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Cobre (Cu)

O cobre é um dos mais antigos elementos metálicos manuseados pelo homem. Atualmente, seu principal uso é na construção de redes e dispositivos eletrônicos e elétricos.
Cabos de cobre em bobinas
Uma característica importante do cobre é sua ductibilidade, ou seja, capacidade de ser moldado em fios.

O cobre é um elemento metálico de número atômico 29 e ocupa o grupo 11 da tabela periódica, sendo considerado como elemento de transição. Possui coloração avermelhada brilhante e se destaca pela elevada condução de calor e de eletricidade.

Esse elemento é um dos metais de maior importância industrial, em razão de sua ampla aplicabilidade e excelentes propriedades elétricas e mecânicas, como a capacidade de ser moldado em fios (ductibilidade) sem perda de resistência ou deformações. Em razão das propriedades elétricas, compõe uma série produtos elétricos e eletrônicos.

Leia também: Quais são as propriedades dos elementos metálicos?

Resumo sobre o cobre

  • O cobre é um elemento metálico de número atômico 29.
  • Possui coloração avermelhada brilhante e é sólido em temperatura ambiente.
  • Possui excelente capacidade de conduzir eletricidade e calor.
  • É muito dúctil, sendo moldado no formato de fios sem perda de resistência ou ocorrência de deformações.
  • O cobre é extensamente empregado em sistemas e dispositivos elétricos e eletrônicos.
  • Por ser um metal relativamente barato, compõe diversos tipos de ligas metálicas, conferindo-lhes alta resistência mecânica e a corrosão.
  • Faz parte da composição química das moedas brasileiras.
  • É encontrado na natureza na forma nativa e combinado a outros elementos em diversos tipos de minerais.
  • O cobre foi um dos primeiros metais manuseados pelo homem.

Propriedades do cobre

  • Símbolo: Cu.
  • Número atômico: 29.
  • Massa atômica: 63 u.
  • Configuração eletrônica: [Ar] 3d10 4s1.
  • Estado físico: sólido (20 °C).
  • Ponto de fusão: 1085 °C.
  • Ponto de ebulição: 2560 °C.
  • Densidade: 8,96 g/cm3.
  • Eletronegatividade: 1,90 (escala de Pauling).
  • Série química: elemento de transição.
  • Localização na tabela periódica: grupo 11, período 4, bloco d.
  • Isótopos: 63Cu (69,15%) e 65Cu (30,85%).

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Características do cobre

O cobre é um elemento metálico localizado no grupo 11 da tabela periódica e identificado pelo número atômico 29.

Possui coloração dourado-avermelhada e se destaca pela sua alta capacidade de conduzir calor e eletricidade, ficando atrás apenas da prata.

Cobre nativo em ocorrência junto a outro mineral.
Cobre nativo em ocorrência junto a outro mineral.

É um metal muito explorado em diversas aplicações em razão de sua elevada ductibilidade e maleabilidade, ou seja, é muito tolerante a deformações, podendo ser moldado sem sofrer rachaduras ou rupturas facilmente.

O cobre é relativamente resistente à ação oxidante do ar e da água do mar. Contudo, a exposição ao ar durante períodos prolongados pode ocasionar o desenvolvimento de uma fina camada esverdeada sobre o metal, composta por hidroxo-carbonato de cobre (Cu2(OH)2CO3). Esse filme formado é conhecido como zinabre ou azinhavre.

Estátua formada por liga metálica com cobre e que foi oxidada com o tempo, formando-se a camada esverdeada, chamada zinabre.
Estátua formada por liga metálica com cobre e que foi oxidada com o tempo, formando-se a camada esverdeada, chamada zinabre.

A formação do zinabre também ocorre sobre peças construídas com ligas metálicas que contêm cobre.

O elemento não reage facilmente com ácidos, apenas sendo solubilizado pelos ácidos nítrico ou sulfúrico na presença de gás oxigênio. Quando aquecido na presença de oxigênio, originam-se os óxidos cúprico (CuO) e cuproso (Cu2O). O aquecimento de cobre na presença de enxofre dá origem ao sulfeto cuproso (Cu2S).

O cobre natural é uma mistura entre dois isótopos estáveis do elemento: o cobre-63 e o cobre-65.

Saiba mais: Formas de proteção aos metais contra a corrosão

Para que serve o cobre?

O cobre possui inúmeras aplicações no mundo moderno.

A maior parte do metal extraído é usada em equipamentos elétricos, como fiação e motores, pois é um excelente condutor de eletricidade e de calor, além de ser um metal relativamente fácil de ser moldado no formato de fios. O cobre também compõe a construção de encanamentos, telhados e máquinas industriais, atuando principalmente como trocador de calor.

Diversos tipos de moldagens de cobre usados em inúmeras aplicações elétricas e eletrônicas.
Diversos tipos de moldagens de cobre usados em inúmeras aplicações elétricas e eletrônicas.

O cobre está presente na composição química das moedas brasileiras, sendo que todas elas possuem cobre na sua forma metálica ou em combinação com o estanho, formando a liga metálica conhecida como bronze.

Moedas brasileiras, que contêm cobre em sua composição.
Moedas brasileiras contêm cobre em sua composição.

Além do bronze, o cobre participa da composição de muitas outras ligas de importância comercial, tais como:

  • Latão – liga entre cobre e zinco de custo mais baixo e boa resistência mecânica.
  • Monel – liga entre cobre e níquel de alta resistência mecânica e a corrosão química.
  • Bronzes de alumínio – ligas entre cobre e alumínio de alta resistência a corrosão.

Os compostos de cobre também possuem diversos usos. O sulfato de cobre (CuSO4) é muito usado com função de fungicida em plantas e em animais, como os equinos e bovinos. Na indústria, esse composto é a fonte dos revestimentos de cobre em peças e está presente na composição de baterias.

Onde o cobre é encontrado?

O cobre é o 25º elemento de maior abundância na crosta terrestre, sendo encontrado sob a forma nativa (ou metálica) como mineral primário em lavas basálticas ou em combinação com sulfetos, cloretos, carbonatos e arsenetos.

Sob a forma de sulfetos de cobre, encontram-se os minerais calcopirita (CuFeS2), calcocita (Cu2S), bornita (Cu5FeS4) e outros. O cobre pode se unir ao enxofre, em minerais como a tetrahedita-tenantita e enargita, ou a carbonatos, sob a forma de malaquita e azurita. Ainda, são encontrados na natureza os óxidos de cobre, como a cuprita e a tenorita.

Um dos maiores depósitos de cobre do mundo está localizado na Cordilheira dos Andes, no Chile. Outros países que se destacam pela produção de cobre são Peru, China e Estados Unidos.

Obtenção do cobre

O cobre é obtido dos minerais por uma sequência de métodos de enriquecimento e purificação, como a fundição ou lixiviação, normalmente seguida pela eletrólise.

Apesar de estar presente em muitos minerais na crosta terrestre, o teor de cobre é relativamente baixo. Por isso, as primeiras etapas do processamento do cobre envolvem a moagem, trituração e flotação, a fim de elevar o teor de cobre para cerca de 30%.

Uma das formas de realizar a flotação é pelo processo de flotação por espuma, em que se forma uma pasta com o mineral triturado, reagentes hidrofóbicos e surfactantes dentro de um grande tanque com água e aeração. A ideia é tornar as partículas de sulfeto de cobre hidrofóbicas e separá-las por diferença de gravidade.

Flotação do cobre — uma das etapas de obtenção do cobre. [1]
Flotação do cobre — uma das etapas de obtenção do cobre. [1]

Na sequência, aplica-se o processo conhecido como ustulação do cobre, em que sulfetos de cobre resultantes da flotação são aquecidos na presença de gás oxigênio, gerando uma massa com teor de cobre de cerca de 60% na forma de óxido de cobre, conhecido como matte:

\(2\ {Cu}_2S+3\ O_2\ \longrightarrow\ 2\ {Cu}_2O+2\ {SO}_2\)

O próprio produto formado (Cu2O) reage com o Cu2S que ainda não reagiu, se mantido o aquecimento, gerando o cobre metálico, denominado cobre blister de elevada pureza (cerca de 98,5%).

\(2\ {Cu}_2O+2\ {Cu}_2S\ \longrightarrow\ 6\ Cu+2\ {SO}_2\)

A pureza do cobre metálico obtido ainda é melhorada por uma nova etapa de purificação (eletrólise), de onde se obtém cobre com alta pureza, em torno de 99,9%. Nesse processo, dois eletrodos metálicos são imersos no cobre blister fundido, e por meio de aplicação de corrente elétrica, ocorre a redução dos íons Cu2+ sobre um dos eletrodos, na forma de cobre metálico puro:

\({Cu}^{2+}+2\ e^-\ \longrightarrow Cu\ (s)\)

 

Cuba eletrolítica para purificação de cobre.
Cuba eletrolítica para purificação de cobre.

 

 

Eletrodos após eletrólise, recobertos com cobre metálico de elevada pureza.
Eletrodos após eletrólise, recobertos com cobre metálico de elevada pureza.

 

Cobre na Biologia

O cobre é um elemento essencial aos humanos. Um adulto necessita de cerca de 1,2 miligramas de cobre diariamente, a fim de manter o funcionamento adequado de algumas enzimas. Ingestão de quantidade acima disso pode se tornar tóxica.

Algumas doenças genéticas podem alterar a capacidade de o organismo empregar adequadamente o cobre, como a doença de Wilson e a doença de Menkes.

O cobre é muito importante para alguns tipos de crustáceos, que utilizam esse elemento como agente transportador de oxigênio no organismo, assim como o ferro funciona para os mamíferos.

Caranguejos-ferradura
Caranguejos-ferradura são um dos tipos de crustáceos que possuem o cobre como transportador de oxigênio.

Precauções com cobre

As intoxicações por cobre são relativamente raras, pois o próprio organismo excreta o excesso do metal por meio da bile.

Contudo, em alta concentração de cobre, podem ser desenvolvidas situações de toxicidade pela capacidade de alteração do estado de oxidação via reações de transferência de elétrons (oxidação/ redução), catalisando a produção de radicais livres, naturalmente muito reativos, como o radical hidroxila, nocivos ao funcionamento saudável dos sistemas.

A intoxicação por cobre pode ocorrer em casos específicos de consumo de água contaminada (geralmente em regiões de mineração), consumo acidental de produtos ricos em cobre ou tentativas de suicídio.

Os sintomas da intoxicação são dores e desconfortos gastrointestinais, vômitos, anorexia, icterícia, desidratação e outros agravamentos que podem evoluir para coma.

História do cobre

Como o cobre pode ser encontrado na natureza sob a sua forma metálica, foi um dos primeiros metais a serem manuseados pelos seres humanos.

Alguns registros de 8000 a.C. indicam que o cobre nativo foi usado pelos habitantes da época em substituição a pedras no período Neolítico.

A metalurgia foi criada na Mesopotâmia em cerca de 4000 a.C., período em que o cobre nativo foi fundido em moldes ou obtido por meio do aquecimento de alguns minérios com fogo e carvão. Em 3550 a.C., houve a primeira aparição da liga denominada bronze, formada pela mistura entre o cobre e o estanho.

O termo “cobre” veio do local de origem dos minerais obtidos para Roma: da região de Chipre (ou Cyprium). Por isso, inicialmente, o cobre era denominado “metal de Chipre”, foi abreviado para cyprium e depois para cuprum, que significa “cobre” em latim.

Curiosidades do cobre

  • O termo cobre é a tradução do termo latino cuprum, que faz referência a um local originário de minerais contendo cobre, a região de Chipre.
  • O cobre foi o primeiro metal a ser manipulado pelo homem primitivo.
  • O cobre é um metal altamente reciclável, ou seja, pode passar várias vezes pelo processo de reciclagem sem perder suas propriedades.
  • Cerca de 30% do cobre consumido no mundo é derivado da reciclagem.
  • Crustáceos que têm o cobre como transportador sanguíneo de oxigênio possuem sangue azul.

Créditos da imagem

[1] rezoff / Shutterstock

Publicado por Ana Luiza Lorenzen Lima

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