Co · Élément 27 · Métal de transition
Le bleu des vitraux médiévaux et de la porcelaine Ming, et la moitié des aimants qui maintiennent les disques durs ensemble.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe cobalt parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 125 pm — soit 0,125 nm ; il en faudrait donc environ 4 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Cobalt est liquide dans une plage de 1432 K, de 1768 K à 3200 K.
Où il se trouve
Cobalt se trouve dans la période 4, groupe 9. Tous les éléments du groupe 9 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Métaux de transition
Tous les métaux de transitionL’histoire
Le cobalt est le superhéros magnétique qui alimente la révolution numérique. Ce métal de transition lustré, gris argenté, est absolument essentiel aux batteries rechargeables, aux aimants permanents et aux moteurs à réaction. Tirant son nom de « kobold », des esprits souterrains malicieux du folklore allemand, le cobalt est passé du statut de nuisance pour les mineurs médiévaux à celui d’un des éléments les plus stratégiquement importants du monde moderne. Découvert en 1735 par le chimiste suédois Georg Brandt, le cobalt a été le premier métal découvert depuis l’Antiquité. Pendant des siècles, les mineurs connaissaient des minerais bleus mystérieux, difficiles à fondre et contenant souvent de l’arsenic, qui les rendaient malades. Ils attribuaient ces problèmes à des esprits souterrains appelés kobolds, sans jamais réaliser qu’ils avaient affaire à un élément entièrement nouveau qui finirait par alimenter les smartphones et les voitures électriques. Ce qui rend le cobalt absolument extraordinaire, c’est sa combinaison unique de propriétés magnétiques et chimiques. C’est l’un des trois seuls éléments ferromagnétiques — avec le fer et le nickel — qui peuvent être aimantés de façon permanente. Cela le rend essentiel à la création des aimants permanents les plus puissants du monde lorsqu’il est allié à des terres rares: des aimants si puissants qu’ils peuvent soulever des voitures et qui sont utilisés dans les éoliennes et les moteurs de véhicules électriques. Mais le rôle moderne le plus important du cobalt concerne les batteries rechargeables. Les cathodes en oxyde de lithium-cobalt des batteries lithium-ion peuvent stocker d’énormes quantités d’énergie tout en étant chargées et déchargées des milliers de fois. Votre smartphone, votre ordinateur portable et votre voiture électrique dépendent tous du cobalt pour stocker et libérer efficacement l’énergie. À mesure que le monde se tourne vers les énergies renouvelables et les véhicules électriques, la demande de cobalt a explosé. Voici un fait préoccupant: environ 70 % du cobalt mondial provient de la République démocratique du Congo, souvent de mines où les conditions de travail sont mauvaises. Cela a conduit à d’intenses recherches sur les technologies de batteries sans cobalt et les initiatives d’approvisionnement éthique.
Georg Brandt (1694-1768), chimiste et minéralogiste suédois, a découvert le cobalt vers 1735 en étudiant des minerais bleus provenant de mines de cuivre près de Sala, en Suède. Les mineurs locaux appelaient ces minerais problématiques « kobold » (gobelin en allemand) parce qu’ils ne contenaient pas de cuivre malgré leur apparence et produisaient des fumées toxiques d’arsenic lors de la torréfaction.
L’analyse systématique de Brandt a révélé que la couleur bleue provenait d’un métal jusqu’alors inconnu plutôt que du bismuth ou d’autres éléments connus. Ses procédures chimiques minutieuses ont isolé les composés du cobalt et démontré leurs propriétés distinctes, établissant le cobalt comme le premier métal découvert grâce à une étude scientifique plutôt qu’aux pratiques métallurgiques anciennes.
La production commerciale de cobalt a commencé avec la fabrication de pigments bleu cobalt au XVIIIe siècle, appréciés pour leur stabilité et leur couleur intense. La métallurgie moderne du cobalt s’est développée pendant la Première Guerre mondiale lorsque les aciéries Krupp en Allemagne ont découvert les propriétés de superalliage du cobalt, ce qui a conduit à des applications militaires stratégiques.
Applications
Le cobalt transforme les moteurs à turbine, qui semblaient relever de l’impossible, en une réalité aérospatiale grâce à son exceptionnelle résistance aux températures élevées et à la corrosion. Ce métal stratégique rend possibles les moteurs à réaction, les implants médicaux et les batteries rechargeables qui alimentent notre monde technologique moderne.
Les superalliages à base de cobalt conservent leur résistance à des températures dépassant 1000°C, ce qui permet aux aubes de turbine et aux chambres de combustion des moteurs à réaction de fonctionner dans des conditions extrêmes. Les alliages Stellite contenant 50-65 % de cobalt offrent une résistance exceptionnelle à l’usure pour les outils de coupe, les sièges de soupape et les équipements industriels. Les moteurs à turbine à gaz des avions commerciaux reposent sur des superalliages de cobalt pour leurs composants rotatifs critiques, dont la défaillance pourrait être catastrophique.
Les cathodes en oxyde de lithium-cobalt (LiCoO₂) alimentent la plupart des smartphones, ordinateurs portables et appareils électroniques grand public grâce à la capacité du cobalt à intercaler réversiblement les ions lithium. Les batteries de véhicules électriques utilisent de plus en plus des cathodes de nickel-cobalt-manganèse (NCM) et de nickel-cobalt-aluminium (NCA), qui équilibrent densité énergétique, sécurité et coût tout en réduisant la teneur en cobalt en raison des contraintes d’approvisionnement.
Les alliages cobalt-chrome permettent de fabriquer des prothèses de hanche et de genou présentant une biocompatibilité et une résistance à l’usure exceptionnelles. Ces implants durent 20-30 ans dans le corps humain tout en conservant leur intégrité structurelle sous une contrainte mécanique constante. Les applications dentaires utilisent des alliages de cobalt pour les prothèses partielles et les appareils orthodontiques nécessitant résistance et résistance à la corrosion.
Les aimants Alnico contenant de l’aluminium, du nickel et du cobalt offrent une stabilité magnétique à haute température pour les haut-parleurs, les capteurs et les applications industrielles. Les aimants samarium-cobalt fonctionnent de manière fiable à des températures allant jusqu’à 350°C, ce qui les rend essentiels aux applications aérospatiales et automobiles où les aimants au néodyme échoueraient.
D’où il vient
25 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 75 % des éléments
Le cobalt se forme par des processus de capture de neutrons dans les étoiles massives et lors d’événements de nucléosynthèse des supernovas. Le principal isotope du cobalt, le cobalt-59, représente le point final de la nucléosynthèse du pic du fer, formé lorsque l’énergie de liaison nucléaire atteint son efficacité maximale dans les cœurs stellaires.
La croûte terrestre ne contient que 30 parties par million de cobalt, ce qui le rend relativement rare par rapport aux autres métaux de transition. La majeure partie du cobalt terrestre se trouve comme sous-produit dans les minerais de nickel et de cuivre plutôt que sous forme de minéraux de cobalt indépendants, ce qui contribue à la concentration de la chaîne d’approvisionnement et aux préoccupations géopolitiques.
La République démocratique du Congo produit 70 % du cobalt mondial à partir de gisements sédimentaires de cuivre-cobalt dans la province du Katanga. Ces gisements se sont formés par l’altération et l’oxydation de minerais sulfurés, créant des latérites riches en cobalt et des zones oxydées. La carrollite (CuCo₂S₄) et la cobaltite (CoAsS) sont les principaux minéraux de cobalt, bien que la majeure partie de la production provienne de minerais sulfurés mixtes.
Les nodules de manganèse des fonds océaniques profonds contiennent des concentrations importantes de cobalt (0.2-0.3 %), constituant des ressources futures potentielles à mesure que les approvisionnements terrestres deviennent limités. Ces nodules se forment par des processus de précipitation extrêmement lents sur des millions d’années dans des eaux profondes riches en oxygène.
L’importance stratégique du cobalt et la concentration de son approvisionnement stimulent d’importants efforts de recyclage. Le recyclage des batteries récupère le cobalt des batteries lithium-ion usagées, tandis que le recyclage des superalliages récupère le cobalt des composants aérospatiaux, avec des taux de récupération dépassant 95 % dans les installations spécialisées.
Manipulation
Les composés du cobalt peuvent provoquer de graves effets sur la santé, notamment la maladie des poumons des métaux durs et une dermatite allergique de contact. L’exposition professionnelle exige des mesures de sécurité complètes en raison du potentiel cancérogène et de la sensibilisation respiratoire du cobalt.
L’inhalation de poussières de cobalt provoque une fibrose pulmonaire et la « maladie des poumons des métaux durs » chez les travailleurs exposés aux poussières de carbure de cobalt et de tungstène. La sensibilisation cutanée entraîne des allergies au cobalt touchant 1-3% de la population et provoquant une dermatite due aux bijoux, aux fermoirs de vêtements et à l’exposition professionnelle.
La protection respiratoire, la ventilation locale par aspiration et la protection cutanée préviennent l’exposition au cobalt. La surveillance médicale, notamment les tests de la fonction pulmonaire et le dépistage des allergies, aide à détecter précocement les effets sur la santé chez les travailleurs exposés.
Réponses rapides
Cobalt (symbole Co) est l’élément 27 du tableau périodique, un Métal de transition de la période 4, du groupe 9. Le bleu des vitraux médiévaux et de la porcelaine Ming, et la moitié des aimants qui maintiennent les disques durs ensemble. À température ambiante, c’est un solide.
[Ar] 3d⁷ 4s² ; elle comporte 4 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 15, 2.Cobalt fond à 1768 K (1494.9 °C) et bout à 3200 K (2926.9 °C).
La masse atomique standard de Cobalt est de 58.933 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Cobalt a une masse volumique de 8.9 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Cobalt est donc environ 8.9× plus lourd.
Cobalt a une électronégativité de Pauling de 1.88. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Cobalt a été découvert en 1735 par Georg Brandt. Il porte le nom de allemand kobold, « gobelin » — les mineurs lui attribuaient le mauvais minerai.
Cobalt constitue environ 25 mg/kg de la croûte terrestre — peu courant, mais pas rare.