Cobalto
El cobalto, Co, cuyo número atómico es 27, se encuentra en el grupo nueve de la Tabla Periódica, entre el hierro (Fe) y el níquel (Ni). Los tres son ferromagnéticos, lo que quiere decir que se originan fenómenos físicos de magnetización cuando son expuestos a campos magnéticos. Su densidad (8.90 g cm-3), es parecida a la del cobre. Se trata de un metal de color gris que funde alrededor de los 1495 °C. El cobalto no se encuentra libre en la naturaleza por lo que es necesario extraerlo de minerales y llevarlo a un proceso de refinación electroquímica para obtenerlo con alta pureza.
Las culturas de la antigüedad aprendieron a preparar pigmentos para impregnar de color los objetos de vidrio y cerámica que fabricaban. Una variedad de azul se prepara desde hace milenios empleando minerales con cierto contenido de cobalto. Hay evidencia de que los alfareros egipcios y persas añadían ocasionalmente a sus creaciones lo que hoy se conoce como “azul cobalto”. Siglos más tarde, este tipo de pigmentación se utilizaría en objetos de cerámica o vidrio fabricados en las antiguas culturas romana y china.
Hacia finales del siglo XIV se descubriría un nuevo mineral en los Montes Metálicos (Erzgebirge, en alemán; Krušné hory, en checo), una cordillera ubicada entre Sajonia (Alemania) y Bohemia (República Checa). Al calentar el mineral durante los procesos metalúrgicos se emitían gases tóxicos. El mineral contenía arsénico. Aunque estos mineros de la edad media buscaban plata, nada podían extraer de él. Creían que los gnomos habitantes del subsuelo, llamados kobolds, habían sustituido la plata por este mineral inservible. Es así como estos duendecillos imaginarios inspiraron el nombre del elemento que hoy conocemos como cobalto.
De Europa central de la edad media, tenemos que pasar a Suecia del siglo XVIII para relatar el descubrimiento moderno del elemento cobalto. Éste se debe a Georg Brandt (1694-1768). Después de estudiar química y medicina en Europa continental, de regreso a Suecia, Brandt se incorpora a la Oficina de Minas y a la Casa de Moneda Real, donde lleva a cabo trabajo experimental. Es en ese entonces cuando parte de su investigación se dedica al aislamiento del metal cobalto. Su descubrimiento es publicado en 1735 y lo llama “cobalt regulus”. En la investigación, Brandt fue afortunado pues pudo analizar minerales libres de arsénico: linneíta, Co3S4. De Georg Brandt se dice que fue uno de los primeros químicos en renunciar completamente a la alquimia.
El cobalto es mucho menos reactivo que el hierro.
El cobalto es mucho menos reactivo que el hierro. Por ejemplo, es estable frente al oxígeno atmosférico. Sin embargo, si se calienta, empieza a oxidarse para formar Co3O4. Este óxido contiene los dos estados de oxidación comunes del cobalto: CoII y CoIII, es decir CoII[CoIII]2O4. Si se sigue calentado por arriba de los 900 °C se forma CoO.
3Co + 2O2 → Co3O4
2Co3O4 → 6CoO + O2
En general, el cobalto es resistente a muchos agentes corrosivos suaves. Por otro lado, reacciona fuertemente, incluso a temperatura ambiente, con ácido nítrico concentrado.
Los metales de transición, entre ellos el cobalto, forman compuestos y complejos coloridos. Los colores pueden cambiar dependiendo de la carga del ion metálico y el número y tipo de grupos de átomos (llamados ligandos) unidos al ion metálico. En el caso del cobalto(II), muchas de sus sales hidratadas y sus soluciones contienen el ion [Co(H2O)6]2+ de color rosa a rojo. Cada molécula de agua, H2O, se coloca en uno de los 6 vértices del octaedro que describe la estructura del complejo.
El cobalto también forma complejos tetraédricos, con cuatro grupos unidos al ion Co2+. El lector puede concebir al ion cobalto en el centro de ese tetraedro imaginario. En general, sin ser una observación infalible, los complejos tetraédricos del cobalto(II) tienden a ser azules, mientras que los octaédricos forman compuestos de color rosa a violeta.
Lo anterior se aprovecha en algunos materiales desecantes:
[CoCl4]2− (azul) + 6H2O → [Co(H2O)6]2+ (rosa) + 4Cl−
Si el material está seco, se verá azul. Conforme gana humedad (agua), se tornará rosa. Para evitar confusión, hay que decir que los complejos de cobalto son sólo indicadores y presentes en una cantidad relativamente menor; el desecante suele ser otro material, como por ejemplo el gel de sílice.
En soluciones ácidas, la oxidación de Co2+, para formar Co3+, puede lograrse por medio de electrólisis o la presencia de ozono. Sin embargo, el ion Co3+ es muy inestable y es rápidamente reducido a Co2+.
Se mencionó que el cobalto es ferromagnético, por lo que no sorprenderá que uno de sus usos se encuentra en la fabricación de magnetos permanentes.
Otro de los usos más importantes del cobalto metálico se haya en la preparación de herramientas de corte (discos o brocas especiales) para metales, rocas y otros materiales de alta resistencia.
Asimismo, existen materiales llamados súper aleaciones por sus propiedades extraordinarias. Las aleaciones basadas en cobalto han sido usadas en aplicaciones de ingeniería para enfrentar el desgaste. Esto debido a que las aleaciones con cobalto tienden a ser fuertes, resistentes a la corrosión y a mantener su dureza a alta temperatura. Por ejemplo, este tipo de aleaciones se usa en algunas piezas de motores aeronáuticos debido a que mantienen su desempeño incluso a altas temperaturas.
Hoy en día, se preparan y usan una gran variedad de pigmentos con cobalto de diferentes colores. Lo que hay detrás son óxidos mixtos, esto es, óxidos que contienen cobalto y algún otro elemento (aluminio, fósforo, zinc, etc.) para sintetizar colores como el azul, violeta, verde, turquesa, rosa, marrón, etc.
Es muy probable que el teléfono que guardamos en nuestro bolsillo use baterías de ion litio. Las baterías de ion litio son baterías recargables comunes para la industria electrónica de gran consumo. Estas baterías usan LiCoO2 (un compuesto de litio, cobalto y oxígeno), el cual es un semiconductor, en el electrodo positivo, llamado cátodo, y grafito (carbono) en el electrodo negativo o ánodo. La creciente demanda de estas baterías ha provocado un aumento en el precio del cobalto en los últimos años.
En la naturaleza, el cobalto consiste de un solo isótopo, 59Co. El isótopo radioactivo 60Co se obtiene por irradiación con neutrones en un reactor nuclear. Este isótopo es una fuente de radiación gamma (©). Esta radiación es del mismo tipo que los rayos X, y por esta razón se usa contra el cáncer en una forma de oncología radioterapéutica. La terapia con cobalto es relativamente simple y adecuada para pequeños hospitales y servicios médicos en países en vías de desarrollo.
El cobalto es un elemento esencial para la vida e importante para los humanos y animales. Está presente principalmente en la forma de vitamina B12. La vitamina B12 (también llamada cianocobalamina) es una vitamina soluble en agua. Es necesaria para la formación de los componentes celulares de la sangre, funcionamiento normal del cerebro y sistema nervioso, producción de DNA y RNA, y el metabolismo de los carbohidratos, lípidos (grasas) y proteínas.
Los humanos necesitamos ingerir un suministro de vitamina B12 a través de nuestra dieta: carne, pescado, huevo y productos lácteos.
Dorothy Crowfoot Hodgkin (premio Nobel de química, 1964), usando numerosas imágenes de rayos-X, cálculos extensos y un análisis astuto de la información experimental, determinó la estructura de la vitamina B12 en 1956, la cual tiene la estructura más compleja de todas las vitaminas. C2
Más información:
- J. D. Donaldson, Beyersmann, D “Cobalt and Cobalt Compounds”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Vol. 9, p. 429.
- Enghag, P. “Encyclopedia of the Elements: Technical Data – History – Processing – Applications”, 2007, P. 667.
- Gusenius, E. (1967). Beginnings of Greatness in Swedish Chemistry: Georg Brandt, (1694-1768). Transactions of the Kansas Academy of Science (1903-), 70(4), 413-425.
- https://www.youtube.com/watch?v=yvWKeYOdWbo&t=301s
- https://www.compoundchem.com/2014/03/05/colours-of-transition-metal-ions-in-aqueous-solution/
- https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1964/hodgkin/facts/
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/vitamin_B12#section=Top
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