元素发现史：手机电池的“功臣”元素，曾被误会是妖魔

手机是现代生活中每个人必不可少的工具。它具有视频通话、资源共享、摄影、移动支付等功能。它被描述为“手持一台机器环游世界”。电池作为手机的储能工具，为手机提供持续的电力供应，是手机的生命，其作用不可低估。

在20世纪80年代之前，手机并不流行，因为电池容量小，性能不稳定。解决电池能量瓶颈已成为科学家最关心的问题之一。直到钴酸锂电池诞生，电池工业革命才最终爆发。钴酸锂电池具有稳定的结构和突出的综合性能，因为它们含有一种叫做钴的元素。有趣的是，这种元素曾经被人们认为是“邪恶的”，矿工们一提到它就变得苍白...

矿物中的“恶魔”

“我们永远不会钻到井里去。这是一个关于我们生活的笑话。”1733年夏天，在德国萨克森的一个采矿中心，矿工们包围了矿口，不愿下去。矿主走来走去，看上去非常焦虑。

德国萨克森的美景(网络图)

“老板，矿井里有一种蓝亮的石头。这块石头里有恶魔，会让我们染上奇怪的疾病。过去常去地下工作的同事生病了。当我们生病时，谁有妻子、孩子和一个上了年纪的孩子？”一名皮肤黝黑的中年矿工说道。

“石头里会有恶魔吗？”虽然矿主不相信，但他不得不阻止矿工。为了找出原因，他让手下去找一些矿石，并把它送给住在捷克的阿格里科拉。

德国矿物学家和医生阿格里科拉生于1494年，写了许多化学专著。其中，《论矿冶》是他丰富经历的见证。这本书主要讲述如何区分矿物晶体和如何提炼矿物。这本书还提到了职业病的预防和治疗。他曾向采矿业发达的城市chemnitz申请深入矿区进行调查和研究。阿格里科拉后来成为帕多瓦大学的教授。由于他强有力的专业能力和公正，矿主和矿工都信任他，愿意在任何事情上向他求助。

农业形象(网络图)

阿格里科拉教授反复研究了矿主送来的矿石，发现它的外观与辉铜矿非常相似，在酸性环境下会变成深蓝色溶液。让他头疼的是，当他用提纯等实验方法分析矿石时，矿石根本没有变化。

他写信给矿主，说他无能为力，但他会把这件事写进论文，为未来的科学家提供参考。为了便于记录，他和矿工们一样，称矿石为“科伯德”。这个词来自日耳曼神话，英语单词“koblin”(恶魔)就是从这里派生出来的。

落后的科学让“恶灵”蒙蔽了人们的眼睛。

煅烧出来的新元素

在萨克森矿工罢工后的第20年，瑞典化学家格雷格·布朗特偶然读到了阿格里科拉关于“恶魔”矿石的论文。出于好奇，他决心研究这种矿石。

布朗特重新测试了磁性矿石:他选择了高温煅烧的方式来连续加热矿石。出乎意料的是，当加热到500℃时，一种有光泽的灰色物质从矿石中分离出来。

“这是什么？这是新的元素吗？”布朗特对这种灰色物质进行了化学测试。他发现这种物质在常温下不与水反应，在潮湿的空气中也不会氧化。它坚硬但易碎，当加热到1200℃左右时，原来的磁性奇迹般地消失了。

钴(网络图)

“它在常温下不与水反应，也不容易氧化。加热后，磁性消失。哪种已知物质具有这些特性？”勃朗特当时搜索了所有的物理和化学书籍，但他没有找到这种物质是什么。由此，他得出结论，这是一种未知元素的简单物质，但不能确定它是否是金属元素。因为根据当时的科学常识，金属在潮湿的空气中会被氧化。

寻找新的元素是一件大事。勃朗特决定先给新元素命名。经过仔细考虑，他决定从德语单词“科伯德”开始，把人们害怕的元素叫做“钴”，把元素的符号叫做“钴”。“钴”的意思是“恶灵”。几年后，当西学东渐时，清朝末年的科学家把“钴”翻译成了“钴”，至今仍在使用。

钴是金属吗？20多年后，布朗特的问题得到了科学的回答。1780年，瑞典化学家伯格曼通过实验方法制造出纯钴，并证实钴是一种金属元素。他进一步研究并找到了矿工害怕矿石的原因。这种被称为“恶魔”的矿石实际上是钴的化合物，它的化学名称是钴酸盐。从钴矿石的化学分子式CoAsS可以知道该矿石含有钴、硫和砷。钴本来对人体没有明显的危害，但加热含钴30%辉石矿产生的硫或砷化合物毒性很大。尤其是砷，其氧化物“三氧化二砷”，俗称砷，是一种挥发性极强的剧毒物质，挥发后会严重毒害工作场所。在《水浒传》中，潘金莲用砒霜毒死了她的丈夫吴大郎。

钴矿(网络图)

到目前为止，近半个世纪的钴之谜终于被解开了。

历史悠久的珍贵元素

虽然钴在科学家手中仅200多年，但它已经为人类服务了2000年。古罗马和古希腊用钴矿制造深蓝色玻璃。这种深蓝色看起来非常漂亮，除了钴以外，它是无法替代的。在古代中国，劳动人民用钴制造蓝色陶瓷。钴蓝色陶瓷在唐三彩中非常罕见。用钴制成的蓝色颜料在唐三彩中被称为“钴蓝”。后世的专家在收集唐三彩时非常重视钴蓝，说“三彩是有价值的”

唐青花瓷(网络图)

勃朗特和其他科学家通过研究钴的化学性质和其他实验，发现了钴，并加速了钴的应用。20世纪后，钴及其合金如铂钴合金、钐钴合金和钨钴合金已广泛应用于机械工业、化学工业、航空工业和医药领域，并已成为重要的战略金属。钴在1980年显示了它在通讯领域的威力。因为今年，美国化学家约翰·古德足够发明了钴酸锂电池。该电池有效解决了伏打电池、钠硫电池储存量小、性能不稳定等缺点。今天，我们使用的智能手机、笔记本电脑、充电套件和电动汽车无法与钴酸锂电池或其改良版分开。钴酸锂电池的发明被后来的科学家粉碎，称之为“开创了一个完整的时代”

锂钴酸电池(网络图)

值得一提的是，钴，一种历史悠久的珍贵元素，也一直在股票中扮演着“邪恶”的角色。地球上钴的总含量约为700万吨，但三分之二集中在中非的刚果**。根据地质学家的说法，地壳中的钴含量非常少。一亿年前，一颗含钴小行星撞击地球，打碎了非洲表面的一个盆地，即刚果盆地。这就是为什么刚果**富含钴。

能源过于集中，最大的危害是容易造成能源垄断，从而影响全球相关产业的发展。根据“金融”网站2018年12月的一份报告，“世界原材料仓库”刚果申报了钴战略金属，并将其采矿税提高至10%。在这种情况下，钴，这个“恶魔”矿的主要元素之一，将在未来扮演更重要的角色。

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[参考]

1.文章《陶瓷中的蓝色:钴元素的艺术进化，涌动的网》。

2.论文“金属钴的应用范围和用途的重要性”，王善生，“工程科学与技术”

原名:魏德勇