- història
- Edat de l'coure
- Edat de el bronze
- Producció i nom
- Propietats físiques i químiques
- aparença
- Nombre atòmic (Z)
- pes atòmic
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- densitat
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat calòrica molar
- expansió tèrmica
- conductivitat tèrmica
- resistivitat elèctrica
- conductivitat elèctrica
- Duresa de Mohs
- reaccions químiques
- Estructura i configuració electrònica
- Números d'oxidació
- Com s'obté
- matèria primera
- Trituració i mòlta
- flotació
- purificació
- electròlisi
- Aliatges de coure
- bronze
- llautó
- monel
- constaten
- BeCu
- altres
- usos
- Cablejat elèctric i motors
- construcció
- acció bioestática
- nanopartícules
- paper biològic
- A la cadena de transport electrònic
- En l'enzim superòxid dismutasa
- A la hemocianina
- Concentració en el cos humà
- referències
El coure és un metall de transició que pertany a el grup 11 de la taula periòdica i ve representat pel símbol químic Cu. Es caracteritza i distingeix per ser un metall de color vermell-ataronjat, molt dúctil i mal·leable, sent a més un gran conductor de l'electricitat i la calor.
En la seva forma metàl·lica es troba com a mineral primari en roques basàltiques. Mentrestant, es presenta oxidat en compostos sulfurosos (els de major explotació minera), arseniuros, clorurs i carbonats; és a dir, una vasta categoria de minerals.
Rellotge despertador fabricat amb coure. Font: Pixabay.
Entre els minerals que el contenen poden esmentar calcocita, calcopirita, bornita, cuprita, malaquita i atzurita. El coure també està present en les cendres de les algues, en els corals marins i en artròpodes.
Aquest metall té una abundància de 80 ppm en l'escorça terrestre, i una concentració mitjana en l'aigua de mar de 2,5 ∙ 10 -4 mg / L. En la naturalesa es presenta com dos isòtops naturals: 63 Cu, amb una abundància de l'69,15%, i el 65 Cu, amb una abundància de l'30,85%.
Hi ha evidències que el coure va ser fos en 8000 a. C. i aliat amb l'estany per formar el bronze, en 4000 a. C. Es considera que només el ferro meteòric i l'or, el precedeixen com els primers metalls utilitzats per l'home. És doncs, sinònim de arcaic i brillantor ataronjat a el mateix temps.
El coure s'utilitza principalment en l'elaboració de cables per a la conducció de l'electricitat en motors elèctrics. Tals cables, petits o grans, componen maquinàries o dispositius de la indústria i en la vida quotidiana.
El coure intervé en la cadena de transport electrònic que permet la síntesi d'ATP; principal compost energètic dels éssers vius. És un cofactor de la superòxid dismutasa: enzim que degrada a l'ió superòxid, compost altament tòxic per als éssers vius.
A més, el coure compleix en la hemocianina un paper en el transport d'oxigen en alguns aràcnids, crustacis i mol·luscs, el qual és semblant a l'realitzat pel ferro en l'hemoglobina.
Malgrat totes les seves accions benèfiques per a l'home, el coure quan s'acumula en el cos humà, com és el cas de la malaltia de Wilson, pot provocar cirrosis hepàtiques, trastorns cerebrals i dany ocular, entre d'altres alteracions.
història
Edat de l'coure
El coure natiu es va usar per a l'elaboració d'artefactes com a substitut de la pedra en el Neolític, probablement entre els anys 9000 i 8000 a. C. El coure és dels primers metalls utilitzats per l'home, després de l'ferro present en els meteorits i l'or.
Hi ha evidències de l'ús de la mineria a l'obtenció el coure en l'any 5000 a. C. Ja per a una data anterior, es construïen articles de coure; tal és el cas d'un pendent elaborat a l'Iraq estimablement al 8700 a. C.
Al seu torn, es creu que la metal·lúrgia va néixer a Mesopotàmia (actual Iraq) al 4000 a. C., quan es va aconseguir reduir el metall dels minerals mitjançant l'ús de foc i el carbó. Després, el coure es Aleo intencionalment amb l'estany per produir el bronze (4000 a. C.).
Alguns historiadors assenyalen una Edat de l'Coure, la qual estaria situada cronològicament entre el Neolític i l'Edat de l'Bronze. Posteriorment, l'Edat del Ferro va substituir a la de Bronze entre els anys 2000 i 1000 a. C.
Edat de el bronze
L'Edat de l'Bronze va començar 4000 anys després que s'aconseguís fondre el coure. Articles de bronze de la cultura Vinca daten de 4500 a. C.; mentre que a Sumèria i Egipte ha objectes de bronze elaborats 3000 anys a. C.
L'ús de l'carboni radioactiu ha permès establir l'existència de mineria de coure a Alderley Edge, Cheshire i Regne Unit, entre els anys 2280 i 1890 a. C.
Es pot assenyalar que Ötzi, el "Home de Gel" amb una data estimada entre 3300 i 3200 a. C., tenia una destral amb un cap de coure pur.
Els romans a partir d'al segle VI a. C. usaven trossos de coure com a moneda. Juli Cèsar feia servir monedes de llautó, aliatge de coure i zinc. A més, les monedes d'Octavio estaven elaborades amb un aliatge de coure, plom i estany.
Producció i nom
La producció de coure en l'Imperi romà arribava a les 150.000 tones anuals, xifra només superada durant la Revolució Industrial. Els romans portaven el coure de Xipre, coneixent com aes Cyprium («metall de Xipre»).
Després, el terme va degenerar en cuprum: nom usat per a designar el coure fins a l'any 1530, quan es va introduir el terme d'arrel anglesa 'copper', per designar el metall.
La Gran Muntanya de Coure a Suècia que va funcionar des del segle X fins a 1992, va cobrir el 60% de l'consum d'Europa al segle XVII. La planta de la Norddeutsche Affinerie a Hamburg (1876), va ser la primera planta moderna de galvanoplàstia que utilitzava coure.
Propietats físiques i químiques
aparença
El coure és un metall vermell ataronjat brillant, mentre que la major part dels metalls natius són grisos o platejats.
Nombre atòmic (Z)
29
pes atòmic
63,546 o
Punt de fusió
1.084,62 ºC
Els gasos comuns com l'oxigen, el nitrogen, el diòxid de carboni i el diòxid de sofre són solubles en el coure fos i afecten les propietats mecàniques i elèctriques de l'metall quan es solidifica.
Punt d'ebullició
2.562 ºC
densitat
- 8,96 g / ml a temperatura ambient.
- 8,02 g / ml en el punt de fusió (líquid).
Cal notar que no hi ha una disminució considerable de la densitat entre la fase sòlida i líquida; ambdues representen materials molt densos.
Calor de fusió
13,26 kJ / mol.
Calor de vaporització
300 kJ / mol.
Capacitat calòrica molar
24,44 J / (mol ∙ K).
expansió tèrmica
16,5 micres / (m ∙ K) a 25 ° C.
conductivitat tèrmica
401 W / (m ∙ K).
resistivitat elèctrica
16,78 Ω ∙ ma 20 ºC.
conductivitat elèctrica
59,6 ∙ 10 6 S / m.
El coure presenta una conducció elèctrica molt alta, només superada per la de la plata.
Duresa de Mohs
3,0.
És doncs, un metall suau i més bastant dúctil. La resistència i la duresa augmenten mitjançant el treball en fred a causa de la formació de cristalls allargat de la mateixa estructura cúbica centrada en la cara present en el coure.
reaccions químiques
Assaig de la flama de l'coure, el qual s'identifica pel color de la seva flama verda blavosa. Font: Swn (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flametest-Co-Cu.swn.jpg)
El coure no reacciona amb l'aigua, però sí amb l'oxigen atmosfèric, recobrint-se d'una capa d'òxid de color negre-marró que subministra protecció a la corrosió a les capes subjacents de l'metall:
2Cu (s) + O 2 (g) → 2CuO
El coure no és soluble en àcids diluïts, però reacciona amb els àcids sulfúric i nítric calents i concentrats. També és soluble en amoníac en solució aquosa i en el cianur de potassi.
Pot resistir l'acció de l'aire atmosfèric i l'aigua de mar. Tanmateix, la seva exposició perllongada porta com a resultat la formació d'una capa fina protectora verd (patina).
La capa anterior és una barreja de carbonat i sulfat de coure, observada en edificacions o escultures antigues, com l'Estàtua de la Llibertat de Nova York.
El coure reacciona escalfat a el vermell amb l'oxigen per donar òxid cúpric (CuO) ia temperatures més elevades forma l'òxid cuprós (Cu 2 O). També reacciona en calent amb el sofre per originar sulfur de coure; per tant, s'entela quan s'exposa a alguns compostos de sofre.
El coure I es crema amb una flama blava en una prova de flama; mentre que el coure II emet una flama verda.
Estructura i configuració electrònica
Els cristalls de coure cristal·litzen en l'estructura cúbica centrada en les cares (fcc, per les seves sigles en anglès: face centered cubic). En aquest vidre fcc, els àtoms Cu romanen unit gràcies a l'enllaç metàl·lic, el qual és comparativament més feble que altres metalls de transició; fet manifestat en la seva gran ductilitat i baix punt de fusió (1084 ° C).
D'acord a la configuració electrònica:
3d 10 4s 1
Tots els orbitals 3d estan plens d'electrons, mentre que hi ha una vacant en l'orbital 4s. Això significa que els orbitals 3d no col·laboren a l'enllaç metàl·lic com hi hagués esperar-se d'altres metalls. Així, els àtoms Cu al llarg de l'vidre solapen les seves orbitals 4s per crear bandes, influint en la força relativament dèbil de les seves interaccions.
De fet, la diferència enèrgica resultant entre els electrons de l'orbital 3d (plens) i 4s (semiplens) és responsable que els cristalls de coure absorbeixin fotons de l'espectre visible, reflectint el seu color ataronjat distintiu.
Els vidres fcc de coure poden tenir diferents mides, els quals, com més petits són, més fort serà la peça metàl·lica. Quan són molt petits, es parla llavors de nanopartícules, sensibles a l'oxidació i reservades per a aplicacions selectives.
Números d'oxidació
El primer número o estat d'oxidació que pot esperar-se de l'coure és el +1, arran de la pèrdua de l'electró del seu orbital 4s. A l'tenir-lo en un compost, s'assumeix l'existència de l'catió Cu + (anomenat comunament ió cuprós).
Aquest i el nombre d'oxidació +2 (Cu 2+) són els més coneguts i abundants per al coure; generalment són els únics que s'ensenyen a nivell de preparatòria. No obstant això, també hi ha els números d'oxidació +3 (Cu 3+) i +4 (Cu 4+), els quals no són tan rars com es pot pensar a primera vista.
Per exemple, les sals de l'anió cuprato, CuO 2 -, representen compostos amb coure (III) o +3; tal és el cas de l'cuprato de potassi, KCuO 2 (K + Cu 3+ O 2 2-).
El coure també, encara que en menor grau i en molt rares ocasions, pot tenir un nombre d'oxidació negatiu: el -2 (Cu 2-).
Com s'obté
matèria primera
Els minerals més utilitzats per a l'extracció de l'coure són els sulfurs de l'metall, principalment la calcopirita (CuFeS 2) i la bornita (Cu 5 FES 4). Aquests minerals aporten el 50% de l'total de l'coure extret. També són utilitzats per obtenir coure la calellita (CUS) i la calcocita (Cu 2 S).
Trituració i mòlta
Inicialment les roques són triturades fins a obtenir fragments rocosos de 1,2 cm. Després es continua amb una mòlta dels fragments rocosos, fins a obtenir partícules de 0,18 mm. Se li afegeix aigua i reactius per obtenir una pasta, la qual és portada després a flotació per obtenir un concentrat de coure.
flotació
En aquesta etapa es formen bombolles que atrapen el coure i els minerals sulfurats que estiguin presents en la polpa. Es realitzen diversos processos de recol·lecció de l'escuma, assecant-per obtenir el concentrat que continua la seva purificació.
purificació
Per separar el coure d'altres metalls i impureses, el concentrat sec és sotmès a grans temperatures en forns especials. El coure refinat a foc (RAF) és modelat en plaques d'un pes aproximat de 225 kg que constituiran ànodes.
electròlisi
L'electròlisi és utilitzada en la refinació de el coure. Els ànodes provinents de la fosa són portats a cel·les electrolítiques per a la seva refinació. El coure es desplaça a l'càtode i les impureses sedimenten en el fons de les cel·les. En aquest procés s'obtenen càtodes de coure amb un 99,99% de puresa.
Aliatges de coure
bronze
El bronze és un aliatge de coure i estany, constituint el coure entre el 80 i el 97% de la mateixa. Es va usar en la fabricació d'armes i utensilis. Actualment s'usa en l'elaboració de parts mecàniques resistents a la fricció i la corrosió.
A més, s'usa en la construcció d'instruments musicals, com ara campanes, gongs, platerets, saxofons i cordes d'arpes, guitarres i piano.
llautó
El llautó és un aliatge de coure i zinc. En els llautons industrials el percentatge de zinc és inferior a l'50%. S'usa en l'elaboració de recipients i estructures metàl·liques.
monel
L'aliatge monel és un aliatge de níquel-coure, amb una relació de 2: 1 entre el níquel i el coure. És resistent a la corrosió i s'usa en intercanviadors de calor, varetes i arcs de lents.
constaten
El constaten és un aliatge constituït per un 55% de coure i 45% de níquel. S'utilitza per fer monedes i es caracteritza per tenir una resistència constant. També l'aliatge cuproníquel s'utilitza per al revestiment exterior de monedes de baixa denominació.
BeCu
L'aliatge coure-beril·li té un percentatge de beril·li de el 2%. Aquest aliatge combina força, duresa, conductivitat elèctrica i resistència a la corrosió. L'aliatge s'usa comunament en connectors elèctrics, productes de telecomunicacions, components d'ordinadors i ressorts petits.
Les eines com claus, tornavisos i martells usats en les plataformes petrolieres i mines de carbó, tenen les inicials BeCu com a garantia que no produeixen espurnes.
altres
Es va usar l'aliatge plata 90% i coure 10% en monedes, fins al 1965 quan es va eliminar l'ús de la plata en totes les monedes, a excepció de la moneda de mig dòlar.
L'aliatge de coure i alumini a el 7% és de color daurat i s'usa en la decoració. Mentrestant, el Shakudo és un aliatge decorativa japonesa de coure i or, en baix percentatge (4 a l'10%).
usos
Cablejat elèctric i motors
Cablejat elèctric de coure. Font: Scott Ehardt
El coure per la seva elevada conducció elèctrica i baix cost és el metall preferit per al seu ús en el cablejat elèctric. El cable de coure s'utilitza en les variades etapes de l'electricitat, com a generació de l'energia elèctrica, transmissió, distribució, etc.
El 50% de l'coure produït en el món s'utilitza en l'elaboració dels cables i filferros elèctrics, per la seva alta conductivitat elèctrica, facilitat per formar filferros (ductilitat), resistència a la deformació ia la corrosió.
També s'utilitza el coure en l'elaboració de circuits integrats i plaques de circuits impresos. El metall s'empra en els dissipadors i intercanviadors de calor per la seva alta conducció tèrmica, la qual li facilita la dissipació de la calor.
El coure és usat en els electroimants, tubs de buit, tubs de raigs catòdics i magnetrons dels forns de microones.
Així mateix, s'utilitza en la construcció de les bobines dels motors elèctrics i els sistemes que posen a funcionar els motors, representant aquests articles al voltant de l'40% de l'consum mundial d'electricitat.
construcció
El coure, per la seva resistència a la corrosió ia l'acció de l'aire atmosfèric, ha estat utilitzat des de fa molt temps en els sostres de l'habitatge, baixants, cúpules, portes, finestres, etc.
Actualment s'usa en el revestiment de les parets i articles decoratius, com accessoris de banys, picaportes de portes i llums. A més, es fa servir en productes antimicrobians.
acció bioestática
El coure impedeix que nombroses formes de vida no pugui créixer sobre d'ell. Era utilitzat en làmines que es col·locaven a la part inferior dels cascos dels vaixells per impedir el creixement de mol·luscs, com els musclos, així com els percebes.
Actualment s'usen pintures amb base de coure per a l'esmentada protecció dels cascos dels vaixells. El coure metàl·lic pot neutralitzar per contacte a nombrosos bacteris.
S'ha estudiat el seu mecanisme d'acció basat en les seves propietats iòniques, corrosives i físiques. La conclusió va ser que el comportament oxidant de l'coure, juntament amb les propietats de solubilitat de les seves òxids són els factors que provoquen que el coure metàl·lic sigui antibacterià.
El coure metàl·lic actua sobre algunes soques d'E coli, S. aureus i Clostridium difficile, virus de el grup A, adenovirus i fongs. Per tant, s'ha projectat fer servir aliatges de coure que estiguin en contacte amb les mans dels passatgers en diferents mitjans de transport.
nanopartícules
L'acció antimicrobiana de l'coure es reforça encara més quan es fan servir les seves nanopartícules, les quals han demostrat ser útils per a tractaments endodòntics.
Així mateix les nanopartícules de coure són excel·lents adsorbents, i pel fet que són ataronjades, un canvi de color en les mateixes representa un mètode colorimètric latent; per exemple, desenvolupat per a la detecció de pesticides ditiocarbamats.
paper biològic
A la cadena de transport electrònic
El coure és un element essencial per a la vida. Intervé en la cadena de transport electrònic, formant part de l'complex IV. En aquest complex es realitza el pas final de la cadena de transport electrònic: la reducció de la molècula d'oxigen per formar aigua.
El complex IV està format per dos grups hem, 1 citocrom ària, un citocrom a 3, així com dos centres de Cu; un denominat CUA i l'altre Cub. El citocrom a 3 i Cub formen un centre binuclear, en el qual es produeix la reducció d'oxigen a aigua.
En aquesta etapa, el Cu passa del seu estat d'oxidació +1 a +2, cedint electrons a la molècula d'oxigen. La cadena de transport electrònic utilitza a l'NADH i FADH 2, provinents de l'cicle de Krebs, com a donadors d'electrons, amb els quals crea un gradient electroquímic d'hidrogen.
Aquest gradient serveix com a font energètica per a la generació d'ATP, en un procés conegut com fosforilació oxidativa. Llavors, i en última instància, la presència de coure és necessària per a la producció d'ATP en les cèl·lules eucariotes.
En l'enzim superòxid dismutasa
El coure forma part de l'enzim superòxid dismutasa, enzim que catalitza la descomposició de l'ió superòxid (O 2 -), compost tòxic per als éssers vius.
La superòxid dismutasa catalitza la descomposició de l'ió superòxid per convertir-lo en oxigen i / o peròxid d'hidrogen.
La superòxid dismutasa pot utilitzar la reducció de l'coure per oxidar el superòxid a oxigen, o pot provocar l'oxidació de l'coure per formar peròxid d'hidrogen a partir de l'superòxid.
A la hemocianina
L'hemocianina es tracta d'una proteïna present en la sang d'alguns aràcnids, crustacis i mol·luscs. Compleix una funció semblant a l'hemoglobina en aquests animals, però en lloc de posseir ferro en el lloc de transport de l'oxigen, posseeix coure.
L'hemocianina presenta dos àtoms de coure al seu lloc actiu. Per aquesta raó, el color de la hemocianina és blau verdós. Els centres metàl·lics de coure no estan en contacte directe, però tenen una ubicació propera. La molècula d'oxigen s'intercala entre els dos àtoms de coure.
Concentració en el cos humà
El cos humà conté entre 1,4 i 2,1 mg de Cu / kg de pes corporal. El coure és absorbit en l'intestí prim i després és dut a l'fetge unit a l'albúmina. D'allí, el coure és transportat a la resta de el cos humà unit a la proteïna plasmàtica ceruloplasmina.
L'excés de coure és excretat a través de la bilis. En alguns casos, però, tal com passa en la malaltia de Wilson, s'acumula el coure en l'organisme, manifestant efectes tòxics de l'metall que afecten el sistema nerviós, els ronyons i els ulls.
referències
- Ghoto, SA, Khuhawar, MI, Jahangir, TM et al. (2019). Applications of copper nanoparticles for colorimetric detection of dithiocarbamate pesticides. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/s40097-019-0299-4
- Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fonts-Rodríguez, Daniela, & Bell-Toledo, Helia. (2016). Copper nanoparticles es Potential Antimicrobial Agent in Disinfecting Root Canals: A Systematic Review. International journal of odontostomatology, 10 (3), 547-554. dx.doi.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
- Wikipedia. (2019). Copper. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Terence Bell. (19 de setembre del 2018). Physical properties of BERYLLIUM copper. Recuperat de: thebalance.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 juliol 2019). Copper Facts: Chemical and Physical Properties. Recuperat de: thoughtco.com
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (26 de Juliol de al 2019). Copper: chemical element. Encyclopaedia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Editor. (10 de novembre del 2018). Calcopirita. Recuperat de: mineriaenlinea.com
- Lenntech BV (2019). Periodic table: copper. Recuperat de: lenntech.com