Coure

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
⁶³Cu	69,17%	Cu és estable amb 34 neutrons
⁶⁴Cu	Sintètic	12,7 h	ε	1,675	⁶⁴Ni
⁶⁴Cu	Sintètic	12,7 h	β^-	0,579	⁶⁴Zn
⁶⁵Cu	30,83%	Cu és estable amb 36 neutrons

El coure és un element químic de nombre atòmic 29. És un dels metalls més importants. De coloració rogenca és dúctil, mal·leable i bon conductor de la electricitat.

Característiques principals

El coure és un metall de transició rogenc, que presenta una conductivitat elèctrica i tèrmica molt alta, només superada per la plata. És possible que el coure hagi estat el metall més antic a haver-se emprat, ja que s'han trobat objectes de coure del 8700 a. de C. A més de poder-se trobar en distints minerals, es pot trobar lliure, en la forma metàl·lica, en alguns llocs.

En la majoria dels seus compostos presenta estats d'oxidació baixos, sent el més comú el +2, encara que també hi ha alguns amb estat d'oxidació +1.

La conductivitat elèctrica del coure mereix especial menció, per ser l'adoptada per la Comissió Electrotècnica Internacional en 1913 com a base de la norma IACS.

Exposat a l'aire, el color roig salmó inicial varia a roig violeta per la formació d'òxid cuprós (Cu₂O) per a ennegrir-se posteriorment durant la formació d'òxid cúpric (CuO). Exposat llargament a l'aire humit forma una capa adherent i impermeable de carbonat bàsic de color verd, característic de les seves sals, denominada «verdet» («pàtina» en el cas del bronze) que és verinós. Quan s'empraven cassoles de coure per a la cocció d'aliments, eren relativament freqüents les intoxicacions. Ja que si els aliments es deixen refredar en la mateixa cassola, l'acció dels àcids presents en el menjar, van oxidant les parets dels recipients de coure, formant òxids que contaminen els aliments.

Els halògens ataquen amb facilitat al coure especialment en presència d'humitat; en sec el clor i el brom no reacciona amb el coure i el fluor només l'ataca a temperatures superiors a 500ºC. Els oxiàcids ataquen al coure, aprofitant-se aquesta circumstància per a emprar-los com a decapants (àcid sulfúric) i abrillantadors, (àcid nítric). Amb el sofre forma un sulfur (CuS) de color blanc.

Entre les seves propietats mecàniques destaquen el seu excepcional capacitat de deformació i ductilitat. En general les seves propietats milloren amb les baixes temperatures el qual permet utilitzar-lo en aplicacions criogèniques.

Aplicacions

L'aplicació per excel·lència del coure és com a material conductor (cable elèctric, telefonic, televisió,. ..), a què es destina al voltant del 45% del consum anual de coure. Altres usos són:

Tubs de condensadors i llanterneria.
Electroimants.
Motors elèctrics.
Interruptors i relés, tubs de buit, magnetró de forns microones.
S'estén a l'us del coure en circuits integrats en substitució de l'alumini, de menor conductivitat.
Encunyació de moneda (aleat amb níquel), escultura (estàtua de la Llibertat), construcció de campanes i altres usos ornamentals en aliatges amb zinc (llautó), estany (bronzes) i plata (en joieria).
Lents de cristall de coure emprades en radiologia per a la deteccció de tumors.
El sulfat de coure (II) és el compost de coure de major importància industrial i s'empra com a plaguicida en agricultura (per ensulfatar), en la purificació de l' aigua i com a conservant de la fusta.

Paper biològic

El coure és un oligoelement essencial per a moltes formes de vida, entre elles per als humans en què, igual que el ferro (per a l'absorció del qual és necessari), contribueix a la formació de glòbuls vermells i al manteniment dels vasos sanguinis, nervis, sistema inmunològic i ossos. El coure es troba en alguns enzims com la citocrom c oxidasa, la lisil oxidasa i la superòxid dismutasa i com a element central de la proteïna hemocianina en artròpodes i mol·luscs, equivalent a la hemoglobina humana, per al transport de l'oxigen.

El coure és transportat en la seva major part pel fluix sanguini en una proteïna denominada ceruloplasmina; no obstant quan és absorbit en l'intestí és transportat fins al fetge unit a l'albúmina. No hi ha una quantitat diària recomanada de coure, ja que és molt rar que se'n produeixi una deficiència en la dieta, però s'estima que pot ser adequada per a adults una ingesta de 0,9 mg al dia. El coure es troba en ostres, marisc, llegums, visceres i nous entre altres, a més de l'aigua potable.

La malaltia de Wilson és un trastorn hereditari que provoca l'acumulació de coure al fetge i en altres òrgans podent produir hepatitis, ateracions renals i altres trastorns si no rep tractament adeqüat.

Història

El coure natiu, el primer metall usat per l'home, era conegut per algunes de les civilitzacions més antigues de què es té notícia i ha estat utilitzat des d'almenys fa 10.000 anys (en el que actualment és el nord de Iraq es va trobar un penjoll datat cap a 8700 aC); encara que el descobriment accidental del metall ben va poder produir-se diversos mil·lennis abans. A l'any 5000 aC ja es realitzava la fusió i refinat del coure a partir d'òxids com la malaquita i azurita; per contra, els primers signes d'utilització de l'or no s'albiren fins al 4000 aC. S'han recuperat monedes, armes i utensilis domèstics sumeris de coure i bronze del 3000 aC, així com egipcis de la mateixa època, fins i tot canonades de coure. Els egipcis també van descobrir que al afegir petites quantitats d'estany facilitava la fusió del metall i van perfeccionar els mètodes d'obtenció del bronze; en observar a més la perdurabilitat del material van representar el coure amb l'Ankh, símbol de la vida eterna.

A l'antiga Xina es coneix l'us del coure des d'almenys 2000 anys abans de la nostra era i cap a 1200 aC ja es fabricaven bronzes d'excel·lent qualitat posant de manifest un domini de la metal·lúrgia del coure sense comparació a occident. A Europa l'home de gel trobat al Tirol italià al 1991 les restes del qual tenen una antiguitat de 5300 anys, estava acompanyat d'un destral de coure d'una puresa del 99,7% i els elevats índexs d'arsènic trobats en el seu cabell, porta a suposar que ell matiex va fondre el metall per a fabricar l'eina.

Els fenicis van importar el coure a l'Grècia, els grecs no van tardar a explotar les mines del seu territori com testifiquen els noms de ciutats com a Aceró, Calcis i Calcitis (de χαλκος, bronze). Encara que va ser Xipre, a mig camí entre Grècia i Egipte, per molt de temps el país del coure per excel·lència. Fins al punt que els romans van anomenar al metall aes cyprium o simplement cyprium i cuprum d'on prové el seu nom. Però no sols el nom prové d'aquella illa ja que per la mateixa raó el coure es va representar amb el mateix signe que Venus (l'Afrodita grega) doncs Xipre estava consagrada a la deessa de la bellesa i els miralls es fabricaven d'aquest metall. El símbol, mirall de Venus, modificació de l'Ankh egipci, va ser posteriorment adoptat per Carl Linné per a simbolitzar el gènere femení (♀).

L'us del bronze va predominar de tal manera durant un període de la història de la humanitat que va acabar denominant-se l'Era del Bronze a la que transcorre entre el predomini de la pedra i la popularització del ferro; la transició entre el període neolític (final de la Edat de Pedra) i l'edat del bronze es denomina període calcolític (del grec Chalcos), límit que marca el pas de la Protohistòria a la Història.

Abundància i obtenció

Si bé és un metall menys abundant en l'escorça terrestre que altres (0,12% del més abundant, l'alumini) és de fàcil obtenció encara que aquesta sigui laboriosa, donada la pobresa dels minerals en coure. Es considera econòmicament viable un mineral amb continguts superiors al 0,5% de coure i molt rendible a partir del 2,5%.

El coure nadiu sol acompanyar als seus minerals en bosses que afloren a la superfície explotant-se en mines a cel obert. Encara que no sol tenir molta importància com a mena, s'han trobat exemplars notables i fins i tot penyals de coure de 400 tones a Michigan. Generalment a la capa superior es troben els minerals oxidats (cuprita), al costat de coure natiu en petites quantitats el que explica la seva elaboració mil·lenària ja que el metall podia extraure's fàcilment en forns de fossa. A continuació, per sota del nivell freàtic, es troben les pirites (sulfurs) primàries calcosina (S₂Cu) i covellina (SCu) i finalment les secundàries calcopirita (S₂FeCu) l'explotació de les quals és més rendible que la de les anteriors. Acompanyant a aquests minerals es troben altres com la bornita (Cu₅fes₄), els coures grisos i els carbonats azurita i malaquita que solen formar masses importants en les mines de coure per ser la forma en què usualment s'alteren els sulfurs.

Els recursos mundials de coure s'estimen que ascendeixen a 1600 milions de tones en l'escorça terrestre i a 700 milions en el llit marí. Les reserves demostrades, segons dades de l'agència nord-americana de prospeccions geològiques (US Geological Survey) a 940 milions de tones, estant quasi el 40% d'elles a Xile, el principal productor miner de coure mundial amb prop de 5 milions de tones anuals (aproximadament el 36% de la producció mundial).

La producció del coure comença amb l'extracció del mineral. Aquesta pot realitzar-se a cel obert (l'explotació més comuna) en galeries subterrànies o in situ; aquest últim procediment, minoritari, consisteix a filtrar àcid sulfúric en la mena de coure bombant posteriorment a la superfície les solucions àcides riques en coure. El mineral extret per mètodes mecànics, òxids i sulfurs, es tritura posteriorment obtenint un polsim que conté usualment menys de l'1% de coure. Aquest haurà de ser enriquit o concentrat obtenint una pasta amb un 15% de coure, que posteriorment s'asseca. A partir d'aquest punt poden seguir-se dos mètodes.

El mineral es trasllada a un tanc de lixiviat en el que es filtra àcid sulfúric diluït obtenint una dèbil solució de sulfat de coure de la qual s'obté el coure càtode per electròlisi, procediment que es denomina procediment SX/EW (Solution Extraction/Electrowinning).
O bé, amb el mineral enriquit es prepara una barreja, afegint els fundents necessaris de base sílice per a sulfurs i sulfurs per a òxids, que es fon obtenint el coure blister. Aquest es refina per procediments tèrmics obtenint ànodes de coure que, al seu torn, es refinen mitjançant electròlisi, usant-los al costat de làmines mare de coure com a càtode al medi àcid. Dels fangs es recuperen a més d'or, plata i platí.

Els tipus de coure usualment obtinguts són els següents:

Coure tenaç: amb contingut d'oxigen controlat i que es destina a aplicacions elèctriques ja que és coure d'alta conductivitat (>100% IACS).
Coure desoxidat: normalment no són d'alta conductivitat pel que s'empren en aplicacions on aquesta no és important, com la caldereria.
Coure exempt d'oxigen: és el de major qualitat, el més car i el menys utilitzat. És d'alta conductivitat.

El coure càtode obtingut mitjançant un o un altre mètode té una puresa entre 99,9% i 99,99% i és l'emprat per a la fabricació dels diferents tipus de coure comercial:

Lingot fil d'aram de secció trapezoïdal per a laminació i trefilatge.
Placa per a laminació de xapes o bandes.
Blocs de secció circular per a punxonat o extrusió seguit de laminació o estirat.

Aleacions

Els coures dèbilment aleats són aquells que contenen un percentatge inferior al 3% d'algun element afegit per a millorar alguna de les característiques del coure, com la maquinabilitat (facilitat de mecanitzat), resistència mecànica o resistència en calent, conservant l'alta conductibilitat tèrmica i elèctrica del coure. Els elements utilitzats són estany, cadmi, ferro, tel·luri, zirconi, crom i beril·li. Altres aliatges de coure importants són el llautons (zinc), bronze (estany), cuproaluminis (alumini), Cuproníquels (níquel), cuprosilicis (silici) i alpaques (níquel-zinc).

Isòtops

A la natura, es troben 2 isòtops estables del coure, Cu-63 i Cu-65, essent el més lleuger el més abundant (69,17%). S'han caracteritzat a més, 25 isòtops radioactius del coure, dels quals els més estables són el Cu-67, Cu-64 i Cu-61 amb vides mitjanes de 61,83 hores, 12,7 hores i 3,333 hores respectivament. Els altres radioisòtops, amb masses atòmiques des de 54,966 uma (Cu-55) a 78,955 uma (Cu-79), tenen vides mitges inferiors a 23,7 minuts i la majoria no arriben els 30 segons. El coure té a més dos estats metaestables.

Els isòtops més lleugers que el Cu-63 estable es desintegren principalment per captura electrònica originant isòtops de níquel, mentre que els més pesats que l'isòtop Cu-65 estable es desintegren per emissió beta donant lloc a isòtops de zinc. L'isòtop Cu-64 es desintegra seguint els dos modes, per captura electrònica el 69% i desintegració beta el 31% restant.

Precaucions

Contaminación del agua cobre.jpg Abocament de coure i altres metalls.

Tots els compostos de coure haurien de tractar-se com si fossin tòxics, una quantitat de 30 g de sulfat de coure és potencialment letal en humans.

El metall en pols és combustible i sensibilitzant i la inhalació pot provocar tos, mal de cap, panteig i dolor de gola, per la qual cosa es recomana l'us de guants i ulleres, per a evitar l'exposició laboral. Els valors límit ambientals són de 0,2 mg/m³ per als fums i 1 mg/m³ per al pols i les boires. Reacciona amb oxidants forts tals com clorats, bromats i iodats, originant perill d'explosió.

L'aigua amb continguts superiors a 1 mg/l pot embrutar amb coure les robes i objectes rentats amb ella i continguts per damunt de 5 mg/l l'acoloreixen i li donen un sabor desagradable. La Organització Mundial de la Salut en la Guia per a la qualitat de l'aigua potable recomana un nivell màxim de 2 mg/l, el mateix valor adoptat en la Unió Europea com a valor límit, mentre que als Estats Units l'Agència de Protecció Ambiental ha establert un límit d'1,3 mg/l. Les activitats mineres poden provocar la contaminació de rius i aigües subterrànies amb coure i altres metalls tant durant la seva explotació com una vegada abandonada. L'abocament mostrat en la foto prové d'una mina abandonada a Idaho (EE.UU.). El color turquesa de l'aigua i les roques es deu a la presència i precipitat del coure.

Enllaços externs

Elements químics | Metalls

Gourt Home::Gourt :: Coure