El cobalto es un elemento ferromagnético, blanco plateado, duro, lustroso y quebradizo. Pertenece al grupo VIII de la tabla periódica. Al igual que el hierro, puede ser magnetizado. Es similar al hierro y al níquel en sus propiedades físicas. El elemento es activo químicamente, formando muchos compuestos. El cobalto es estable en el aire y no le afecta el agua, pero es atacado lentamente por los ácidos diluidos.
Un poquito de historia para conocer más sobre el cobalto..
El metal fue aislado (hacia 1735) por el químico sueco Georg Brandt, aunque los compuestos de cobalto se habían utilizado durante siglos para impartir un color azul a los esmaltes y la cerámica. El cobalto se ha detectado en estatuillas egipcias y cuentas de collar persas del tercer milenio a.C., en el vidrio encontrado en las ruinas de Pompeya, y en China ya en la dinastía Tang (618-907 d.C.) y posteriormente en la porcelana azul de la dinastía Ming (1368-1644). El nombre de kobold se aplicó por primera vez (siglo XVI) a los minerales que se creía que contenían cobre, pero que finalmente se descubrió que eran minerales de cobalto que contenían arsénico venenoso. Brandt determinó finalmente (1742) que el color azul de esos minerales se debía a la presencia de cobalto.
| Número atómico | 27 |
|---|---|
| Peso atómico | 58.933194 |
| Punto de fusión | 1,495 °C (2,723 °F) |
| Punto de ebullición | 2,870 °C (5,198 °F) |
| Densidad | 8.9 gram/cm3 at 20 °C (68 °F) |
| Estados de oxidación | +2, +3 |
| Configuración de electrones | [Ar]3d74s2 |
Datos interesantes sobre el cobalto
- El cobalto fue el primer metal descubierto desde la prehistoria y el primer metal del que se tiene constancia.
- El cobalto-60 se utiliza para crear rayos gamma que se emplean para tratar el cáncer y para esterilizar el material médico.
- Un exceso o una falta de cobalto en el cuerpo puede causar problemas de salud.
- A veces se utilizan pequeñas cantidades de cobalto en los fertilizantes.
- La mayor parte del cobalto utilizado en Estados Unidos se importa de otros países.
Presencia y propiedades
El cobalto, aunque muy disperso, sólo constituye el 0,001% de la corteza terrestre. Se encuentra en pequeñas cantidades en el níquel-hierro nativo terrestre y meteórico, en el Sol y en las atmósferas estelares, y en combinación con otros elementos en las aguas naturales, en las costras de ferromanganeso de las profundidades de los océanos, en los suelos, en las plantas y en los animales, y en minerales como la cobaltita, la linnaeita, la skutterudita, la esmaltita, la heterogenita y la eritrita. En los animales, el cobalto es un oligoelemento esencial en la nutrición de los rumiantes (bovinos, ovinos) y en la maduración de los glóbulos rojos humanos en forma de vitamina B12, la única vitamina conocida que contiene un elemento tan pesado.
Con pocas excepciones, el mineral de cobalto no suele extraerse por su contenido en cobalto. Más bien, suele recuperarse como subproducto de la extracción de minerales de hierro, níquel, cobre, plata, manganeso, zinc y arsénico, que contienen trazas de cobalto. Para concentrar y extraer el cobalto de estos minerales se requiere un complejo procesamiento. En la segunda década del siglo XXI, la República Democrática del Congo (RDC), China, Canadá y Rusia eran los principales productores mundiales de cobalto extraído. Sin embargo, el mayor productor de cobalto refinado era China, que importaba grandes cantidades adicionales de recursos minerales de cobalto de la RDC. (Para más información sobre la extracción, el refinado y la recuperación del cobalto, véase el procesamiento del cobalto).
El cobalto pulido es de color blanco plateado con un tenue matiz azulado. Se conocen dos alótropos: el hexagonal de estructura cerrada, estable por debajo de 417 °C, y el cúbico centrado en la cara, estable a altas temperaturas. Es ferromagnético hasta los 1.121 °C (2.050 °F, el punto Curie más alto conocido de cualquier metal o aleación) y puede encontrar aplicación donde se necesiten propiedades magnéticas a temperaturas elevadas.
El cobalto es uno de los tres metales que son ferromagnéticos a temperatura ambiente. Se disuelve lentamente en ácidos minerales diluidos, no se combina directamente ni con el hidrógeno ni con el nitrógeno, pero se combinará, al calentarse, con el carbono, el fósforo o el azufre. El cobalto también es atacado por el oxígeno y por el vapor de agua a temperaturas elevadas, con el resultado de que se produce óxido de cobalto, CoO (con el metal en estado +2).
El cobalto natural es todo un isótopo estable, el cobalto-59, a partir del cual se produce el isótopo radiactivo artificial más longevo, el cobalto-60 (vida media de 5,3 años), mediante irradiación de neutrones en un reactor nuclear. La radiación gamma del cobalto-60 se ha utilizado en lugar de los rayos X o los rayos alfa del radio en la inspección de materiales industriales para revelar la estructura interna, los defectos o los objetos extraños. También se ha utilizado en la terapia del cáncer, en estudios de esterilización y en la biología y la industria como trazador radiactivo.
Propiedades físicas del cobalto
Consulte la siguiente tabla para conocer las propiedades físicas del cobalto
| Densidad | 8.9 g/cm3 |
| Volumen molar | 6.62170786517 cm3 |
Propiedades elásticas
| Módulo de Young | 209 GPa |
| Módulo de Shear | 75 GPa |
| Módulo de Bulk | 180 GPa |
| Poisson Ratio | 0.31 |
Dureza del cobalto – Pruebas para medir la dureza del elemento
| Dureza Mohs | 5 MPa |
| Dureza Vickers | 1043 MPa |
| Dureza Brinell | 700 MPa |
Propiedades eléctricas del cobalto
El cobalto es conductor de la electricidad. Consulte la siguiente tabla para conocer las propiedades eléctricas del cobalto
| Conductividad eléctrica | 1.7×107 S/m |
| Resistencias | 6×10-8 m Ω |
| Punto de superconducción | N/A |
Propiedades térmicas y de conducción del cobalto
| Conductividad térmica | 100 W/(m K) |
| Expansión térmica | 0.000013 K-1 |
Propiedades magnéticas del cobalto
| Tipo magnético | Ferromagnético |
| Punto Curie | 1394 K |
| Susceptibilidad magnética de la masa | N/A |
| Susceptibilidad magnética molar | N/A |
| Susceptibilidad magnética del volumen | N/A |
Propiedades ópticas del cobalto
| Índice de refracción | N/A |
Propiedades acústicas del cobalto
| Velocidad del sonido | 4720 m/s |
Propiedades térmicas del cobalto – Entalpías y termodinámica
Consulte la tabla siguiente para conocer las propiedades térmicas del cobalto
| Punto de fusión | 1768 K (1495 °C) |
| Punto de ebullición | 3.2×103 K (2927 °C) |
| Temperatura crítica | N/A |
| Punto superconductor | N/A |
Entalpías del cobalto
| Calor de la fusión | 16.2 kJ/mol |
| Calor de vaporización | 375 kJ/mol |
| Calor de combustión | N/A |
¿Qué usos tiene el cobalto?
La mayor parte del cobalto producido se utiliza para aleaciones especiales. Un porcentaje relativamente grande de la producción mundial se destina a aleaciones magnéticas como los alnicos para imanes permanentes. Se utilizan cantidades considerables para aleaciones que conservan sus propiedades a altas temperaturas y superaleaciones que se utilizan cerca de sus puntos de fusión (donde los aceros se volverían demasiado blandos). El cobalto también se emplea para aleaciones de recargue duro, aceros para herramientas, aleaciones de baja dilatación (para juntas vidrio-metal) y aleaciones de módulo constante (elásticas) (para muelles de precisión). El cobalto es la matriz más satisfactoria para los carburos cementados.
El cobalto finamente dividido se enciende espontáneamente. Las piezas más grandes son relativamente inertes en el aire, pero por encima de los 300 °C (570 °F) se produce una extensa oxidación.
– Aleaciones en la industria
Las aleaciones, o mezclas de metales, constituyen la mitad del cobalto que se utiliza cada año. Algunas aleaciones se destinan a la fabricación de motores de reacción y de turbinas de gas. Otra aleación, llamada Alnico, se compone de aluminio, níquel y cobalto y es fuertemente magnética. Los imanes de álnico se encuentran en audífonos, brújulas y micrófonos. Las herramientas de corte pueden fabricarse con aleaciones de estelita, que contienen cobalto, cromo y tungsteno.
– Galvanoplastia
El cobalto se utiliza en la galvanoplastia, un proceso en el que se aplica una capa de material a un objeto para darle una calidad estética o de protección particular. El cobalto proporciona a los objetos una superficie atractiva que evita la oxidación.
– Energía alternativa
El cobalto mejora el rendimiento de las baterías recargables y desempeña un papel importante en los vehículos eléctricos híbridos.
– Implantes ortopédicos
Las aleaciones de cobalto se utilizan en los implantes ortopédicos junto con el titanio y el acero inoxidable. El Proyecto Cobalto Idaho afirma que aproximadamente el 70% de las prótesis de cadera utilizan vástagos femorales de cobalto-cromo.
– Radioterapia y esterilización
El cobalto-60, una forma radiactiva del elemento, puede tratar algunas formas de cáncer. La sustancia también puede esterilizar el material médico.
– Nutrición
El cloruro, el sulfato, el acetato o el nitrato de cobalto pueden corregir la carencia de minerales en los animales de pastoreo que viven en suelos deficientes en cobalto. El cobalto es una parte esencial de la vitamina B12.
– Material artístico
Las sales de cobalto se utilizan para producir tonos vivos de azul en la porcelana, el vidrio, la cerámica y los azulejos.
¿Dónde se encuentra el cobalto y qué países están interesados en el metal? ¿Qué cree que ocurrirá en el futuro cuando los países busquen asegurarse el suministro de cobalto?
El cobalto no se encuentra en estado puro, como algunos elementos, en la Tabla Periódica. El cobalto suele encontrarse junto con otros elementos en minerales como la cobaltita, la skutterudita y la eritrita. Algunos países con cantidades abundantes de cobalto son la RD del Congo, Canadá, Australia, Zambia y Brasil. Pero la mayor parte del cobalto es un subproducto de la minería del níquel.
China y Estados Unidos, respectivamente, son los dos principales compradores de cobalto. Los usos del cobalto son los airbags para coches, motores y maquinaria, pinturas, electrodos de baterías recargables, imanes, etc. Supongamos que estos grandes países compran y utilizan (aseguran) todos los suministros de Cobalto. En ese caso, muchos países tendrán dificultades para utilizarlo en la maquinaria, para salvar la vida de las personas a través de los airbags de los automóviles, e incluso para alimentar dispositivos mediante baterías. Si la abundancia de Cobalto disminuye, la producción se reducirá y muchas personas se verán afectadas por la escasa demanda.
Lo siguiente sería extraerlo en otro lugar, como la Luna, un asteroide o el próximo planeta Marte.
Compuestos
En sus compuestos, el cobalto presenta casi siempre un estado de oxidación +2 o +3, aunque se conocen estados de +4, +1, 0 y -1. Los compuestos en los que el cobalto presenta el estado de oxidación +2 (Co2+, siendo el ion estable en el agua) se denominan cobaltíferos, mientras que aquellos en los que el cobalto presenta el estado de oxidación +3 (Co3+) se denominan cobaltíferos.
Tanto el Co2+ como el Co3+ forman numerosos compuestos de coordinación, o complejos. El Co3+ forma más iones complejos conocidos que cualquier otro metal, excepto el platino. El número de coordinación de los complejos suele ser seis.
El cobalto forma dos compuestos binarios bien definidos con el oxígeno: el óxido de cobalto, CoO, y el textróxido de tricobalto, u óxido cobalto-cobalto, Co3O4. Este último contiene cobalto en los estados de oxidación +2 y +3 y constituye hasta el 40% del óxido de cobalto comercial utilizado en la fabricación de cerámica, vidrio y esmalte y en la preparación de catalizadores y polvo de cobalto metálico.
Una de las sales más importantes del cobalto es el sulfato CoSO4, que se emplea en la galvanoplastia, en la preparación de agentes secantes y para el recebo de pastos en la agricultura. Otras sales de cobalto tienen importantes aplicaciones en la producción de catalizadores, secantes, polvos de metal de cobalto y otras sales. El cloruro de cobalto (CoCl2∙6H2O en forma comercial), un sólido rosa que cambia a azul al deshidratarse, se utiliza en la preparación de catalizadores y como indicador de humedad. El fosfato de cobalto, Co3(PO4)2∙8H2O, se utiliza para pintar la porcelana y colorear el vidrio.
Aplicaciones
El cobalto se utiliza en muchas aleaciones (superaleaciones para piezas de motores aircrafr de turbinas de gas, aleaciones resistentes a la corrosión, aceros de alta velocidad, carburos cementados), en magentes y medios de grabación magnética, como catalizadores para las industrias petrolera y química, como agentes secantes para pinturas y tintas. El azul de cobalto es una parte importante de la paleta de los artistas y se utiliza bu artesanos en la porcelana, la cerámica, las vidrieras, los azulejos y las joyas de esmalte. El isótopo radiactivo, cobalto-60, se utiliza en tratamientos médicos y también para irradiar alimentos, con el fin de conservarlos y proteger al consumidor.