Cobre

iso.	AN	periodo de semidesintegración	MD	ED M eV	PD
⁶³Cu	69,17%	Cu es estable con 34 neutrones
⁶⁴Cu	Sintético	12,7 h	ε	1,675	⁶⁴Ni
⁶⁴Cu	Sintético	12,7 h	β^-	0,579	⁶⁴Zn
⁶⁵Cu	30,83%	Cu es estable con 36 neutrones
⁶⁷Cu	Sintético	61,83 h	β^-	0,577	⁶⁷Zn

Valores en el SI y en condiciones normales
(0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
^†Calculado a partir de distintas longitudes
de enlace covalente, metálico o iónico.

El cobre es un elemento químico de número atómico 29 y símbolo Cu. Es uno de los metales más importantes industrialmente. De coloración rojiza es dúctil, maleable y buen conductor de la electricidad.

[editar] Características principales

El cobre es un metal de transición rojizo, que presenta una conductividad eléctrica y térmica muy alta, sólo superada por el oro en conductividad eléctrica y la plata en conductividad térmica. Es posible que el cobre haya sido el metal más antiguo en haber sido empleado, pues se han encontrado objetos de cobre del 9500 adC. Además de poderse encontrar en distintos minerales, se puede encontrar nativo, en la forma metálica, en algunos lugares.

La conductividad eléctrica del cobre merece especial mención por ser la adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como base de la norma IACS.

En la mayoría de sus compuestos presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1. Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu₂O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO). Expuesto largamente al aire húmedo forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico de color verde, característico de sus sales, denominada «cardenillo» («pátina» en el caso del bronce) que es venenoso. Cuando se empleaban cacerolas de cobre para la cocción de alimentos no eran infrecuentes las intoxicaciones ya que si se dejan enfriar en la misma cacerola se originan óxidos por la acción de los ácidos de la comida que contaminan los alimentos.

Los halógenos atacan con facilidad al cobre especialmente en presencia de humedad; en seco el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a temperaturas superiores a 500°C. Los oxiácidos atacan al cobre, aprovechándose dicha circunstancia para emplearlos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). Con el azufre forma un sulfuro (CuS) de color negro.

El óxido de cobre se disuelve en ácido cítrico limpiando, lustrando el metal y formando citrato de cobre, si se vuelve a utilizar el ácido cítrico luego de limpiar el cobre para limpiar el plomo, el plomo se bañara de una capa externa de citrato de cobre y plomo que le da un color rojizo y negro.

Entre sus propiedades mecánicas destacan su excepcional capacidad de deformación y ductilidad. En general sus propiedades mejoran con las bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

Coloración azul del cobre y sus compuestos

la coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ion hexacuobre[Cu(oh2)6]+2]

[editar] Historia

Anj, símbolo egipcio de la vida

El cobre nativo, el primer metal usado por el hombre, era conocido por algunas de las más antiguas civilizaciones de las que se tiene noticia y ha sido utilizado desde al menos hace 10.000 años —en lo que actualmente es el norte de Iraq se encontró un colgante datado hacia 9500 adC— aunque el descubrimiento accidental del metal bien pudo producirse varios milenios antes. Hacia el 4100 adC ya se realizaba la fusión y refinado del cobre a partir de óxidos como malaquita, y de la misma época, incluso tuberías de cobre. En las minas hispanas de la Prehistoria, los mineros obtenían un cobre natural ligeramente mezclado con arsénico, este cobre arsenical andaluz fue muy demandado por los pueblos del oriente mediterráneo desde el III milenio adC. Los egipcios también descubrieron que la adición de pequeñas cantidades de estaño facilitaba la fusión del metal y perfeccionaron los métodos de obtención del bronce; al observar además la perdurabilidad del material representaron el cobre con el Anj, símbolo de la vida eterna.

En la antigua China se encontraron restos humanos que tenían una antigüedad de 5300 años y estaban acompañados de un hacha de cobre de una pureza del 99,7%. Los elevados índices de arsénico encontrados en su cabello llevan a suponer que fundió el metal para fabricar la herramienta.

Los fenicios importaron el cobre a Grecia quienes no tardaron en explotar las minas de su territorio, como atestiguan los nombres de ciudades como Calce, Calcis y Calcitis (de χαλκος, bronce), aunque fue Chipre, a medio camino entre Grecia y Egipto, por mucho tiempo el país del cobre por excelencia, hasta el punto de que los romanos llamaron al metal aes cyprium o simplemente cyprium y cuprum de donde proviene su nombre. Pero no sólo el nombre tomó de aquella isla ya que por igual razón el cobre se representó con el mismo signo que Venus (la Afrodita griega) pues Chipre estaba consagrada a la diosa de la belleza y los espejos se fabricaban de este metal. El símbolo, espejo de Venus, modificación del Anj egipcio, fue posteriormente adoptado por Carl Linné para simbolizar el género femenino (♀).

Espejo de Venus

El uso del bronce predominó de tal manera durante un período de la historia de la humanidad que terminó denominándose «Edad del Bronce» a la que media entre el predominio de la piedra y el auge del hierro; la transición entre el periodo neolítico (final de la Edad de Piedra) y la edad del bronce se denomina periodo calcolítico (del griego Chalcos), límite que marca el paso de la Protohistoria a la Historia.

Desde 1994 es el mineral símbolo del estado norteamericano de Utah.

Véase también: Edad de los Metales, Edad del Cobre, y Santa Clara del Cobre

[editar] Abundancia y obtención

Mina de cobre a cielo abierto en Bingham, Utah (EEUU).

Mina de cobre Chuquicamata, Chile.

Si bien es un metal menos abundante en la corteza terrestre que otros —0,12% del más abundante, el aluminio— es de fácil obtención aunque ésta sea laboriosa dada la pobreza de la ley de los minerales; se considera económicamente viable un mineral con contenidos superiores al 0,5% de cobre y muy rentable a partir del 2,5%.

El cobre nativo fue descubierto por Ivo Bernal en el año 1730 en Fraybentos. suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. Aunque no suele tener mucha importancia como mena, se han encontrado ejemplares notables e incluso peñones de cobre de 400 toneladas en Michigan. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (S₂Cu) y covellina (SCu) y finalmente las secundarias calcopirita (S₂FeCu) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu₅FeS₄), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros.

Los recursos mundiales de cobre se estima que ascienden a 1600 millones de toneladas en la corteza terrestre y a 700 millones en el lecho marino. Las reservas demostradas, según datos de la agencia estadounidense de prospecciones geológicas (US Geological Survey), son de 940 millones de toneladas, estando casi el 40% de ellas en Chile, el principal productor con cerca de 5 millones de toneladas anuales (aproximadamente el 36% de la producción mundial).

Precio del cobre.

La producción del cobre comienza con la extracción del mineral. Esta puede realizarse a cielo abierto (la explotación más común) en galerías subterráneas o in situ; éste último procedimiento, minoritario, consiste en filtrar ácido sulfúrico en la mena de cobre bombeando posteriormente a la superficie las soluciones ácidas ricas en cobre. El mineral extraído por métodos mecánicos, óxidos y sulfuros, se tritura posteriormente obteniendo un polvo que contiene usualmente menos del 1% de cobre. Este deberá ser enriquecido o concentrado obteniendo una pasta con un 15% de cobre que posteriormente se seca, a partir de este punto pueden seguirse dos métodos.

El mineral se traslada a un tanque de lixiviado en el que se filtra ácido sulfúrico diluido obteniendo una débil solución de sulfato de cobre de la que se obtiene el cobre cátodo por electrólisis, procedimiento que se denomina procedimiento SX/EW (Solution Extraction/Electrowinning). O bien, con el mineral enriquecido se prepara un mixto, añadiendo los fundentes necesarios de base sílice para sulfuros y sulfuros para óxidos, que se funde obteniendo el cobre blister. Este se refina por procedimientos térmicos obteniendo ánodos de cobre que, a su vez, se refinan mediante electrólisis usándolos junto a láminas madre de cobre como cátodo en medio ácido. De los lodos se recuperan además el oro, la plata y el platino.

Para mineral muy pobre en cobre se han desarrollado últimamente procesos que se basan en la oxidación microbiológica de los sulfuros de cobre presentes. Así se transforman en sulfato de cobre que es arrastrado por agua de lluvia o regadío debido a su solubilidad. El cobre es separado de la disolución diluida de los lixiviados mediante electrólisis o por reducción con metales menos nobles p. ej. el hierro.

Los tipos de cobre usualmente obtenidos son los siguientes:

Cobre tenaz (Tough-Pitch, TP): con contenido de oxígeno controlado y que se destina a aplicaciones eléctricas ya que es cobre de alta conductividad (>100% IACS).
Cobre desoxidado (Desoxided Phospor, DP): normalmente no son de alta conductividad por lo que se emplean en aplicaciones donde ésta no es importante, como calderería.
Cobre exento de oxígeno (Oxigen Free, OF): es el de mayor calidad, el más caro y el menos utilizado. Es de alta conductividad.

El cobre cátodo obtenido mediante uno u otro método tiene una pureza entre 99,9% y 99,99% y es el empleado para la fabricación de los distintos tipos de cobre comercial:

Lingote alambre (wire-bar) de sección trapezoidal para laminación y trefilado.
Placa (queque o pan) para laminación de chapas o bandas.
Tocho de sección circular para punzonado o extrusión seguido de laminación o estirado.

[editar] Aleaciones

Los cobres débilmente aleados son aquellos que contienen un porcentaje inferior a 3 de algún elemento añadido para mejorar alguna de las características del cobre como la maquinabilidad (Pb) (facilidad de mecanizado), (etc)...

Las aleaciones son mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas, no obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo.

Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con zinc, y el bronce, una aleación con estaño.

La aleación de cobre más barata es el latón con alto contenido de zinc y es la que se utiliza salvo cuando se requiere alta resistencia a la corrosión. Al disminuir el contenido de zinc, las aleaciones se aproximan cada vez más al cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión. La adición de plomo al latón lo hace de corte fácil y notablemente maquinable. Las adiciones del 0.75 al 1.25% de estaño mejoran su resistencia a la corrosión. Todas las aleaciones de cobre son altamente resistentes al ataque atmosférico, pero para la exposición a la intemperie son preferibles las que contienen más de 80% de cobre (o el cobre mismo) a causa de su resistencia al agrietamiento por esfuerzos introducidos en la elaboración.

[editar] Isótopos

En la naturaleza se encuentran 2 isótopos estables Cu-63 y Cu-65, siendo el más ligero el más abundante (69,17%). Se han caracterizado hasta el momento 25 isótopos radiactivos de los cuales, los más estables son el Cu-67, Cu-64 y Cu-61 con periodos de semidesintegración de 61,83 horas, 12,70 horas y 3,333 horas respectivamente. Los demás radioisótopos, con masas atómicas desde 54,966 uma (Cu-55) a 78,955 uma (Cu-79), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos y la mayoría no alacanzan los 30 segundos. Los isótopos Cu-68 y Cu-70 presentan estados metaestables con un periodos de semidesintegración mayor al del estado fundamental.

Los isótopos más ligeros que el Cu-63 estable se desintegran principalmente por emisión beta positiva, originando isótopos de níquel, mientras que los más pesados que el isótopo Cu-65 estable se desintegran por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. El isótopo Cu-64 se desintegra generando Zn-64, por captura electrónica y emisión beta positiva en un 69% y por desintegración beta negativa genera Ni-64 en el 31% restante.

[editar] Precauciones

Vertido contaminante de cobre y otros metales de una mina abandonada

Todos los compuestos de cobre deberían tratarse como si fueran tóxicos, ya que una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en humanos.