Cobre - Ache Tudo e Região

O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 uma. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido.

Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade.

Conhecido desde a antiguidade, o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos ), e em ligas metálicas como latão e bronze.

Características principais

CobreO cobre é um metal de transição avermelhado, que apresenta alta condutibilidade elétrica e térmica, só superada pela da prata.

É possível que o cobre tenha sido o metal mais antigo a ser utilizado, pois se têm encontrado objetos de cobre de 8700 a.C. Pode ser encontrado em diversos minerais e pode ser encontrado nativo, na forma metálica, em alguns lugares.

A condutividade elétrica do cobre merece especial menção por ter sido adotada pela Comissão Eletrotécnica Internacional em 1913 como base da norma IACS.

Na maioria de seus compostos apresenta estados de oxidação baixos, sendo o mais comum o +2 , ainda que existam alguns com estado de oxidação +1. Exposto ao ar, a coloração vermelho salmão inicial torna-se vermelho violeta devido à formação do óxido cuproso ( Cu2O ) para enegrecer-se posteriormente devido à formação do óxido cúprico ( CuO ).

Exposto longamente ao ar úmido forma uma capa aderente e impermeável de carbonato básico de coloração verde, característica de seus sais, que é venenosa. Quando se utilizam caçarolas de cobre para a cocção de alimentos não são infrequentes as intoxicações, devido à ação dos ácidos da comida que originam óxidos, contaminando os alimentos.

Os halogênios atacam com facilidade o cobre, especialmente em presença de umidade; no seco o cloro e o bromo não produzem efeito e o flúor só o ataca a temperaturas superiores a 500 °C. Os oxiácidos atacam o cobre.

Conhecido desde a antiguidade é utilizado, actualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze. Com o enxofre forma um sulfeto (CuS) de coloração branca.

Entre as suas propriedades mecânicas destacam-se sua excepcional capacidade de deformação e ductibilidade. Em geral, suas propriedades melhoram em baixas temperaturas, o que permite utilizá-lo em aplicações criogênicas.

Aplicações

A aplicação por excelência do cobre (Cu) é como material condutor (fios e cabos), destino de aproximadamente 45% do consumo anual de cobre. Outros usos são:

Tubos de condensadores e encanamentos.
Eletroimãs.
Motores elétricos.
Interruptores e relés, tubos de vácuo e magnetrons de fornos microondas.

Se tende ao uso do cobre em circuitos integrados em substituição do alumínio, de menor condutividade. Cunhagem de moedas (com o níquel industrial), sendo empregado na agricultura, na purificação da água e como conservante da madeira. Quando associado a outros metais, os óxidos de cobre formam materiais supercondutores.

História

O cobre nativo, o primeiro metal usado pelo homem, era conhecido por algumas das mais antigas civilizações que se tem notícia e tem sido utilizado pelo menos há 10.000 anos - onde atualmente é o norte do Iraque foi encontrado um colar de cobre de 8700 a.C.; porém o descobrimento acidental do metal pode ter ocorrido vários milênios antes. Em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação do cobre a partir de óxidos como a malaquita e azurita.

Os primeiros indícios de utilização do ouro não foram vislumbrados até 4000 a.C. Descobriram-se moedas, armas, utensílios domésticos sumérios de cobre e bronze de 3000 a.C., assim como egípcios da mesma época, inclusive tubos de cobre. Os egípcios também descobriram que a adição de pequenas quantidades de estanho facilitava a fusão do metal e aperfeiçoaram os métodos de obtenção do bronze; ao observarem a durabilidade do material representaram o cobre com o Ankh, símbolo da vida eterna.

Na antiga China se conhece o uso do cobre desde, ao menos, 2000 anos antes de nossa era, e em 1200 a.C. já fabricavam-se bronzes de excelente qualidade estabelecendo um manifesto domínio na metalurgia sem comparação com a do Ocidente. Na Europa o homem de gelo encontrado no Tirol (Itália) em 1991, cujos restos têm uma idade de 5300 anos, estava acompanhado de um machado com uma pureza de 99,7%, e os elevados índices de arsênico encontrados em seu cabelo levam a supor que fundiu o metal para a fabricação da ferramenta.

Os fenícios importaram o cobre da Grécia, não tardando em explorar as minas do seu território, como atestam os nomes das cidades Calce, Calcis e Calcitis (de χαλκος, bronze), ainda que tenha sido Chipre, a meio caminho entre Grécia e Egito, por muito tempo o país do cobre por excelência, ao ponto de os romanos chamarem o metal de aes cyprium ou simplesmente cyprium e cuprum, donde provém o seu nome.

Além disso, o cobre foi representado com o mesmo signo que Vênus (a afrodite grega), pois Chipre estava consagrada a deusa da beleza e os espelhos eram fabricados com este metal. O símbolo, espelho de Vênus da mitologia e da alquimia, modificação do egípcio Ankh , foi posteriormente adotado por Carl Linné para simbolizar o gênero feminino(♀).

O uso do bronze predominou de tal maneira durante um período da história da humanidade que terminou denominando-se «Era do Bronze». O período de transição entre o neolítico (final da Idade da Pedra) e a Idade do Bronze foi denominado período calcolítico (do grego Chalcos), limite que marca a passagem da pré-história para a história.

Abundância e obtenção

Mina de cobre a céu aberto em Bingham, Utah.Apesar de ser um dos metais menos abundantes da crosta terrestre - 0,12% do mais abundante, o alumínio - é de fácil obtenção apesar de laboriosa, devido a pobreza do metal nos minerais; se considera econômicamente viável extraí-lo de um mineral com quantidades superiores a 0,5% de cobre e muito rentável a partir de 2,5%.

O cobre nativo só acompanha seus minerais em bolsas que afloram na superfície podendo-se explorá-lo a céu aberto. Ainda que não tenham muita importância como minas, tem-se encontrado exemplares notáveis como pedras de cobre de 400 toneladas em Michigan (EUA).

Geralmente na capa superficial são encontrados minerais oxidados (cuprita) junto ao cobre nativo em pequenas quantidades, o que explica a sua utilização milenar já que o metal podia facilmente ser extraido em fornos de fossa. Na continuação, por debaixo do nível freático, são encontradas as piritas (sulfetos) primárias, calcosina (S2Cu) e covelina (SCu) e, finalmente, as secundárias calcopiritas (S2FeCu) cuja exploração é mais rentável que as anteriores.

Acompanhando estes minerais se encontram outros como a bornita (Cu5FeS4), os cobres cinzas, os carbonatos azurita e malaquita que formam massas importantes nas minas de cobre por serem as formas normalmente derivadas dos sulfetos.

Para os recursos mundiais de cobre estima-se que ultrapasse os 1.600 milhões de toneladas na crosta terrestre e a 700 milhões de toneladas nos leitos marítimos. As reservas comprovadas, segundo dados da agência estadounidense de prospecções geológicas (US Geological Survey) é de 940 milhões de toneladas, 40% delas no Chile, o principal minerador de cobre com cerca de 5 milhões de toneladas anuais (aproximadamente 36% da produção mundial).

A produção do cobre começa com a extração do mineral. Esta pode ser realizada a céu aberto (a exploração mais comum), em galerias subterrêneas ou in situ; este último procedimento, minoritário, consiste em filtrar ácido sulfúrico na mina de cobre bombeando, posteriormente, para a superfície as soluções ácidas ricas em cobre.

O mineral extraido por métodos mecânicos , óxidos e sulfetos, é triturado obtendo-se um pó que contém usualmente menos de 1% de cobre. Este deverá ser enriquecido ou concentrado obtendo-se uma pasta com aproximadamente 15% de cobre que, posteriormente, é secado. A partir deste ponto pode-se utilizar outros métodos.

O mineral é transladado a um tanque de lixiviado no qual se filtra ácido sulfúrico diluido obtendo-se uma solução fraca de sulfato de cobre, do qual se obtém o cobre catodo, por eletrólise, procedimento denominado SX/EW (Solution Extraction/Electrowinning). Com o mineral enriquecido se prepara um misto, adicionado os fundentes necessários de base sílica para sulfetos e sulfetos para óxidos, que fundido produz o cobre blister.

Este é refinado através de procedimentos térmicos obtendo-se anodos de cobre que, por sua vez, se refinam por eletrólise usando-os junto a lâminas mãe de cobre como catodo em meio ácido. Do lodo (subproduto da eletrólise) retira-se o ouro, a prata e a platina.

Disco de cobre obtido por lingotamento contínuo (pureza: 99,95%, diâmetro: 83 mm), e polido por tratamento químico.Os tipos de cobre usualmente obtidos são os seguintes:

Cobre tenaz (Tough-Pitch, TP): com conteudo de oxigênio controlado, destinado para aplicações elétricas já que é um cobre de alta condutibilidade (>100% IACS).

Cobre desoxidado (Desoxided Phospor, DP): normalmente não são de alta condutibilidade, por isso empregado onde a propriedade elétrica não é importante como em caldeiras.

Cobre isento de oxigênio (Oxigen Free, OF): é o de maior qualidade, é o mais caro e o menos utilizado. É de alta condutibilidade elétrica.

O cobre catodo obtido mediante um ou outro método tem uma pureza entre 99,9% e 99,99% e é empregado para a fabricação de diferentes tipos de cobre comercial:

Lingotes (wire-bar) de secção trapezoidal para laminação e trefilado.
Placas para laminação de chapas ou fitas.
barras de secção circular para laminação ou fiação.

Isós

Na natureza são encontrados dois isós estáveis: Cu-63 e Cu-65, sendo o mais leve o mais abundante ( 69,17% ). Se tem caracterizado 25 isós radioativos, sendo os mais estáveis o Cu-67, Cu-64 e Cu-61 com vidas médias de 61,83 horas, 12,7 horas e 3,333 horas respectivamente.

Os demais radioisós, com massas atômicas desde 54,966 (Cu-55) a 78,955 (Cu-79), têm vidas médias inferiores a 23,7 minutos, e a maioria não alcançam os 30 segundos. O cobre apresenta, ainda, 2 estados metaestáveis.

Os isós mais leves que o Cu-63 estável se desintegram principalmente por captura eletrônica originando isós de níquel, os mais pesados que o isó Cu-65 estável se desintegram por emissão beta dando lugar a isós de zinco. O isó Cu-64 se desintegra dos dois modos, por captura eletrônica ( 69% ) e os demais por desintegração beta.

Ligas metálicas

Os cobres débilmente ligados são aqueles que contém uma porcentagem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das características do cobre como a maquinabilidade ( facilidade de mecanização ) , resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre.

Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, crômio e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis ( níquel ), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco).

Precauções

Contaminação de água por cobreTodos os compostos de cobre deveriam ser tratados como se fossem tóxicos, uma quantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal em humanos.

O metal em pó é combustível, inalado pode provocar tosse, dor de cabeça e dor de garganta, recomenda-se evitar a exposição laboral e a utilização de protetores como óculos, luvas e máscaras. O valores limites ambientais são de 0,2 mg/m³ para vapor de cobre e 1 mg/m³ para o pó e névoas. Reage com oxidantes fortes tais como cloratos, bromatos e iodatos, originando o perigo de explosões.

A água com conteudo superiores a 1 mg/l pode contaminar com cobre as roupas e objetos lavados com ela, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida com sabor desagradável. A Organização Mundial da Saúde ( OMS ) no Guia para a qualidade da água potável recomenda um nível máximo de 2 mg/L , mesmo valor adotado na União Européia. Nos Estados Unidos a Agência de Proteção Ambiental tem estabelecido um limíte de 1,3 mg/L.

As atividades mineiras podem provocar a contaminação de rios e águas subterrâneas com cobre e outros metais tanto durante a exploração como uma vez abandonada. O derramento mostrado na foto provem de uma mina abandonada em Idaho. A coloração turqueza da água e rochas se deve a presença de precipitados de cobre.

OBSEVAÇÃO: O cobre é um elemento químico essencial para o organismo humano,pois ele possui várias funções por exemplo:ele é um componente de muitas enzimas,e essencial para síntese da hemoglobina e do citocromo,que é úma proteína resposavel pelo transporte de eletrons.O cobre também é essencial para o colágeno da pele é dos ossos.

FONTES DE COBRE:Fígado,peixe,trigo integral,feijão é chocolate

ABSORÇÃO:Alimentos que contém ferro ajuda na absorção do cobre,mas por outro lado o excesso de zinco reduz a absorção do cobre

SINTOMAS DA DEFICIENCIA DO COBRE:Deformação ossea,inutilização do ferro nas células,insuficiecia cardíaca.

SINTOMAS DO EXCESSO DE COBRE:vômitos, dores epigástricas e hemólise.

Geral

Nome, símbolo, número Cobre, Cu, 29
Classe , Série química Metal , metal de transição
Grupo, Período, Bloco 11, 4 , d
Densidade, Dureza 8920 kg/m3, 3,0
Cor e aparência cobre, metálico

Propriedades atômicas
Massa atómica 63,546(3) u
Raio atómico (calc.) 135 (145) pm
Raio covalente 138 pm
Raio de van der Waals 140 pm
Configuração electrónica [Ar]3d104s1
elétrons por Nível de energia 2, 8, 18, 1
Estados de oxidação (óxido) 2,1 (básico)
Estrutura cristalina Cúbica de face centrada
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1357,77 K (1084,62 °C)
Ponto de ebulição 2835 K (2562 °C)
Volume molar 7,11 ×10−6 m3/mol
Entalpia de vaporização 300,3 kJ/mol
Calor de fusão 13,05 kJ/mol
Pressão de vapor 0,0505 Pa a 1358 K
Velocidade do som 3570 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Eletronegatividade 1,9 (Escala de Pauling)
Capacidade calorífica 380 J/(kg*K)
Condutividade elétrica 59,6 106/m ohm
Condutividade térmica 401 W/(m*K)
1º Potencial de ionização 745,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1957,9 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3555 kJ/mol
4º Potencial de ionização 5536 kJ/mol
Isós mais estáveis
iso AN Meia-vida MD ED MeV PD
63Cu 69,17% Cu é isó estável com 34 nêutrons
64Cu 12 h 42 min captura eletrônica 1,675 64Ni
64Cu 12 h 42 min emissão beta 0,579 64Zn
65Cu 30,83% Cu é estável com 36 neutrons

Unidades SI e CNTP exceto onde indicado o contrário.

Foto: wikipedia

Referencia:
Wikipedia
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