Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
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 da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 125 pm — that is 0.125 nm, so about 4000 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Cobalto is liquid over a 1432 K window, from 1768 K to 3200 K.
Dove si trova
La storia
Il cobalto è il supereroe magnetico che alimenta la rivoluzione digitale. Questo metallo di transizione lucente, di colore grigio-argenteo, è assolutamente essenziale per le batterie ricaricabili, i magneti permanenti e i motori a reazione. Prende il nome da "kobold", gli spiriti sotterranei dispettosi del folklore tedesco; il cobalto è passato dall'essere un problema per i minatori medievali a diventare 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 minerali blu misteriosi, 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 in seguito avrebbe alimentato smartphone e auto elettriche. Ciò che rende il cobalto davvero 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 del 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, pur venendo caricati e scaricati migliaia di volte. Il tuo smartphone, il tuo laptop e la tua auto elettrica dipendono tutti dal cobalto per immagazzinare e rilasciare energia in modo efficiente. Mentre il mondo passa alle energie rinnovabili e ai 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 intensi studi sulle tecnologie per batterie prive di cobalto e sulle 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, non dal bismuto o da altri elementi conosciuti. Le sue accurate procedure chimiche isolarono i composti del cobalto e ne dimostrarono le proprietà distintive, affermando il cobalto come 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 della Germania scoprirono le proprietà del cobalto nelle superleghe, portando 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 motori a reazione, impianti medicali e batterie ricaricabili che alimentano il nostro moderno mondo tecnologico.
Le superleghe a base di cobalto mantengono la propria resistenza a temperature superiori a 1000°C, consentendo alle pale delle turbine dei motori a reazione e alle camere di combustione di operare 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 aeromobili 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 degli smartphone, dei laptop e dei dispositivi elettronici 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 costo 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 sollecitazioni meccaniche costanti. 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 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 si guasterebbero.
Da dove proviene
25 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 75% of elements
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, formato 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 si trova come sottoprodotto nei minerali di nichel e rame, invece di 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 e l'ossidazione di minerali solforati, creando lateriti ricche di cobalto e zone ossidate. La carrollite (CuCo₂S₄) e la cobaltite (CoAsS) rappresentano i principali minerali di cobalto, sebbene la maggior parte della produzione provenga da minerali solforati misti.
I noduli di manganese sui fondali oceanici profondi contengono concentrazioni significative di cobalto (0,2-0,3%), rappresentando potenziali risorse future mentre le forniture terrestri diventano limitate. 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 delle forniture incentivano ampi sforzi di riciclo. Il riciclo delle batterie recupera il cobalto dalle batterie agli ioni di litio esauste, mentre il riciclo delle superleghe recupera il cobalto dai componenti aerospaziali, raggiungendo tassi di recupero superiori al 95% negli impianti più sofisticati.
Manipolazione
I composti del cobalto possono causare gravi effetti sulla salute, tra cui la malattia polmonare da metalli duri e la dermatite allergica da contatto. L'esposizione professionale richiede misure di sicurezza complete a causa della potenziale cancerogenicità e della sensibilizzazione respiratoria del cobalto.
L'inalazione di polvere di cobalto causa fibrosi polmonare e "malattia polmonare da metalli duri" nei lavoratori esposti a polveri di carburo di cobalto e tungsteno. La sensibilizzazione cutanea porta ad 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 localizzata 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 (symbol Co) is element 27 on the periodic table, a metallo di transizione 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.Cobalto melts at 1768 K (1494.9 °C) and boils at 3200 K (2926.9 °C).
The standard atomic weight of Cobalto is 58.933 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Cobalto has a density of 8.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of cobalto is about 8.9× heavier.
Cobalto 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.
Cobalto was discovered in 1735 by Georg Brandt. It is named after german kobold, "goblin" — miners blamed it for bad ore.
Cobalto makes up about 25 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.