Cobre

Cobre

cobre - Wikilingue - Encydia

Níquel - Cobre Zinco Cu Ag       Tabela completa
General
Nome, símbolo, número	Cobre, Cu, 29
Série química	Metal de transição
Grupo, período, bloco	11 , 4, d
Densidade, dureza Mohs	8960 kg/m³,[1] 3,0
Aparência	Metálico, rojizo
Propriedades atómicas
Peso atómico	63,536 ou
Rádio médio†	135 pm[2]
Rádio atómico calculado	145 pm[2]
Rádio covalente	138 pm[2]
Rádio de Vão der Waals	140 pm[2]
Termo do estado fundamental	Sem dados
Configuração electrónica	[Ar]3d104s1
Estados de oxidación (óxido)	+1, +2 (levemente básico)
Estrutura cristalina	Cúbica centrada nas caras[3]
Propriedades físicas
Estado da matéria	Sólido (diamagnético)
Ponto de fusão	1357,77 K (1084,62 °C)[4]
Ponto de ebullición	3200 K (2927 °C)[4]
Entalpía de vaporización	300 kJ/mol[5]
Entalpía de fusão	13,1 kJ/mol[5]
Pressão de vapor
Pv (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2836
Velocidade do som	3570 m/s a 293,15 K
Informação diversa
Electronegatividad	1,9 (Pauling)[6]
Afinidad electrónica	118,4 (kJ/mol)[7]
Calor específico	385 J/(kg•K)[1]
Conductividad eléctrica	58,108 × 106 S/m[8]
Conductividad térmica	400 W/(m•K)[4]
Coeficiente de dilatación térmico linear	16,5 x 10−6/K[4]
1er potencial de ionización	745,5 kJ/mol[7]
2º potencial de ionización	1957,9 kJ/mol[7]
3er potencial de ionización	3555 kJ/mol[7]
4° potencial de ionización	5536 kJ/mol[7]
E0 (Cu2+ + 2e- → Cu)	0,340 V
Número CAS	7440-50-8
Isótopos mais estáveis
iso. AN Período de semidesintegración MD ED (MeV) PD 63Cu 69,17% Cu é estável com 34 neutrones 64Cu Sintético 12,7 h ε 1,675 64Nem β- 0,579 64Zn 65Cu 30,83% Cu é estável com 36 neutrones 67Cu Sintético 61,83 h β- 0,577 67Zn
Valores no SE e em condições normais (0 °C e 1 atm), salvo que indique-se o contrário. †Calculado a partir de diferentes longitudes de enlace covalente, metálico ou iónico.

O cobre (do latín cŭprum, e este do grego kýpros),^[9] cujo símbolo é Cu, é o elemento químico de número atómico 29. Trata-se de um metal de transição de cor rojizo e brilho metálico que, junto com a prata e o ouro, faz parte da chamada família do cobre, se caracteriza por ser um dos melhores condutores de electricidade (o segundo depois da prata). Graças a sua alta conductividad eléctrica, ductilidad e maleabilidade, converteu-se no material mais utilizado para fabricar cabos eléctricos e outros componentes eléctricos e electrónicos.

O cobre faz parte de uma quantidade muito elevada de ligas que geralmente apresentam melhores propriedades mecânicas, ainda que têm uma conductividad eléctrica menor. As mais importantes são conhecidas com o nome de bronzes e latões. Por outra parte, o cobre é um metal duradouro porque pode-se reciclar um número quase ilimitado de vezes sem que perca suas propriedades mecânicas.

Foi um dos primeiros metais em ser utilizado pelo ser humano na prehistoria. O cobre e sua liga com o estaño, o bronze, adquiriram tanta importância que os historiadores têm chamado Idade do Cobre e Idade do Bronze a dois períodos da Antigüedad. Ainda que seu uso perdeu importância relativa com o desenvolvimento da siderurgia, o cobre e suas ligas seguiram sendo empregues para fazer objectos tão diversos como moedas, sinos e canhões. A partir do século XIX, concretamente da invenção do gerador eléctrico em 1831 por Faraday , o cobre converteu-se de novo em um metal estratégico, ao ser a matéria prima principal de cabos e instalações eléctricas.

O cobre possui um importante papel biológico no processo de fotosíntesis das plantas, ainda que não faz parte da composição da clorofila. O cobre contribui à formação de glóbulos vermelhos e à manutenção dos copos sanguíneos, nervos, sistema inmunitario e ossos e por tanto é um oligoelemento essencial para a vida humana.^[10]

O cobre encontra-se em uma grande quantidade de alimentos habituais da dieta tais como ostras, mariscos, legumes, vísceras e nozes entre outros, além da água potable e portanto é muito raro que se produza uma deficiência de cobre no organismo. O desequilíbrio de cobre ocasiona no organismo uma doença hepática conhecida como doença de Wilson.^[11]

O cobre é o terceiro metal mais utilizado no mundo, por trás do ferro e o alumínio. A produção mundial de cobre refinado estimou-se em 15,8 Mt no 2006, com um déficit de 10,7% em frente à demanda mundial projectada de 17,7 Mt.^[12]

Nomes e símbolos

Símbolo egípcio Anj.

• Etimología. A palavra «cobre» prove do latín cuprum (com o mesmo significado) e este a sua vez da expressão aes cyprium que significa literalmente «da Chipre» devido à grande importância que tiveram as minas de cobre da ilha da Chipre no mundo greco-romano.^[13]

• Siglas e abreviaciones. O símbolo químico actual do cobre é «Cu». Séculos atrás, os alquimistas representaram-no com o símbolo ♀ , que também representava ao planeta Vénus, à deusa grega Afrodita e ao género feminino.^[14] A razão desta relação pode ser que a deusa fenicia Astarté, equivalente em parte a Afrodita, era muito venerada na Chipre, ilha famosa por suas minas de cobre.^[15] O símbolo ♀ guarda a sua vez parecido com o jeroglífico egípcio anj, que representava a vida ou quiçá também a união sexual.^[16]

• Adjectivo. As qualidades particulares do cobre, especificamente ao referente a sua cor e lustre, têm engendrado a raiz do qualificativo cobrizo. A mesma particularidad do material tem sido empregada ao nomear coloquialmente a algumas serpentes da Índia, Austrália e Estados Unidos como «cabeça de cobre».

História

O cobre na Antigüedad

O cobre é um dos poucos metais que podem encontrar na natureza em estado "nativo", isto é, sem combinar com outros elementos. Por isso foi um dos primeiros em ser utilizado pelo ser humano.^[17] Os outros metais nativos são o ouro, o platino, a prata e o ferro proveniente de meteoritos .

Encontraram-se utensilios de cobre nativo de em torno de 7000 a. C. em Çayönü Tepesí (na actual Turquia) e em Iraq. O cobre de Çayönü Tepesí foi recozido mas o processo ainda não estava perfeccionado.^[17] Nesta época, em Oriente Próximo também se utilizavam carbonatos de cobre (malaquita e azurita) com motivos ornamentales. Na região dos Grandes Lagos da América do Norte, onde abundavam os yacimientos de cobre nativo, desde o 4000 a. C. os indígenas acostumavam a golpeá-las até dar-lhes forma de ponta de seta, ainda que nunca chegaram a descobrir a fusão.

Os primeiros crisoles para produzir cobre metálico a partir de carbonatos mediante reduções com carvão datam de V milénio a. C.^[17] É o início da chamada Idade do Cobre, aparecendo crisoles em toda a zona entre os Balcanes e Irão, incluindo o Egipto. Encontraram-se provas da exploração de minas de carbonatos de cobre desde épocas muito antigas tanto em Tracia (Ai Bunar) como na península do Sinaí.^[18] De um modo endógeno, não ligado com as civilizações do Velho Mundo, na América precolombina, em torno do século IV a. C. a cultura Moche desenvolveu a metalurgia do cobre já refinado a partir da malaquita e outros carbonatos cupríferos.

Para o 3500 a. C. a produção de cobre na Europa entrou em declive por causa do agotamiento dos yacimientos de carbonatos. Por esta época produziu-se a irrupción desde o este de uns povos, genericamente denominados kurganes, que portavam uma nova tecnologia: o uso do cobre arsenical. Esta tecnologia, quiçá desenvolvida em Oriente Próximo ou no Cáucaso, permitia obter cobre mediante a oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que o cobre se oxidase, se acrescentava arsénico ao mineral. O cobre arsenical (às vezes chamado também "bronze arsenical") era mais cortante que o cobre nativo e ademais podia se obter dos muito abundantes yacimientos de sulfuros. Unindo-o à também nova tecnologia do molde de duas peças, que permitia a produção em massa de objectos, os kurganes se equiparam de machados de guerra e se estenderam rapidamente.^[17]

Estátua em cobre do faraón Pepy I. Século XXIII a. C.

Ötzi, o cadáver achado nos Alpes e datado para o 3300 a. C., levava um machado de cobre com um 99,7% de cobre e um 0.22% de arsénico.^{[19] [20]} Desta época data também o yacimiento dos Milhares (Almería, Espanha), centro metalúrgico próximo às minas de cobre da serra de Gádor.

Não se sabe como nem onde surgiu a ideia de acrescentar estaño ao cobre, produzindo o primeiro bronze. Acha-se que foi uma descoberta imprevista, já que o estaño é mais macio que o cobre e, no entanto, ao o acrescentar ao cobre se obtinha um material mais duro cujos fios se conservavam mais tempo.^[17] A descoberta desta nova tecnologia desencadeou o começo da Idade do Bronze, datado em torno de 3000  a. C. para Oriente Próximo, 2500 a. C. para Troya e o Danubio e 2000 a. C. para a China. No yacimiento de Bang Chian, em Tailândia , dataram-se objectos de bronze anteriores ao ano 2000 a. C.^[21] Durante muitos séculos o bronze teve um papel protagonista e cobraram grande importância os yacimientos de estaño, com frequência afastados dos grandes centros urbanos daquela época.

O declive do bronze começou para o 1000 a. C., quando surgiu em Oriente Próximo uma nova tecnologia que possibilitou a produção de ferro metálico a partir de minerales férreos. As armas de ferro foram substituindo às de cobre em todo o espaço entre Europa e Oriente Médio. Em zonas como Chinesa a Idade do Bronze se prolongou em vários séculos mais. Teve também regiões do mundo onde nunca chegou a se utilizar o bronze. Por exemplo, a África subsaariana passou directamente da pedra ao ferro.

No entanto, o uso do cobre e o bronze não desapareceu durante a Idade do Ferro. Substituídos no armamento, estes metais passaram a ser utilizados essencialmente na construção e em objectos decorativos como estátuas. O latão, uma liga de cobre e cinc foi inventado para o 600 a. C. Também para esta época se fabricaram as primeiras moedas no estado de Lidia , na actual Turquia. Enquanto as moedas mais valiosas se acuñaron em ouro e prata, as de uso mais quotidiano fizeram-se de cobre e bronze.^[22]

A busca de cobre e metais preciosos pelo Mediterráneo conduziu aos cartagineses a explodir o grande yacimiento de Rio Tinto, na actual província de Huelva. Depois das Guerras Púnicas os romanos apoderaram-se destas minas e seguiram-nas explodindo até esgotar todo o óxido de cobre. Embaixo dele ficou uma grande veta de sulfuro de cobre, o qual os romanos não sabiam aproveitar eficazmente. À queda do Império romano a mina tinha sido abandonada e só foi reaberta quando os andalusíes inventaram um processo mais eficaz para extrair o cobre do sulfuro.^[22]

Idade Média e Idade Moderna

A resistência à corrosão do cobre, o bronze e o latão permitiu que estes metais tenham sido utilizados não só como decorativos senão também como funcionais desde a Idade Média até nossos dias. Entre os séculos X e XII acharam-se na Europa Central grandes yacimientos de prata e cobre, principalmente Rammelsberg e Joachimsthal. Deles surgiu uma grande parte da matéria prima para realizar os grandes sinos, portas e estátuas das catedrais góticas européias.^[22] Além do uso bélico do cobre para a fabricação de objectos, como machados, espadas, capacetes ou corazas; também se utilizou o cobre na Idade Média em luminarias como candiles ou candelabros; em braseiros e em objectos de armazenamento, como arcas ou estuches.^[23]

Os primeiros canhões europeus de ferro forjado datam do século XIV, mas para o século XVI o bronze impôs-se como o material quase único para toda a artilharia e manteve esse domínio até bem entrado no século XIX.^[24] No Barroco, durante os séculos XVII e XVIII, o cobre e suas ligas adquiriram grande importância na construção de obras monumentales, a produção de maquinaria de relojería e uma ampla variedade de objectos decorativos e funcionais.^[25] As monarquias autoritarias do Antigo Regime utilizaram o cobre em liga com a prata (denominada vellón) para realizar repetidas desvalorizações monetárias, chegando à emissão de moedas puramente de cobre, características das dificuldades da Fazenda da Monarquia Hispânica do século XVII (que o utilizou em tanta quantidade que teve que recorrer ao importar da Suécia).^[26]

Idade Contemporânea

Disco de Faraday.

Durante 1831 e 1832, Michael Faraday descobriu que um condutor eléctrico se movendo perpendicularmente a um campo magnético gerava uma diferença de potencial. Aproveitando isto, construiu o primeiro gerador eléctrico, o disco de Faraday, empregando um disco de cobre que girava entre os extremos de um íman com forma de herradura, induzindo uma corrente eléctrica.^[27] O posterior desenvolvimento de geradores eléctricos e seu emprego na história da electricidade tem dado lugar a que o cobre tenha obtido uma importância destacada na humanidade, que tem aumentado sua demanda notavelmente.

Durante grande parte do século XIX, Grã-Bretanha foi o maior produtor mundial de cobre, mas a importância que foi adquirindo o cobre motivou a exploração mineira em outros países, chegando a se destacar a produção nos Estados Unidos e Chile, além da abertura de minas na África. Desta forma, em 1911 a produção mundial de cobre superou o milhão de toneladas de cobre fino.

O aparecimento dos processos que permitiam a produção em massa de aço em meados do século XIX, como o conversor Thomas-Bessemer ou o forno Martin-Siemens deu lugar a que se substituísse o uso do cobre e de suas ligas em algumas aplicações determinadas onde se requeria um material mais tenaz e resistente. No entanto, o desenvolvimento tecnológico que seguiu à Revolução industrial em todos os ramos da actividade humana e os progressos conseguidos na metalurgia do cobre têm permitido produzir uma ampla variedade de ligas. Isto tem dado lugar a que se incrementem os campos de aplicação do cobre, o qual, acrescentado ao desenvolvimento económico de vários países, tem implicado um notável aumento da demanda mundial.

Estados Unidos

Desde princípios do século XIX existiu produção de cobre nos Estados Unidos, primeiro em Míchigan e mais tarde em Arizona . Tratava-se de pequenas minas que explodiam mineral de alta lei.^[28]

O desenvolvimento do processo de flutuação, mais eficaz, para finais do século XIX permitiu pôr em exploração grandes yacimientos de baixa lei, principalmente em Arizona, Montana e Utah. Em poucos anos Estados Unidos converteu-se no primeiro produtor mundial de cobre.^[28]

Em 1916 as minas estadounidenses produziram por vez primeira mais de um milhão de toneladas de cobre, representando em torno das três quartas partes da produção mundial. A produção mineira baixou fortemente a partir da crise de 1929, não só pela redução do consumo senão porque se disparou o reciclaje de metal. A demanda recuperou-se no final dos anos 30, voltando a superar as minas estadounidenses o milhão de toneladas em 1940. No entanto, esta cifra já representava "só" a metade da produção mundial e não chegava a cobrir a demanda interna, pelo que em 1941 o país se converteu pela primeira vez em importador neto de cobre.^[29]

Desde os anos 1950 até a actualidade a produção dos Estados Unidos tem oscilado entre um e dois milhões de toneladas anuais, o qual representa uma fracção a cada vez menor do total mundial (27% em 1970, 17% em 1980, 8% em 2006). Enquanto, o consumo tem seguido crescendo continuamente e isso tem obrigado a importar quantidades a cada vez maiores de metal, se superando o milhão de toneladas importadas por vez primeira em 2001.^[29]

Chile

Em 1810 , ano de sua primeira junta nacional, Chile produzia umas 19.000 toneladas de cobre ao ano. Ao longo do século a cifra foi crescendo até converter ao país no primeiro produtor e exportador mundial. No entanto, no final do século XIX começou um período de decadência, devido por um lado ao agotamiento dos yacimientos de alta lei e por outro ao facto de que a exploração do salitre acaparaba os investimentos mineiras. Em 1897 a produção tinha caído a 21.000 toneladas, quase o mesmo que em 1810.^[30]

A situação alterou para começos do século XX, quando grandes grupos mineiros estadounidenses, dotados de avanços tecnológicos que permitiam a recuperação de cobre em yacimientos de baixa concentração, iniciaram a exploração dos yacimientos chilenos.^[30]

A produção chilena de cobre multiplicou-se por quatro nas duas últimas décadas, devido em grande parte à abertura de minas de capital privado.

O Estado chileno recebeu poucos benefícios da minería de cobre durante toda a primeira metade do século XX. A situação começou a mudar em 1951 com a assinatura do Convênio de Washington, que lhe permitiu dispor de 20% da produção. Em 1966 o Congresso Nacional de Chile impôs a criação de Sociedades Mineiras Mistas com as empresas estrangeiras nas quais o Estado teria 51% da propriedade dos yacimientos. O processo de "chilenización do cobre" culminou em julho de 1971 , baixo o mandato de Salvador Além, quando o Congresso aprovou por unanimidade a nacionalización da Grande Minería do Cobre.^[30]

Em 1976, já baixo o regime militar de Pinochet , o Estado fundou a Corporación Nacional do Cobre de Chile (Codelco) para gerir as grandes minas de cobre.^[30]

A mina de Chuquicamata , na qual se encontraram evidências da extracção de cobre por culturas precolombinas,^[31] iniciou sua construção para a exploração industrial em 1910 ^[32] e a exploração se iniciou o 18 de maio de 1915.^[33] Chuquicamata é a exploração a céu aberto de maiores dimensões do mundo e foi em vários anos a mina de cobre de maior produção do mundo.^[34] No ano 2002 fundiram-se as divisões de Chuquicamata e Radomiro Tomic, criando o complexo mineiro Codelco Norte, que consta de duas minas a céu aberto, Chuquicamata e Mina Sur. Ainda que o yacimiento de Radomiro Tomic foi descoberto nos anos 1950, suas operações começaram em 1995, uma vez actualizados os estudos de viabilidad técnica e económica.^[32]

Em 1995 iniciou-se a construção da mina de Mineira Escondida, na II Região de Antofagasta, e em 1998 iniciaram-se as operações de extracção. É a mina de maior produção do mundo. A Greve da Mineira Escondida no 2006 paralisou a produção durante 25 dias e alterou os preços mundiais do cobre.^{[35] [36]} A produção de Mineira Escondida atingiu em 2007 as 1.483.934 t.^[37] Esta produção representa o 9.5% da produção mundial e o 26% da produção chilena de cobre, segundo estimativas para 2007.^[38]

Nas últimas décadas Chile consolidou-se como o principal produtor de cobre, passando de 14% da produção mundial em 1960 a um 36% em 2006.^[39]

Isótopos

Erro ao criar miniatura:

Configuração electrónica do átomo de cobre.

Na natureza encontram-se duas isótopos estáveis: ⁶³Cu e ⁶⁵Cu. O mais ligeiro deles é o mais abundante (69,17%). Caracterizaram-se até o momento 25 isótopos radiactivos dos quais os mais estáveis são o ⁶⁷Cu, o ⁶⁴Cu e o ⁶¹Cu com períodos de semidesintegración de 61,83 horas, 12,70 horas e 3,333 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, com massas atómicas desde 54,966 uma (⁵⁵Cu) a 78,955 uma (⁷⁹Cu), têm períodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos e a maioria não atingem os 30 segundos. Os isótopos ⁶⁸Cu e ⁷⁰Cu apresentam estados metaestables com um período de semidesintegración maior ao do estado fundamental.

Os isótopos mais ligeiros que o ⁶³Cu estável se desintegran principalmente por emissão beta positiva, originando isótopos de níquel, enquanto os mais pesados que o isótopo ⁶⁵Cu estável se desintegran por emissão beta negativa dando lugar a isótopos de cinc . O isótopo ⁶⁴Cu se desintegra gerando ⁶⁴Zn, por captura electrónica e emissão beta positiva em um 69% e por desintegração beta negativa gera ⁶⁴Nem no 31% restante.^[40]

Propriedades e características do cobre

Propriedades físicas

Coberta do Palácio dos Desportos de México D. F. construída em 1968 com cobre exposto à intemperie.

O cobre possui várias propriedades físicas que propiciam seu uso industrial em múltiplas aplicações, sendo o terceiro metal, após o ferro e do alumínio, mais consumido no mundo. É de cor rojizo e de brilho metálico e, após a prata, é o elemento com maior conductividad eléctrica e térmica. É um material abundante na natureza; tem um preço acessível e recicla-se de forma indefinida; forma ligas para melhorar as prestações mecânicas e é resistente à corrosão e oxidación.

A conductividad eléctrica do cobre puro foi adoptada pela Comissão Electrotécnica Internacional em 1913 como a referência regular para esta magnitude, estabelecendo o International Annealed Copper Standard (Regular Internacional do Cobre Recozido) ou IACS. Segundo esta definição, a conductividad do cobre recozido medida a 20 °C tanto faz a 58,108⁶ S/m.^[8] A este valor de conductividad atribui-se-lhe um índice 100% IACS e a conductividad do resto dos materiais expressa-se em percentagem de IACS. A maioria dos metais têm valores de conductividad inferiores a 100% IACS mas existem excepções como a prata ou os cobres especiais de muito alta conductividad designados C-103 e C-110.^[41]

Propriedades mecânicas

Tanto o cobre como suas ligas têm uma boa maquinabilidad, isto é, são fáceis de mecanizar . O cobre possui muito boa ductilidad e maleabilidade o que permite produzir lâminas e fios muito delgados e finos. É um metal macio, com um índice de dureza 3 na escala de Mohs (50 na escala de Vickers) e sua resistência à tracção é de 210 MPa, com um limite elástico de 33,3 MPa.^[1] Admite processos de fabricação de deformação como laminación ou forja, e processos de solda e suas ligas adquirem propriedades diferentes com tratamentos térmicos como tempere e recozido. Em general, suas propriedades melhoram com baixas temperaturas o que permite o utilizar em aplicações criogénicas.

Características químicas

Techumbre de cobre com pátina de cardenillo na prefeitura de Minneapolis (Minnesota).

Na maioria de seus compostos, o cobre apresenta estados de oxidación baixos, sendo o mais comum o +2, ainda que também há alguns com estado de oxidación +1.

Exposto ao ar, a cor vermelha salmón inicial torna-se vermelho violeta pela formação de óxido cuproso (Cu₂Ou) para ennegrecerse posteriormente pela formação de óxido cúprico (CuO).^[42] A coloración azul do^{Cu +2} deve-se à formação do ión [Cu (OH₂)₆]⁺².^[43]

Exposto longo tempo ao ar húmido, forma uma capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de cor verde e venenoso.^[44] Também podem se formar pátinas de cardenillo , uma mistura venenosa de acetatos de cobre de cor verdoso ou azulado que se forma quando os óxidos de cobre reagem com ácido acético,^[45] que é o responsável pelo sabor do vinagre e se produz em processos de fermentación acética. Ao empregar utensilios de cobre para a cocción de alimentos, devem tomar-se precauções para evitar intoxicaciones por cardenillo que, apesar de seu mau sabor, pode ser mascarado com molhos e condimentos e ser ingerido.

Os halógenos atacam com facilidade ao cobre, especialmente em presença de humidade. Em seco, o cloro e o bromo não produzem efeito e o flúor só lhe ataca a temperaturas superiores a 500 °C.^[42] O cloruro cuproso e o cloruro cúprico, combinados com o oxigénio e em presença de humidade produzem ácido clorhídrico, ocasionando umas manchas de atacamita ou paratacamita, de cor verde pálido a azul verdoso, suaves e polvorientas que não se fixam sobre a superfície e produzem mais cloruros de cobre, iniciando de novo o ciclo da erosión.^[46]

Os ácidos oxácidos atacam ao cobre, pelo qual se utilizam estes ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) e abrillantadores (ácido nítrico). O ácido sulfúrico reage com o cobre formando um sulfuro, CuS (covelina) ou Cu₂S (calcocita) de cor negro e água. Também podem se formar salgues de sulfato de cobre (antlerita) com cores de verde a azul verdoso.^[46] Estes sais são muito comuns nos ánodos dos acumuladores de chumbo que se empregam nos automóveis.

O ácido cítrico dissolve o óxido de cobre, pelo que se aplica para limpar superfícies de cobre, lustrando o metal e formando citrato de cobre. Se após limpar o cobre com ácido cítrico, volta-se a utilizar o mesmo paño para limpar superfícies de chumbo, o chumbo banhar-se-á de uma capa externa de citrato de cobre e citrato de chumbo com uma cor rojizo e negro.

Propriedades biológicas

Nas plantas, o cobre possui um importante papel no processo da fotosíntesis e faz parte da composição da plastocianina. Ao redor de 70% do cobre de uma planta está presente à clorofila, principalmente nos cloroplastos. Os primeiros sintomas nas plantas por deficiência de cobre aparecem em forma de folhas estreitas e retorcidas, além de pontas blanquecinas. As panículas e as vainas podem aparecer vazias por uma deficiência severa de cobre, ocasionando graves perdas económicas na actividade agrícola.^[47]

O cobre contribui à formação de glóbulos vermelhos e à manutenção dos copos sanguíneos, nervos, sistema inmunitario e ossos e por tanto é essencial para a vida humana. O cobre encontra-se em algumas enzimas como a citocromo c oxidasa, a lisil oxidasa e a superóxido dismutasa.^[10]

O desequilíbrio de cobre no organismo quando se produz em forma excessiva ocasiona uma doença hepática conhecida como doença de Wilson, a origem desta doença é hereditario, e aparte do transtorno hepático que ocasiona também danifica ao sistema nervoso. Trata-se de uma doença pouco comum.^[11]

Pode produzir-se deficiência de cobre em meninos com uma dieta pobre em calcio, especialmente se apresentam diarreas ou desnutrición. Também há doenças que diminuem a absorción de cobre, como a doença celiaca, a fibrosis quística ou ao levar dietas restrictivas.^[48]

O cobre encontra-se em uma grande quantidade de alimentos habituais da dieta tais como ostras, mariscos, legumes, vísceras e nozes entre outros, além da água potable e portanto é muito raro que se produza uma deficiência de cobre no organismo.

Precauções sanitárias do cobre

Apesar de que o cobre é um oligoelemento necessário para a vida, uns níveis altos deste elemento no organismo podem ser daninhos para a saúde. A inalação de níveis altos de cobre pode produzir irritação das vias respiratórias. A ingestión de níveis altos de cobre pode produzir náuseas, vómitos e diarrea. Um excesso de cobre no sangue pode danificar o hígado e os riñones, e inclusive causar a morte.^[49] Ingerir por via oral uma quantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal nos humanos.

Para as actividades trabalhistas nas que se elaboram e manipulam produtos de cobre, é necessário utilizar medidas de protecção colectiva que protejam aos trabalhadores. O valor limite tolerado é de 0,2 mg/m³ para a fumaça e 1 mg/m³ para o pó e o nevoeiro. O cobre reage com oxidantes fortes tais como cloratos, bromatos e yoduros, originando um perigo de explosão. Ademais pode ser necessário o uso de equipas de protecção individual como luvas, gafas e mascarillas. Ademais, pode ser recomendável que os trabalhadores se duchen e se mudem de roupa dantes de voltar a sua casa a cada dia.^[49]

A Organização Mundial da Saúde (OMS) em sua Guia da qualidade da água potable recomenda um nível máximo de 2 mg/l.^[50] O mesmo valor tem sido adoptado na União Européia como valor limite de cobre na água potable, enquanto nos Estados Unidos a Agência de Protecção Ambiental tem estabelecido um máximo de 1,3 mg/l.^[51] A água com concentrações de cobre superiores a 1 mg/l pode ensuciar a roupa ao lavá-la e apresentar um sabor metálico desagradable.^{[51] [52]} A Agência para Substâncias Tóxicas e o Registo de Doenças dos Estados Unidos recomenda que, para diminuir os níveis de cobre na água potable que se conduz por encanamentos de cobre, se deixe correr a água pelo menos 15 segundos dantes da beber ou a usar pela primeira vez na manhã.^[49]

As actividades mineiras podem provocar a contaminação de rios e águas subterrâneas com cobre e outros metais durante sua exploração bem como uma vez abandonada a minería na zona. A cor turquesa da água e as rochas deve-se à acção que o cobre e outros metais desenvolvem durante sua exploração mineira.^{[53] [54]}

Ligas e tipos de cobre

Desde o ponto de vista físico, o cobre puro possui muito baixo limite elástico (33 MPa) e uma dureza escassa (3 na escala de Mohs ou 50 na escala de Vickers).^[1] Em mudança, unido em liga com outros elementos adquire características mecânicas muito superiores, ainda que diminui sua conductividad. Existe uma ampla variedade de ligas de cobre, de cujas composições dependem as características técnicas que se obtêm, pelo que se utilizam em multidão de objectos com aplicações técnicas muito diversas. O cobre se alea principalmente com os seguintes elementos: Zn, Sn, Ao, Nem, Bê, Se, Cd, Cr e outros em menor quantia.

Segundo os fins aos que se destinam na indústria, se classificam em ligas para forja e em ligas para moldo. Para identificá-las têm as seguintes nomenclaturas gerais segundo a norma ISO 1190-1:1982 ou seu equivalente UNE 37102:1984.^[55] Ambas normas utilizam o sistema UNS (do inglês Unified Numbering System).^[56]

Latão (Cu-Zn)

Jarrón egípcio de latão, Museu do Louvre, Paris.

O latão, também conhecido como cuzin, é uma liga de cobre, cinc (Zn) e, em menor proporção, outros metais. Obtém-se mediante a fusão de seus componentes em um crisol ou mediante a fusão e redução de menas sulfurosas em um forno de reverbero ou de cubilote . Nos latões industriais, a percentagem de Zn mantém-se sempre inferior a 50%. Sua composição influi nas características mecânicas, a fusibilidad e a capacidade de conformación por fundição , forja e usinagem. Em frio, os lingotes obtidos deformam-se plasticamente produzindo lâminas, varetas ou cortam-se em atiras susceptíveis de esticar-se para fabricar arames. Sua densidade depende de sua composição e geralmente rodada entre 8,4 g/cm³ e 8,7 g/cm³.

As características dos latões dependem da proporção de elementos que intervenham na liga de tal forma que alguns tipos de latão são maleáveis unicamente em frio, outros exclusivamente em quente, e alguns não o são a nenhuma temperatura. Todos os tipos de latões se voltam quebradizos quando se aquecem a uma temperatura próxima no ponto de fusão.

O latão é mais duro que o cobre, mas fácil de mecanizar , gravar e fundir. É resistente à oxidación, às condições salinas e é maleável, pelo que pode laminarse em ferros finas. Sua maleabilidade varia a temperatura e com a presença, inclusive em quantidades mínimas, de outros metais em sua composição.

Um pequeno contribua de chumbo na composição do latão melhora a maquinabilidad porque facilita a fragmentação das virutas na usinagem. O chumbo também tem um efeito lubrificante por seu baixo ponto de fusão, o que permite reduzir o desgaste da ferramenta de corte.

O latão admite poucos tratamentos térmicos e unicamente realizam-se recozidos de homogenización e recristalización. O latão tem uma cor amarela brilhante, com parecido ao ouro, característica que é aproveitada em joyería , especialmente em bisutería , e na galvanização de elementos decorativos. As aplicações dos latões abarcam outros campos muito diversos, como armamento, calderería, solda, fabricação de arames, canos de condensadores e terminais eléctricos. Como não é atacado pela água salgada, se usa também nas construções de barcos e em equipas pesqueiros e marinhos.

O latão não produz chispas por impacto mecânico, uma propriedade atípica nas ligas. Esta característica converte ao latão em um material importante na fabricação de envases para a manipulação de compostos inflamáveis, cepillos de limpeza de metais e em pararrayos.

Bronze (Cu-Sn)

Estátua de bronze. David nu.

As ligas em cuja composição predominan o cobre e o estaño (Sn) se conhecem com o nome de bronze e são conhecidas desde a antigüedad. Há muitos tipos de bronzes que contêm ademais outros elementos como alumínio, berilio, cromo ou silício. A percentagem de estaño nestas ligas está compreendido entre o 2 e o 22%. São de cor amarillento e as peças fundidas de bronze são de melhor qualidade que as de latão, mas são mais difíceis de mecanizar e mais caras.

A tecnologia metalúrgica da fabricação de bronze é um das metas mais importantes da história da humanidade pois deu origem à chamada Idade de Bronze. O bronze foi a primeira liga fabricada voluntariamente pelo ser humano: realizava-se misturando o mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) e o de estaño (casiterita) em um forno alimentado com carvão vegetal. O anidrido carbónico resultante da combustão do carvão, reduzia os minerales de cobre e estaño a metais. O cobre e o estaño que se fundiam, se aleaban entre um 5 e um 10% em peso de estaño.

O bronze emprega-se especialmente em ligas condutoras do calor, em baterías eléctricas e na fabricação de válvulas, encanamentos e uniões de fontanería . Algumas ligas de bronze usam-se em uniões deslizantes, como buchas e descansos, discos de atrito; e outras aplicações onde se requer alta resistência à corrosão como rodetes de turbinas ou válvulas de bombas, entre outros elementos de máquinas. Em algumas aplicações eléctricas é utilizado em resortes .

Alpaca (Cu-Nem-Zn)

Hueveras de alpaca.

As alpacas ou pratas alemãs são ligas de cobre, níquel (Nem) e cinc (Zn). em uma proporção de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, e do 13-25% de cinc.^[57] Suas propriedades variam de forma contínua em função da proporção destes elementos em sua composição, passando de máximos de dureza a mínimos de conductividad Estas ligas têm a propriedade de recusar os organismos marinhos (antifouling). Se a estas ligas de cobre níquel-cinc, acrescentam-se-lhes pequenas quantidades de alumínio ou ferro, constituem ligas que se caracterizam por sua resistência à corrosão marinha, pelo que se utilizam amplamente na construção naval, principalmente nos condensadores e encanamentos, bem como na fabricação de moedas e de resistências eléctricas.^[58]

As ligas de alpaca têm uma boa resistência à corrosão e boas qualidades mecânicas. Sua aplicação abarca-se materiais de telecomunicações, instrumentos e acessórios de fontanería e electricidade, como grifos, abraçadeiras, berços, conectores. Também se emprega na construção e ferretería, para elementos decorativos e nas indústrias químicas e alimentárias, além de materiais de vajillas e orfebrería.^[59]

O monel é uma liga que se obtém directamente dos minerales canadianos, e tem uma composição de Cu=28-30%, Nem=66-67%, Fé=3-3,5%. Este material tem uma grande resistência aos agentes corrosivos e às altas temperaturas.^[60]

O platinoide é um metal branco composto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de cinc e de 1-2% de wolframio .^[61]

Outras ligas

Outras ligas de cobre com aplicações técnicas são as seguintes:

• Cobre-cadmio (Cu-Cd): são ligas de cobre com uma pequena percentagem de cadmio e têm com maior resistência que o cobre puro. Utilizam-se em linhas eléctricas aéreas submetidas a fortes solicitaciones mecânicas como catenarias e cabos de contacto para eléctricos.

• Cobre cromo (Cu-Cr) e Cobre cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): têm uma alta conductividad eléctrica e térmica. Utilizam-se em eléctrodos de solda por resistência, barras de colectores, contactores de potência, equipas siderúrgicos e resortes condutores.

• Cobre ferro-fósforo (Cu-Fé-P). Para a fabricação de elementos que requeiram uma boa conductividad eléctrica e boas propriedades térmicas e mecânicas se acrescentam ao cobre partículas de ferro e fósforo. Estas ligas utilizam-se em circuitos integrados porque têm uma boa conductividad eléctrica, boas propriedades mecânicas e têm uma alta resistência à temperatura.^[62]

• Cobre alumínio (Cu-A o): também conhecidas como bronzes ao alumínio e duraluminio, contêm ao menos um 10% de alumínio. Estas ligas são muito parecidas ao ouro e muito apreciadas para trabalhos artísticos. Têm boas propriedades mecânicas e uma elevada resistência à corrosão. Utilizam-se também para os comboios de aterragem dos aviões , em certas construções mecânicas.^[63]

• Cobre-berilio (Cu-Bê): é uma liga constituída essencialmente por cobre. Esta liga tem importantes propriedades mecânicas e grande resistência à corrosão. Utiliza-se para fabricar berços, moldes para plásticos, eléctrodos para soldar por resistência e ferramentas antideflagrantes.^[64]

• Cobre prata (Cu-Ag) ou cobre à prata: é uma liga débil por seu alto conteúdo de cobre, que se caracteriza por uma alta dureza que lhe permite suportar temperaturas de até 226 °C, mantendo a conductividad eléctrica do cobre.^[65]

• Constantán (Cu₅₅Nem₄₅): é uma liga formada por um 55% de cobre e um 45% de níquel. Caracteriza-se por ter um uma resistividad eléctrica quase constante de 4,9•10⁻⁷ Ω•m em uma ampla faixa de temperaturas, com um coeficiente de temperatura de 10⁻⁵ K⁻¹. Emprega-se na fabricação de termopares , galgas extensiométricas e moedas.

• Manganina (Cu₈₆Mn₁₂Nem₂): é outra liga com um muito baixo coeficiente de temperatura e utiliza-se em galgas extensiométricas e resistores de alta estabilidade. Ademais, seu potencial termoeléctrico de contacto com o cobre por efeito Seebeck é muito pequeno (+0,6 mV/100 K). Seu resistividad eléctrica é de 4,9•10⁻⁷ Ω•m e seu coeficiente de temperatura é de 10⁻⁸ K⁻¹.^[66]

Algumas ligas de cobre têm pequenas percentagens de azufre e de chumbo que melhoram a maquinabilidad da liga. Tanto o chumbo como o azufre têm muito baixa solubilidad no cobre, se separando respectivamente como chumbo (Pb) e como sulfuro cuproso (Cu₂S) nas bordas de grão e facilitando o rompimento das virutas nos processos de usinagem, melhorando a maquinabilidad da liga.^[62]

Processos industriais do cobre

Minería do cobre

Mina a céu aberto em Bingham, Illinois (EE. UU.).

Mina de cobre Chuquicamata, Chile.

O cobre nativo costuma acompanhar a seus minerales em carteiras que afloran à superfície se explodindo em minas a céu aberto. O cobre obtém-se a partir de minerales sulfurados (80%) e de minerales oxidados (20%), os primeiros tratam-se por um processo denominado pirometalurgia e os segundos por outro processo denominado hidrometalurgia.^[67] Geralmente na capa superior encontram-se os minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo em pequenas quantidades, o que explica sua elaboração milenaria já que o metal podia se extrair facilmente em fornos de fosa. A seguir, por embaixo do nível freático, encontram-se as piritas (sulfuros) primárias calcosina (CuS₂) e covellina (CuS) e finalmente as secundárias calcopirita (FeCuS₂) cuja exploração é mais rentable que a das anteriores. Acompanhando a estes minerales encontram-se outros como a bornita (Cu₅FÉS₄), os cobres cinzas e os carbonatos azurita e malaquita que costumam formar massas importantes nas minas de cobre por ser a forma na que usualmente se alteram os sulfuros.

A tecnologia de obtenção do cobre está muito bem desenvolvida ainda que é laboriosa devido à pobreza da lei dos minerales. Os yacimientos de cobre contêm geralmente concentrações muito baixas do metal. Esta é a causa de que muitas das diferentes fases de produção tenham por objecto a eliminação de impurezas.^[68]

Metalurgia do cobre

Mineral de cobre.

Cátodo de cobre.

A metalurgia do cobre depende de que o mineral se presente a forma de sulfuros ou de óxidos .

Para os sulfuros utiliza-se para produzir cátodos a via chamada pirometalurgia, que consiste no seguinte processo: Concentração do mineral -> fundição em forno -> passo a conversores -> afino -> moldo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. O processo de refinado produz uns cátodos com um conteúdo de 99,9% de cobre. Os cátodos são uns ferros de um metro quadrado e um peso de 55 kg.

Outros componentes que se obtêm deste processo são ferro (Fé) e azufre (S), além de muito pequenas quantidades de prata (Ag) e ouro (Au). Como impurezas do processo se extraem também chumbo (Pb), arsénico (As) e mercurio (Hg).

Como regra geral uma instalação metalúrgica de cobre que produza 300.000 t/ano de ánodos, consome 1.000.000 t/ano de concentrado de cobre e como subproductos produz 900.000 t/ano de ácido sulfúrico e 300.000 t/ano de escorias.^[69]

Quando se trata de aproveitar os residuos minerales, a pequena concentração de cobre que há neles se encontra em forma de óxidos e sulfuros, e para recuperar esse cobre se emprega a tecnologia chamada hidrometalurgia, mais conhecida por sua nomenclatura anglosajona Sx-Ew.

O processo que segue esta técnica é o seguinte: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracção-> electrólisis-> cátodo

Esta tecnologia utiliza-se muito pouco porque a quase totalidade de concentrados de cobre encontra-se formando sulfuros, sendo a produção mundial estimada de recuperação de residuos em torno do 15% da totalidade de cobre produzido.^{[69] [70]}

Tratamentos térmicos do cobre

Encanamento de cobre recozido.

O cobre e suas ligas permitem determinados tratamentos térmicos para fins muito determinados sendo os mais usuais os de recozido , refinado e tempere.

O cobre duro recozido apresenta-se muito bem para operações em frio como são: dobrado, estampado e embutido. O recozido produz-se aquecendo o cobre ou o latão a uma temperatura adequado em um forno eléctrico de atmosfera controlada, e depois deixa-se arrefecer ao ar. Há que tentar não superar a temperatura de recozido porque então se queima o cobre e se torna quebradizo e fica inutilizado.

O refinado é um processo controlado de oxidación seguida de uma redução cujo objecto é volatilizar ou reduzir a escorias todas as impurezas contidas no cobre com o fim de obter cobre de grande pureza.^[71]

Os tratamentos térmicos que se realizam aos latões são principalmente recozidos de homogeneización, recristalización e estabilização. Os latões com mais de 35% de Zn podem temperar-se para fazê-los mais macios.

Os bronzes habitualmente submetem-se a tratamentos de recozidos de homogenización para as ligas de moldo; e recozidos contra acritud e de recristalización para as ligas de forja. O tempere dos bronzes de dois elementos constituintes é análogo ao temperado do aço: aquece-se a uns 600 °C e se enfría rapidamente. Com isto se consegue diminuir a dureza do material, ao invés do que sucede ao temperar aço e alguns bronzes com mais de dois componentes.^[72]

Aplicações e usos do cobre

Já seja considerando a quantidade ou o valor do metal empregado, o uso industrial do cobre é muito elevado. É um material importante em multidão de actividades económicas e tem sido considerado um recurso estratégico em situações de conflito.

Cobre metálico

O cobre utiliza-se tanto com um grande nível de pureza, próximo ao 100%, como aleado com outros elementos. O cobre puro emprega-se principalmente na fabricação de cabos eléctricos.

Electricidade e telecomunicações

Cabo eléctrico de cobre.

O cobre é o metal não precioso com melhor conductividad eléctrica. Isto, unido a seu ductilidad e resistência mecânica, o converteram no material mais empregado para fabricar cabos eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Assim mesmo empregam-se condutores de cobre em numerosas equipas eléctricas como geradores, motores e transformadores. A principal alternativa ao cobre nestas aplicações é o alumínio.^[39]

Também são de cobre a maioria dos cabos telefónicos, os quais ademais possibilitam o acesso a Internet . As principais alternativas ao cobre para telecomunicações são a fibra óptica e os sistemas inalámbricos. Por outro lado, todas as equipas informáticas e de telecomunicações contêm cobre em maior ou menor medida, por exemplo em seus circuitos integrados, transformadores e fiação interna.^[39]

Meios de transporte

O cobre emprega-se em vários componentes de carros e camiões, principalmente os radiadores (graças a sua alta conductividad térmica e resistência à corrosão), travões e buchas, ademais naturalmente dos cabos e motores eléctricos. Um carro pequeno contém ao todo em torno de 20 kg de cobre, subindo esta cifra a 45 kg para os de maior tamanho.^[39]

Também os comboios requerem grandes quantidades de cobre em sua construção: 1 - 2 toneladas nos comboios tradicionais e até 4 toneladas nos de alta velocidade. Ademais as catenarias contêm umas 10 toneladas de cobre por quilómetro nas linhas de alta velocidade.^[13]

Por último, os capacetes dos barcos incluem com frequência ligas de cobre e níquel para reduzir o ensuciamiento produzido pelos seres marinhos.

Construção e ornamentación

Cara da Estátua da Liberdade de Nova York, feita com lâminas de cobre sobre uma estrutura de aço.

Uma grande parte das redes de transporte de água estão feitas de cobre ou latão,^[73] devido a sua resistência à corrosão e suas propriedades anti-bacterianas, tendo ficado os encanamentos de chumbo em desuso por seus efeitos nocivos para a saúde humana. Em frente aos encanamentos de plástico, as de cobre têm a vantagem de que não ardem em caso de incêndio e por tanto não libertam fumaças e gases potencialmente tóxicos.^[39]

O cobre e, sobretudo, o bronze utilizam-se também como elementos arquitectónicos e revestimentos em tejados , fachadas, portas e janelas. O cobre emprega-se também com frequência para os pomos das portas de locais públicos, já que suas propriedades anti-bacterianas evitam a propagación de epidemias.^[39]

Duas aplicações clássicas do bronze na construção e ornamentación são a realização de estátuas e de sinos.

O sector da construção consome actualmente (2008) o 26% da produção mundial de cobre.^[13]

Moedas

Moeda de um euro. Disco interior de cuproníquel e exterior de níquel-latão.

Desde o início da acuñación de moedas na Idade Antiga o cobre emprega-se como matéria prima das mesmas, às vezes puro e, mais com frequência, em ligas como o bronze e o cuproníquel.

Exemplos de moedas que incluem cobre puro:

• As moedas de um , duas e cinco céntimos de euro são de aço recoberto de cobre.^[74] A moeda de um centavo de dólar estadounidense é de cinc recoberto de cobre.^[75]

Exemplos de moedas de cuproníquel:

• Disco interior da moeda de um euro e parte exterior da moeda de dois euros.^[74] Moedas de 25 e 50 céntimos de dólar estadounidense.^[75] Moedas espanholas de 5, 10, 25, 50 e 200 pesetas acuñadas desde 1949.^[76]

Exemplos de moedas de outras ligas de cobre:

• As moedas de dez , vinte e cinquenta céntimos de euro são de ouro nórdico, uma liga que contém um 89% de cobre.^[74] As moedas argentinas de 1/2, 1, 5, 10 e 50 centavos de austral são de latão.

Outras aplicações

Instrumento musical de vento.

O cobre participa na matéria prima de uma grande quantidade de diferentes e variados componentes de todo o tipo de maquinaria, tais como buchas, buchas, embellecedores, etc. Faz parte dos elementos de bisutería , bombillas e canos fluorescentes, calderería, electroimanes, instrumentos musicais de vento, microondas, sistemas de calefacção e ar acondicionado. O cobre, o bronze e o latão são aptos para tratamentos de galvanização para cobrir outros metais.

Cobre não metálico

O sulfato de cobre (II) também conhecido como sulfato cúprico é o composto de cobre de maior importância industrial e se emprega como abono e pesticida em agricultura, alguicida na depuração da água e como conservante da madeira.

O sulfato de cobre está especialmente indicado para suplir funções principais do cobre na planta, no campo das enzimas: oxidasas do ácido ascórbico, polifenol, citocromo, etc. Também faz parte da plastocianina contida nos cloroplastos e que participa na corrente de transferência de elétrons da fotosíntesis. Seu absorción realiza-se mediante um processo activo metabólicamente. Praticamente não é afectado pela concorrência de outros cationes mas, pelo contrário, afecta aos demais cationes. Este produto pode ser aplicado a todo o tipo de cultivo e em qualquer zona climática em invernaderos .^[77]

Para a decoración de azulejos e cerâmica, realizam-se vidriados que proporcionam um brilho metálico de diferentes cores. Para decorar a peça uma vez cocida e vidriada, aplicam-se misturas de óxidos de cobre e outros materiais e depois se volta a cocer a peça a menor temperatura.^[78] Ao misturar outros materiais com os óxidos de cobre podem obter-se diferentes tonalidades.^[79] Para as decoraciones de cerâmica, também se empregam filmes metálicos de prata e cobre em misturas coloidales de barnices cerámicos que proporcionam tons parecidos às irisaciones metálicas do ouro ou do cobre.^{[80] [81]}

Um pigmento muito utilizado em pintura para os tons verdes é o cardenillo, também conhecido neste âmbito como verdigris, que consiste em uma mistura formada principalmente por acetatos de cobre, que proporciona tons verdosos ou azulados.^[82]

Produtos do cobre

Fundição: blister e ánodos

O cobre blister (ampollado) e anódico é um material metálico com um nível de pureza de ao redor de 98 a 99,5%, utilizado a sua vez como matéria prima para elaborar produtos de alta qualidade, especialmente, os cátodos de cobre. Se é de boa qualidade pode ser utilizado ocasionalmente na produção de sulfato de cobre e outros produtos químicos derivados. Sua principal aplicação é sua transformação em ánodos de cobre.

Os ánodos de cobre, já semi-refinados, com cerca de 99,6% de pureza, são a matéria prima do processo de refinación electrolítica que permite sua transformação em cátodos de cobre com 99,99% de pureza. Um ánodo de cobre tem umas dimensões aproximadas de 100x125 cm, uma espessura de 5 cm e um peso aproximado de 350 kg.^[83]

Refinaria: cátodos

O cátodo de cobre constitui a matéria prima idónea para a produção de alambrón de cobre de altas especificações. É um produto, com um conteúdo superior ao 99,99% de cobre, é resultante do refino electrolítico dos ánodos de cobre. Sua qualidade está dentro da denominação Cu-CATH-01 baixo a norma EM 1978:1998. Apresenta-se em pacotes corrugados e flejes, cujo ferro tem umas dimensões de 980x930 mm e uma espessura de 7mm com um peso aproximado de 47 kg. Seu uso fundamental é a produção de alambrón de cobre de alta qualidade, ainda que também se utiliza para a elaboração de outros semitransformados de alta exigência.^[84]

Subproductos de fundição e refinaria

Após o processo de elaborar ánodo de cobre e cátodo de cobre obtêm-se os seguintes subproductos: Ácido sulfúrico. Escoria granulada. Lodos electrolíticos. Sulfato de níquel. Yeso

Alambrón

O alambrón de cobre é um produto resultante da transformação de cátodo na colada contínua. Seu processo de produção realiza-se segundo as normas ASTM B49-92 e EM 1977.

As características essenciais do alambrón produzido pela empresa Atlantic-copper são:^[85]

• Diâmetro e tolerância: 8mm +/- 0.4 mm. Cu: 99,97 % min. Oxigénio: 200 ppm. Conductividad eléctrica: > 101% (IACS. Teste de elongación torque: > 450 m (200°C)

O alambrón comercializa-se em bobinas flejadas sobre palet de madeira e protegidas com funda de plástico. Cujas dimensões são: Peso bobina 5000 kg, diâmetro exterior 1785 mm, diâmetro interior 1150 mm e altura 900 mm. As aplicações do alambrón são para a fabricação de cabos eléctricos que requeiram uma alta qualidade, já sejam esmaltados ou multifilares de diâmetros de 0,15/0,20 mm.

Arame de cobre nu

Bobina de arame nu.

O arame de cobre nu produz-se a partir do alambrón e mediante um processo de desbaste e com um forno de recozido. Obtém-se arame nu formado por um fio de cobre electrolítico em três temperes, duro, semiduro e suave e utiliza-se para usos eléctricos produz-se em uma faixa de diâmetros de 1 mm a 8 mm e em bobinas que podem pesar da ordem de 2250 kg. Este arame utiliza-se em linhas aéreas de distribuição eléctrica, em neutros de subestaciones, conexões a terra de equipas e sistemas e para fabricar fios planos, esmaltados e multifilares que podem ter uns diâmetros de 0,25/0,22 mm. Está fabricado a base de cobre de alta pureza com um conteúdo mínimo de 99,9% de Cu. Este tipo de arame tem uma alta conductividad, ductilidad e resistência mecânica bem como grande resistência à corrosão em ambientes salobres.^[86]

Trefilado

Denomina-se trefilado ao processo de adelgazamiento do cobre através do estiramento mecânico que se exerce ao mesmo ao partir de alambrón de 6 ou 8 mm de diâmetro com o objectivo de produzir cabos eléctricos flexíveis com a secção requerida. Um cabo eléctrico compõe-se de vários fios que mediante um processo de extrusão se lhe aplica o isolamento exterior com um composto plástico de PVC ou polietileno. Geralmente o calibre primeiramente é de 6 a 8 mm, para depois emagrecer ao diâmetro requerido. Como o trefilado é um processo contínuo se vão formando diferentes bobinas ou rollos que vão sendo cortados às longitudes requeridas ou estabelecidos pelas normas e são devidamente etiquetados com os correspondentes dados técnicos do cabo.

Chama-se apantallado ao cubrimiento de um condutor central devidamente isolado por vários fios condutores de cobre, que entrelazados ao redor formam um ecrã. Quando é necessário isolar um fio condutor mediante esmaltado se lhe aplica uma capa de barniz (poliesterimida). Estas misturas de resinas são usadas para recobrir o condutor metálico ficando isolados do médio ambiente que o rodeia e conseguindo desta forma conduzir o fluxo eléctrico sem problemas.^[87]

Canos

Bobina de cano de cobre.

Um cano é um produto oco, cuja secção é normalmente redonda, que tem uma periferia contínua e que é utilizado em gasfitería, fontanería e sistemas mecânicos para o transporte de líquidos ou gases.

Os canos de cobre devido às características próprias deste metal de alta resistência à corrosão e sua resistência e sua adaptabilidade conseguem que se utilizem em massa em residências, edifícios, condominios, escritórios, locais comerciais e industriais.

Para a fabricação de cano parte-se, pelo geral de uma mistura de cobre refinado e de chatarra de qualidade controlada, funde-se em um forno e por médio da colada de cobre obtêm-se lingotes conhecidos como «billets», que têm forma cilíndrica, com dimensões que geralmente são de 300 mm de diâmetro e 8 m de longo e que pesam aproximadamente 5 toneladas métricas. Estes blocos metálicos utilizam-se para a fabricação de canos sem costura por médio de uma série de deformações plásticas.

As etapas são as seguintes:

Laminación

Uma das propriedades fundamentais do cobre é sua maleabilidade que permite produzir todo o tipo de lâminas desde espessuras muito pequenas, tanto em forma de rollo contínuo como em ferros de diversas dimensões, mediante as instalações de laminación adequadas.

Fundição de peças

Canhões de bronze fundido. Os Inválidos, Paris.

O cobre puro não é muito adequado para fundição por moldo, porque produz galleo. O galleo produz-se quando o oxigénio do ar é absorvido pelo metal a altas temperaturas formando borbulhas e, ao se arrefecer este, se liberta o ar das borbulhas criando grande quantidade de minúsculos buracos na superfície das peças fundidas.^[88]

Suas ligas se permitem fabricar peças por qualquer dos processos de fundição de peças que existem dependendo do tipo de peça e da quantidade que se tenha que produzir. Os métodos mais usuais de fundição são por moldo e por centrifugado.

Denomina-se fundição por moldo ao processo de fabricação de peças, comummente metálicas mas também de plástico, consistente em fundir um material e introduzir em uma cavidade, chamada molde, onde se solidifica. O processo tradicional é a fundição em areia, por ser esta um material refractario muito abundante na natureza e que, misturada com arcilla, adquire coesão e moldeabilidad sem perder a permeabilidad que possibilita evacuar os gases do molde ao mesmo tempo em que se verte o metal fundido

O processo de fundição centrifugada consiste em depositar uma capa de fundição líquida em um molde de revolução girando a grande velocidade e solidificar rapidamente o metal mediante um enfriamiento contínuo do molde ou coquilla. As aplicações deste tipo de fundição são muito variadas.

Forjado

Imprensa de serigrafia.

O forjado em quente de uma peça consiste em dar forma a um taco de metal levado previamente a uma temperatura adequada e deformado plasticamente entre duas matrizes nas que se realizou em huecograbado o molde da peça desejada mediante a potência proporcionada por uma máquina chamada imprensa. Forja-a realiza-se em quente com a intenção de minimizar a potência mecânica necessária para produzir a deformação plástica que se exige para obter a forma desejada.

O metal de partida é, em origem, uma barra de secção redonda ou outro perfil, cortado de maneira que tenha o volume exacto da peça no caso da matriz fechada, ou acrescentando-lhe um excedente para criar uma rebaba em caso de matriz aberta.

Os produtos do cobre e suas ligas reúnem muito boas condições para produzir peças por processos de serigrafia em quente, permitindo o desenho de peças sumamente complexas graças à grande ductilidad do material e a escassa resistência à deformação que opõe, proporcionando assim uma vida longa às matrizes. Uma liga de cobre é “forjable” em quente se existe uma faixa de temperaturas suficientemente amplo no que a ductilidad e a resistência à deformação sejam aceitáveis. Esta faixa de temperaturas depende de composição química que tenha, na que influem os elementos acrescentados e das impurezas.^[89]

Usinagem

As peças de cobre ou de suas ligas que se vão submeter a trabalhos de usinagem por arranque de viruta têm em sua composição química uma pequena contribuição de chumbo e azufre que provoca uma fractura melhor da viruta cortada.

Actualmente (2008) a usinagem de componentes de cobre, realiza-se baixo o conceito de usinagem rápido em seco com a ferramenta refrigerada por ar se é necessário. Este tipo de usinagem rápido caracteriza-se porque as cabeças das máquinas giram a velocidades muito altas conseguindo grandes velocidades de corte em ferramentas de pouco diâmetro.

Assim mesmo as ferramentas que se utilizam costumam ser integrales de metal duro, com recubrimientos especiais que possibilitam trabalhar com avanços de corte muito elevados. Os recubrimientos e materiais destas ferramentas são muito resistentes ao desgaste, podem trabalhar a temperaturas elevadas, daí que não seja necessário muitas vezes sua referigeração, têm um coeficiente de atrito muito baixo e conseguem acabamentos superficiais muito finos e precisos.^[90]

Solda

Para soldar uniões de cobre ou de suas ligas utilizam-se dois tipos de solda diferentes: solda macia e solda forte.

A solda macia é aquela que se realiza a uma temperatura de uns 200 °C e se utiliza para a união dos componentes de circuitos impressos e electrónicos se utilizam soldadores de estaño e o material de contribua é uma liga de estaño e chumbo em forma de arame em rollo e que tem resina desoxidante em sua alma. É uma solda pouco resistentes e serve par assegurar a continuidade da corrente eléctrica através do circuito.^[91]

As soldas de encanamentos de água e gás realizadas pelos fontaneros são de diversos tipos em função dos materiais que se queiram unir e da estanqueidad que se queira conseguir da solda. Actualmente, a maioria das instalações de água fazem-se com canos de cobre, ainda que pára determinadas conexões usam-se também canos flexíveis e encanamentos de plástico.

A solda de encanamentos de cobre realiza-se com sopletes de gás que proporcionam o lume para fundir o material soldante. Existem sopletes alimentados com gás butano ou propano.

A solda forte de fontanería utiliza como aglutinante o cobre ou a prata. Emprega-se para canalizaciones complexas de calefacção e encanamentos de gás.^[92]

Calderería

Destilería com alambiques de cobre.

Chama-se calderería a uma especialidad profissional do ramo de fabricação metálica que tem como função principal a construção de depósitos aptos para o almacenaje e transporte de sólidos em forma de grãos ou áridos, líquidos e gás bem como todo o tipo de construção naval e estruturas metálicas. Graças à excelente conductividad térmica que tem a chapa de cobre se utiliza para fabricar alambiques, calderas, serpentines, cobertas, etc.

Embutición

Denomina-se embutición ao processo de conformado em frio pelo que se transforma um disco ou peças recortada, segundo o material, em peças ocas, e inclusive partindo de peças previamente embutidas, esticar a uma secção menor com maior altura.

O objectivo é conseguir uma peça oca de acordo com a forma definida pela matriz de embutición que se utilize, mediante a pressão exercida pela imprensa. A matriz de embutición também é conhecida como molde.

Trata-se de um processo de conformado de chapa por deformação plástica no curso do qual a chapa sofre simultaneamente transformações por esticado e por recalcado se produzindo variações em sua espessura. Para a embutición empregam-se, quase exclusivamente, imprensas hidráulicas.^[93]

A chapa de cobre e suas ligas têm umas propriedades muito boas para ser conformados em frio. A embutición é um bom processo para a fabricação em chapa fina de peças com superfícies complexas e altas exigências dimensionais, substituindo com sucesso a peças tradicionalmente fabricadas por fundição e usinagem.^[94]

Serigrafia

Moeda estampada de 50 céntimos de euro.

Conhece-se com o nome de serigrafia à operação mecânica que se realiza para gravar um desenho ou uma lenda na superfície plana de uma peça que geralmente é de chapa metálica. As chapas de cobre e suas ligas reúnem condições muito boas para realizar nelas todo o tipo de gravados.

Os elementos finques da serigrafia constituem-no uma imprensa que pode ser mecânica, pneumática ou hidráulica; de tamanho, forma e potência muito variada, e uma matriz chamada estampa ou troquel, onde está gravado o desenho que se deseja acuñar na chapa, e que ao dar um golpe seco sobre a mesma fica gravado.

O estampado dos metais realiza-se por pressão ou impacto, onde a chapa se adapta à forma do molde. A serigrafia é uma das tarefas de usinagem mais fáceis que existem, e permite um grande nível de automatismo do processo quando se trata de realizar grandes quantidades de peças.

A serigrafia pode-se realizar em frio ou em quente, a serigrafia de peças em quente chama-se forja, e tem um funcionamento diferente à serigrafia em frio que se realiza em chapas geralmente. As chapas de aço, alumínio, prata, latão e ouro são as mais adequadas para a serigrafia. Uma das tarefas de serigrafia mais conhecidas é a que realiza o estampado das caras das moedas no processo de acuñación das mesmas.

Troquelado

Imprensa troqueladora de excêntrica.

Denomina-se troquelado à operação mecânica que se realiza para produzir peças de chapa metálica ou onde seja necessário realizar diversos buracos nas mesmas. Para realizar esta tarefa, utilizam-se desde simples mecanismos de accionamento manual até sofisticadas imprensas mecânicas de grande potência.

Os elementos básicos de uma imprensa troqueladora constituem-no o troquel que tem a forma e dimensões exteriores da peça ou dos buracos que se queiram realizar, e a matriz de corte por onde se insere o troquel quando é impulsionado de forma enérgica pela potência que lhe proporciona a imprensa mediante um accionamento de excêntrica que tem e que proporciona um golpe seco e contundente sobre a chapa, produzindo um corte limpo da mesma.

Segundo o trabalho que se tenha que realizar, assim são desenhadas e construídas as imprensas. Há matrizes simples e progressivas onde a chapa, que está em forma de grandes rollos, avança automaticamente provocando o trabalho de forma continuado, e não requerendo outros cuidados que mudar de rollo de chapa quando se termina e ir retirando as peças troqueladas bem como vigiar a qualidade do corte que realizam.

Quando o corte se deteriora por desgaste do troquel e da matriz se desmontam da máquina e se lhes rectifica em uma rectificadora plana estabelecendo um novo corte. Uma matriz e um troquel permitem muitos reafilados até que se desgastan totalmente.

Há troqueladoras que funcionam com uma cabeça onde pode levar inserido vários troqueles de diferentes medidas, e uma mesa ampla onde se coloca a chapa que se quer mecanizar. Esta mesa é activada mediante CNC e desloca-se ao longo e largo da mesma a grande velocidade, produzindo as peças com rapidez e exactidão.

Reciclado

O cobre é um dos poucos materiais que não se degradam nem perdem suas propriedades químicas ou físicas no processo de reciclaje.^[39] Pode ser reciclado um número ilimitado de vezes sem perder suas propriedades, sendo impossível distinguir se um objecto de cobre está feito de fontes primárias ou recicladas. Isto faz que o cobre tenha sido, desde a Antigüedad, um dos materiais mais reciclados.^[13]

O reciclado proporciona uma parte fundamental das necessidades totais de cobre metálico. Estima-se que em 2004 o 9% da demanda mundial se satisfez mediante o reciclado de objectos velhos de cobre. Se também se considera "reciclaje" o refundido dos desechos do processo de refinado do mineral, a percentagem de cobre reciclado ascende ao 34% no mundo e até um 41% na União Européia.^[13]

O reciclado do cobre não requer tanta energia como sua extracção mineira. Apesar de que o reciclado requer recolher, classificar e fundir os objectos de metal, a quantidade de energia necessária para reciclar o cobre é só ao redor de 25% da requerida para converter o mineral de cobre em metal.^[95]

A eficácia do sistema de reciclado depende de factores tecnológicos como o desenho dos produtos, económicos como o preço do cobre e sociais como o concienciamiento da população a respeito do desenvolvimento sostenible. Outro factor finque é a legislação. Actualmente existem mais de 140 leis, regulações, directivas e guias nacionais e internacionais que tratam de favorecer a gestão responsável do final do ciclo de vida dos produtos que contêm cobre como por exemplo electrodomésticos, telefones e veículos.^[39]

Na União Européia, a directora 2002/96/CE sobre residuos de aparelhos eléctricos e electrónicos (RAEE, ou WEEE do inglês Waste Electrical and Electronic Equipment) propicia uma política de minimización de desperdicios, que inclui uma obrigatória e drástica redução dos desechos industriais e domiciliários, e incentivos para os produtores que produzem menos residuos.^[96] O objectivo desta iniciativa era reciclar 4 quilos por habitante ao ano a fins de 2006.

Um exemplo de reciclaje em massa de cobre constituiu-o a substituição das moedas nacionais de doze países europeus pelo euro em 2002, a mudança monetária maior da história. Eliminaram-se da circulação umas 260.000 toneladas de moedas, contendo aproximadamente 147.496 toneladas de cobre, que foram fundidas e recicladas para seu uso em uma ampla faixa de produtos, desde novas moedas até diferentes produtos industriais.^[95]

Produção e comércio

Produção mineira

Produção mineira de cobre em 2005.^[97]

Evolução da produção mundial de cobre.

A produção mundial de cobre a partir de minas é de 15,6 milhões de toneladas ao ano (2007). O principal país produtor é Chile, com mais de um terço do total, seguido por Peru e Estados Unidos.^[98]

Dentre as dez maiores minas de cobre do mundo, cinco encontram-se em Chile (Escondida, Codelco Norte, Collahuasi, O Tenente e Os Pelambres), dois na Indonésia, uma nos Estados Unidos, uma na Rússia e outra em Peru (Antamina).^[39]

Reservas

Estima-se que a corteza terrestre contém mais de 3000 milhões de toneladas de cobre, das quais 700 milhões estão no leito marinho. As reservas demonstradas, segundo dados da agência estadounidense de prospecciones geológicas (US Geological Survey), são de 940 milhões de toneladas, estando quase o 40% delas em Chile .^[98]

Por outro lado, dado que é possível reciclar o cobre indefinidamente sem alterar sua composição nem suas propriedades, pode-se considerar que o cobre actualmente em uso no mundo faz parte das reservas do metal.

Comércio e consumo

O cobre é o terceiro metal mais utilizado no mundo, por trás do aço e o alumínio.^[99] Existe um importante comércio mundial de cobre que move uns 30.000 milhões de dólares anuais.^[100]

Os três principais mercados de cobre são o LME de Londres , o COMEX de Nova York e a Carteira de Metais de Shanghái . Estes mercados fixam diariamente o preço do cobre e dos contratos de futuros sobre o metal.^[100] O preço de costuma expressar em dólares / livra e na última década tem oscilado entre os 0,65 $/lb de finais de 2001 e os mais de 4,00 $/lb atingidos em 2006 e em 2008.^[101] O forte encarecimiento do cobre desde 2004, devido principalmente ao aumento da demanda da China e outras economias emergentes,^[102] tem provocado uma onda de roubos de objectos de cobre (sobretudo cabos) em todo mundo, com os consiguientes riscos para a infra-estrutura eléctrica.^{[103] [104] [105] [106]}

Os principais produtores de mineral de cobre são também os principais exportadores, tanto de mineral como de cobre refinado. Os principais importadores são os países industrializados: Japão, Chinesa, Índia, Coréia do Sur e Alemanha para o mineral e Estados Unidos, Alemanha, Chinesa, Itália e Taiwan para o refinado.^[39]

Referências

Bibliografía

• Vários autores (1984). Enciclopedia de Ciência e Técnica. Tomo 4 Cobre, Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.

• Andrews, Michael (1992). O nascimento da Europa: Capítulo 3, Planeta/RTVE. ISBN 84-320-5955-2.

• Coca Cebollero, P. e Rosique Jiménez, J. (2000). Ciência de Materiais. Teoria - ensaios- tratamentos, Edições Pirâmide. ISBN 84-368-0404-X.

• William F. Smith (1998). Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais, Madri: Editorial Mc Graw Hill. ISBN 84-481-1429-9.

Notas

Veja-se também

• Conductividad eléctrica
• Elemento químico essencial
• Iridio
• Metal de transição
• Ouro
• Prata
• Platino

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga conteúdo multimédia sobre Cobre. Commons

Wikcionario

• Wikcionario tem definições para cobre.
• Cobre em Enviromental Chemistry (em inglês)
• Cobre em Jefferson Lab (em inglês)
• Cobre, em ATSDR em Espanhol - ToxFAQs™, Agência de Substâncias Tóxicas e Registo de Doenças, Estados Unidos
• Copper Development Association (em inglês)
• Codelco
• Estatísticas sobre o cobre (produção, consumo e preços), Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) (em inglês)
• Cobre, Fichas Internacionais de Segurança Química, Instituto Nacional de Segurança e Higiene no Trabalho, Espanha
• Torres P., J. C. (2005) Cobre, Médio Ambiente e Saúde. Contribuas da Ciência, Instituto de Inovação em Minería e Metalurgia, Chile
• Cobre, em Dieta e nutrición, Instituto Químico Biológico, Espanha
• Cobre, em webElements.com (em inglês)
• Cobre, em EnvironmentalChemistry.com (em inglês)
• Os metais (1), O cobre, em YouTube . Vídeo sobre a história do cobre.
• Centro Espanhol de Informação do Cobre
• ProCobre Latinoaméricapnb:تانبا

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