Co · Elemento 27 · Metallo di transizione
Il blu delle vetrate medievali e della porcellana Ming, e metà dei magneti che tengono insieme i dischi rigidi.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca cobalto tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 125 pm — cioè 0,125 nm, quindi ne servirebbero circa 4 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Cobalto è liquido in un intervallo di 1432 K, da 1768 K a 3200 K.
Dove si trova
Cobalto si trova nel periodo 4, gruppo 9. Tutti gli elementi del gruppo 9 hanno lo stesso numero di elettroni esterni, per questo si comportano in modo così simile.
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Tutti i metalli di transizioneLa storia
Il cobalto è il supereroe magnetico che alimenta la rivoluzione digitale. Questo metallo di transizione lucente, di colore grigio-argento, è assolutamente essenziale per le batterie ricaricabili, i magneti permanenti e i motori a reazione. Prende il nome da "kobold", spiriti sotterranei dispettosi del folclore tedesco; il cobalto è passato dall'essere una seccatura per i minatori medievali a uno degli elementi più strategicamente importanti del mondo moderno. Scoperto nel 1735 dal chimico svedese Georg Brandt, il cobalto è stato il primo metallo scoperto dall'antichità. Per secoli, i minatori conoscevano misteriosi minerali blu difficili da fondere e spesso contenenti arsenico, che li facevano ammalare. Attribuivano questi problemi a spiriti sotterranei chiamati kobold, senza rendersi conto di avere a che fare con un elemento completamente nuovo che avrebbe infine alimentato smartphone e auto elettriche. Ciò che rende il cobalto assolutamente straordinario è la sua combinazione unica di proprietà magnetiche e chimiche. È uno dei soli tre elementi ferromagnetici (insieme a ferro e nichel) che possono essere magnetizzati permanentemente. Questo lo rende essenziale per creare i magneti permanenti più potenti al mondo quando viene legato a elementi delle terre rare: magneti così potenti da poter sollevare automobili, utilizzati nelle turbine eoliche e nei motori dei veicoli elettrici. Ma il ruolo moderno più importante del cobalto è nelle batterie ricaricabili. I catodi di ossido di litio e cobalto nelle batterie agli ioni di litio possono immagazzinare enormi quantità di energia, venendo caricati e scaricati migliaia di volte. Smartphone, computer portatili e auto elettriche dipendono tutti dal cobalto per immagazzinare e rilasciare energia in modo efficiente. Con la transizione del mondo verso le energie rinnovabili e i veicoli elettrici, la domanda di cobalto è aumentata vertiginosamente. Ecco un aspetto preoccupante: circa il 70% del cobalto mondiale proviene dalla Repubblica Democratica del Congo, spesso da miniere con condizioni di lavoro precarie. Ciò ha portato a una ricerca intensiva su tecnologie per batterie prive di cobalto e iniziative per un approvvigionamento etico.
Georg Brandt (1694-1768), chimico e mineralogista svedese, scoprì il cobalto intorno al 1735 mentre studiava minerali di colore blu provenienti dalle miniere di rame vicino a Sala, in Svezia. I minatori locali chiamavano questi minerali problematici "kobold" (in tedesco, folletto), perché non contenevano rame nonostante il loro aspetto e producevano fumi tossici di arsenico durante l'arrostimento.
L'analisi sistematica di Brandt rivelò che il colore blu proveniva da un metallo precedentemente sconosciuto, anziché dal bismuto o da altri elementi noti. Le sue accurate procedure chimiche isolarono i composti del cobalto e ne dimostrarono le proprietà distintive, stabilendo che il cobalto era il primo metallo scoperto attraverso un'indagine scientifica anziché mediante pratiche metallurgiche antiche.
La produzione commerciale di cobalto iniziò con la fabbricazione del pigmento blu cobalto nel XVIII secolo, apprezzato per la sua stabilità e il colore intenso. La metallurgia moderna del cobalto si sviluppò durante la Prima guerra mondiale, quando le acciaierie Krupp in Germania scoprirono le proprietà del cobalto nelle superleghe, dando origine ad applicazioni militari strategiche.
Applicazioni
Il cobalto trasforma i motori a turbina da sogni impossibili in realtà aerospaziali grazie alla sua eccezionale resistenza alle alte temperature e alla corrosione. Questo metallo strategico rende possibili i motori a reazione, gli impianti medici e le batterie ricaricabili che alimentano il nostro moderno mondo tecnologico.
Le superleghe a base di cobalto mantengono la loro resistenza a temperature superiori a 1000°C, permettendo alle pale delle turbine dei motori a reazione e alle camere di combustione di funzionare in condizioni estreme. Le leghe Stellite contenenti il 50-65% di cobalto offrono un'eccezionale resistenza all'usura per utensili da taglio, sedi delle valvole e apparecchiature industriali. I motori a turbina a gas degli aerei commerciali si affidano alle superleghe di cobalto per componenti rotanti critici, il cui cedimento potrebbe essere catastrofico.
I catodi di ossido di litio e cobalto (LiCoO₂) alimentano la maggior parte di smartphone, computer portatili ed elettronica di consumo grazie alla capacità del cobalto di intercalare reversibilmente gli ioni di litio. Le batterie dei veicoli elettrici utilizzano sempre più catodi di nichel-cobalto-manganese (NCM) e nichel-cobalto-alluminio (NCA), che bilanciano densità energetica, sicurezza e costi, riducendo al contempo il contenuto di cobalto a causa dei vincoli di approvvigionamento.
Le leghe di cobalto-cromo creano articolazioni artificiali dell'anca e del ginocchio con eccezionale biocompatibilità e resistenza all'usura. Questi impianti durano 20-30 anni nel corpo umano mantenendo l'integrità strutturale sotto una sollecitazione meccanica costante. Le applicazioni odontoiatriche utilizzano leghe di cobalto per protesi parziali e apparecchi ortodontici che richiedono resistenza e resistenza alla corrosione.
I magneti Alnico contenenti alluminio, nichel e cobalto offrono stabilità magnetica alle alte temperature per altoparlanti, sensori e applicazioni industriali. I magneti al samario-cobalto funzionano in modo affidabile a temperature fino a 350°C, rendendoli essenziali per applicazioni aerospaziali e automobilistiche in cui i magneti al neodimio perderebbero la loro funzionalità.
Da dove proviene
25 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 75% degli elementi
Il cobalto si forma attraverso processi di cattura dei neutroni nelle stelle massicce e durante gli eventi di nucleosintesi delle supernove. Il principale isotopo del cobalto, il cobalto-59, rappresenta il punto finale della nucleosintesi del picco del ferro, formatosi quando l'energia di legame nucleare raggiunge la massima efficienza nei nuclei stellari.
La crosta terrestre contiene solo 30 parti per milione di cobalto, rendendolo relativamente raro rispetto ad altri metalli di transizione. La maggior parte del cobalto terrestre è presente come sottoprodotto nei minerali di nichel e rame, anziché formare minerali di cobalto indipendenti, contribuendo alla concentrazione della catena di approvvigionamento e alle preoccupazioni geopolitiche.
La Repubblica Democratica del Congo produce il 70% del cobalto mondiale da depositi sedimentari di rame-cobalto nella provincia del Katanga. Questi depositi si sono formati attraverso l'alterazione atmosferica e l'ossidazione dei minerali solforati, creando lateriti ricche di cobalto e zone ossidate. La carrollite (CuCo₂S₄) e la cobaltite (CoAsS) sono i principali minerali di cobalto, sebbene la maggior parte della produzione provenga da minerali solforati misti.
Le noduli di manganese sui fondali oceanici profondi contengono concentrazioni significative di cobalto (0.2-0.3%), rappresentando potenziali risorse future con il ridursi delle forniture terrestri. Questi noduli si formano attraverso processi di precipitazione estremamente lenti, nell'arco di milioni di anni, in acque profonde ricche di ossigeno.
L'importanza strategica del cobalto e la concentrazione dell'approvvigionamento favoriscono ampi programmi di riciclaggio. Il riciclaggio delle batterie recupera il cobalto dalle batterie agli ioni di litio esauste, mentre il riciclaggio delle superleghe recupera il cobalto dai componenti aerospaziali, raggiungendo tassi di recupero superiori al 95% negli impianti più avanzati.
Manipolazione
I composti del cobalto possono causare gravi effetti sulla salute, tra cui la pneumopatia da metalli duri e la dermatite allergica da contatto. L'esposizione professionale richiede misure di sicurezza complete a causa del potenziale cancerogeno e della sensibilizzazione respiratoria del cobalto.
L'inalazione di polvere di cobalto causa fibrosi polmonare e "pneumopatia da metalli duri" nei lavoratori esposti a polveri di carburo di cobalto-tungsteno. La sensibilizzazione cutanea provoca allergie al cobalto che colpiscono l'1-3% della popolazione, causando dermatiti dovute a gioielli, chiusure degli indumenti ed esposizione professionale.
La protezione delle vie respiratorie, la ventilazione locale per aspirazione e la protezione della pelle prevengono l'esposizione al cobalto. La sorveglianza medica, inclusi i test della funzionalità polmonare e lo screening per le allergie, aiuta a rilevare precocemente gli effetti sulla salute nei lavoratori esposti.
Risposte rapide
Cobalto (simbolo Co) è l'elemento 27 nella tavola periodica, appartenente a Metallo di transizione nel periodo 4, gruppo 9. Il blu delle vetrate medievali e della porcellana Ming, e metà dei magneti che tengono insieme i dischi rigidi. A temperatura ambiente è un solido.
[Ar] 3d⁷ 4s², con 4 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 15, 2.Cobalto fonde a 1768 K (1494.9 °C) ed entra in ebollizione a 3200 K (2926.9 °C).
La massa atomica standard di Cobalto è 58.933 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Cobalto ha una densità di 8.9 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Cobalto è circa 8.9× più pesante.
Cobalto ha un'elettronegatività di Pauling pari a 1.88. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Cobalto è stato scoperto nel 1735 da Georg Brandt. Prende il nome da tedesco kobold, "folletto" — i minatori lo accusavano della presenza di minerale di scarsa qualità.
Cobalto costituisce informazioni 25 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.