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27. Kobalt (Co) - Das blaue Pigment · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und
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lernen. Kennst du schon unsere anderen
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Schlafreisereien wie Schlafreise durch das Universum oder
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Schlafreise durch vergessene Welten?
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Falls nicht, lohnt sich unbedingt ein Blick in unseren
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Feed, dort warten viele weitere Reisen auf dich, die dich sanft
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durch Galaxien, vergessene Kulturen und die Wunder unserer
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Erde begleiten. Heute aber bleiben wir ganz nah
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bei einem Element, das tiefer in unsere Geschichte eingebettet
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ist als die meisten Menschen ahnen.
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Es steckt in der strahlend blauen Farbe mittelalterlicher
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Kirchenfenster, in der Tinte auf chinesischem Porzellan aus dem
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14 Jahrhundert, in den Batterien unserer Smartphones und in den
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Motoren von Elektroautos, die uns in eine sauberere Zukunft
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führen sollen. Die Rede ist von Kobalt,
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chemisches Symbol CO, Ordnungszahl 27 lass uns
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aufbrechen durch die Bergwerke des Erzgebirges und die
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Schürfgruben Kongos, durch mittelalterliche Glaswerkstätten
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und moderne Labore, durch die Tiefen des Ozeans und die Weiten
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des Kosmos. Mach es dir bequem, lass den
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Alltag los und begleite mich auf dieser Wissensreise.
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Der Name Kobalt hat einen ungewöhnlichen Ursprung, der
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Tief in der Bergbautradition des Erzgebirges verwurzelt ist.
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Im 15 und 16 Jahrhundert förderten Bergleute in Sachsen
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und Böhmen ein silbrig graues Erz, das äußerlich manchen
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Silbererzen ähnelte. Doch wenn sie versuchten, es zu
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verhütten, ließ es sich nicht zu Silber erschmelzen stattdessen.
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Setzte es beim Erhitzen giftige Arsenverbindungen frei, die die
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Arbeiterinnen und Arbeiter krank machten und die Schmelzöfen
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beschädigten. Die frustrierten Bergleute
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machten dafür übernatürliche Wesen verantwortlich, Kobolde
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jene hinterlistigen Berggeister der deutschen Mythologie, die
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den Menschen Streiche spielten und ihre Arbeit sabotierten, das
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störrische, unbrauchbare Erz nannten sie kurzerhand
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kobolderz. Woraus sich im Laufe der Zeit
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der Name Kobalt entwickelte. Erst 1735 gelang es dem
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schwedischen Chemiker Georg Brandt, aus diesem Erz ein bis
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dahin unbekanntes Metall zu isolieren und es als
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eigenständiges Element zu identifizieren.
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Brandt bewies damit, dass die blaue Farbe die kobalthaltige
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Verbindungen seit Jahrtausenden in Glas und Keramik erzeugten,
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nicht, wie damals noch geglaubt, von Wismut oder anderen
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bekannten Stoffen stammte, sondern von Kobalt selbst.
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Es war eine der ersten neuzeitlichen
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Elementidentifizierungen überhaupt und machte Brandt zu
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einem Pionier der modernen Chemie.
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Das Erz, das den Bergleuten so viel Ärger bereitet hatte, war
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Kobalt Arsenid. Auch bekannt als Speiskobalt
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oder Skutterrudit. Das giftige, Arsendampf
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produzierende Verhalten beim Verhütten erklärt die
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Beschwerden der Bergleute sehr genau, auch wenn Kobolde als
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Erklärung natürlich etwas weniger wissenschaftlich
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klingen. Kobalt steht im Periodensystem
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in der Gruppe 9 der vierten Periode, eingebettet zwischen
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seinen engen Nachbarn Eisen, fe, 26 und Nickel ni 28.
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Gemeinsam bilden diese 3 Elemente eine Triade, die für
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ihre außergewöhnlichen magnetischen Eigenschaften
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bekannt ist. Alle 3 sind bei Raumtemperatur
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ferromagnetisch sie können also von Magneten angezogen werden
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und selbst dauerhaft magnetisiert werden.
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Kobalt hat dabei den höchsten Curi Temperaturwert unter allen
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ferromagnetischen Metallen. Erst bei 1 115 Grad Celsius
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verliert Kobalt seine Ferromagnetismus deutlich höher
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als Eisen mit 770 Grad Celsius und Nickel mit 358 Grad Celsius.
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Das bedeutet, dass Kobalt seine magnetischen Eigenschaften auch
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bei sehr hohen Temperaturen beibehält, eine Eigenschaft, die
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in technischen Anwendungen von enormem Wert ist.
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In seiner reinen Form ist Kobalt ein hartes, silbrig graues,
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leicht glänzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 1495 Grad
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Celsius. Seine Dichte beträgt 8,9 Gramm
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pro Kubikzentimeter, und es ist damit etwas dichter als Eisen.
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Wie Eisen und Vanadium gehört Kobalt zu den Übergangsmetallen
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und kann in mehreren Oxidationsstufen auftreten,
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wobei plus 2 und plus 3 die häufigsten und stabilsten sind.
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Die Elektronenkonfiguration lautet a 3 d 74 s 2, was Kobalt
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zu einem vielseitigen Reaktionspartner in chemischen
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und biochemischen Prozessen macht.
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Kobalt ist in der Erdkruste kein häufiges Element.
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Mit einem durchschnittlichen Gehalt von etwa 25 Milligramm
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pro Kilogramm Erdkruste belegt es nur den 32 Platz in der
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Häufigkeitsrangliste es kommt selten in reiner Form vor,
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sondern fast immer in Verbindung mit anderen Elementen,
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insbesondere in Erzen wie Lineosid, Kobalt, Nickelsulfid,
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kobaltid, Kobalt, arsensulfid. Und aspolit Kobalt Haltigem
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Manganoxid der mit Abstand bedeutendste Anteil der
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weltweiten Kobaltproduktion, stammt als Nebenprodukt der
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Kupfer und Nickelförderung, lange bevor Chemikerinnen und
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Chemiker Kobalt als eigenständiges Element
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erkannten, nutzten Menschen kobalthaltige Verbindungen, um
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eine der seltensten und begehrtesten Farben der Welt zu
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erzeugen. Das tiefe, leuchtende Blau des
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Kobaltglases. Die ältesten Belege für die
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Verwendung kobalthaltiger Pigmente reichen bis in die
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Antike zurück. In ägyptischen Glasobjekten aus
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dem zweiten Jahrtausend vor Christus wurde Kobaltblau
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nachgewiesen, persische Handwerkerinnen und Handwerker
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verwendeten kobalthaltige Erze zur Färbung von Glasuren bereits
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vor mehr als 3000 Jahren in China avancierte das Kobaltblau
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dort als Hui Hui Ching. Oder Mohammedanisches Blau
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bezeichnet da das Kobalt aus dem Nahen Osten importiert wurde,
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zum charakteristischen Dekorpigment des berühmten blau
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weißen Porzellans. Der Yuan Ming und Ching
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Dynastien. Dieses Porzellan, das später
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auch als blau weiß Ware bekannt wurde, begeisterte ganz Europa
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und prägte das Bild chinesischer Kunsthandwerkskunst bis heute
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die. In Europa war Kobaltblau das
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kostbare Pigment der Glasmalerinnen und Glasmaler.
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Die strahlend blauen Fenster der gotischen Kathedralen Notre Dame
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de Paris, der Kölner Dom, die Saint Chapel verdanken ihre
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unvergängliche Leuchtkraft dem Kobalt, das Glas wurde blau
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gefärbt, indem kobalthaltige Mineralien dem geschmolzenen
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Glas zugesetzt wurden, das dabei entstehende Kobalt osilikat ist
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chemisch außergewöhnlich stabil, die.
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Selbst nach Jahrhunderten unter freiem Himmel, dem Regen und dem
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Sonnenlicht ausgesetzt, behält kobaltblauglas seine Farbe
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nahezu unverändert. Ein Zeugnis der chemischen
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Beständigkeit dieser Verbindung. Im Jahr 1802 synthetisierte der
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französische Chemiker Louis Jacques Tenar erstmals reines
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Kobaltblau Kobalt Zweialuminat COAL 2 o 4 als Pigment.
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Eine Verbindung, die seither unter dem Namen Tenatsblau
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bekannt ist. Dieses Pigment wurde schnell zu
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einer der beliebtesten Farben der Malerei des 19 Jahrhunderts.
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Künstlerinnen und Künstler wie Pierre August de Renoir, Claude
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Monet und Vincent van Gogh verwendeten Kobaltblau in ihren
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Werken, van Gogh beschrieb es in einem Brief an seinen Bruder
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Theo als jene Farbe, die in seiner Palette eine ganz
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besondere Stellung einnahm. Für ihn war es die Farbe des
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Himmels in seiner tiefsten Sehnsucht.
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Kobaltgrün Kobalt 2, Zinkoxid und Kobalt, violett, Kobalt, 23
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Phosphat erweiterten die Palette der Malerinnen und Maler im 19
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Jahrhundert weiter. All diese Pigmente verbindet die
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außergewöhnliche Lichtechtheit und chemische Stabilität.
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Kobaltpigmente verblassen nicht, sie reagieren nicht mit Luft
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oder Feuchtigkeit und sind daher bis heute in Künstlerfarben
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höchster Qualität zu finden. Kobalt ist nicht nur ein Element
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der Kunst, es ist auch ein Element des Lebens in einem sehr
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wörtlichen Sinne, es ist der einzige
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Übergangsmetallbestandteil eines lebensnotwendigen Vitamins,
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Vitamin B 12, auch Cobalamin genannt, schon der Name verrät
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es. Cobalamin enthält im Zentrum
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seines Moleküls ein einzelnes Cobaltatom, eingebettet in eine
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komplexe organische Struktur namens Corinring, eine Art
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biologisches Käfigmolekül, das das Cobalt Azon fest umschließt.
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Vitamin B 12 ist für den menschlichen Körper
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unverzichtbar es ist an der Synthese der DNA beteiligt.
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Spielt eine zentrale Rolle im Fettstoffwechsel und ist
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entscheidend für die normale Funktion des Nervensystems.
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Ohne ausreichend Vitamin B. 12 können Nerven nicht korrekt mit
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Myelin ummantelt werden, jener schützenden Hülle, die die
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Weiterleitung von Nervenimpulsen ermöglicht.
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Ein Mangel führt zu Anämie, neurologischen Störungen,
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Kribbeln in den Gliedmaßen und in schweren Fällen zu
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irreversiblen Nervenschäden. Vitamin B 12 ist das größte und
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strukturell komplexeste aller bekannten Vitamine.
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Es kann ausschließlich von bestimmten Bakterien und Archäen
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synthetisiert werden, kein Tier und keine Pflanze ist in der
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Lage, es selbst herzustellen, Menschen und andere Tiere nehmen
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es über die Nahrung auf, vor allem über tierische Produkte
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wie Fleisch, Fischeier und Milchprodukte, in denen sich b.
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12. Durch die Aktivität von
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Darmbakterien angereichert, hat für Menschen, die sich vegan
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ernähren, ist eine Supplementierung mit Vitamin B
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12 deshalb unerlässlich. Die Entdeckung und
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Strukturaufklärung von Vitamin B 12 war eine der größten
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wissenschaftlichen Leistungen des 20 Jahrhunderts Dorothy
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Crowfood Hodgkin, eine britische Chemikerin, gelang.
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Es 1956 mit Hilfe der Röntgenkristallographie die
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vollständige dreidimensionale Struktur des Kobalamins zu
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entschlüsseln. Ein damals unglaublich komplexes
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Molekül mit 181 Atomen. Dafür erhielt sie 1964 den
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Nobelpreis für Chemie als erst dritte Frau in der Geschichte
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dieses Preises. Die vollständige chemische
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Synthese von Vitamin B 12 im Labor gelang 1973 den Teams von
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Robert B. Woodward und Albert Eschenmoser
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ein Meisterwerk der organischen Chemie, das über ein Jahrzehnt
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dauerte und Dutzende von Syntheseschritten erforderte.
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In der Tierwelt findet sich Kobalt auch in anderen Rollen,
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die. Wiederkäuer wie Rinder und
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Schafe sind besonders stark auf ausreichend Kobalt im Boden
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angewiesen, da ihre mikrobiome Vitamin B 12 nur dann
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ausreichend produzieren können, wenn das Futter kobalthaltig
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ist. In Regionen mit kobaltarmen
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Böden leiden Schafe und Rinder an einer als Pine Disease oder
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Busch Signess bekannten Mangelkrankheit, die mit
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Kobaltsupplementierung behandelt werden kann.
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Kobalt findet sich auch in Enzymen verschiedener
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Organismen, die ohne dieses Metallatom nicht funktionieren
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würden. Nitrogenase verwandte
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Enzymkomplexe, die an der Fixierung von Stickstoff
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beteiligt sind, enthalten in manchen Organismen Kobalt als
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zentrales Metallatom die biologische Chemie des Kobalts
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ist damit weit vielfältiger als sein Image als industrielles
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Metall vermuten lässt. Kobalt ist in den letzten
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Jahrzehnten zu einem der strategisch wichtigsten
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Rohstoffe der Welt geworden und der Grund dafür liegt in einem
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kleinen, leichten Bauteil, ohne dass unsere digitale Welt nicht
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funktionieren würde. Dem Lithium Ionen Akku Lithium
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Ionen Batterien speichern elektrische Energie, indem sie
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beim Laden und entladen Lithium Ionen zwischen 2 Elektroden hin
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und her bewegen, die Kathode die positive Elektrode ist.
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Besteht in den meisten handelsüblichen Akkus aus
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Lithium, Kobalt, Oxid LI Co o 2 oder aus Mischoxiden, die Kobalt
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enthalten, darunter das weit verbreitete NMC Material
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Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt, oxid.
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Kobalt trägt dabei entscheidend zur Energiedichte, Stabilität
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und Langlebigkeit der Kathode bei.
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Ohne Kobalt oder mit deutlich weniger Kobalt wären die Akkus
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weniger stabil, weniger energiedicht und
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Sicherheitskritischer das Smartphone in deiner Tasche
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enthält je nach Modell zwischen 25 Gramm Kobalt, der Akku eines
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Elektroautos enthält je nach Zellenchemie und Fahrzeuggröße
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zwischen 25 kg Kobalt. Angesichts der Tatsache, dass
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die Elektromobilität. In den kommenden Jahrzehnten
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massiv wachsen soll, ist der Bedarf an Kobalt in einem Ausmaß
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gestiegen, das tiefgreifende geopolitische und humanitäre
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Fragen aufwirft. Rund 70% des weltweiten Kobalts
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werden in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut, der
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Kongo verfügt über die mit Abstand größten bekannten
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Kobaldreserven der Welt. Ein geologischer Reichtum, der
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dem Land jedoch bisher wenig Wohlstand gebracht hat.
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Ein erheblicher Teil der kongolesischen Kobaltförderung
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stammt aus dem sogenannten Artisanalen Bergbau,
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Kleinschürferinnen und Kleinschürfer, oft ohne jegliche
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Schutzausrüstung graben Kobalt in primitiven Schächten ab,
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unter Bedingungen, die von internationalen
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Menschenrechtsorganisationen seit Jahren angeprangert werden.
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Berichte über den Einsatz von Kinderarbeit in diesen Minen
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haben die gesamte Lieferkette der Batterieindustrie in ein
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moralisches Dilemma gestürzt. Unternehmen wie Apple, Samsung,
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Tesla und viele andere haben versprochen, ihre Lieferketten
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zu überprüfen und auf ethisch gewonnenes Kobalt umzustellen,
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ein Prozess, der langsam voranschreitet, aber noch weit
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von vollständiger Transparenz entfernt ist.
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Die Industrie arbeitet intensiv daran, den Kobaltanteil in Akkus
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zu reduzieren oder ihn ganz zu ersetzen.
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Neue Kathodenmaterialien wie LFP, lithiumeisen Phosphat
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kommen vollständig ohne Kobalt aus und werden zunehmend in
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Elektroautos eingesetzt, insbesondere in günstigeren
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Fahrzeugsegmenten. Hochnickelhaltige NMC Kathoden
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reduzieren den Kobaltanteil erheblich.
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Doch für viele Hochleistungsanwendungen bleibt
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Kobalt vorerst unverzichtbar. Neben Batterien ist Kobalt ein
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unverzichtbares Element in sogenannten Superlegierungen,
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Hochtemperaturlegierungen, die vor allem in der Luft und
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Raumfahrt sowie in stationären Gasturbinen eingesetzt werden,
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diese Legierungen häufig auf Nickel oder Kobaltbasis, müssen
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extremen Bedingungen standhalten.
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Temperaturen von über 1000 Grad Celsius, mechanischem Stress und
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oxidativer Atmosphäre, alles gleichzeitig über Tausende von
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Betriebsstunden, kobaltbasis Superlegierungen wie Stellit,
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eine Kobalt Chrom wolframlegierung sind besonders
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verschleißfest und werden in Turbinenschaufeln, Lagern und
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Schneidwerkzeugen eingesetzt. Die Kombination aus
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Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und
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Verschleißfestigkeit macht Stellid zu einem Material, das
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in vielen Anwendungen keine gleichwertige Alternative kennt.
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Strahltriebwerke moderner Passagierflugzeuge und damit die
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zivile Luftfahrt, wie wir sie kennen, wären ohne Kobalt in
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ihrer heutigen Form nicht möglich, auch in der
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Medizintechnik findet Kobalt eine wichtige Anwendung.
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Kobalt Chromlegierungen werden für Gelenkprothesen,
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insbesondere Hüft und Knieprothesen verwendet.
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Sie verbinden Biokompatibilität, Festigkeit und
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Korrosionsbeständigkeit im körperlichen Umfeld in einer
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Weise, die nur wenige andere Materialien erreichen.
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Millionen von Menschen weltweit tragen Kobalt buchstäblich in
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sich, in Form von Gelenkimplantaten, die ihnen
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Mobilität und Lebensqualität zurückgeben.
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Ein besonderes Kapitel der Kobaltgeschichte ist das
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radioaktive Isotop Kobalt 6060 CO.
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Es entsteht, wenn das stabile Kobalt 59 in einem Kernreaktor
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mit Neutronen bestrahlt wird und zerfällt dann mit einer
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Halbwertszeit von etwa 5,27 Jahren.
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Unter Aussendung hochenergetischer
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Gammastrahlung. Diese Gammastrahlung macht
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Kobalt 60 zu einem wichtigen Werkzeug in der Medizin.
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Und in der Industrie, in der Strahlentherapie, einem
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zentralen Behandlungsverfahren bei Krebs, wurde das sogenannte
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Kobaltgerät jahrzehntelang eingesetzt, um Tumore gezielt zu
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bestrahlen und abzutöten. Obwohl moderne
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Linearbeschleuniger das Kobaltgerät in vielen Kliniken
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weltweit verdrängt haben, wird Kobalt 60 in Ländern mit
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begrenzten technischen Ressourcen nach wie vor in der
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Krebstherapie eingesetzt, in der Industrie wird.
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Wird Kobalt 60 zur Gammabestrahlung verwendet?
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Zur Sterilisation von medizinischen Produkten und
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Lebensmitteln sowie zur Zerstörungsfreien
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Werkstoffprüfung bei der Strahlung genutzt wird, um Risse
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und Defekte in Metallstrukturen sichtbar zu machen, ohne diese
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zu beschädigen? Die Doppelnatur des Kobalts als
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lebensspendender Bestandteil von Vitamin B 12 und als Quelle
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medizinisch genutzter Strahlung. Zeigt, wie vielschichtig ein
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einziges Element sein kann. Kobalt entstand, wie die meisten
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Metalle durch Kernfusion in massereichen Sternen und durch
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die Supernova Explosionen, die deren Lebensenden markieren, in
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Meteoriten, besonders in den sogenannten Eisenmeteoriten,
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findet sich Kobalt gemeinsam mit Eisen und Nickel, ein Abbild der
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kosmischen Elementhäufigkeiten, die auch die Zusammensetzung des
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Erdkerns prägen. Im Erdinneren konzentriert sich
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Kobalt wie Eisen und Nickel aufgrund seiner siderophilen
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Natur, seiner chemischen Affinität zu Eisen, bevorzugt im
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metallischen Kern unseres Planeten.
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Auf dem Tiefseeboden findet sich Kobalt in großen Mengen in
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sogenannten Manganknollen und ferromanganhaltigen Krusten.
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Diese Kartoffelgroßen Mineralkonkretionen bedecken
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weite Teile des Meeresbodens und.
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In Tiefen von 4000 bis 6000 Metern und enthalten neben
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Mangan auch erhebliche Mengen an Kobalt, Nickel, Kupfer und
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Seltenen Erden. Das wirtschaftliche Interesse an
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diesen Tiefseeressourcen wächst mit dem steigenden Bedarf an
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Batteriemetallen, mehrere Länder und Unternehmen haben Lizenzen
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für die Erkundung von Manganknollenfeldern im
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Pazifischen Ozean erworben und die Debatte über den
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Tiefseebergbau, die. Seine wirtschaftlichen Chancen
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und seine ökologischen Risiken für noch weitgehend unerforschte
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Ökosysteme ist eine der drängendsten Umweltfragen
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unserer Zeit. Kobalt ist ein Element der
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Kontraste, es ist das strahlende Blau der gotischen Kathedralen
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und der verborgene Bestandteil unserer Akkus.
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Es ist das Zentrum eines lebenswichtigen Vitamins und die
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Quelle einer medizinisch genutzten Strahlung.
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Es ist ein Wunder der Geochemie und ein Brennpunkt globaler
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Ungerechtigkeit. Wenn wir ein Smartphone
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aufheben, wenn wir in ein Elektroauto steigen, wenn wir
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ein Gemälde von Monet betrachten.
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Überall dort ist Kobalt ein Element, das in den Tiefen der
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Erde und des Ozeans im Inneren von Sternen und in den
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Enzymkomplexen lebender Zellen gleichermaßen zu Hause ist.
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Und vielleicht ist genau das die wichtigste Lektion, die ein
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Element wie Kobalt uns lehren kann.
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Dass unsere technologische Welt nicht losgelöst von der Erde
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existiert, von der sie stammt. Dass jedes Smartphone, jede
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Batterie, jeder Akku seinen Ursprung in der Erdkruste hat
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und dass die Art, wie wir diese Ressourcen gewinnen, über das
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Schicksal von Menschen, Ökosystemen und letztlich des
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gesamten Planeten entscheidet. Die Erde, die uns Kobalt
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schenkt, die Kobaltblau in mittelalterliches Glas zaubert
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und das Vitamin in unseren Zellen formt.
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Diese Erde ist nicht unerschöpflich, sie ist ein
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empfindliches System, in dem alles miteinander zusammenhängt,
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zu erkennen, wie tief wir mit ihr verknüpft sind, ist
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vielleicht der erste und wichtigste Schritt, sie besser
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zu schützen. Danke, dass du diese Folge von
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Wissensreise durch das Periodensystem mit mir geteilt
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hast. Von den Kobolden des Erzgebirges
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bis zu den Akkus von Morgen, Kobalt ist ein Element, das uns
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überall begleitet. Oft ohne dass wir es bemerken.
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Und wenn du beim nächsten Blick auf ein mittelalterliches
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Kirchenfenster oder beim Aufladen deines Handys einen
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Moment innehältst und an all das denkst, was in diesem kleinen
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Element steckt, dann hat diese Reise ihr Ziel erreicht.
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Wenn dir dieser Podcast gefällt, freufre ich mich sehr über ein
23:04
Abonnement, so verpasst du keine neue Folge und wenn du ein paar
23:08
Minuten Zeit hast, hinterlasse uns gerne eine Bewertung auf
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deiner bevorzugten Podcast Plattform.
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Jede Rezension hilft uns, noch mehr Menschen zu erreichen und
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wissen auf diese ruhige, entspannte Weise zu teilen.
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Bis zur nächsten Folge bleib neugierig.