Cobre e suas funções

Origem

O cobre foi provavelmente o primeiro metal minerado e trabalhado pelo homem. Foi originalmente obtido como um mineral 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. Em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação do cobre a partir de óxidos como a mala quita 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 representou o cobre com o Ankh, símbolo da vida eterna.

Em 1874, foi descoberta a mina Caraíba, no sertão da Bahia. Somente após 70 anos é que foram iniciados os trabalhos de prospecção. Em 1969, 25 anos mais tarde, o empresariado brasileiro, sob a liderança do Grupo Pignatari, estabeleceu uma planta de metalurgia em Dias D'Ávila, Bahia, para a produção de cobre eletrolítico. No início da década de 80, a Caraíba começou a produzir cobre eletrolítico e, no final da década, em 1988, ocorreu o desmembramento entre a mina e a planta de metalurgia, com a privatização desta última, que adotou o nome de Caraíba Metais.

As minas de cobre mais importantes do mundo estão localizadas no Chile, Estados Unidos, Canadá, Rússia e Zâmbia.

Obtenção

O cobre nativo acha-se difundido na natureza sob a forma de filões, mas, usualmente, em quantidades pequenas. É encontrado, comumente, nas zonas oxidadas dos depósitos de cobre, associado à cuprita Cu2O, à malaquita Cu2CO3(OH)2 e à azurita Cu3(CO3)2(OH)2 . Também pode ser encontrada na calcopirita (CuFeS2), sulfeto duplo de ferro e cobre. A obtenção de cobre a partir da calcopirita é feita através das seguintes etapas:

- Trituração e concentração do minério por flotação

Este processo consiste em juntar ao minério previamente triturado uma mistura de água e óleo. O óleo envolve os minerais metálicos e a água encharca as impurezas.
Em seguida injeta-se uma corrente de ar que faz o óleo espumar na superfície, arrastando com ele os minerais metálicos, de modo que, ao se separar a espuma, têm-se os minerais concentrados.

- Ustulação do minério

Ustulação é a queima de um minério qualquer que contenha enxofre.

2CuFeS2 + 5O2 --> 2Cu + 2FeO + 4SO2

O cobre assim obtido apresenta pureza de 97 a 99%. Uma purificação maior é feita por eletrólise, podendo alcançar 99,99% de pureza (cobre eletrolítico).

    Características e Principais Propriedades

Suas principais características são as elevadas condutividades elétricas e térmicas, boa resistência à corrosão e facilidade de fabricação, aliadas a elevadas resistências mecânica e à fadiga. Sua densidade é de 8,94 g/cm³, um pouco acima da do aço, e sua temperatura de fusão é de 1083 ºC.

O cobre é um elemento metálico com número atômico 29 e massa atômica de 64,928. O seu símbolo químico é Cu, e suas valências são +1 e +2. Não é magnético e pode ser utilizado puro ou em ligas com outros metais que lhe conferem excelentes propriedades químicas e físicas.

- Ponto de ebulição: 2595°C

- Coeficiente de dilatação térmica linear: 16,5 x 10 6 cm/cm/°C (20°C)

- Resistividade elétrica: 1,7 x 10-8 Ohm. m (20°C)

- Pressão de vapor: 101 m Hg a 20°C

- Condutividade térmica: 400 W/m. K

- Condutividade elétrica: 101 % IACS a 20 °C

- Calor latente de fusão: 50,6 cal/g

- Calor específico: 0,0912 cal/g/°C (20°C)

- Forma cristalina: Cúbica de faces centradas

 -Distribuição eletrônica Cobre (Cu29) 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s¹ 3d10 

Isso ocorre porque numa distribuição normal a camada 3d ficaria com 9 elétrons enquanto a 4s com 2. Porém a camada 3d só precisaria de mais 1 elétron para atingir uma maior estabilidade (seria um subnível completo). Então o cobre sofre o fenômeno da hibridação e um dos elétrons do subnível 4s é transferido para o subnível 3 d, ficando com a distribuição mostrada acima. 
Esse processo também ocorre com o ouro e a prata

Isótopos

Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis: Cu-63 e Cu-65, sendo o mais leve o mais abundante (69,17%). Tem-se 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 3,3 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, com massas atômicas desde 54,966 (Cu-5) a 78,95 (Cu-79), têm vidas médias inferiores á 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.

      Caráter Iônico

%  iônico = {1-e [- (0,25) (Xa – Xb)²]} x100

Cu2O

Eletronegatividade Cu = 1,9  e O = 3,44

%  iônico = {1-e [- (0,25) (1,9 – 3,44)²]} x100

%  iônico = {1-e [- (0,25) (-1,54)²]} x100

% iônico = [1-e (-0,5929)] x100

% iônico = 44,72%

O Cobre e Suas Ligas

O cobre é normalmente usado em sua forma pura, mas também pode ser combinado com outros metais para produzir uma enorme variedade de ligas. Cada elemento adicionado ao cobre permite obter ligas com diferentes características tais como: maior dureza, resistência à corrosão, resistência mecânica, usinabilidade ou até para obter uma cor especial para combinar com certas aplicações.