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，具有视频通话、资源共享、摄影摄像、移动支付等功能，被人形容是“一机在手，走遍天下”。作为手机提供持续电源的储能工具，电池可谓手机的生命，作用不容小觑。上世纪八十年代以前，由于电池储量小、性能不稳定等原因，手机没有普及。解决电池能源瓶颈成为科学家们最关注的问题之一。直到钴酸锂电池诞生后，电池工业革命才终于爆发性增长。钴酸锂电池结构稳定、综合性能突出，是因为电池中含有一种叫钴的元素。有趣的是，这种元素曾经被人们视为“妖魔”，矿工们谈之色变……
矿物里的“妖魔”
“我们绝不下井。这是拿我们的生命开玩笑。”1733年夏天，德国萨克森州的某矿床开采中心，矿工们围在矿井口，迟迟不愿下井。矿主在旁边走来走去，显得很是焦躁。
风景秀丽的德国萨克森州（网络图）
“老板，矿井里有一种发着幽蓝光亮的石头。这种石头里有妖魔，会让我们染上怪病。以前下井的工友们都病了。我们病了谁养妻儿老小？”一个皮肤黝黑的中年矿工说道。
“石头里会有妖魔？”矿主虽然不相信，但只好让矿工停下来。为弄清原委，他让手下找了几块矿石，寄给住在捷克的阿格里科拉。
阿格里科拉是德国矿物学家兼医生，生于1494年，写了不少化学类的专著。其中《论矿冶》一书是他丰富经验的见证，此书主要讲述矿物晶体如何区分，矿物如何提炼等内容。书中还提到关于职业病的防治等内容。他曾主动申请到采矿业发达的开姆尼茨市，深入矿区，开展调查研究。阿格里科拉后任帕多瓦大学教授。由于专业能力强、处事公正，矿主和矿工都很信任他，有什么事都喜欢找他帮忙。
阿格里科拉像（网络图）
阿格里科拉教授反复研究矿主寄来的矿石，发现它与辉铜矿的外形很相似，遇酸变成深蓝色的溶液。让他头痛的是，用提纯等矿石实验方法分析，矿石根本不发生变化。
他写信给矿主，表示无能为力，但会把这件事与矿石写进论文里，给后世科学家提供参考。为了记录方便，他也与矿工们一样，把这种矿石称为“Kobald”。此单词来源于日尔曼神话，英文 “koblin”（妖魔）即由它衍生而来。
落后的科学，让“妖魔”蒙蔽了人们的双眼。
煅烧出的新元素
德国萨克森州矿工罢工后第20个年头，瑞典化学家格·布朗特偶然间读到阿格里科拉关于“妖魔”矿石的论文。一向好奇的他决心要研究这种矿石。
布朗特对这种带磁性的矿石重新进行试验：他选择高温煅烧的方式，持续对矿石进行加热。没想到加热到500℃时，矿石中分离出一种具有光泽的灰色物质。
“这是什么东西？难道是新元素？” 布朗特对这种灰色物质进行化学试验，他发现这种物质常温下不与水反应，在潮湿的空气也不会氧化。它很硬但很脆，加热到约1200℃时，原有的磁性奇迹般消失了。
钴（网络图）
“常温下不与水反应，也不易氧化，加热后磁性消失。哪种已知物质会有这些特征呢？”布朗特翻遍当时所有的物理和化学书籍，也没查到这种物质是什么。由此，他断定这是一种未知元素的单质，但不确定它是不是金属元素。因为按照当时的科学通识，金属在潮湿的空气里都会被氧化。
发现新元素可是大事。布朗特决定先为新元素取名。经过慎重思考，他决定从德语“Kobald”入手，把这种人见人怕的元素称为“Cobalt”，元素符号为“Co”。“Cobalt”意为“坏精灵”。若干年后西学东渐，清朝末年的科学家将“Co”译为“钴”，沿用至今。
钴是不是金属？布朗特的疑问在20多年后得到科学解答。1780年，瑞典化学家伯格曼用实验方法制得纯钴，并确定钴是一种金属元素。他进一步研究，找到了当年矿工们惧怕矿石的原因。那种被称为“妖魔”一样的矿石，实际是钴的化合物，化学名是辉钴矿。从辉钴矿的化学式CoAsS中可得知，此矿石含有钴、硫、砷元素。钴本来对人体没有显著伤害，可是含钴30%左右的辉钴矿加热后生成的硫或砷的化合物都有剧毒。尤其是砷，其氧化物“三氧化二砷”俗称砒霜，是毒性很强的物质，挥发性极强，挥发后会让工作场所严重毒化。《水浒传》中潘金莲毒杀丈夫武大郎用的就是砒霜。
辉钴矿（网络图）
至此，近半个世纪的钴元素谜团终于解开。
历史悠久的珍贵元素
虽然钴元素在科学家手中真正现形才200多年时间，但它为人类服务已有2000年之久。古罗马和古希腊人曾用辉钴矿来制作深蓝色的玻璃。这种深蓝色看起来很漂亮，是无法用辉钴矿之外的东西来代替制作的。我国古代劳动人民用钴来制作蓝色的陶瓷。唐三彩中，钴制作的蓝色陶瓷非常名贵。用钴制作的带蓝颜料，在唐三彩里被称为“钴蓝”。后世专家收藏唐三彩时，对钴蓝非常看重，有“三彩挂蓝，价值连城”的说法。
带蓝色的唐三彩瓷器（网络图）
布朗特等科学家发现钴元素，通过研究其化学性质等实验，加快了钴元素的运用。20世纪后，钴及其合金如铂钴合金、钐钴合金、钨钴合金等在机械工业、化工工业、航空工业及医学领域都得到广泛运用，并成为一种重要的战略金属。钴在通讯领域大显身手是在1980年。因为这一年里，美国化学家约翰·古迪纳夫发明了钴酸锂电池。此电池有效解决了伏打电池、钠硫电池等储量小，性能不稳定等缺点。时至今日，我们所用的智能手机、笔记本电脑、充电宝，乘坐的电动汽车等都离不开钴酸锂电池或它的改良版。钴酸锂电池的发明，被后世科学家稀烂为“开启了整整一个时代”。
钴酸锂电池（网络图）
值得一提的是，钴这种历史悠久的珍贵元素，在存量上也一直扮演着“妖魔”的角色。钴在地球上的总含量约700万吨，但三分之二都集中在非洲中部的民主刚果共和国。据地质学家考证，原来地壳中钴含量非常稀少，一亿年前一颗含钴的小行星撞击地球，在非洲地表上砸出一个盆地，即刚果盆地。这就是民主刚果共和国富含钴金属的原因。
能源太过集中，最大的害处就是易造成能源垄断，从而影响全球相关产业的发展。据“金融界”网站2018年12月报道，“世界原料仓库”刚果宣布钴为战略金属，其矿税调高至10％。如此看来，“妖魔”矿的主要元素之一钴，将在未来显示出更加重要的作用。
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【参考资料】
1、文章《陶瓷中的蓝：一抹“钴”元素的艺术演变》，澎湃网。
2、论文《金属元素钴应用范围及用途的重要性》，作者王善胜，《工程科技》
来源：蝌蚪五线谱
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