Cobre

El cobre (del Latin Cuprum) es un elemento químico con el símbolo Cu y el número atómico 29. Es un metal de transición, en la tabla periódica se encuentra en el cuarto período y el primer subgrupo (después del nuevo grupo de recuento 11) o grupo de cobre.

El nombre latino cuprum se deriva de (aes) chipre “mineral de la isla griega de Chipre”, en el que el cobre se extraía en la antigüedad.

Como es un metal relativamente blando, el cobre es fácil de moldear y resistente. Como excelente conductor de calor y electricidad, tiene un uso versátil. Además, también pertenece al grupo de metales de la moneda.

Como un metal pesado débilmente reactivo, el cobre es uno de los metales semipreciosos.

Historia

Pepita de cobre

Pepita de cobre

Este metal junto al oro, plata y estaño fueron los primeros metales que la humanidad conoció en su desarrollo.

Dado que es fácil de procesar, ya fue utilizado por las culturas más antiguas conocidas hace unos 10.000 años.

Hujayrat al-Ghuzlan en Jordania fue de alrededor de 4.000 aC. Chr. Una producción en masa de cobre. En alquimia, se asoció con Venus / Feminidad (metales planetarios) y se consideró un compuesto de azufre y mercurio.

Los primeros espejos fueron hechos de este metal. Durante la Edad de Bronce del Mediterráneo Oriental tardío, el cobre se extraía principalmente en Chipre y se exportaba desde allí en su mayoría barrotes de ganado (los llamados lingotes de piel de buey), que pesaban unos 30 kg.

Fragmentos de lingotes de piel de buey chipriota del siglo XVI al XI aC Chr. Se encuentran en gran parte del Mediterráneo, hasta Cerdeña, en los Balcanes e incluso al norte de los Alpes.

El mayor productor de cobre preindustrial fue el Imperio Romano, con una producción anual estimada de 15,000 toneladas.

Posteriormente fue aleado con piezas de estaño y plomo a bronce. Esta aleación más dura y más resistente técnicamente se convirtió en el nombre de la Edad de Bronce.Cuprico

La distinción entre plomo y estaño solo se introdujo con el creciente conocimiento del metal, por lo que el término bronce es desde la perspectiva actual, solo se aplica a las aleaciones de cobre-estaño-cobre de manera adecuada.

La aleación de cobre-zinc amarillo dorado “latón” ya se conocía en la antigua Grecia. Se derritió mediante el coprocesamiento de los minerales respectivos, pero solo los romanos utilizaron este procedimiento de manera intensiva.

En la antigua Colombia, la aleación de oro y cobre Tumbaga se usaba con frecuencia.
aparición

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Paleolitico

Paleolitico

La era paleolitica

¿Donde encontrar cobre?

El cobre se encuentra en la corteza terrestre con un contenido de aproximadamente 0,006% y, por lo tanto, ocupa el lugar 23 en términos de la abundancia de elementos en la corteza terrestre.

A menudo, el cobre parece digno, es decir, en forma elemental. En la actualidad (a partir de 2017) se conocen más de 3,000 localidades de cobre sólido en todo el mundo, incluso en

  • Afganistán
  • Argentina
  • Australia
  • Bélgica
  • Bolivia
  • Brasil
  • Bulgaria
  • Chile
  • China
  • República Democrática del Congo
  • Alemania
  • Finlandia
  • Francia
  • Grecia
  • India
  • Irán
  • Irlanda
  • Italia
  • Japón
  • Canadá
  • Kazajstán
  • Marruecos
  • Mongolia
  • Namibia
  • Nueva Zelanda
  • Noruega
  • Austria
  • Perú
  • Filipinas
  • Polonia
  • Portugal
  • Rumania
  • Rusia
  • Zambia
  • Suecia
  • Suiza
  • Zimbabwe
  • Eslovaquia
  • España
  • Sudáfrica
  • República Checa
  • Turquía
  • Ucrania
  • Hungría
  • Estados Unidos
  • Reino Unido

En varias muestras de roca de la Cordillera del Atlántico Medio y la Luna, que trajeron la sonda de la misión Luna 24 de Mare Crisium, se pudo detectar este metal.

Productores

Mejores productores cupricos

El productor de cobre más importante es Chile, seguido de Perú y Estados Unidos por un largo camino.

En Europa, Polonia, Portugal y Suecia son dignos de mención. Los principales exportadores se organizaron de 1967 a 1988 en el CIPEC.

Para CIPEC incluido, entre otros Chile, Perú y Papúa Nueva Guinea, en la isla de Bougainville una de las minas de cobre más grandes del mundo en 1988 condujo a una guerra civil.

De importancia histórica fueron las minas de cobre en la península de Keweenaw en Upper Lake (EE. UU.). Hubo el mayor depósito de cobre sólido del mundo.

La degradación tuvo lugar allí ya en tiempos precolombinos. En Alemania se extraía hasta 1990 en la pizarra de cobre de Mansfeld y en Cornualles, no han sido significativos minería de este metal, especialmente en los siglos 18 y 19.

El cobre como mineral

Mineral cuprico

Los depósitos naturales de cobre sólido, es decir, en su forma elemental, se conocían mucho antes de la fundación de la Asociación Mineralógica Internacional (IMA). Por lo tanto, el cobre es reconocido como una especie mineral independiente.

En la naturaleza, generalmente se forma en lavas basálticas, ya sea en forma de “cobre rojo“, pepitas metálicas brillantes (solidificadas por fusión) o en estructuras ramificadas, llamadas dendritas.

Puede estar asociada con muchos otros minerales tales como calcita, cuarzo y plata.

Los minerales de cobre son comunes. Así cobre de calcopirita (calcopirita, CuFeS2), calcosina (vista cobre, Cu2S), más raramente, de bornita (bornita, Cu5FeS4) Atacamit es (CuCl2 · Cu (OH) 2), malaquita (Cu2 [(OH) 2 | CO3] ) y otros minerales.

Para 2019, se conocían 636 minerales de cobre. Los minerales con la más alta concentración en el compuesto son cuprita (a 88,8%), algodonita (a 83,6%), paramelaconita, tenorita y calcocita (a 79,9%).

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Características del cobre

Propiedades físicas

caracteristicas del cobre

Con una densidad de 8920 kg / m³, es uno de los metales pesados ​​que cristaliza en el sistema cúbico centrados en la cara y, por lo tanto, tiene un empaque esférico cúbico y compacto con el grupo espacial Fm3m (grupo de salas número 225).

El parámetro de celosía para cobre puro es de 0,3615 nm (equivalente a 3,615 Å) para 4 unidades de fórmula por unidad de celda.

Es un muy buen conductor del calor. Su punto de fusión es de 1083.4 ° C. De manera similar, tambien es un muy buen conductor eléctrico con una conductividad eléctrica de 58 · 106 S / m.

Su conductividad es solo un poco peor que la plata y mucho mejor que el oro. Dado que todas las mezclas disueltas en cobre, especialmente las impurezas como el fósforo y el hierro reducen en gran medida la conductividad, a menudo se buscan los niveles más altos de pureza para los materiales conductores.

La dureza de cobre de Mohs es de 2,5 a 3, lo que corresponde a una dureza Vickers (VHN) de 77-99 con una fuerza de prueba de 100 g.

Al trabajar en frío, la resistencia aumenta de 150 a 200 MPa (estado de fundición) a valores de alrededor de 450 MPa.

El alargamiento a la rotura es de 4.5% con valores de dureza alrededor de 100 HB.

La forja es muy posible a temperaturas de 700 a 800 ° C. Las deformaciones en frío pueden llevarse a cabo bien sin recocido intermedio.

Tiene un color rojo brillante, el color de la línea es rosa. El color rojo se debe al hecho de que absorbe un poco más la luz verde y azul complementaria a una temperatura normal. Comienza en el aire y se vuelve marrón rojizo.

Con la intemperie y la corrosión, la superficie lisa se pierde muy lentamente (a menudo durante siglos) y el color cambia de marrón rojizo a azul verdoso debido a la formación de una pátina.

Propiedades quimicas

Propiedades quimicas del cobre

Se produce en los estados de oxidación 0, +1, +2, +3 y +4, más comúnmente en +1 y +2, siendo +2 el estado de oxidación más estable en soluciones acuosas; El nivel +4 es extremadamente raro (por ejemplo, en Cs2CuF6).

Las sales de cobre (II) (por ejemplo, sulfato de cobre) son principalmente de color azul o verde. Este metal tiene algunas propiedades químicas similares a la plata y el oro en el mismo grupo.

Una capa de este mineral metálico se deposita sobre un clavo de hierro sumergido en una solución de sulfato de cobre, para lo cual el hierro se disuelve como sulfato de hierro, porque el hierro es menos noble que el cobre.

Este metal normalmente no es atacado por el ácido clorhídrico, pero es fuertemente atacado en presencia de oxígeno, y se disuelve por el ácido sulfúrico caliente.

También se disuelve en ácido nítrico y aqua regia. Una mezcla de ácido clorhídrico o ácido sulfúrico con peróxido de hidrógeno disuelve el cobre muy rápidamente.

El metal también es atacado por ácidos orgánicos. Contra los álcalis se comporta de forma estable. Al calor rojo, reacciona con el oxígeno para formar una capa gruesa de óxido de cobre.

El cobre es pasivado por el flúor y sus compuestos. Dependiendo del tamaño del grano, el polvo de este metal es inflamable o combustible.

El metal en una forma compacta no es inflamable y no es atacado más por la formación de una capa delgada de óxido de aire y agua, por lo que es resistente al aire limpio y al agua.

En el cobre líquido, el oxígeno y el hidrógeno se disuelven, lo que puede convertirse en vapor al solidificarse la masa fundida y, por lo tanto, formar la causa de la porosidad del gas en la colada.

En las especies de cobre que contienen oxígeno, se pueden formar grietas y vacíos en contacto con los gases que contienen hidrógeno, lo que da como resultado la denominada fragilización por hidrógeno del cobre.

Propiedades biologicas

En comparación con muchos otros metales pesados, el cobre es relativamente débil para los organismos superiores.

Por lo tanto, una persona puede comer 0,04 gramos diariamente sin sufrir ningún daño a su salud. En forma libre, no unida a proteínas, el cobre tiene propiedades antibacterianas.

También el agua de la flor, que se almacena en recipientes de este metal o en la que se coloca una moneda de cobre, no se ensucia tan rápido.

Propiedades bactericidas

El cobre es tóxico para muchos microorganismos incluso en bajas concentraciones. Por lo tanto (pero también porque son fáciles de instalar), las tuberías de agua a menudo contienen cobre. }

Debido a las propiedades bactericidas del cobre, se está evaluando en pruebas a gran escala para determinar si tiene sentido económico equipar las habitaciones de los hospitales con manijas de las puertas con revestimiento de este material.

Por ejemplo, un estudio clínico de 2008/2009 muestra que en la Clínica Asklepios en Wandsbeck, Hamburgo, después de reemplazar 50 manijas / placas de puertas e interruptores de luz, los gérmenes de MRSA se redujeron al 63%.

Con una humedad de 7.2 a 19.7%, un estudio realizado en Chile determinó una reducción en el número de gérmenes en objetos hechos de aleaciones de este material hasta en un 92%.

Un estudio multicéntrico de Estados Unidos de 2010/2011 muestra que la tasa de infección en las “salas de cobre” se reduce en casi un 60%, y que en los objetos de este metal en más de un 80%.

En 2013, el Departamento de Pediatría de Niederberg, Renania del Norte-Westfalia, se convirtió en aleaciones de cobre.

El efecto tóxico es que los iones de de este metal se unen a grupos tiol de proteínas y peroxidan los lípidos de la membrana celular, lo que lleva a la formación de radicales libres que dañan el ADN y las membranas celulares.

En los seres humanos, por ejemplo, en el caso de la enfermedad de Wilson (enfermedad de almacenamiento de excesivo de este metal), esto provoca daños en los órganos con un alto excedente de cobre.

Las aleaciones de cobre con un contenido de este metal de al menos 60% también muestran un efecto tóxico sobre los norovirus.

Acción contra los caracoles

El limo de caracol oxida el cobre, esto crea una sustancia irritante que evita que el caracol se arrastre aún más. De esta manera, sirve como una barrera para las plantas en peligro de extinción.

Necesidades de cobre organico

En la mayoría de los organismos multicelulares, el cobre es un componente de muchas enzimas (metaloenzimas) y, por lo tanto, un oligoelemento vital.

Este metal es parte de la hemocianina azul, que sirve como colorante de la sangre en moluscos y artrópodos para el transporte de oxígeno.

El requerimiento diario de un adulto es de 1.0 a 1.5 miligramos. En el cuerpo humano, se almacena principalmente en el hígado.

El cobre se encuentra principalmente en el chocolate, hígado, granos, verduras y nueces. La deficiencia de cobre rara vez ocurre en los seres humanos, principalmente en la diarrea de larga duración, en niños precoces, después de una malnutrición prolongada o malabsorción por enfermedades como enfermedad de Crohn o fibrosis quística.

La ingesta de altas dosis de zinc, hierro o molibdato también puede llevar a una reducción de la cantidad de cobre en el cuerpo.

El síndrome de Menkes es un raro trastorno congénito del metabolismo del cobre.

Exceso de cobre y envenenamiento.

El exceso de cobre se libera en el sistema digestivo con la bilis para su excreción.

El sulfato de cobre (vitriolo de cobre) es un emético fuerte y, por lo tanto, se ha utilizado para tratar muchas intoxicaciones, como el fósforo blanco, que en este caso particular también tiene la ventaja de unir simultáneamente el fósforo como un fosfuro de cobre poco soluble.

En la enfermedad hereditaria rara de Wilson, la excreción de cobre se ve afectada y hay un aumento en la acumulación de cobre, primero en el hígado, luego, cuando excreta el cobre en el torrente sanguíneo, en otros órganos.

Otra enfermedad igualmente rara del metabolismo del cobre es el síndrome de Menkes. Si bien las células pueden absorber el cobre, no pueden seguir transportándose en orden, de modo que algunos órganos tienen un mayor contenido de cobre, mientras que otros tienen un menor contenido de este metal.

Cobre y enfermedad de Alzheimer

Una y otra vez se discutió la relación entre el este metal y el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. Ya en 2003, los investigadores sugirieron que disminuye la producción de amiloide A y que la falta de cobre promueve la enfermedad de Alzheimer.

Sin embargo, un estudio piloto de seguimiento de 70 pacientes con Alzheimer no mostró ningún efecto protector debido al aumento de la ingesta de este metal, a pesar de que hubo una estabilización en la disminución de Abeta42 en el LCR, un marcador de la enfermedad de la enfermedad de Alzheimer.

Otros estudios demostraron que el cobre podría ser perjudicial para el cerebro. Por ejemplo, un estudio que utiliza el ionóforo PBT2 como sustancia activa contra el Alzheimer mostró buenos resultados en un estudio de fase II.

La droga se une no solo al zinc sino también al cobre, lo que reduce la concentración de este metal en el cerebro.

Un nuevo estudio muestra que el cobre se acumula en los capilares cerebrales con una ingesta alta a largo plazo y puede dañar la barrera hematoencefálica allí.

Como resultado, la eliminación de beta-amiloide se ve obstaculizada y la acumulación de la sustancia causa la enfermedad de Alzheimer.

Usos del cobre

Joyeria cuprica

El cobre se usa puramente o como una aleación en la instalación eléctrica, para tuberías (calefacción, agua, gases), para piezas de precisión, monedas, cubiertos, obras de arte, instrumentos musicales y mucho más.

Cuando se usa en contacto con otros metales, causará corrosión por contacto cuando se exponga a la humedad.

Después de que la plata tiene cobre antes que oro, la conductividad eléctrica es la segunda más alta de todas las sustancias y, por lo tanto, es utilizada para:

  • Cables eléctricos
  • Ccables de puente
  • Cables eléctricos de sección pequeña
  • Llíneas aéreas
  • Circuitos impresos en circuitos impresos y parcialmente en circuitos integrados.
  • Devanados de alambre en transformadores
  • Inductores
  • Bobinas
  • Motores eléctricos.
  • Cuerpos de ánodo de magnetrones
  • Abrazaderas
  • Patas de conexión de componentes
  • Soportes de contacto
  • Manguitos de presión

Aunque el aluminio es más barato y basado en la masa por longitud, es mejor conductor eléctrico que el cobre.

Sin embargo es voluminoso, por lo tanto, y también porque el cobre puede contactarse mejor y tiene una vida útil más alta, es más preferido como conductor al aluminio, excepto cuando se trata de peso o precio.Usos del cobre

Los cables y hebras de cobre sin oxígeno (OFC), con una pureza de> 99.99%, tienen una estructura cristalina de grano muy fino y una resistencia particularmente alta a la fractura por fatiga. Se utilizan para cables y líneas de tensión mecánica.

Para líneas aéreas, se utilizan aleaciones de este metal y magnesio. Se debe encontrar un compromiso entre aumentar la resistencia a la tracción y disminuir la conductividad.

Este material tiene una alta reflectividad en el rango infrarrojo y, por lo tanto, se utiliza como espejo para la radiación láser de dióxido de carbono y para el revestimiento de vidrio (vidrio aislante).

Debido a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión, es adecuado como material para intercambiadores de calor, disipadores de calor y placas de montaje de semiconductores de potencia.

En las artesanías, la hoja de este metal es accionada, y se deforma mediante martillado, lo cual es fácilmente posible debido a su suavidad.

En las bellas artes, todavía se utiliza hoy en día para la producción de planchas de impresión para grabados y grabados.

Incluso los techos están cubiertos con láminas de este material, que luego forman una pátina verdosa persistente. A menudo llamada erróneamente “verdígris”, esta pátina protege el pozo de metal subyacente de una mayor corrosión, de modo que los techos de cobre pueden durar varios siglos.

Clavos hechos de este metal se utilizan en el techo de pizarra tradicional.

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Aleaciones

El cobre también forma parte de muchas aleaciones de este tipo. Como latón (con zinc), bronce (con estaño) y níquel plata (con zinc y níquel).Cañeria de cobre

Estas aleaciones se utilizan ampliamente debido a sus buenas propiedades, como el color, la resistencia a la corrosión y la capacidad de procesamiento.

Una distinción aleaciones forjadas (latón, alpaca) y materiales de fundición (bronce): aleaciones forjadas son por plástico que forma (conformación en caliente: laminado, forjado, etc., o de conformación en frío: trefilado, estampado, laminado en frío, de embutición profunda, etc.) presentada en la forma deseada mientras lanzas materiales Usualmente difícil o imposible moldeable plásticamente.

Dependiendo de la adición de níquel, el color rojizo desaparece y se forman aleaciones resistentes a la corrosión de color amarillento a blanco (cuproníquel).

Muchos materiales de monedas están hechos de este metal, por lo que el “Oro Nórdico” llamado metal de las partes doradas de las monedas en euros es una aleación de cobre, zinc, aluminio y estaño. Las monedas de metal de las monedas de 1 DM válidas hasta 2001 y las partes brillantes de las monedas en euros están hechas de aleaciones de cobre y níquel.

Los compuestos de este metal se utilizan en pigmentos de color, como tóners, en preparaciones médicas y recubrimientos de superficies galvánicos.

Reciclaje de cobre

En Europa occidental, las empresas con tecnologías de proceso y rutas de reciclaje ambientalmente neutrales aseguran que el tratamiento de este material se realice de acuerdo con las regulaciones  existentes.

El comercio de metales recoge la chatarra, los procesa y suministra a las fundiciones de materias primas clasificadas.

También hay rutas de reciclaje directo entre la industria y las cabañas de procesado. Al ser procesado, este metal tiene la misma calidad que la materia prima primaria.

El cobre alcanza una tasa de reciclaje de> 45% en Alemania.

Métodos para el reciclaje de cobre

De las materias primas secundarias, como la chatarra, los metales acompañantes, como el hierro, se clasifican por medio de imanes y los plásticos se separan del cobre por medio de la clasificación por densidad.

La chatarra de cobre puro se puede recuperar fundiendo en el horno de inducción. Entonces él puede ser procesado de nuevo en productos.

La chatarra baja en cobre debe trabajarse mediante un proceso de fusión por concentración.

La deposición de sustancias en vertederos se evita en gran medida.

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