Co · Elemento 27 · Metal de transição
O azul dos vitrais medievais e da porcelana Ming, e metade dos ímanes que mantêm os discos rígidos unidos.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde cobalto se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 125 pm — isso corresponde a 0,125 nm, portanto cerca de 4 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Cobalto permanece líquido em uma faixa de 1432 K, de 1768 K a 3200 K.
Onde está localizado
A história
O cobalto é o super-herói magnético que impulsiona a revolução digital. Esse metal de transição brilhante, cinza-prateado, é absolutamente essencial para baterias recarregáveis, ímanes permanentes e motores a jato. Batizado em referência a "kobold", espíritos subterrâneos travessos do folclore alemão, o cobalto passou de um incómodo para os mineiros medievais a um dos elementos mais estrategicamente importantes do mundo moderno. Descoberto em 1735 pelo químico sueco Georg Brandt, o cobalto foi o primeiro metal descoberto desde a Antiguidade. Durante séculos, os mineiros conheciam minérios azuis misteriosos que eram difíceis de fundir e frequentemente continham arsénio, deixando-os doentes. Eles atribuíam esses problemas a espíritos subterrâneos chamados kobolds, sem perceber que estavam lidando com um elemento completamente novo que acabaria por alimentar smartphones e carros elétricos. O que torna o cobalto absolutamente extraordinário é sua combinação única de propriedades magnéticas e químicas. Ele é um dos apenas três elementos ferromagnéticos (juntamente com ferro e níquel) que podem ser magnetizados permanentemente. Isso o torna essencial para criar os ímanes permanentes mais fortes do mundo quando ligado a elementos de terras raras — ímanes tão poderosos que podem levantar carros e são usados em turbinas eólicas e motores de veículos elétricos. Mas o papel moderno mais importante do cobalto está nas baterias recarregáveis. Cátodos de óxido de cobalto e lítio em baterias de iões de lítio podem armazenar enormes quantidades de energia enquanto são carregados e descarregados milhares de vezes. O seu smartphone, portátil e carro elétrico dependem do cobalto para armazenar e liberar energia de forma eficiente. À medida que o mundo faz a transição para a energia renovável e os veículos elétricos, a procura por cobalto disparou. Aqui está algo preocupante: cerca de 70% do cobalto do mundo vem da República Democrática do Congo, frequentemente de minas com más condições de trabalho. Isso levou a uma investigação intensiva sobre tecnologias de baterias sem cobalto e iniciativas de fornecimento ético.
Georg Brandt (1694-1768), químico e mineralogista sueco, descobriu o cobalto por volta de 1735 enquanto investigava minérios de cor azul provenientes de minas de cobre perto de Sala, na Suécia. Os mineiros locais chamavam esses minérios problemáticos de "kobold" (em alemão, duende) porque não continham cobre apesar da sua aparência e produziam vapores tóxicos de arsénio quando torrados.
A análise sistemática de Brandt revelou que a cor azul vinha de um metal anteriormente desconhecido, e não do bismuto ou de outros elementos conhecidos. Os seus cuidadosos procedimentos químicos isolaram compostos de cobalto e demonstraram suas propriedades distintas, estabelecendo o cobalto como o primeiro metal descoberto por meio de investigação científica, e não de práticas metalúrgicas antigas.
A produção comercial de cobalto começou com a fabricação de pigmento azul de cobalto no século XVIII, valorizado pela sua estabilidade e cor intensa. A metalurgia moderna do cobalto desenvolveu-se durante a Primeira Guerra Mundial, quando as siderúrgicas Krupp da Alemanha descobriram as propriedades de superliga do cobalto, levando a aplicações militares estratégicas.
Aplicações
O cobalto transforma motores de turbina, antes sonhos impossíveis, em realidade aeroespacial por meio da sua excepcional resistência a altas temperaturas e à corrosão. Esse metal estratégico possibilita motores a jato, implantes médicos e baterias recarregáveis que alimentam o nosso mundo tecnológico moderno.
Superligas à base de cobalto mantêm sua resistência a temperaturas superiores a 1000°C, permitindo que pás de turbinas e câmaras de combustão de motores a jato operem em condições extremas. Ligas de estelite contendo 50-65% de cobalto proporcionam excepcional resistência ao desgaste para ferramentas de corte, sedes de válvulas e equipamentos industriais. Motores de turbina a gás em aeronaves comerciais dependem de superligas de cobalto para componentes rotativos críticos, nos quais uma falha poderia ser catastrófica.
Óxido de cobalto e lítio (LiCoO₂) alimenta os cátodos da maioria dos smartphones, portáteis e eletrônicos de consumo por meio da capacidade do cobalto de intercalar reversivelmente iões de lítio. As baterias de veículos elétricos usam cada vez mais cátodos de níquel-cobalto-manganés (NCM) e níquel-cobalto-alumínio (NCA), que equilibram densidade de energia, segurança e custo enquanto reduzem o teor de cobalto devido às limitações de fornecimento.
Ligas de cobalto-crómio criam articulações artificiais de anca e joelho com excepcional biocompatibilidade e resistência ao desgaste. Esses implantes duram 20-30 anos no corpo humano, mantendo a integridade estrutural sob estresse mecânico constante. Aplicações odontológicas utilizam ligas de cobalto em próteses parciais e aparelhos ortodônticos que exigem resistência e resistência à corrosão.
Ímanes de Alnico contendo alumínio, níquel e cobalto proporcionam estabilidade magnética a altas temperaturas para alto-falantes, sensores e aplicações industriais. Ímanes de samário-cobalto operam de forma confiável em temperaturas de até 350°C, tornando-se essenciais para aplicações aeroespaciais e automotivas nas quais ímanes de neodímio falhariam.
De onde vem
25 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 75% dos elementos
O cobalto se forma por meio de processos de captura de neutrões em estrelas massivas e durante eventos de nucleossíntese de supernovas. O principal isótopo do cobalto, o cobalto-59, representa o ponto final da nucleossíntese do pico do ferro, formado quando a energia de ligação nuclear atinge sua eficiência máxima nos núcleos estelares.
A crosta terrestre contém apenas 30 partes por milhão de cobalto, tornando-o relativamente raro em comparação com outros metais de transição. A maior parte do cobalto terrestre ocorre como subproduto em minérios de níquel e cobre, em vez de formar minerais independentes de cobalto, contribuindo para a concentração da cadeia de fornecimento e preocupações geopolíticas.
A República Democrática do Congo produz 70% do cobalto global a partir de depósitos sedimentares de cobre-cobalto na Província de Catanga. Esses depósitos se formaram por meio do intemperismo e da oxidação de minérios sulfetados, criando lateritas ricas em cobalto e zonas oxidadas. Carrolita (CuCo₂S₄) e cobaltita (CoAsS) são os principais minerais de cobalto, embora a maior parte da produção venha de minérios sulfetados mistos.
Nódulos de manganés no fundo dos oceanos profundos contêm concentrações significativas de cobalto (0.2-0.3%), representando potenciais recursos futuros à medida que os suprimentos terrestres se tornam limitados. Esses nódulos se formam por processos de precipitação extremamente lentos ao longo de milhões de anos em águas profundas ricas em oxigênio.
A importância estratégica e a concentração do fornecimento de cobalto impulsionam amplos esforços de reciclagem. A reciclagem de baterias recupera cobalto de baterias de iões de lítio usadas, enquanto a reciclagem de superligas recicla cobalto de componentes aeroespaciais, alcançando taxas de recuperação superiores a 95% em instalações sofisticadas.
Manuseio
Os compostos de cobalto podem causar efeitos graves à saúde, incluindo doença pulmonar por metal duro e dermatite alérgica de contato. A exposição ocupacional exige medidas abrangentes de segurança devido ao potencial carcinogênico e à sensibilização respiratória do cobalto.
A inalação de poeira de cobalto causa fibrose pulmonar e "doença pulmonar por metal duro" em trabalhadores expostos a poeiras de carboneto de cobalto-tungsténio. A sensibilização cutânea provoca alergias ao cobalto que afetam 1-3% da população, causando dermatite decorrente de joias, fechos de roupas e exposição ocupacional.
Proteção respiratória, ventilação local por exaustão e proteção da pele evitam a exposição ao cobalto. O acompanhamento médico, incluindo testes de função pulmonar e triagem de alergias, ajuda a detectar precocemente os efeitos à saúde em trabalhadores expostos.
Respostas rápidas
Cobalto (símbolo Co) é o elemento 27 da tabela periódica, um Metal de transição do período 4, grupo 9. O azul dos vitrais medievais e da porcelana Ming, e metade dos ímanes que mantêm os discos rígidos unidos. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ar] 3d⁷ 4s², resultando em 4 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 15, 2.Cobalto derrete a 1768 K (1494.9 °C) e entra em ebulição a 3200 K (2926.9 °C).
A massa atómica padrão de Cobalto é 58.933 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Cobalto tem densidade de 8.9 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Cobalto é aproximadamente 8.9× mais pesado.
Cobalto tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.88. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Cobalto foi descoberto em 1735 por Georg Brandt. Recebe esse nome em homenagem a alemão kobold, "duende" — os mineiros o culpavam pelo minério de má qualidade.
Cobalto constitui sobre 25 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.