El cobre es un elemento químico con el símbolo Cu (del latín : cuprum ) y el número atómico 29. Es un metal blando, maleable y dúctil con una conductividad térmica y eléctrica muy alta. Una superficie de cobre puro recién expuesta tiene un color rosado-anaranjado. El cobre se usa como conductor de calor y electricidad, como material de construcción y como componente de varias aleaciones metálicas, como la plata esterlina utilizada en joyería, cuproníquelse usa para fabricar hardware y monedas marinas, y constantan se usa en galgas extensométricas y termopares para medir la temperatura.
El cobre es uno de los pocos metales que pueden ocurrir en la naturaleza en una forma metálica directamente utilizable ( metales nativos ). Esto llevó a un uso humano muy temprano en varias regiones, desde c. 8000 a. C. Miles de años después, fue el primer metal fundido a partir de Minerales de sulfuro, c.
5000 a. C., el primer metal moldeado en un molde, c. 4000 AC y el primer metal que se aleó a propósito con otro metal, el estaño, para crear bronce, c. 3500 a. C.
En la época romana, el cobre se extraía principalmente en Chipre, el origen del nombre del metal, de AES сyprium (metal de Chipre), más tarde corrompido a сuprum (América), de donde coper ( Inglés Antiguo ) y el cobre, utilizado por primera vez en torno 1530.
Los compuestos que se encuentran comúnmente son las sales de cobre (II), que a menudo imparten colores azules o verdes a minerales como azurita, malaquita y turquesa, y se han utilizado ampliamente e históricamente como pigmentos.
El cobre utilizado en los edificios, generalmente para techos, se oxida para formar un verdigris verde (o pátina ). El cobre a veces se usa en el arte decorativo, tanto en su forma de metal elemental como en compuestos como pigmentos. Los compuestos de cobre se usan como agentes bacteriostáticos, fungicidas y conservantes de la madera.
El cobre es esencial para todos los organismos vivos como un Mineral dietético traza porque es un componente clave del complejo enzimático respiratorio citocromo c oxidasa. En moluscos y crustáceos, el cobre es un componente del pigmento sanguíneo hemocianina, reemplazado por la hemoglobina con complejo de Hierro en peces y otros vertebrados.
En los humanos, el cobre se encuentra principalmente en el hígado, los músculos y los huesos. El cuerpo adulto contiene entre 1,4 y 2,1 mg de cobre por kilogramo de peso corporal.
Caracteristicas
Físico
El cobre, la plata y el oro están en el grupo 11 de la tabla periódica; Estos tres metales tienen un electrón s-orbital en la parte superior de una cubierta de electrones d llena y se caracterizan por una alta ductilidad y conductividad eléctrica y térmica. Las cáscaras d rellenas en estos elementos contribuyen poco a las interacciones interatómicas, que están dominadas por los electrones s a través de enlaces metálicos.
A diferencia de los metales con capas D incompletas, los enlaces metálicos en cobre carecen de un carácter covalente y son relativamente débiles. Esta observación explica la baja dureza y la alta ductilidad de los cristales individuales de cobre.A escala macroscópica, la introducción de defectos extendidos en la red cristalina, como los límites de grano, dificulta el flujo del material bajo tensión aplicada, aumentando así su dureza.
Por esta razón, el cobre generalmente se suministra en forma policristalina de grano fino, que tiene mayor resistencia que las formas monocristalinas.
La suavidad del cobre explica en parte su alta conductividad eléctrica (59.6 × 10 6 S / m) y su alta conductividad térmica, la segunda más alta (después de la plata) entre los metales puros a temperatura ambiente. Esto se debe a que la resistividad al transporte de electrones en metales a temperatura ambiente se origina principalmente por la dispersión de electrones en las vibraciones térmicas de la red, que son relativamente débiles en un metal blando.
La densidad de corriente máxima permitida del cobre al aire libre es de aproximadamente 3,1 × 10 6 A / m 2 de área de sección transversal, por encima de la cual comienza a calentarse excesivamente.
El cobre es uno de los pocos elementos metálicos con un color natural que no sea gris o plateado. El cobre puro es rojo anaranjado y adquiere una mancha rojiza cuando se expone al aire. El color característico del cobre es el resultado de las transiciones electrónicas entre los depósitos atómicos llenos 3d y semivacío 4s:
La diferencia de Energía entre estos depósitos corresponde a la luz naranja.
Al igual que con otros metales, si el cobre se pone en contacto con otro metal, se producirá corrosión galvánica.
Químico
El cobre no reacciona con el agua, pero reacciona lentamente con el oxígeno atmosférico para formar una capa de óxido de cobre negro-marrón que, a diferencia del óxido que se forma en el hierro en el aire húmedo, protege el metal subyacente de una mayor corrosión ( pasivación ). A menudo se puede ver una capa verde de cardenillo (carbonato de cobre) en las antiguas estructuras de cobre, como el techo de muchos edificios más antiguos y la Estatua de la Libertad.
El cobre se empaña cuando se expone a algunos compuestos de azufre, con los cuales reacciona para formar varios sulfuros de cobre.
Isótopos
Hay 29 isótopos de cobre. 63 Cu y 65 Cu son estables, con 63 Cu que comprenden aproximadamente el 69% del cobre natural; ambos tienen un giro de 3 / 2. Los otros isótopos son radiactivos, siendo el más estable 67 Cu con una vida media de 61.83 horas. Se han caracterizado siete isótopos metaestables;
68m Cu es el más longevo con una vida media de 3.8 minutos. Isótopos con un número de masa superior a 64 desintegración por β -, mientras que aquellos con un número de masa inferior a 64 decaen por β . 64 Cu, que tiene una vida media de 12.7 horas, se descompone en ambos sentidos.
62 Cu y 64 Cu tienen aplicaciones significativas. 62 Cu se utiliza en 62 Cu-PTSM como un marcador radiactivo para la tomografía por emisión de positrones.
Ocurrencia
El cobre se produce en estrellas masivas y está presente en la corteza terrestre en una proporción de aproximadamente 50 partes por millón (ppm). En la naturaleza, el cobre se encuentra en una variedad de minerales, incluido el cobre nativo, sulfuros de cobre como la calcopirita, bornita, digenita, covenita y calcocita, sulfosaltos de cobre como la tetrahedita-tennantita y enargita, carbonatos de cobre como la azurita y malaquita, y como óxidos de cobre (I) o cobre (II) como cuprita ytenorita, respectivamente.
La mayor masa de cobre elemental descubierta pesaba 420 toneladas y se encontró en 1857 en la península de Keweenaw en Michigan, EE. UU. El cobre nativo es un policristal, con el cristal individual más grande jamás descrito que mide 4.4 × 3.2 × 3.2 cm.
Producción
La mayor parte del cobre se extrae o se extrae como sulfuros de cobre de grandes minas a cielo abierto en depósitos de pórfido de cobre que contienen 0,4 a 1,0% de cobre. Los sitios incluyen Chuquicamata, en Chile, Bingham Canyon Mine, en Utah, Estados Unidos, y El Chino Mine, en Nuevo México, Estados Unidos.
Según el British Geological Survey, en 2005, Chile fue el principal productor de cobre con al menos un tercio de la participación mundial, seguido por Estados Unidos, Indonesia y Perú. El cobre también se puede recuperar mediante el proceso de lixiviación in situ. Varios sitios en el estado de Arizona se consideran candidatos principales para este método.
La cantidad de cobre en uso está aumentando y la cantidad disponible es apenas suficiente para permitir que todos los países alcancen los niveles de uso del mundo desarrollado.
Reservas
El cobre ha estado en uso durante al menos 10,000 años, pero más del 95% de todo el cobre extraído y fundido se ha extraído desde 1900, y más de la mitad se extrajo en los últimos 24 años. Al igual que con muchos recursos naturales, la cantidad total de cobre en la Tierra es enorme, con alrededor de 10 14 toneladas en el kilómetro superior de la corteza terrestre, que tiene un valor de aproximadamente 5 millones de años al ritmo actual de extracción.
Sin embargo, solo una pequeña fracción de estas reservas es económicamente viable con los precios y las tecnologías actuales. Las estimaciones de las reservas de cobre disponibles para la minería varían de 25 a 60 años, dependiendo de supuestos básicos como la tasa de crecimiento. El reciclaje es una fuente importante de cobre en el mundo moderno.Debido a estos y otros factores, el futuro de la producción y el suministro de cobre es objeto de mucho debate, incluido el concepto de pico de cobre, análogo al pico de petróleo.
Históricamente, el precio del cobre ha sido inestable y su precio aumentó desde el mínimo de 60 años de US $ 0,60 / lb (US $ 1,32 / kg) en junio de 1999 a $ 3,75 por libra ($ 8,27 / kg) en mayo de 2006. cayó a $ 2.40 / lb ($ 5.29 / kg) en febrero de 2007, luego se recuperó a $ 3.50 / lb ($ 7.71 / kg) en abril de 2007.
En febrero de 2009, debilitó la demanda global y una fuerte caída en los precios de los productos básicos desde el año anterior los máximos dejaron los precios del cobre en $ 1.51 / lb ($ 3.32 / kg).
Métodos
La concentración de cobre en los minerales tiene un promedio de solo 0.6%, y la mayoría de los minerales comerciales son sulfuros, especialmente calcopirita (CuFeS 2 ), bornita (Cu 5 FeS 4 ) y, en menor medida, calcita (CuS) y calcocita (Cu 2 S). Estos minerales se concentran a partir de minerales triturados hasta el nivel de 10-15% de cobre por flotación por espuma o biolixiviación.
Calentar este material con sílice en la fundición instantánea elimina gran parte del hierro como escoria. El proceso aprovecha la mayor facilidad de convertir sulfuros de hierro en óxidos, que a su vez reaccionan con la sílice para formar la escoria de silicato que flota sobre la masa calentada. El mate de cobre resultante, que consiste en Cu 2 S, se tuesta para convertir todos los sulfuros en óxidos:
2 Cu 2 S 3 O 2 → 2 Cu 2 O 2 SO 2
El óxido cuproso se convierte en blíster de cobre al calentar:
2 Cu 2 O → 4 Cu O 2
El proceso mate de Sudbury convirtió solo la mitad del sulfuro en óxido y luego usó este óxido para eliminar el resto del azufre como óxido. Luego se refinó electrolíticamente y el lodo anódico se explotó para obtener el platino y el oro que contenía. Este paso explota la reducción relativamente fácil de óxidos de cobre a cobre metálico.
Se sopla gas natural a través de la ampolla para eliminar la mayor parte del oxígeno restante y se realiza una electrorefinación en el material resultante para producir cobre puro:
Cu 2 2 e – → Cu
Reciclaje
Al igual que el aluminio, el cobre es reciclable sin pérdida de calidad, tanto en estado bruto como en productos manufacturados. En volumen, el cobre es el tercer metal más reciclado después del hierro y el aluminio. Se estima que el 80% de todo el cobre extraído se sigue utilizando actualmente. De acuerdo con el Panel Internacional de Recursos ‘s existencias de metales en el informe Sociedad, la población mundial per capita de cobre en uso en la sociedad es 35-55 kg.
Gran parte de esto ocurre en países más desarrollados (140–300 kg per cápita) en lugar de países menos desarrollados (30–40 kg per cápita).
El proceso de reciclaje de cobre es aproximadamente el mismo que el utilizado para extraer cobre, pero requiere menos pasos. La chatarra de cobre de alta pureza se funde en un horno y luego se reduce y se echa en palanquillas y lingotes; La chatarra de baja pureza se refina mediante galvanoplastia en un baño de ácido sulfúrico.
Aleaciones
Se han formulado numerosas aleaciones de cobre, muchas de ellas con usos importantes. El latón es una aleación de cobre y zinc. El bronce generalmente se refiere a aleaciones de cobre y estaño, pero puede referirse a cualquier aleación de cobre, como el bronce de aluminio. El cobre es uno de los componentes más importantes de las soldaduras de oro de plata y quilates utilizadas en la industria de la joyería, modificando el color, la dureza y el punto de fusión de las aleaciones resultantes.
Algunas soldaduras sin plomo consisten en aleaciones de estaño con una pequeña proporción de cobre y otros metales.
La aleación de cobre y níquel, llamada cuproníquel, se usa en monedas de baja denominación, a menudo para el revestimiento exterior. La moneda estadounidense de cinco centavos (actualmente llamada níquel ) consta de 75% de cobre y 25% de níquel en composición homogénea. Antes de la introducción del cuproníquel, que fue ampliamente adoptado por los países en la segunda mitad del siglo XX, también se utilizaron aleaciones de cobre y plata, y Estados Unidos utilizó una aleación de 90% de plata y 10% de cobre hasta 1965, cuando se eliminó la plata circulante de todas las monedas, con la excepción del medio dólar, se degradaron a una aleación de 40% de plata y 60% de cobre entre 1965 y 1970.La aleación de 90% de cobre y 10% de níquel, notable por su resistencia a la corrosión, se usa para varios objetos expuestos al agua de mar, aunque es vulnerable a los sulfuros que a veces se encuentran en puertos y estuarios contaminados.
Las aleaciones de cobre con aluminio (aproximadamente el 7%) tienen un color dorado y se usan en decoraciones. Shakudō es una aleación decorativa japonesa de cobre que contiene un bajo porcentaje de oro, típicamente del 4 al 10%, que puede ser patinado a un color azul oscuro o negro.
Compuestos
El cobre forma una rica variedad de compuestos, generalmente con estados de oxidación 1 y 2, que a menudo se denominan cuproso y cúprico, respectivamente. Los compuestos de cobre, ya sean complejos orgánicos u organometálicos, promueven o catalizan numerosos procesos químicos y biológicos.
Compuestos binarios
Al igual que con otros elementos, los compuestos más simples de cobre son compuestos binarios, es decir, aquellos que contienen solo dos elementos, los ejemplos principales son óxidos, sulfuros y haluros. Tanto cuprosos y óxidos cúpricos son conocidos. Entre los numerosos sulfuros de cobre, ejemplos importantes incluyen sulfuro de cobre (I) y sulfuro de cobre (II).
Los haluros cuprosos (con cloro, bromo y Yodo ) son conocidos, al igual que los haluros cúpricos con flúor, cloro y bromo. Los intentos de preparar yoduro de cobre (II) producen solo yoduro cuproso y yodo.
2 Cu 2 4 I – → 2 CuI I 2
Química de coordinación
El cobre forma complejos de coordinación con ligandos. En solución acuosa, el cobre (II) existe como 2. Este complejo exhibe la tasa de intercambio de agua más rápida (velocidad de unión y separación de ligandos de agua) para cualquier complejo acuoso de metal de transición. Agregar hidróxido de sodio acuoso provoca la precipitación de hidróxido de cobre (II) sólido azul claro.
Una ecuación simplificada es:
Cu 2 2 OH – → Cu (OH) 2
El amoníaco acuoso produce el mismo precipitado. Al agregar un exceso de amoníaco, el precipitado se disuelve, formando tetraamminecopper (II) :
Cu (H 2 O) 4 (OH) 2 4 NH 3 → 2 2 H 2 O 2 OH –
Muchos otros oxianiones forman complejos; estos incluyen cobre (II) acetato de etilo, de cobre (II) nitrato, y carbonato de cobre (II). Copper (II) sulfato forma un azul penta cristalina hidrato, el compuesto de cobre más familiar en el laboratorio. Se usa en un fungicida llamado mezcla de Burdeos.
Los polioles, compuestos que contienen más de un grupo funcional de Alcohol, generalmente interactúan con sales cúpricas. Por ejemplo, las sales de cobre se usan para evaluar la reducción de azúcares. Específicamente, utilizando el reactivo de Benedict y la solución de Fehling, la presencia del azúcar se señala mediante un cambio de color de azul Cu (II) a óxido de cobre (I) rojizo.
El reactivo de Schweizer y los complejos relacionados con etilendiamina y otras aminas disuelven la celulosa. Los aminoácidos forman complejos quelatos muy estables.con cobre (II). Existen muchas pruebas químicas húmedas para iones de cobre, una que involucra ferrocianuro de potasio, que produce un precipitado marrón con sales de cobre (II).
Química de organocopper
Los compuestos que contienen un enlace carbono-cobre se conocen como compuestos organocopper. Son muy reactivos con el oxígeno para formar óxido de cobre (I) y tienen muchos usos en química. Se sintetizan tratando compuestos de cobre (I) con reactivos de Grignard, alquinos terminales o reactivos de organolitio;
En particular, la última reacción descrita produce un reactivo de Gilman. Estos pueden sufrir sustitución con haluros de alquilo para formar productos de acoplamiento; como tales, son importantes en el campo de la síntesis orgánica. Cobre (I) acetiluroes altamente sensible a los golpes pero es un intermediario en reacciones como el acoplamiento Cadiot-Chodkiewicz y el acoplamiento Sonogashira.
La adición de conjugado a las enonas y la carbocupración de alquinos también se pueden lograr con compuestos organocópicos. El cobre (I) forma una variedad de complejos débiles con alquenos y monóxido de carbono, especialmente en presencia de ligandos de amina.
Cobre (III) y cobre (IV)
El cobre (III) se encuentra con mayor frecuencia en los óxidos. Un ejemplo simple es el cuprato de potasio, KCuO 2, un sólido azul-negro. Los compuestos de cobre (III) más estudiados son los superconductores de cuprato. El óxido de cobre de itrio-bario y cobre (YBa 2 Cu 3 O 7 ) consta de centros de Cu (II) y Cu (III).
Al igual que el óxido, el fluoruro es un anión altamente básico y se sabe que estabiliza los iones metálicos en estados de alta oxidación. Se conocen fluoruros de cobre (III) e incluso de cobre (IV), K 3 CuF 6 y Cs 2CuF 6, respectivamente.
Algunas proteínas de cobre forman complejos oxo, que también presentan cobre (III). Con los tetrapéptidos, los complejos de cobre (III) de color púrpura se estabilizan mediante los ligandos de amida desprotonada.
Los complejos de cobre (III) también se encuentran como intermedios en las reacciones de los compuestos organocopper. Por ejemplo, en la reacción Kharasch-Sosnovsky.
Historia
Una línea de tiempo del cobre ilustra cómo el metal ha avanzado en la civilización humana durante los últimos 11,000 años.
Prehistórico
Edad de cobre
El cobre ocurre naturalmente como cobre metálico nativo y era conocido por algunas de las civilizaciones más antiguas registradas. La historia del uso del cobre data del 9000 AC en el Medio Oriente; se encontró un colgante de cobre en el norte de Iraq que data del 8700 a. C. La evidencia sugiere que el oro y el hierro meteórico (pero no el hierro fundido) fueron los únicos metales utilizados por los humanos antes que el cobre.
Se cree que la historia de la metalurgia del cobre sigue esta secuencia: Primero, trabajo en frío del cobre nativo, luego recocido, fundición y, finalmente, fundición a la cera perdida. En el sudeste de Anatolia, las cuatro técnicas aparecen más o menos simultáneamente al comienzo del neolítico c. 7500 a.
C.
La fundición de cobre fue inventada independientemente en diferentes lugares. Probablemente se descubrió en China antes del 2800 a. C., en América Central alrededor del año 600 d. C. y en África occidental alrededor del siglo IX o X d. C. La fundición de inversión se inventó en 4500-4000 aC en el sudeste asiático y la datación por carbono ha establecido la minería en Alderley Edge en Cheshire, Reino Unido, entre 2280 y 1890 aC.
Ötzi el Hombre de Hielo, un hombre que data del 3300–3200 a. C., fue encontrado con un hacha con una cabeza de cobre 99.7% puro; Los altos niveles de arsénico en su cabello sugieren una participación en la fundición de cobre.La experiencia con el cobre ha ayudado al desarrollo de otros metales; En particular, la fundición de cobre condujo al descubrimiento de la fundición de hierro.
La producción en el Old Copper Complex en Michigan y Wisconsin data de 6000 a 3000 a. C. El bronce natural, un tipo de cobre hecho de minerales ricos en silicio, arsénico y (raramente) estaño, entró en uso general en los Balcanes alrededor de 5500 a. C.
Edad de Bronce
La aleación de cobre con estaño para hacer bronce se practicó por primera vez unos 4000 años después del descubrimiento de la fundición de cobre, y unos 2000 años después de que el «bronce natural» se hubiera generalizado. Los artefactos de bronce de la cultura Vinča datan de 4500 a. C. Los artefactos sumerios y egipcios de aleaciones de cobre y bronce datan de 3000 a.
C. La Edad del Bronce comenzó en el sudeste de Europa alrededor del 3700–3300 a. C., en el noroeste de Europa alrededor del 2500 a. Terminó con el comienzo de la Edad del Hierro, 2000–1000 a. C. en el Cercano Oriente, y 600 a. C. en el norte de Europa. La transición entre el período neolítico y la Edad de Bronce se denominó anteriormente laPeríodo calcolítico (piedra de cobre), cuando se utilizaron herramientas de cobre con herramientas de piedra.
El término ha caído en desgracia gradualmente porque en algunas partes del mundo, el calcolítico y el neolítico son colindantes en ambos extremos. El latón, una aleación de cobre y zinc, es de origen mucho más reciente. Era conocido por los griegos, pero se convirtió en un suplemento importante para el bronce durante el Imperio Romano.
Antiguo y posclásico
En Grecia, el cobre se conoce con el nombre chalkos (χαλκός). Fue un recurso importante para los romanos, griegos y otros pueblos antiguos. En la época romana, se conocía como aes Cyprium, aes es el término latino genérico para aleaciones de cobre y Cyprium de Chipre, donde se extraía mucho cobre. La frase se simplificó a cuprum, de ahí el cobre inglés.
Afrodita ( Venusen Roma) representaba al cobre en la mitología y la alquimia debido a su brillante belleza y su antiguo uso en la producción de espejos; Chipre era sagrado para la diosa. Los siete cuerpos celestes conocidos por los antiguos estaban asociados con los siete metales conocidos en la antigüedad, y Venus fue asignado al cobre.
El cobre se usó por primera vez en la antigua Gran Bretaña alrededor del siglo III o II a. C. En América del Norte, la minería del cobre comenzó con trabajos marginales por parte de los nativos americanos. Se sabe que el cobre nativo se extrajo de sitios en Isle Royale con herramientas de piedra primitivas entre 800 y 1600.
La metalurgia del cobre florecía en América del Sur, particularmente en Perú alrededor del año 1000 DC. Se han descubierto ornamentales funerarios de cobre del siglo XV, pero la producción comercial del metal no comenzó hasta principios del siglo XX.
El papel cultural del cobre ha sido importante, particularmente en la moneda. Los romanos en los siglos VI al III a. C. utilizaron trozos de cobre como dinero. Al principio, se valoró el cobre en sí, pero gradualmente la forma y el aspecto del cobre se hicieron más importantes. Julio César tenía sus propias monedas hechas de latón, mientras que las monedas de Octavio Augusto César estaban hechas de aleaciones de Cu-Pb-Sn.
Con una producción anual estimada de alrededor de 15,000 t, las actividades romanas de minería y fundición de cobre alcanzaron una escala sin igual hasta la época de la Revolución Industrial; Las provincias más minadas fueron las de Hispania, Chipre y Europa Central.
Las puertas del Templo de Jerusalén usaban bronce corintio tratado con dorado de agotamiento. El proceso fue más frecuente en Alejandría, donde se cree que la alquimia comenzó. En la antigua India, el cobre se usaba en la ciencia médica holística Ayurveda para instrumentos quirúrgicos y otros equipos médicos.
Los antiguos egipcios ( : 2400 aC ) usaban cobre para esterilizar heridas y beber agua, y luego para tratar dolores de cabeza, quemaduras y picazón.
Moderno
La Gran Montaña del Cobre fue una mina en Falun, Suecia, que funcionó desde el siglo X hasta 1992. Satisface dos tercios del consumo de cobre de Europa en el siglo XVII y ayudó a financiar muchas de las guerras de Suecia durante ese tiempo. Fue referido como el tesoro de la nación; Suecia tenía una moneda respaldada por cobre.
El cobre se usa en techos, moneda, y para la tecnología fotográfica conocida como daguerrotipo. El cobre se usó en la escultura renacentista y se usó para construir la Estatua de la Libertad; El cobre continúa siendo utilizado en la construcción de varios tipos. El revestimiento de cobre y el revestimiento de cobre se usaron ampliamente para proteger los cascos submarinos de los barcos, una técnica iniciada por el Almirantazgo británico en el siglo XVIII.
La Norddeutsche Affinerie en Hamburgo fue la primera planta moderna de galvanoplastia, comenzando su producción en 1876. El científico alemánGottfried Osann inventó la metalurgia de polvos en 1830 mientras determinaba la masa atómica del metal; alrededor de entonces se descubrió que la cantidad y el tipo de elemento de aleación (por ejemplo, estaño) al cobre afectaría los tonos de las campanas.
Durante el aumento de la demanda de cobre para la Era de la Electricidad, desde la década de 1880 hasta la Gran Depresión de la década de 1930, Estados Unidos produjo entre un tercio y la mitad del cobre recién extraído del mundo. Los principales distritos incluyeron el distrito Keweenaw del norte de Michigan, principalmente depósitos de cobre nativos, que fue eclipsado por los grandes depósitos de sulfuro de Butte, Montana a fines de la década de 1880, que fue eclipsado por depósitos de pórfido del suroeste de los Estados Unidos, especialmente en Bingham Canyon, Utah y Morenci, Arizona.
La introducción de la minería de pala de vapor a cielo abierto y las innovaciones en fundición, refinación, concentración de flotación y otros pasos de procesamiento condujeron a la producción en masa. A principios del siglo XX, Arizonaocupó el primer lugar, seguido por Montana, luego Utah y Michigan.
La fundición instantánea fue desarrollada por Outokumpu en Finlandia y se aplicó por primera vez en Harjavalta en 1949; El proceso de eficiencia energética representa el 50% de la producción mundial de cobre primario.
El Consejo Intergubernamental de Países Exportadores de Cobre, formado en 1967 por Chile, Perú, Zaire y Zambia, operaba en el mercado del cobre como lo hace la OPEP en el petróleo, aunque nunca logró la misma influencia, particularmente porque el segundo mayor productor, Estados Unidos, nunca fue miembro;
Se disolvió en 1988.
Aplicaciones
Las principales aplicaciones del cobre son cables eléctricos (60%), techos y plomería (20%) y maquinaria industrial (15%). El cobre se usa principalmente como metal puro, pero cuando se requiere una mayor dureza, se coloca en aleaciones como el latón y el bronce (5% del uso total). Durante más de dos siglos, la pintura de cobre se ha utilizado en los cascos de los barcos para controlar el crecimiento de plantas y mariscos.
Una pequeña parte del suministro de cobre se usa para suplementos nutricionales y fungicidas en la agricultura. El mecanizado de cobre es posible, aunque se prefieren las aleaciones para una buena maquinabilidad en la creación de piezas complejas.
Alambre y cable
A pesar de la competencia de otros materiales, el cobre sigue siendo el conductor eléctrico preferido en casi todas las categorías de cableado eléctrico, excepto la transmisión de energía eléctrica aérea, donde a menudo se prefiere el aluminio. El alambre de cobre se utiliza en la generación de energía, la transmisión de energía, distribución de energía, de telecomunicaciones, la electrónica de circuitos, y un sinnúmero de tipos de equipo eléctrico.
El cableado eléctrico es el mercado más importante para la industria del cobre.Esto incluye cableado de energía estructural, cable de distribución de energía, cable de electrodomésticos, cable de comunicaciones, cable y cable automotriz y cable magnético. Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se usa para conductores de cables y alambres eléctricos.
Muchos dispositivos eléctricos dependen del cableado de cobre debido a su multitud de propiedades beneficiosas inherentes, como su alta conductividad eléctrica, resistencia a la tracción, ductilidad, resistencia a la deformación (deformación), resistencia a la corrosión, baja expansión térmica, alta conductividad térmica, facilidad de soldadura, maleabilidad y facilidad de instalación.
Durante un breve período desde fines de la década de 1960 hasta fines de la década de 1970, el cableado de cobre fue reemplazado por cableado de aluminio en muchos proyectos de construcción de viviendas en Estados Unidos. El nuevo cableado estuvo implicado en varios incendios domésticos y la industria volvió al cobre.
Electrónica y dispositivos relacionados
Los circuitos integrados y las placas de circuito impreso presentan cada vez más cobre en lugar de aluminio debido a su conductividad eléctrica superior; Los disipadores de calor y los intercambiadores de calor utilizan cobre debido a sus propiedades superiores de disipación de calor. Los electroimanes, los tubos de vacío, los tubos de rayos catódicos y los magnetrones en hornos de microondas usan cobre, al igual que las guías de ondas para la radiación de microondas.
Motor electrico
La conductividad superior del cobre mejora la eficiencia de los motores eléctricos. Esto es importante porque los motores y los sistemas accionados por motor representan entre el 43% y el 46% de todo el consumo mundial de electricidad y el 69% de toda la electricidad utilizada por la industria. El aumento de la masa y la sección transversal del cobre en una bobina aumenta la eficiencia del motor.
Los rotores de motor de cobre, una nueva tecnología diseñada para aplicaciones de motor donde los ahorros de energía son objetivos primarios de diseño, están permitiendo que los motores de inducción de propósito general cumplan y superen a la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA)estándares de eficiencia premium.
Arquitectura
El cobre se ha utilizado desde la antigüedad como un material arquitectónico duradero, resistente a la corrosión y resistente a la intemperie. Los techos, tapajuntas, canaletas, bajantes, cúpulas, agujas, bóvedas y puertas se han hecho de cobre durante cientos o miles de años. El uso arquitectónico del cobre se ha ampliado en los tiempos modernos para incluir revestimiento de paredes interiores y exteriores, juntas de expansión de edificios, blindaje de radiofrecuencia y antimicrobianos.y productos decorativos para interiores, como pasamanos atractivos, accesorios de baño y encimeras.
Algunos de los otros beneficios importantes del cobre como material arquitectónico incluyen movimiento térmico bajo, peso ligero, protección contra rayos y reciclabilidad.
La pátina verde natural distintiva del metal ha sido codiciada por arquitectos y diseñadores. La pátina final es una capa particularmente duradera que es altamente resistente a la corrosión atmosférica, protegiendo así el metal subyacente contra la intemperie. Puede ser una mezcla de compuestos de carbonato y sulfato en varias cantidades, dependiendo de las condiciones ambientales como la lluvia ácida que contiene azufre.
El cobre arquitectónico y sus aleaciones también se pueden ‘terminar’ para adquirir una apariencia, sensación o color particular. Los acabados incluyen tratamientos mecánicos de superficie, coloración química y recubrimientos.
El cobre tiene excelentes de soldadura fuerte y soldadura propiedades y puede ser soldada; Los mejores resultados se obtienen con soldadura por arco metálico con gas.
Antiincrustante
El cobre es bioestático, lo que significa que las bacterias y muchas otras formas de vida no crecerán en él. Por esta razón, se ha utilizado durante mucho tiempo para alinear partes de barcos para proteger contra percebes y mejillones. Originalmente se usó puro, pero desde entonces ha sido reemplazado por el metal Muntz y la pintura a base de cobre.
De manera similar, como se discutió en las aleaciones de cobre en la acuicultura, las aleaciones de cobre se han convertido en importantes materiales de malla en la industria de la acuicultura porque son antimicrobianos y evitan la bioincrustación, incluso en condiciones extremas y tienen una fuerte resistencia estructural y a la corrosión propiedades en ambientes marinos.
Antimicrobiano
Las superficies de contacto de aleación de cobre tienen propiedades naturales que destruyen una amplia gama de microorganismos (por ejemplo, E. coli O157: H7, meticilina resistente a Staphylococcus aureus ( MRSA ), Staphylococcus, Clostridium difficile, influenza virus A, adenovirus, y hongos ). Se demostró que unas 355 aleaciones de cobre matan más del 99.9% de las bacterias que causan enfermedades en solo dos horas cuando se limpian regularmente.
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos(EPA) aprobó los registros de estas aleaciones de cobre como » materiales antimicrobianos con beneficios para la salud pública»; esa aprobación permite a los fabricantes hacer reclamos legales sobre los beneficios de salud pública de los productos hechos de aleaciones registradas.
Además, la EPA ha aprobado una larga lista de productos de cobre antimicrobiano hechos de estas aleaciones, tales como barandillas, pasamanos, mesas de cama sobre-, fregaderos, grifos, pomos de puerta, aseo de hardware, los teclados de ordenador, club de salud equipos y cesta de la compra manijas (para una lista completa, ver:Superficies táctiles antimicrobianas de aleación de cobre .
Productos aprobados ). Los pomos de las puertas de cobre son utilizados por los hospitales para reducir la transferencia de enfermedades, y la enfermedad de los legionarios es suprimida por los tubos de cobre en los sistemas de tuberías. Los productos de aleación de cobre antimicrobianos ahora se están instalando en centros de salud en el Reino Unido, Irlanda, Japón, Corea, Francia, Dinamarca y Brasil, y en el sistema de tránsito del metro en Santiago, Chile, donde se instalarán pasamanos de aleación de cobre y zinc.
En unas 30 estaciones entre 2011 y 2014. Las fibras textiles se pueden mezclar con cobre para crear telas protectoras antimicrobianas.
Inversión especulativa
El cobre puede usarse como una inversión especulativa debido al aumento previsto en el uso del crecimiento de la infraestructura mundial, y el importante papel que tiene en la producción de turbinas eólicas, paneles solares y otras fuentes de energía renovables. Otra razón por la que se pronostica un aumento de la demanda es el hecho de que los automóviles eléctricos contienen un promedio de 3,6 veces más cobre que los automóviles convencionales, aunque se debate el efecto de los automóviles eléctricos en la demanda de cobre.
Algunas personas invierten en cobre a través de acciones mineras de cobre, ETF y futuros. Otros almacenan cobre físico en forma de barras o rondas de cobre, aunque estos tienden a tener una prima más alta en comparación con los metales preciosos. Aquellos que desean evitar las primas del lingote de cobre, alternativamente, almacenan alambre de cobre viejo, tubos de cobre o centavos estadounidenses fabricados antes de 1982.
La medicina popular
El cobre se usa comúnmente en joyería y, según algunos folclores, las pulseras de cobre alivian los síntomas de la artritis. En un ensayo para la osteoartritis y en un ensayo para la artritis reumatoide no se encontraron diferencias entre el brazalete de cobre y el brazalete de control (sin cobre). Ninguna evidencia muestra que el cobre pueda ser absorbido a través de la piel.
Si lo fuera, podría provocar envenenamiento por cobre.
Ropa de compresión
Recientemente, algunas prendas de compresión con cobre entretejido se han comercializado con declaraciones de propiedades saludables similares a las declaraciones de medicina popular. Debido a que la ropa de compresión es un tratamiento válido para algunas dolencias, la ropa puede tener ese beneficio, pero el cobre agregado puede no tener ningún beneficio más allá de un efecto placebo.
Degradación
Chromobacterium violaceum y Pseudomonas fluorescens pueden movilizar cobre sólido como un compuesto de cianuro. Los hongos micorrícicos ericoides asociados con Calluna, Erica y Vaccinium pueden crecer en suelos metalíferos que contienen cobre. El hongo ectomicorrízico Suillus luteus protege a los pinos jóvenes de la toxicidad del cobre.
Seencontróuna muestra del hongo Aspergillus niger creciendo a partir de una solución de extracción de oro y se encontró que contenía complejos de ciano de metales tales como oro, plata, cobre, hierro y zinc. El hongo también juega un papel en la solubilización de sulfuros de metales pesados.
Papel biologico
Bioquímica
Las proteínas de cobre tienen diversos roles en el transporte biológico de electrones y el transporte de oxígeno, procesos que explotan la fácil interconversión de Cu (I) y Cu (II). El cobre es esencial en la respiración aeróbica de todos los eucariotas. En las mitocondrias, se encuentra en el citocromo c oxidasa, que es la última Proteína en la fosforilación oxidativa.
La citocromo c oxidasa es la proteína que une el O 2 entre un cobre y un hierro; la proteína transfiere 8 electrones a la molécula de O 2 para reducirla a dos moléculas de agua. El cobre también se encuentra en muchas dismutasas de superóxido, proteínas que catalizan la descomposición de los superóxidos convirtiéndolos (por desproporción ) en oxígeno y peróxido de hidrógeno :
Cu 2 -SOD O 2 – → Cu -SOD O 2 (reducción de cobre; oxidación de superóxido)
Cu -SOD O 2 – 2H → Cu 2 -SOD H 2 O 2 (oxidación de cobre; reducción de superóxido)
La proteína hemocianina es el portador de oxígeno en la mayoría de los moluscos y algunos artrópodos como el cangrejo herradura ( Limulus polyphemus ). Debido a que la hemocianina es azul, estos organismos tienen sangre azul en lugar de la sangre roja de la hemoglobina a base de hierro. Estructuralmente relacionados con la hemocianina están las lacasas y las tirosinasas.
En lugar de unirse reversiblemente al oxígeno, estas proteínas hidroxilan sustratos, ilustrados por su papel en la formación de lacas. El papel biológico del cobre comenzó con la aparición de oxígeno en la atmósfera terrestre. Varias proteínas de cobre, como las «proteínas de cobre azul», no interactúan directamente con los sustratos;
Por lo tanto no son enzimas. Estas proteínas transmiten electrones mediante el proceso llamado transferencia de electrones.
Se ha encontrado un centro de cobre tetranuclear único en la reductasa de óxido nitroso.
Los compuestos químicos que se desarrollaron para el tratamiento de la enfermedad de Wilson se han investigado para su uso en la terapia del cáncer.
nutrición
El cobre es un oligoelemento esencial en plantas y animales, pero no todos los microorganismos. El cuerpo humano contiene cobre a un nivel de aproximadamente 1,4 a 2,1 mg por kg de masa corporal.
Absorción
El cobre se absorbe en el intestino, luego se transporta al hígado unido a la albúmina. Después del procesamiento en el hígado, el cobre se distribuye a otros tejidos en una segunda fase, que involucra la proteína ceruloplasmina, que transporta la mayoría del cobre en la sangre. La ceruloplasmina también transporta el cobre que se excreta en la leche y se absorbe particularmente bien como fuente de cobre.
El cobre en el cuerpo normalmente sufre circulación enterohepática (aproximadamente 5 mg por día, frente a aproximadamente 1 mg por día absorbido en la Dieta y excretado del cuerpo), y el cuerpo puede excretar un exceso de cobre, si es necesario, vía bilis, que extrae algo de cobre del hígado que luego no es reabsorbido por el intestino.
Recomendaciones dietéticas
El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR) y las dietas recomendadas (RDA) para el cobre en 2001. Si no hay información suficiente para establecer EAR y RDA, se usa una estimación designada de Ingesta Adecuada (AI) en lugar. Las IA para el cobre son: 200 μg de cobre para machos y hembras de 0–6 meses, y 220 μg de cobre para machos y hembras de 7–12 meses.
Para ambos sexos, las dosis diarias recomendadas para el cobre son: 340 μg de cobre para 1-3 años, 440 μg de cobre para 4-8 años, 700 μg de cobre para 9-13 años, 890 μg de cobre para 14- 18 años y 900 μg de cobre para mayores de 19 años. Para el embarazo, 1,000 μg. Para lactancia, 1.300 μg. En cuanto a la seguridad, la OIM también estableceNiveles superiores de ingesta tolerable (UL) para Vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente.
En el caso del cobre, el UL se establece en 10 mg / día. En conjunto, los EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia.
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto de información colectiva como Valores de referencia dietéticos, con Ingesta de referencia de población (PRI) en lugar de RDA, y Requisito promedio en lugar de EAR. AI y UL definieron lo mismo que en Estados Unidos. Para mujeres y hombres mayores de 18 años, los AI se establecen en 1.3 y 1.6 mg / día, respectivamente.
La IA para el embarazo y la lactancia es de 1,5 mg / día. Para niños de 1 a 17 años, los IA aumentan con la edad de 0.7 a 1.3 mg / día. Estas IA son más altas que las RDA de EE. UU. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria revisó la misma pregunta de seguridad y estableció su UL en 5 mg / día, que es la mitad del valor estadounidense.
Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en los EE. UU., La cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de cobre, el 100% del valor diario era de 2.0 mg, pero a partir del 27 de mayo de 2016 se revisó a 0.9 mg para que esté de acuerdo con la RDA.
En la Ingesta diaria de referencia se proporciona una tabla de los valores diarios para adultos viejos y nuevos. La fecha límite original para cumplir era el 28 de julio de 2018, pero el 29 de septiembre de 2017, la FDA emitió una regla propuesta que extendió la fecha límite al 1 de enero de 2020 para las grandes empresas y al 1 de enero de 2021 para las pequeñas empresas.
Deficiencia
Debido a su papel en facilitar la absorción de hierro, la Deficiencia de cobre puede producir síntomas similares a la anemia, neutropenia, anomalías óseas, hipopigmentación, crecimiento deteriorado, mayor incidencia de infecciones, osteoporosis, hipertiroidismo y anormalidades en el metabolismo de la glucosa y el Colesterol.
Por el contrario, la enfermedad de Wilson causa una acumulación de cobre en los tejidos del cuerpo.
Se puede encontrar una deficiencia severa mediante la prueba de niveles bajos de cobre en suero o plasma, niveles bajos de ceruloplasmina y niveles bajos de superóxido dismutasa de glóbulos rojos; Estos no son sensibles al estado marginal del cobre. La «actividad de citocromo c oxidasa de leucocitos y plaquetas» se ha declarado como otro factor de deficiencia, pero los resultados no se han confirmado por replicación.
Toxicidad
Se han tomado cantidades en gramos de varias sales de cobre en intentos de suicidio y se ha producido una toxicidad aguda de cobre en los humanos, posiblemente debido al ciclo redox y la generación de especies reactivas de oxígeno que dañan el ADN. Las cantidades correspondientes de sales de cobre (30 mg / kg) son tóxicas en animales.
Se ha informado que un valor mínimo en la dieta para un crecimiento saludable en conejos es de al menos 3 ppm en la dieta. Sin embargo, las concentraciones más altas de cobre (100 ppm, 200 ppm o 500 ppm) en la dieta de los conejos pueden influir favorablemente en la eficiencia de conversión alimenticia, las tasas de crecimiento y los porcentajes de vendaje de la canal.
La toxicidad crónica por cobre no ocurre normalmente en humanos debido a los sistemas de transporte que regulan la absorción y la excreción. Las mutaciones autosómicas recesivas en las proteínas de transporte de cobre pueden desactivar estos sistemas, lo que lleva a la enfermedad de Wilson con acumulación de cobre y cirrosis hepática en personas que han heredado dos genes defectuosos.
Los niveles elevados de cobre también se han relacionado con el empeoramiento de los síntomas de la enfermedad de Alzheimer.
Exposición humana
En los EE. UU., La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha designado un límite de exposición permisible (PEL) para el polvo y los humos de cobre en el lugar de trabajo como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 1 mg / m 3. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 1 mg / m 3, promedio ponderado en el tiempo.
El valor IDLH (inmediatamente peligroso para la vida y la salud) es de 100 mg / m 3.
El cobre es un componente del humo del tabaco. La planta de tabaco absorbe y acumula fácilmente metales pesados, como el cobre del suelo circundante en sus hojas. Estos se absorben fácilmente en el cuerpo del usuario después de la inhalación de humo. Las implicaciones para la salud no están claras.