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Cobre

Níquel ← Cobre → Zinco
 
Aparência
metálico vermelho-alaranjado

Informações gerais
Nome, símbolo, número Cobre, Cu, 29
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 11, 4, d
Densidade, dureza 8920 kg/m3, 3,0
Propriedade atómicas
Massa atômica 63,546 u
Raio atómico (calculado) 128 pm
Raio covalente 132±4 pm
Raio de Van der Waals 140 pm
Configuração electrónica [Ar] 3d10 4s1
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 1 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação +1, +2, +3, +4 (óxido básico)
Estrutura cristalina cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1357,77 K
Ponto de ebulição 2835 K
Entalpia de fusão 13,26 kJ/mol
Entalpia de vaporização 300,4 kJ/mol
Volume molar 7,11×10−6 m3/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 1509 K
Velocidade do som 3570 m/s a 20 °C
Classe magnética Diamagnético
Susceptibilidade magnética -9,7x10-6
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,9
Condutividade térmica 401 W/(m·K)
1º Potencial de ionização 745,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1957,9 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3555 kJ/mol
4º Potencial de ionização 5536 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
63Cu 69,15% estável com 34 neutrões
65Cu 30,85% estável com 36 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 u. À temperatura ambiente o cobre encontra-se no estado sólido.

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

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


História

O cobre foi provavelmente o primeiro metal minerado e trabalhado pelo homem.1 Foi originalmente obtido como um mineiral nativo e posteriormente da fundição de minérios. Estimativas iniciais da descoberta do cobre sugerem por volta de 9000 a.C. no Oriente Médio. Foi o mais importante dos materiais da humanidade durante a Era do Cobre e Bronze. Objetos de cobre de 6000 a.C. foram encontrados em Çatal Höyük, Anatolia.2 Em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação do cobre a partir de óxidos como a malaquita e azurita. Os primeiros indícios de utilização do ouro não foram vislumbrados até 4000 a.C. Descobriram-se moedas, armas, utensílios domésticos sumérios de cobre e bronze de 3000 a.C., assim como egípcios da mesma época, inclusive tubos de cobre. Os egípcios também descobriram que a adição de pequenas quantidades de estanho facilitava a fusão do metal e aperfeiçoaram os métodos de obtenção do bronze; ao observarem a durabilidade do material representaram o cobre com o Ankh, símbolo da vida eterna.

Na antiga China o uso do cobre é conhecido desde, pelo menos, 2000 anos antes da nossa era, e em 1200 a.C. já fabricavam-se bronzes de excelente qualidade estabelecendo um manifesto domínio na metalurgia sem comparação com a do Ocidente. Na Europa o homem de gelo encontrado no Tirol (Itália) em 1991, cujos restos têm uma idade de 5300 anos, estava acompanhado de um machado de cobre com uma pureza de 99,7%, e os elevados índices de arsênico encontrados em seu cabelo levam a supor que fundiu o metal para a fabricação da ferramenta. O cobre é um metal de transição avermelhado, que apresenta alta condutibilidade elétrica e térmica, só superada pela da prata. É possível que o cobre tenha sido o metal mais antigo a ser utilizado, pois se têm encontrado objetos de cobre de 8700 a.C. Pode ser encontrado em diversos minerais e pode ser encontrado nativo, na forma metálica, em alguns lugares. Fenícios importaram o cobre da Grécia, não tardando em explorar as minas do seu território, como atestam os nomes das cidades Calce, Calcis e Calcitis (de χαλκος, bronze), ainda que tenha sido Chipre, a meio caminho entre Grécia e Egito, por muito tempo o país do cobre por excelência, ao ponto de os romanos chamarem o metal de aes cyprium ou simplesmente cyprium e cuprum, donde provém o seu nome. Além disso, o cobre foi representado com o mesmo signo que Vênus (a afrodite grega), pois Chipre estava consagrada a deusa da beleza e os espelhos eram fabricados com este metal. O símbolo, espelho de Vênus da mitologia e da alquimia, modificação do egípcio Ankh, foi posteriormente adotado por Carl Linné para simbolizar o gênero feminino(♀).

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

Isótopos

Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis: Cu-63 e Cu-65, sendo o mais leve o mais abundante ( 69,17% ). Se tem caracterizado 25 isótopos radioativos, sendo os mais estáveis o Cu-67, Cu-64 e Cu-61 com vidas médias de 61,83 horas, 12,7 horas e 3,333 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, com massas atômicas desde 54,966 (Cu-55) a 78,955 (Cu-79), têm vidas médias inferiores a 23,7 minutos, e a maioria não alcançam os 30 segundos. O cobre apresenta, ainda, 2 estados metaestáveis.

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

Características e propriedades

Físicas


Um disco de cobre.

Cobre acima do seu ponto de fusão mantém sua cor rosa brilhante quando a luz da suficiente ofusca a cor laranja incandescente.
O cobre ocupa a mesma familia na tabela periódica que a prata e o ouro. Em termos de estrutura eletrônica, o cobre tem um elétron orbital em cima de uma cheia escudo do elétron(o elétron que faz as ligações) , que faz ligações metálicas . A prata eo ouro são semelhantes3 . O cobre é normalmente fornecido, como quase todos os metais de uso industrial e comercial, em um grão fino de formulário policristalino . metais policristalino tem mais força do que monocristalinos formas, e a diferença é maior para o menor grão (de cristal) em tamanho. É facilmente trabalhado, sendo que ambas as propriedades de dúctil e maleável ele tem. A facilidade com que pode ser levado a cabo o torna útil para trabalhos eléctricos, assim como sua alta condutividade elétrica4 5 .

O cobre tem um tom avermelhado, alaranjado ou cor acastanhada devido a uma fina camada de manchas (incluindo óxidos ).o cobre puro é rosa ou cor de pêssego. Cobre junto de ósmio (azulada), césio e de ouro (tanto amarelo) são os únicos quatro metais elementar com uma cor natural que não o cinza ou prata. Cobre resultados cor característica de sua configuração eletrônica6 7 .

Elétricas

A estrutura eletrônica torna comparáveis, o cobre, prata e o ouro semelhantes em muitos aspectos: os três têm alta condutividade térmica e elétrica, e os três são maleáveis. Entre os metais puros na temperatura ambiente , o cobre tem a segunda maior condutividade elétrica e térmica , depois da prata , com uma condutividade de 59,6 × 106S/m. Este valor alto é devido à praticamente todos os elétrons na camada de valência (um por átomo) tomar parte na condução. O resultado são elétrons livres no montante de cobre para uma densidade de carga enorme de 13,6 × 109C/m38 .

Esta alta densidade de carga é responsável pela mais lenta velocidade de deriva das correntes em cabos de cobre, onde a velocidade de deriva pode ser calculado como a relação entre a densidade da corrente de densidade de carga. Por exemplo, em uma densidade de corrente de 5 × 10 6A/m2 , a densidade de corrente máxima presente na fiação da casa e distribuição da rede, a velocidade de deriva é apenas um pouco mais de ⅓ mm/s9 . Durante o século 20 nos Estados Unidos, a popularidade temporária do alumínio para uso doméstico na fiação elétrica resultou em muitas casas com uma combinação de cobre e alumínio fiação necessitando o contato físico entre os dois metais para fornecer uma conexão elétrica. Devido a corrosão galvânica , algumas questões foram experimentados por proprietários e empreiteiros de habitação. Em eletrônica, a pureza do cobre é expresso em noves : 4N para 99,99% e 6N para 99,9999%. Quanto maior o número, mais puro o cobre é.

Químicas

O cobre forma uma rica variedade de compostos com estados de oxidação de +1 e +2. Ele não reage com agua, mas reage lentamente com o oxigênio atmosférico, formando uma camada marrom escura de oxido de cobre. Em contraste com a oxidação do ferro pelo ar úmido, essa camada de óxido para a corrosão. Uma camada verde de carbonato de cobre, chamado azinhavre , muitas vezes pode ser visto em construções antigas de cobre, como a Estátua da Liberdade, a maior estátua de cobre do mundo. O cobre reage com o sulfeto de hidrogênio e com o sulfeto contendo soluções, formando sulfetos de cobre diversos em sua superfície. Em soluções contendo sulfeto de cobre, é menos nobre do que o hidrogênio e a corrosão. Isto é observado no cotidiano, quando as superfícies metálicas de cobre são manchadas após a exposição ao ar que contêm compostos de enxofre. Cobre dissolve lentamente em oxigênio soluções contendo amoníaco para dar vários complexos solúveis em água com cobre. O cobre reage com uma combinação de oxigênio e ácido clorídrico para formar uma série de cloretos de cobre. (Verde-azul de cobre II), cloreto (quando fervido com metal de cobre, sofre comprapartinação para formar branco cobre (I) de cloro. O cobre reage com uma mistura ácida de peróxido de hidrogênio para formar o correspondente sal de cobre: Cu + 2 HX + H2O2 → CuX2 + 2 H2O

Biologia

O cobre é um elemento essencial à vida em geral, participando no caso do organismo humano no processo de fixação do ferro na hemoglobina do sangue. Grandes concentrações são encontradas no cérebro e fígado.10 .

Em certos organismos chega a assumir o papel do ferro em integrar moléculas responsáveis pelo transporte de oxigênio, a exemplo da hemocianina cuprosa, o que inusitadamente confere a esses animais um sangue de coloração azulada ao invés do vermelho tradicional. Através do sangue azul dos Límulos (uma espécie de caranguejo) produz-se uma substância conhecida por Limulus Amebocyte Lysate cujo poder bactericida e anti-endotoxinas é bem conhecido. O litro de sangue desse animal chega a casa dos milhares de dólares no mercado associado. A sangria pode ser feita de forma controlada e sem o óbito do animal, e durante a vida útil um único espécime pode render mais de 2500 dólares americanos 11

Ligas metálicas

Os cobres debilmente ligados são aqueles que contém uma porcentagem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das características do cobre como a maquinabilidade (facilidade de mecanização), resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre. Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, crômio e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis (níquel), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco).


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

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

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

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