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Níquel - Cobre - Cinc Cu Ag       Tabla completa
General
Nombre, símbolo, número	Cobre, Cu, 29
Serie química	Metal de transición
Grupo, periodo, bloque	11 , 4, d
Densidad, dureza Mohs	8960 kg/m³,1 3,0
Apariencia	Metálico, cobrizo
Propiedades atómicas
Peso atómico	63,536 u
Radio medio†	135 pm2
Radio atómico calculado	145 pm2
Radio covalente	138 pm2
Radio de Van der Waals	140 pm2
Término del estado fundamental	Sin datos
Configuración electrónica	Ar3d104s1
Estados de oxidación (óxido)	+2, +1 (levemente básico)
Estructura cristalina	Cúbica centrada en las caras3
Propiedades físicas
Estado de la materia	Sólido (diamagnético)
Punto de fusión	1357,77 K (1084.62 °C)4
Punto de ebullición	3200 K (2927 ºC)4
Entalpía de vaporización	300 kJ/mol5
Entalpía de fusión	13,1 kJ/mol5
Presión de vapor
Pv (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2836
Velocidad del sonido	3570 m/s a 293,15 K
Información diversa
Electronegatividad	1,9 (Pauling)6
Afinidad electrónica	118,4 (kJ/mol)7
Calor específico	385 J/(kg•K)1
Conductividad eléctrica	58,108 x 106 S/m8
Conductividad térmica	400 W/(m•K)4
1º potencial de ionización	745,5 kJ/mol7
2º potencial de ionización	1957,9 kJ/mol7
3º potencial de ionización	3555 kJ/mol7
4° potencial de ionización	5536 kJ/mol7
E0 (Cu2+ + 2e- → Cu)	0,340 V
Número CAS	7440-50-8
Isótopos más estables
iso. AN Periodo de semidesintegración MD ED (MeV) PD 63Cu 69,17% Cu es estable con 34 neutrones 64Cu Sintético 12,7 h ε 1,675 64Ni 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, de símbolo Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, caracterizada por ser los mejores conductores de electricidad. Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunológico y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.⁹

El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.¹⁰

El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del acero y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.¹¹

editar Nombres y símbolos

Símbolo egipcio Anj.

• Etimología. La palabra «cobre» proviene del latín cuprum (con el mismo significado) y éste a su vez de la expresión aes cyprium que significa literalmente «metal de Chipre» debido a la gran importancia que tuvieron las minas de cobre de la isla de Chipre en el mundo greco-romano.¹²

• Siglas y abreviaciones. El símbolo químico actual del cobre es «Cu». Siglos atrás, los alquimistas lo representaron con el símbolo ♀ , que también representaba al planeta Venus, a la diosa griega Afrodita y al género femenino.¹³ La razón de esta relación puede ser que la diosa fenicia Astarté, equivalente en parte a Afrodita, era muy venerada en Chipre, isla famosa por sus minas de cobre.¹⁴ El símbolo ♀ guarda a su vez parecido con el jeroglífico egipcio anj, que representaba la vida o quizás también la unión sexual.¹⁵

• Adjetivo. Las cualidades particulares del cobre, específicamente a lo referente a su color y lustre, han engendrado la raíz del calificativo cobrizo. La misma particularidad del material ha sido empleada al nombrar coloquialmente a algunas serpientes de India, Australia y Estados Unidos como «cabeza de cobre» (véase también Agkistrodon contortrix, Austrelaps, Elaphe radiata).

editar Historia

editar El cobre en la Antigüedad

El cobre es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos. Por ello fue uno de los primeros en ser utilizado por el ser humano.¹⁶ Los otros metales nativos son el oro, el platino, la plata y el hierro proveniente de meteoritos.

Se han encontrado utensilios de cobre nativo de en torno a 7000 a. C. en Çayönü Tepesí (en la actual Turquía) y en Iraq. El cobre de Çayönü Tepesí fue recocido pero el proceso aún no estaba perfeccionado.¹⁶ En esta época, en Oriente Próximo también se utilizaban carbonatos de cobre (malaquita y azurita) con motivos ornamentales. En la región de los Grandes Lagos de América del Norte, donde abundaban los yacimientos de cobre nativo, desde el 4000 a. C. los indígenas acostumbraban a golpearlas hasta darles forma de punta de flecha, aunque nunca llegaron a descubrir la fusión.

Los primeros crisoles para producir cobre metálico a partir de carbonatos mediante reducciones con carbón datan del V milenio a. C.¹⁶ Es el inicio de la llamada Edad del Cobre, apareciendo crisoles en toda la zona entre los Balcanes e Irán, incluyendo Egipto. Se han encontrado pruebas de la explotación de minas de carbonatos de cobre desde épocas muy antiguas tanto en Tracia (Ai Bunar) como en la península del Sinaí.¹⁷ De un modo endógeno, no conectado con las civilizaciones del Viejo Mundo, en la América precolombina, en torno al siglo IV a. C. la cultura Moche desarrolló la metalurgia del cobre ya refinado a partir de la malaquita y otros carbonatos cupríferos.

Hacia el 3500 a. C. la producción de cobre en Europa entró en declive a causa del agotamiento de los yacimientos de carbonatos. Por esta época se produjo la irrupción desde el este de unos pueblos, genéricamente denominados kurganes, que portaban una nueva tecnología: el uso del cobre arsenical. Esta tecnología, quizás desarrollada en Oriente Próximo o en el Cáucaso, permitía obtener cobre mediante la oxidación de sulfuro de cobre. Para evitar que el cobre se oxidase, se añadía arsénico al mineral. El cobre arsenical (a veces llamado también "bronce arsenical") era más cortante que el cobre nativo y además podía obtenerse de los muy abundantes yacimientos de sulfuros. Uniéndolo a la también nueva tecnología del molde de dos piezas, que permitía la producción en masa de objetos, los kurganes se equiparon de hachas de guerra y se extendieron rápidamente.¹⁶

Estatua en cobre del faraón Pepy I. Siglo XXIII a. C.

Ötzi, el cadáver hallado en los Alpes y datado hacia el 3300 a. C., llevaba un hacha de cobre con un 99,7% de cobre y un 0.22% de arsénico.^{18 19} De esta época data también el yacimiento de Los Millares (Almería, España), centro metalúrgico cercano a las minas de cobre de la sierra de Gádor.

No se sabe cómo ni dónde surgió la idea de añadir estaño al cobre, produciendo el primer bronce. Se cree que fue un descubrimiento imprevisto, ya que el estaño es más blando que el cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un material más duro cuyos filos se conservaban más tiempo.¹⁶ El descubrimiento de esta nueva tecnología desencadenó el comienzo de la Edad del Bronce, fechado en torno a 3000 a. C. para Oriente Próximo, 2500 a. C. para Troya y el Danubio y 2000 a. C. para China. En el yacimiento de Bang Chian, en Tailandia, se han datado objetos de bronce anteriores al año 2000 a. C.²⁰ Durante muchos siglos el bronce tuvo un papel protagonista y cobraron gran importancia los yacimientos de estaño, a menudo alejados de los grandes centros urbanos de aquella época.

El declive del bronce empezó hacia el 1000 a. C., cuando surgió en Oriente Próximo una nueva tecnología que posibilitó la producción de hierro metálico a partir de minerales férreos. Las armas de hierro fueron reemplazando a las de cobre en todo el espacio entre Europa y Oriente Medio. En zonas como China la Edad del Bronce se prolongó varios siglos más. Hubo también regiones del mundo donde nunca llegó a utilizarse el bronce. Por ejemplo, el África subsahariana pasó directamente de la piedra al hierro.

Sin embargo, el uso del cobre y el bronce no desapareció durante la Edad del Hierro. Reemplazados en el armamento, estos metales pasaron a ser utilizados esencialmente en la construcción y en objetos decorativos como estatuas. El latón, una aleación de cobre y cinc fue inventado hacia el 600 a. C. También hacia esta época se fabricaron las primeras monedas en el estado de Lidia, en la actual Turquía. Mientras que las monedas más valiosas se acuñaron en oro y plata, las de uso más cotidiano se hicieron de cobre y bronce.²¹

La búsqueda de cobre y metales preciosos por el Mediterráneo condujo a los cartagineses a explotar el gran yacimiento de Río Tinto, en la actual provincia de Huelva. Tras las Guerras Púnicas los romanos se apoderaron de estas minas y las siguieron explotando hasta agotar todo el óxido de cobre. Debajo de él quedó una gran veta de sulfuro de cobre, el cual los romanos no sabían aprovechar eficazmente. A la caída del Imperio Romano la mina había sido abandonada y sólo fue reabierta cuando los andalusíes inventaron un proceso más eficaz para extraer el cobre del sulfuro.²¹

editar Edad Media y Edad Moderna

La resistencia a la corrosión del cobre, el bronce y el latón permitió que estos metales hayan sido utilizados no sólo como decorativos sino también como funcionales desde la Edad Media hasta nuestros días. Entre los siglos X y XII se hallaron en Europa Central grandes yacimientos de plata y cobre, principalmente Rammelsberg y Joachimsthal. De ellos surgió una gran parte de la materia prima para realizar las grandes campanas, puertas y estatuas de las catedrales góticas europeas.²¹ Además del uso bélico del cobre para la fabricación de objetos, como hachas, espadas, cascos o corazas; también se utilizó el cobre en la Edad Media en luminarias como candiles o candelabros; en braseros y en objetos de almacenamiento, como arcas o estuches.²²

Los primeros cañones europeos de hierro forjado datan del siglo XIV, pero hacia el siglo XVI el bronce se impuso como el material casi único para toda la artillería y mantuvo ese dominio hasta bien entrado el siglo XIX.²³ En el Barroco, durante los siglos XVII y XVIII, el cobre y sus aleaciones adquirieron gran importancia en la construcción de obras monumentales, la producción de maquinaria de relojería y una amplia variedad de objetos decorativos y funcionales.²⁴ Las monarquías autoritarias del Antiguo Régimen utilizaron el cobre en aleación con la plata (denominada vellón) para realizar repetidas devaluaciones monetarias, llegando a la emisión de monedas puramente de cobre, características de las dificultades de la Hacienda de la Monarquía Hispánica del siglo XVII (que lo utilizó en tanta cantidad que tuvo que recurrir a importarlo de Suecia).²⁵

editar Edad Contemporánea

Disco de Faraday.

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador eléctrico, el disco de Faraday, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, induciendo una corriente eléctrica.²⁶ El posterior desarrollo de generadores eléctricos y su empleo en la historia de la electricidad ha dado lugar a que el cobre haya obtenido una importancia destacada en la humanidad, que ha aumentado su demanda notablemente.

Durante gran parte del siglo XIX, Gran Bretaña fue el mayor productor mundial de cobre, pero la importancia que fue adquiriendo el cobre motivó la explotación minera en otros países, llegando a destacarse la producción en Estados Unidos y Chile, además de la apertura de minas en África. De esta forma, en 1911 la producción mundial de cobre superó el millón de toneladas de cobre fino.

La aparición del procesos que permitían la producción masiva de acero a mediados del siglo XIX, como el convertidor Thomas-Bessemer o el horno Martin-Siemens dio lugar a que se sustituyera el uso del cobre y de sus aleaciones en algunas aplicaciones determinadas donde se requería un material más tenaz y resistente. Sin embargo, el desarrollo tecnológico que siguió a la Revolución Industrial en todas las ramas de la actividad humana y los adelantos logrados en la metalurgia del cobre han permitido producir una amplia variedad de aleaciones. Esto ha dado lugar a que se incrementen los campos de aplicación del cobre, lo cual, añadido al desarrollo económico de varios países, ha conllevado un notable aumento de la demanda mundial.

editar Estados Unidos

Desde principios del siglo XIX existió producción de cobre en los Estados Unidos, primero en Michigan y más tarde en Arizona. Se trataba de pequeñas minas que explotaban mineral de alta ley.²⁷

El desarrollo del proceso de flotación, más eficaz, hacia finales del siglo XIX permitió poner en explotación grandes yacimientos de baja ley, principalmente en Arizona, Montana y Utah. En pocos años Estados Unidos se convirtió en el primer productor mundial de cobre.²⁷

Producción de mineral de cobre entre 1900 y 2004.

En 1916 las minas estadounidenses produjeron por vez primera más de un millón de toneladas de cobre, representando en torno a las tres cuartas partes de la producción mundial. La producción minera bajó fuertemente a partir de la crisis de 1929, no sólo por la reducción del consumo sino porque se disparó el reciclaje de metal. La demanda se recuperó a finales de los años 30, volviendo a superar las minas estadounidenses el millón de toneladas en 1940. Sin embargo, esta cifra ya representaba "solo" la mitad de la producción mundial y no llegaba a cubrir la demanda interna, por lo que en 1941 el país se convirtió por primera vez en importador neto de cobre.²⁸

Desde los años 1950 hasta la actualidad la producción de Estados Unidos ha oscilado entre uno y dos millones de toneladas anuales, lo cual representa una fracción cada vez menor del total mundial (27% en 1970, 17% en 1980, 8% en 2006). Mientras tanto, el consumo ha seguido creciendo continuamente y ello ha obligado a importar cantidades cada vez mayores de metal, superándose el millón de toneladas importadas por vez primera en 2001.²⁸

editar Chile

En 1810, año de su independencia, Chile producía unas 19.000 toneladas de cobre al año. A lo largo del siglo la cifra fue creciendo hasta convertir al país en el primer productor y exportador mundial. Sin embargo, a finales del siglo XIX comenzó un período de decadencia, debido por un lado al agotamiento de los yacimientos de alta ley y por otro al hecho de que la explotación del salitre acaparaba las inversiones mineras. En 1897 la producción había caído a 21.000 toneladas, casi lo mismo que en 1810.²⁹

La situación cambió a comienzos del siglo XX, cuando grandes grupos mineros estadounidenses, dotados de avances tecnológicos que permitían la recuperación de cobre en yacimientos de baja concentración, iniciaron la explotación de los yacimientos chilenos.²⁹

La producción chilena de cobre se ha multiplicado por cuatro en las dos últimas décadas, debido en gran parte a la apertura de minas de capital privado.

El Estado chileno recibió pocos beneficios de la minería de cobre durante toda la primera mitad del siglo XX. La situación empezó a cambiar en 1951 con la firma del Convenio de Washington, que le permitió disponer de 20% de la producción. En 1966 el Congreso Nacional de Chile impuso la creación de Sociedades Mineras Mixtas con las empresas extranjeras en las cuales el Estado tendría 51% de la propiedad de los yacimientos. El proceso de "chilenización del cobre" culminó en julio de 1971, bajo el mandato de Salvador Allende, cuando el Congreso aprobó por unanimidad la nacionalización de la Gran Minería del Cobre.²⁹

En 1976, ya bajo el régimen militar de Pinochet, el Estado fundó la Corporación Nacional del Cobre de Chile (Codelco) para gestionar las grandes minas de cobre.²⁹

La mina de Chuquicamata, en la cual se han encontrado evidencias de la extracción de cobre por culturas precolombinas,³⁰ inició su construcción para la explotación industrial en 1910³¹ y la explotación se inició el 18 de mayo de 1915.³² Chuquicamata es la explotación a cielo abierto de mayores dimensiones del mundo y fue varios años la mina de cobre de mayor producción del mundo.³³ En el año 2002 se fusionaron las divisiones de Chuquicamata y Radomiro Tomic, creando el complejo minero Codelco Norte, que consta de dos minas a cielo abierto, Chuquicamata y Mina Sur. Aunque el yacimiento de Radomiro Tomic fue descubierto en los años 1950, sus operaciones comenzaron en 1995, una vez actualizados los estudios de viabilidad técnica y económica.³¹

En 1995 se inició la construcción de la mina de Minera Escondida, en la II Región de Antofagasta, y en 1998 se iniciaron las operaciones de extracción. Es la mina de mayor producción del mundo. La Huelga de la Minera Escondida en el 2006 paralizó la producción durante 25 días y alteró los precios mundiales del cobre.^{34 35} La producción de Minera Escondida alcanzó en 2007 las 1.483.934 t.³⁶ Esta producción representa el 9.5% de la producción mundial y el 26% de la producción chilena de cobre, según estimaciones para 2007.³⁷

En las últimas décadas Chile se ha consolidado como el principal productor de cobre, pasando de un 14% de la producción mundial en 1960 a un 36% en 2006.³⁸

editar Isótopos

Configuración electrónica del átomo de cobre.

En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables: ⁶³Cu y ⁶⁵Cu. El más ligero de ellos es el más abundante (69,17%). Se han caracterizado hasta el momento 25 isótopos radiactivos de los cuales los más estables son el ⁶⁷Cu, el ⁶⁴Cu y el ⁶¹Cu 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 (⁵⁵Cu) a 78,955 uma (⁷⁹Cu), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos y la mayoría no alcanzan los 30 segundos. Los isótopos ⁶⁸Cu y ⁷⁰Cu presentan estados metaestables con un periodo de semidesintegración mayor al del estado fundamental.

Los isótopos más ligeros que el ⁶³Cu estable se desintegran principalmente por emisión beta positiva, originando isótopos de níquel, mientras que los más pesados que el isótopo ⁶⁵Cu estable se desintegran por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. El isótopo ⁶⁴Cu se desintegra generando ⁶⁴Zn, por captura electrónica y emisión beta positiva en un 69% y por desintegración beta negativa genera ⁶⁴Ni en el 31% restante.³⁹

editar Propiedades y características del cobre

editar Propiedades físicas

Cubierta del Palacio de los Deportes de México D. F. construida en 1968 con cobre expuesto a la intemperie.

El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio asequible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 ºC es igual a 58,108⁶ S/m.⁸ A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.⁴⁰

editar Propiedades mecánicas

Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.¹ Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

editar Características químicas

Techumbre de cobre con pátina de cardenillo en el ayuntamiento de Minneapolis (Minnesota).

En la mayoría de sus compuestos, el cobre 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).⁴¹ La coloración azul del Cu⁺² se debe a la formación del ión [Cu(OH₂)₆⁺².⁴²

Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.⁴³ También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético,⁴⁴ que es el responsable del sabor del vinagre y se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar intoxicaciones por cardenillo que, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y condimentos y ser ingerido.

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.⁴¹ El cloruro cuproso y el cloruro cúprico, combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido clorhídrico, ocasionando unas manchas de atacamita o paratacamita, de color verde pálido a azul verdoso, suaves y polvorientas que no se fijan sobre la superficie y producen más cloruros de cobre, iniciando de nuevo el ciclo de la erosión.⁴⁵

Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu₂S (calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato de cobre (antlerita) con colores de verde a azul verdoso.⁴⁵ Estas sales son muy comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los automóviles.

El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre, lustrando el metal y formando citrato de cobre. Si después de limpiar el cobre con ácido cítrico, se vuelve a utilizar el mismo paño para limpiar superficies de plomo, el plomo se bañará de una capa externa de citrato de cobre y citrato de plomo con un color rojizo y negro.

editar Propiedades biológicas

En las plantas, el cobre posee un importante papel en el proceso de la fotosíntesis y forma parte de la composición de la plastocianina. Alrededor del 70% del cobre de una planta está presente en la clorofila, principalmente en los cloroplastos. Los primeros síntomas en las plantas por deficiencia de cobre aparecen en forma de hojas estrechas y retorcidas, además de puntas blanquecinas. Las panículas y las vainas pueden aparecer vacías por una deficiencia severa de cobre, ocasionando graves pérdidas económicas en la actividad agrícola.⁴⁶

El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunológico y huesos y por tanto es esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa.⁴⁷

El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson, el origen de esta enfermedad es hereditario, y aparte del trastorno hepático que ocasiona también daña al sistema nervioso. Se trata de una enfermedad poco común.⁴⁸

Puede producirse deficiencia de cobre en niños con una dieta pobre en calcio, especialmente si presentan diarreas o desnutrición. También hay enfermedades que disminuyen la absorción de cobre, como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al llevar dietas restrictivas.⁴⁹

El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.

editar Precauciones sanitarias del cobre

A pesar de que el cobre es un oligoelemento necesario para la vida, unos niveles altos de este elemento en el organismo pueden ser dañinos para la salud. La inhalación de niveles altos de cobre puede producir irritación de las vías respiratorias. La ingestión de niveles altos de cobre puede producir náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte.⁵⁰ Ingerir por via oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos.

Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla. El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además, puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día.⁵⁰

La Organización Mundial de la Salud (OMS) en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l.⁵¹ El mismo valor ha sido adoptado en la Unión Europea como valor límite de cobre en el agua potable, mientras que en Estados Unidos la Agencia de Protección Ambiental ha establecido un máximo de 1,3 mg/l.⁵² El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.^{53 52} La Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades de Estados Unidos recomienda que, para disminuir los niveles de cobre en el agua potable que se conduce por tuberías de cobre, se deje correr el agua por lo menos 15 segundos antes de beberla o usarla por primera vez en la mañana.⁵⁰

Las actividades mineras pueden provocar la contaminación de ríos y aguas subterráneas con cobre y otros metales durante su explotación así como una vez abandonada la minería en la zona. El color turquesa del agua y las rocas se debe a la acción que el cobre y otros metales desarrollan durante su explotación minera.^{54 55}

editar Aleaciones y tipos de cobre

Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa (3 en la escala de Mohs ó 50 en la escala de Vickers).¹ En cambio, unido en aleación con otros elementos adquiere características mecánicas muy superiores, aunque disminuye su conductividad. Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de cuyas composiciones dependen las características técnicas que se obtienen, por lo que se utilizan en multitud de objetos con aplicaciones técnicas muy diversas. El cobre se alea principalmente con los siguientes elementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr y otros en menor cuantía.

Según los fines a los que se destinan en la industria, se clasifican en aleaciones para forja y en aleaciones para moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO 1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984.⁵⁶ Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System).⁵⁷

editar Latón (Cu-Zn)

Jarrón egipcio de latón, Museo del Louvre, París.

El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³.

Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de latones se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.

El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es maleable, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mínimas, de otros metales en su composición.

Una pequeña aportación de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.

El latón admite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogenización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con parecido al oro, característica que es aprovechada en joyería, especialmente en bisutería, y en el galvanizado de elementos decorativos. Las aplicaciones de los latones abarcan otros campos muy diversos, como armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensadores y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos.

El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables, cepillos de limpieza de metales y en pararrayos.

editar Bronce (Cu-Sn)

Estatua de bronce. David desnudo.

Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntariamente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño.

El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.

editar Alpaca (Cu-Ni-Zn)

Hueveras de alpaca.

Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn). en una proporción de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y del 13-25% de cinc.⁵⁸ Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de máximos de dureza a mínimos de conductividad Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc, se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro, constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en los condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.⁵⁹

Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Su aplicación se abarca materiales de telecomunicaciones, instrumentos y accesorios de fontanería y electricidad, como grifos, abrazaderas, muelles, conectores. También se emplea en la construcción y ferretería, para elementos decorativos y en las industrias químicas y alimentarias, además de materiales de vajillas y orfebrería.⁶⁰

El monel es una aleación que se obtiene directamente de los minerales canadienses, y tiene una composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene una gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.⁶¹

El platinoide es un metal blanco compuesto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de cinc y de 1-2% de tungsteno.⁶²

editar Otras aleaciones

Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes:

• Cobre-cadmio (Cu-Cd): son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cadmio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de contacto para tranvías.

• Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

• Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.⁶³

• Cobre-aluminio (Cu-Al): también conocidas como bronces al aluminio y duraluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas.⁶⁴

• Cobre-berilio (Cu-Be): es una aleación constituida esencialmente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes.⁶⁵

• Cobre-plata (Cu-Ag) o cobre a la plata: es una aleación débil por su alto contenido de cobre, que se caracteriza por una alta dureza que le permite soportar temperaturas de hasta 226 ºC, manteniendo la conductividad eléctrica del cobre.⁶⁶

• Constantán (Cu₅₅Ni₄₅): es una aleación formada por un 55% de cobre y un 45% de níquel. Se caracteriza por tener un una resistividad eléctrica casi constante de 4,9•10^-7 Ω•m en un amplio rango de temperaturas, con un coeficiente de temperatura de 10^-5 K^-1. Se emplea en la fabricación de termopares, galgas extensiométricas y monedas.

• Manganina (Cu₈₆Mn₁₂Ni₂): es otra aleación con un muy bajo coeficiente de temperatura y se utiliza en galgas extensiométricas y resistores de alta estabilidad. Además, su potencial termoeléctrico de contacto con el cobre por efecto Seebeck es muy pequeño (+0,6 mV/100 K). Su resistividad eléctrica es de unos 4,9•10^-7 Ω•m y su coeficiente de temperatura es de 10^-8 K^-1.⁶⁷

Algunas aleaciones de cobre tienen pequeños porcentajes de azufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufre tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectivamente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu₂S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en los procesos de mecanizado, mejorando la maquinabilidad de la aleación.⁶³

editar Procesos industriales del cobre

editar Minería del cobre

Mina a cielo abierto en Bingham, Illinois (EE. UU.).

Mina de cobre Chuquicamata, Chile.

El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.⁶⁸ Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), 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 (CuS_2</