع تقليل محتوى الكوبالت بسبب قيود الإمداد.
تُستخدم سبائك الكوبالت-الكروم لصنع مفاصل الورك والركبة الاصطناعية بفضل توافقها الحيوي الاستثنائي ومقاومتها للتآكل. تدوم هذه الغرسات 20-30 عاماً في جسم الإنسان مع الحفاظ على سلامتها البنيوية تحت إجهاد ميكانيكي مستمر. وتستخدم تطبيقات طب الأسنان سبائك الكوبالت في أطقم الأسنان الجزئية وأجهزة تقويم الأسنان التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل.
توفر مغناطيسات Alnico التي تحتوي على الألومنيوم والنيكل والكوبالت استقراراً مغناطيسياً عند درجات الحرارة العالية لمكبرات الصوت وأجهزة الاستشعار والتطبيقات الصناعية. وتعمل مغناطيسات الساماريوم-الكوبالت بموثوقية عند درجات حرارة تصل إلى 350°C، مما يجعلها ضرورية لتطبيقات الطيران والفضاء والسيارات حيث تفشل مغناطيسات النيوديميوم.
مصدره
25 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 75% من العناصر
يتكوّن الكوبالت من خلال عمليات التقاط النيوترونات في النجوم الضخمة وأثناء أحداث التخليق النووي للمستعرات العظمى. ويمثل نظير الكوبالت الأساسي، كوبالت-59، نقطة نهاية تخليق نوى ذروة الحديد، إذ يتكوّن 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 مقارنة بالفلزات الانتقالية الأخرى. ويوجد معظم الكوبالت الأرضي ناتجاً ثانوياً في خامات النيكل والنحاس، بدلاً من تكوين معادن مستقلة للكوبالت، مما يسهم في تركّز سلسلة الإمداد والمخاوف الجيوسياسية.
تنتج جمهورية الكونغو الديمقراطية 70% من الكوبالت العالمي من رواسب النحاس-الكوبالت الرسوبية في إقليم كاتانغا. وقد تشكلت هذه الرواسب من خلال تجوية وأكسدة خامات الكبريتيد، مما أدى إلى تكوين لاتيريت ومناطق مؤكسدة غنية بالكوبالت. ويمثل Carrollite (CuCo₂S₄) وcobaltite (CoAsS) معدنين أساسيين للكوبالت، رغم أن معظم الإنتاج يأتي من خامات الكبريتيد المختلطة.
تحتوي عُقَد المنغنيز في قيعان المحيطات العميقة على تراكيز كبيرة من الكوبالت (0.2-0.3%)، وتمثل موارد مستقبلية محتملة مع تقيّد الإمدادات الأرضية. وتتكون هذه العُقَد 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. تستعيد إعادة تدوير البطاريات الكوبالت من بطاريات أيونات الليثيوم المستهلكة، بينما تعيد إعادة تدوير السبائك الفائقة تدوير الكوبالت من مكونات الطيران والفضاء، محققة معدلات استرداد تتجاوز 95% في المنشآت المتطورة.
التعامل
يمكن أن تسبب مركبات الكوبالت آثاراً صحية خطيرة، بما في ذلك مرض رئة 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 رئة الفلزات الصلبة" لدى العمال المعرضين لغبار كربيدات الكوبالت-التنغستن. ويؤدي تحسيس الجلد إلى حساسية الكوبالت التي تؤثر في 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 (رمزه Co) هو العنصر 27 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز انتقالي في الدورة 4 والمجموعة 9. اللون الأزرق في الزجاج الملوّن من العصور الوسطى وخزف أسرة Ming، ونصف المغناطيسات التي تُبقي الأقراص الصلبة متماسكة. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.
[Ar] 3d⁷ 4s²، ويشغل 4 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 15, 2.ينصهر كوبالت عند 1768 K (1494.9 °C) ويغلي عند 3200 K (2926.9 °C).
تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ كوبالت 58.933 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.
تبلغ كثافة كوبالت مقدار 8.9 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من كوبالت أثقل بنحو 8.9×.
تبلغ كهروسلبية كوبالت وفق مقياس باولنغ 1.88. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.
اكتُشف كوبالت في 1735 على يد Georg Brandt. سُمّي على اسم kobold بالألمانية، وتعني «عفريت» — وكان عمال المناجم يحمّلونه مسؤولية الخام الرديء.
يشكّل كوبالت حوالي 25 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.