Etimología

Los mineros de Sajonia en la Edad Media utilizaban el término kobold para referirse al mineral del cual se obtiene, puesto que así llamaban al duende que creían que robaba la plata sustituyéndola por este metal, al que consideraban de escaso valor. Así pues, en alemán se llamó kobalt, y en el diccionario castellano del siglo XVIII figura como cobalt.

Características principales

El cobalto es un metal ferromagnético, de color blanco azulado, cuya temperatura de Curie es de 1388 K, que se encuentra habitualmente junto al níquel formando parte de los meteoritos de hierro. El cobalto metálico está comúnmente constituido de una mezcla de dos formas alotrópicas con estructuras cristalinas hexagonal y cúbica centrada en las caras cuya temperatura de transición es de 722 K.

Es un elemento químico esencial para los mamíferos en pequeñas cantidades. El Co-60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer.

De elevadísima dureza y resistencia al desgaste, aunque escaso, y por ello caro, se emplea sobre todo como componente minoritario en superaleaciones de alto rendimiento. Cuando es el componente principal suele alearse con cromo. El cobalto posee características muy similares a sus elementos vecinos, hierro y níquel, con los cuales comparte más rasgos que con los elementos de su propio grupo en la tabla periódica. Ni cobalto ni níquel suelen mezclarse con la plata ni el mercurio (siendo ambos raras excepciones) además de que comparten el efecto magnético del hierro. El cobalto es el metal más escaso de estos tres, es el menos rentable y también el más caro. Encuentra pocos usos en la industria en comparación a sus vecinos inmediatos. Se trata de uno de los pocos elementos químicos monoisotópicos. El cobalto tiene poca resistencia química aunque es más estable que el hierro ya que se mantiene en aire y agua siempre que no se encuentren otros elementos corrosivos en dichos medios.

Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto tiene un estado de oxidación de +4 son poco comunes. El estado de oxidación +2 es muy frecuente, así como el +3. También existen complejos importantes con el estado de oxidación +1.

Historia

Los compuestos de cobalto se han utilizado durante siglos para obtener un color azul intenso de vidrio, los esmaltes y cerámicas. Se ha detectado cobalto en esculturas egipcias y en joyas persas desde el tercer milenio a.C., en las ruinas de Pompeya (destruida en el año 79 d.C.), y en China, en la dinastía Tang (618-907 d.C.) y la dinastía Ming (1368-1644 d.C.).

El cobalto se ha empleado para colorear el vidrio desde la Edad del Bronce. La excavación del naufragio Uluburun encontró un lingote de cristal azul, que fue confeccionado durante el siglo XIV a.C. Artículos de cristal azul de Egipto deben su color al cobre, hierro o cobalto. La pieza de cristal coloreada con cobalto más antigua era de la época de la dinastía XVIII de Egipto (1550-1292 a.C.). Se desconoce el lugar donde se obtuvieron los compuestos de cobalto.

El elemento fue descubierto por el químico sueco George Brandt. La fecha del descubrimiento varía en las diversas fuentes entre 1730 y 1737, mostrando que es un nuevo elemento hasta entonces desconocido diferente de bismuto y otros metales tradicionales, y decir que es un nuevo "semi-metal". Brandt fue capaz de demostrar que el cobalto era el responsable del color azul del vidrio que previamente se atribuía al bismuto. El cobalto se convirtió en el primer metal descubierto desde la época prehistórica, en la que no todos los metales conocidos (hierro, cobre, plata, oro, zinc, mercurio, estaño, plomo y bismuto) tenían descubridores registrados.

Su nombre proviene del alemán kobalt de kobold, espíritu maligno, llamado así por los mineros por su toxicidad y los problemas que ocasionaba ya que al igual que el níquel contaminaba y degradaba los elementos que se deseaba extraer. Los primeros intentos de fundición de estas menas para obtener metales como el cobre o el níquel, fracasaban dando en su lugar simplemente un polvo (óxido de cobalto (II)). Además, debido a que los minerales primarios de cobalto siempre contienen arsénico, la fundición de estas menas oxidaba el contenido de arsénico para dar el altamente tóxico y volátil, óxido de arsénico, lo que también disminuye el aprecio de estas menas para los mineros.

Durante el siglo XIX, una parte significativa de la producción mundial, entre el 70 y 80%, de azul cobalto (un tinte hecho con compuestos de cobalto y alúmina) y esmalte (vidrio de cobalto en polvo para uso con fines de pigmento en cerámica y pintura) se llevó a cabo en la fábrica noruega Blaafarveværket adquirida en 1823 por el Baron W.C. Benecke y el industrial prusiano Benjamin Wegner. Las primeras minas para la producción de esmalte entre los siglos XVI al XVIII se encontraban en Noruega, Suecia, Sajonia y Hungría. Con el descubrimiento de mineral de cobalto en Nueva Caledonia en 1864 la extracción de cobalto en Europa disminuyó. Con el descubrimiento de yacimientos minerales en Ontario, Canadá en 1904 y de yacimientos aún mayores en la provincia de Katanga en el Congo en 1914, las operaciones mineras cambiaron de nuevo. Por el conflicto de Shaba a partir de 1978, la principal fuente de cobalto, las minas de cobre de la provincia de Katanga, casi detuvieron su producción. El impacto en la economía mundial de cobalto de este conflicto fue menor de lo esperado, porque la industria estableció formas efectivas para reciclar materiales de cobalto y en algunos casos fue capaz de cambiar a alternativas sin cobalto.

En 1938 John Livingood y Glenn Seaborg descubrieron el cobalto-60. La primera máquina de radioterapia, bomba de cobalto, construida en Canadá por un equipo liderado por Ivan Smith y Roy Errington se utilizó en un paciente el 27 de octubre de 1951; el equipo se encuentra actualmente expuesto en el Saskatoon Cancer Centre, en la ciudad de Saskatoon (Saskatchewan).

Tras la Segunda Guerra Mundial, EE.UU. quiso asegurarse el sumimistro de cobalto, para que nunca les faltara como les había ocurrido a los alemanes, y la exploración dio con una buena fuente en la ladera de una montaña cerca del cañón Blackbird en Idaho, que comenzó a explotar la Compañía Minera Calera.

Producción

En 2005, los depósitos de cobre en la provincia de Katanga (antigua provincia de Shaba) de la República Democrática del Congo fueron el principal productor de cobalto con casi el 40% cuota mundial, según informa el Servicio Geológico Británico. La situación política en el Congo influye en el precio de cobalto de manera significativa.

El proyecto de la Montaña Mukondo, operado por la Central African Mining and Exploration Company (CAMEC) en Katanga, puede ser la más rica reserva de cobalto en el mundo. Se estima que será capaz de producir alrededor de un tercio de la producción total mundial de cobalto en el 2008. En julio de 2009 CAMEC anunció un acuerdo a largo plazo en virtud del cual CAMEC entregaría toda su producción anual de concentrado de cobalto de la Montaña Mukondo a Zhejiang Galico Cobalt & Nickel Materials de China.

Existen varios métodos para separar el cobalto del cobre y níquel. Dependen de la concentración de cobalto y la composición exacta del mineral utilizado. Una etapa de separación implica flotación por espuma, en el que los tensioactivos se unen a los diferentes componentes del mineral, dando lugar a un enriquecimiento de mena de cobalto. Tras el tostado se convierte la mena a sulfato de cobalto, mientras que el cobre y el hierro se oxidan al óxido. La lixiviación con agua extrae el sulfato junto con los arseniatos. Los residuos están además lixiviado con ácido sulfúrico obteniéndose una solución de sulfato de cobre. El cobalto también puede ser lixiviado de la escoria de la fundición de cobre.

Los productos de los procesos mencionados anteriormente se transforman en óxido de cobalto (Co3O4). Este óxido se reduce al metal por la reacción aluminotérmica o reducción con carbono en un alto horno.

Aplicaciones

• Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión, aceros rápidos, y carburos cementados y herramientas de diamante. Herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras.
• Imanes (Alnico, Fernico, Cunico, Cunife) y cintas magnéticas.
• Catálisis del petróleo e industria química.
• Recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto, dureza y resistencia a la oxidación.
• Secante para pinturas, barnices y tintas.
• Recubrimiento base de esmaltes vitrificados.
• Pigmentos (cobalto azul y cobalto verde).
• Electrodos de baterías eléctricas
• Cables de acero de neumáticos.
• El Co-60 se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas).

Compuestos

Debido a los varios estados de oxidación que presenta, existe un abundante número de compuestos de cobalto. Los óxidos CoO (temperatura de Néel 291 K) y Co3O4 (temperatura de Néel 40 K) son ambos antiferromagnéticos a baja temperatura.

Isótopos

Se han caracterizado 22 radioisótopos siendo los más estables el Co-60, el Co-57 y el Co-56 con periodos de semidesintegración de 5,2714 años, 271,79 días y 70,86 días respectivamente. Los demás isótopos radiactivos tienen periodos de semidesintegración inferiores a 18 horas y la mayoría menores de 1 segundo. El cobalto presenta además cuatro metaestados, todos ellos con periodos de semidesintegración menores de 15 minutos.

La masa atómica de los isótopos del cobalto oscila entre 50 uma (Co-50) y 73 uma (Co-73). Los isótopos más ligeros que el estable (Co-59) se desintegran principalmente por captura electrónica originando isótopos de hierro, mientras que los más pesados que el isótopo estable se desintegran por emisión beta dando lugar a isótopos de níquel.

El cobalto-60 se usa en radioterapia en sustitución del radio por su menor precio (y considerando que el radio se desintegra en radón que es un elemento radiactivo y se presenta en forma de gas, por lo que es difícil encapsularlo para evitar contaminación radiactiva). Produce dos rayos gamma con energías de 1,17 MeV y 1,33 MeV y al ser la fuente empleada de unos dos centímetros de radio provoca la aparición de zonas de penumbra dispersando la radiación en torno a la dirección de radiación. El metal tiende a producir un polvo muy fino que dificulta la protección frente a la radiación. La fuente de Co-60 tiene una vida útil de aproximadamente 5 años, pero superado ese tiempo sigue siendo muy radiactivo, por lo que estas fuentes han perdido, en cierta medida, su popularidad en occidente.

Rol biológico

El cobalto es esencial en todos los animales, incluyendo los humanos. Forma parte de la cobalamina (Vitamina B12). Una deficiencia de cobalto puede llevar a anemia. Pese a ello, la anemia secundaria al déficit de cobalto es muy raro, debido a que sólo basta con consumir dosis trazas del elemento para mantener la correcta homeostasis. Además, el cobalto es un elemento que se encuentra en varios alimentos, siendo difícil un déficit por baja ingesta.

Las proteínas basadas en la cobalamina usan el anillo de corrina para mantener unido el cobalto. La coenzima B12 proporciona el enlace C-Co, el cual participa en las reacciones.

Precauciones

El cobalto metálico en polvo finamente dividido es inflamable. Los compuestos de cobalto en general deben manipularse con precaución por la ligera toxicidad del metal.

El Co-60 es radiactivo y la exposición a su radiación puede provocar cáncer. La ingestión de Co-60 conlleva la acumulación de alguna cantidad en los tejidos, cantidad que se elimina muy lentamente. En una eventual confrontación nuclear, la emisión de neutrones convertiría el hierro en Co-60 multiplicando los efectos de la radiación tras la explosión y prolongando en el tiempo los efectos de la contaminación radioactiva; con este propósito se diseñan algunas armas nucleares denominadas bombas sucias (del inglés dirty bomb). En ausencia de guerra nuclear, el riesgo proviene de la inadecuada manipulación o mantenimiento de las unidades de radioterapia.