Storia del rame, proprietà, struttura, usi, carta biologica

Lui rame È un metallo di transizione che appartiene al gruppo 11 della tavola periodica ed è rappresentato dal simbolo chimico Cu. È caratterizzato e distinto dall'essere un metallo rosso-arancio, molto duttile e malleabile, essendo anche un grande conduttore di elettricità e calore.

Nella sua forma metallica si trova come minerale primario nelle rocce basaltiche. Nel frattempo, arrugginiti in composti solfurosi (quelli con il più alto sfruttamento minerario), arseniuros, cloruri e carbonati; cioè una vasta categoria di minerali.

ANNUNNO CLOCCO DI COPPER. Fonte: Pixabay.

Tra i minerali che lo contengono possono essere menzionati calcocite, calcopirite, ripido, couprita, malachite e azure. Il rame è presente anche in ceneri di alghe, coralli marini e artropodi.

Questo metallo ha un'abbondanza di 80 ppm nella crosta terrestre e una concentrazione media nell'acqua di mare di 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. In natura è presentato come due isotopi naturali: ⁶³Cu, con un'abbondanza del 69,15 %, e il ⁶⁵Cu, con un'abbondanza del 30,85%.

Ci sono prove che il rame è stato lanciato in 8000 a. C. E lega con stagno per formare il bronzo, in 4000 a. C. Si considera che solo ferro meteorico e oro, lo precedono come i primi metalli usati dall'uomo. È quindi sinonimo di luminosità arcaica e arancione allo stesso tempo.

Il rame viene utilizzato principalmente nell'elaborazione dei cavi per la guida elettrica nei motori elettrici. Tali cavi, piccoli o grandi, compongono macchinari o dispositivi del settore e nella vita di tutti i giorni.

Il rame interviene nella catena di trasporto elettronico che consente la sintesi di ATP; composto energetico principale degli esseri viventi. È un co -fondatore della dismutasi di overossido: enzima che si degrada allo ione superossido, composto altamente tossico per gli esseri viventi.

Inoltre, il rame è conforme all'emocianina un ruolo nel trasporto di ossigeno in alcuni aracnidi, crostacei e molluschi, che è simile a quello prodotto dal ferro in emoglobina.

Nonostante tutte le sue azioni benefiche per l'uomo, il rame quando si accumula nel corpo umano, tale è il caso della malattia di Wilson, può causare cirrosi epatica, disturbi cerebrali e danni oculari, tra le altre alterazioni.

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Storia

Age di rame

Il rame nativo è stato utilizzato per l'elaborazione di artefatti come sostituto della pietra nel neolitico, probabilmente tra gli anni 9000 e 8000 a. C. Il rame è uno dei primi metalli usati dall'uomo, dopo il ferro presente in meteoriti e oro.

Vi sono prove dell'uso del mining per ottenere rame in 5000 a. C. Già per una data precedente, furono costruiti articoli di rame; Questo è il caso di una pendenza fatta in Iraq stimolante in 8700 a. C.

A sua volta, si ritiene che la metallurgia sia nata in Mesopotamia (attuale Iraq) nel 4000 a. C., Quando il metallo dei minerali è stato ridotto usando fuoco e carbone. Quindi, rame intenzionalmente legato con stagno per produrre bronzo (da 4000 a. C.).

Alcuni storici sottolineano un'età del rame, che sarebbe cronologicamente situata tra il neolitico e l'età del bronzo. Successivamente, l'età del ferro ha sostituito quello del bronzo tra il 2000 e 1000 a. C.

Età del bronzo

L'età del bronzo è iniziata 4000 anni dopo che il rame era possibile sciogliersi. Gli articoli in bronzo della cultura Vinca risalgono al 4500 a. C.; Mentre in Sumeria e in Egitto ci sono oggetti in bronzo elaborati 3000 anni. C.

L'uso del carbonio radioattivo ha permesso di stabilire l'esistenza di estrazione di rame in Alderley Edge, Cheshire e Regno Unito, tra gli anni 2280 e 1890. C.

Si può notare che Ötzi, "Ice Man" con una data stimata tra 3300 e 3200 a. C., Avevo un'ascia con una testa di rame pura.

I romani dal settimo secolo a. C. Hanno usato pezzi di rame come valuta. Julio Cesar ha usato monete di ottone, lega di rame e zinco. Inoltre, le monete di Octavio sono state realizzate con una lega di rame, piombo e stagno.

Produzione e nome

La produzione di rame nell'impero romano ha raggiunto 150.000 tonnellate all'anno, figura solo durante la rivoluzione industriale. I romani portarono il rame di Cipro, sapendolo come AES Cyprium ("Chipre Metal").

Quindi, il termine degenerato in Cuprum: nome usato per designare il rame fino al 1530, quando fu introdotto il termine della radice inglese "rame", per designare il metallo.

La grande montagna di rame in Svezia che ha funzionato dal X secolo al 1992, copriva il 60% del consumo d'Europa nel diciassettesimo secolo. La pianta affinerie di Norddeutsche ad Amburgo (1876), fu la prima moderna pianta di galvanoplastica che usava il rame.

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Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto

Il rame è un lucido metallo rosso arancione, mentre la maggior parte dei metalli nativi sono grigi o argento.

Numero atomico (Z)

29

Peso atomico

63.546 u

Punto di fusione

1.084.62 ºC

I gas comuni come ossigeno, azoto, anidride carbonica e biossido di zolfo sono solubili nel rame fuso e influenzano le proprietà meccaniche ed elettriche del metallo quando si solidifica.

Punto di ebollizione

2.562 ºC

Densità

- 8,96 g/ml a temperatura ambiente.

- 8,02 g/ml nel punto di fusione (liquido).

Si noti che non vi è alcuna notevole riduzione della densità tra la fase solida e liquida; Entrambi rappresentano materiali molto densi.

Calore di fusione

13,26 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

300 kJ/mol.

Capacità calorica molare

24,44 J/(mol ∙ K).

Dilatazione termica

16,5 µm/(M ∙ K) a 25 ° C.

Conduttività termica

401 W/(M ∙ K).

Resistività elettrica

16,78 Ω ∙ m a 20 ºC.

Conducibilità elettrica

59,6 ∙ 10⁶ VOI.

Il rame presenta una conduzione elettrica molto elevata, superata solo da quella di La Plata.

Durezza MOHS

3.0.

È quindi un metallo morbido e anche abbastanza duttile. La resistenza e la durezza aumentano attraverso il lavoro a freddo a causa della formazione di cristalli allungati della stessa struttura cubica centrata sul viso presente nel rame.

Reazioni chimiche

La prova della fiamma del rame, che è identificata dal colore della sua fiamma verde bluastra. Fonte: SWN (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/file: flametest co-cu.Swn.Jpg)

Il rame non reagisce con l'acqua, ma con ossigeno atmosferico, che copre uno strato di ossido di grandina nera che fornisce protezione da corrosione agli strati sottostanti del metallo:

2cu (s) + o₂(g) → 2cuo

Il rame non è solubile in acidi diluiti, tuttavia reagisce con acidi solforici e nitrici caldi e concentrati. È anche solubile in ammoniaca in soluzione acquosa e nel cianuro di potassio.

Puoi resistere all'azione dell'aria atmosferica e all'acqua di mare. Tuttavia, la sua mostra prolungata si traduce nella formazione di uno strato di protezione verde fine (Skate).

Lo strato anteriore è una miscela di carbonato di rame e solfato, osservata in vecchi edifici o sculture, come la statua della libertà di New York.

Il rame reagisce il riscaldamento rosso con ossigeno per dare ossido cuprico (CUO) e a temperature più elevate modellano l'ossido cupro (Cu₂O). Reagisce anche a caldo con lo zolfo per causare solfuro di rame; Pertanto, viene offuscato quando è esposto ad alcuni composti di zolfo.

Il rame I brucia con una fiamma blu in un test di fiamma; Mentre Copper II emette una fiamma verde.

Struttura elettronica e configurazione

I cristalli di rame si cristallizzano nella struttura cubica centrata su facce (FCC) Face Cenred Cubic). In questo cristallo FCC, gli atomi sono uniti grazie al legame metallico, che è relativamente più debole di altri metalli di transizione; Realizzato nella sua grande duttilità e basso punto di fusione (1084 ºC).

Secondo la configurazione elettronica:

[AR] 3D¹⁰ 4s¹

Tutti gli orbitali 3D sono pieni di elettroni, mentre c'è un posto vacante nell'orbitale 4S. Ciò significa che gli orbitali 3D non collaborano nel collegamento metallico come unito ad altri metalli. Pertanto, gli atomi di Cu lungo il vetro si sovrappongono ai loro orbitali 4S per creare bande, influenzando la forza relativamente debole delle loro interazioni.

In effetti, la risultante differenza energetica tra gli elettroni dell'orbitale 3D (pieno) e 4S (semi) è responsabile dei cristalli di rame che assorbono i fotoni dello spettro visibile, che riflettono il loro distintivo colore arancione.

I cristalli FCC di rame possono avere dimensioni diverse, che, più piccole, sarà più forte il pezzo di metallo. Quando sono molto piccoli, si parla di nanoparticelle, sensibili all'ossidazione e riservate per applicazioni selettive.

Numeri di ossidazione

Il primo numero o stato di ossidazione che ci si può aspettare dal rame è +1, in seguito alla perdita dell'elettrone del suo orbitale 4S. Avendolo in un composto, si assume l'esistenza del catione⁺ (Comunemente chiamato cuproso).

Questo e il numero di ossidazione +2 (Cu²⁺) sono i più noti e abbondanti per il rame; Sono generalmente gli unici insegnati al liceo. Tuttavia, ci sono anche numeri di ossidazione +3 (Cu³⁺) e +4 (Cu⁴⁺), che non sono così rari come puoi pensare a prima vista.

Ad esempio, i sali dell'anione Cupra, CuO₂^-, Rappresentano composti di rame (III) o +3; Questo è il caso di potassio couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺O₂^2-).

Anche il rame, sebbene in misura minore e in occasioni molto rare, può avere un numero di ossidazione negativo: -2 (CU^2-).

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Come si ottiene

Materia prima

I minerali più utilizzati per l'estrazione del rame sono i solfuri in metallo, principalmente calcopirite (tazze₂) E la Bornata (Cu₅Fes₄). Questi minerali contribuiscono al 50% del rame totale estratto. Sono anche usati per ottenere il rame la Calellita (CUS) e Calcocita (Cu₂S).

Schiacciamento e macinazione

Inizialmente le rocce vengono schiacciate fino a ottenere frammenti di roccia da 1,2 cm. Quindi continuare con una macinatura dei frammenti di roccia, fino a ottenere particelle di 0,18 mm. Acqua e reagenti vengono aggiunti per ottenere una pasta, che viene quindi effettuata per ottenere un concentrato di rame.

Galleggiante

In questa fase si formano bolle che catturano minerali di rame e solforato presenti nella polpa. Vengono eseguiti diversi processi di raccolta in schiuma, asciugandolo per ottenere il concentrato che continua la sua purificazione.

Purificazione

Per separare il rame da altri metalli e impurità, il concentrato a secco è sottoposto ad alte temperature in forni speciali. Il rame raffinato al fuoco (RAF) è modellato su piastre un peso approssimativo di 225 kg che costituirà anodi.

Elettrolisi

L'elettrolisi viene utilizzata nella raffinazione del rame. Gli anodi della fonderia vengono portati alle celle elettrolitiche per la raffinazione. Il rame si sposta sul catodo e impurità sedimenti nella parte inferiore delle cellule. In questo processo, i catodi in rame sono ottenuti con la purezza del 99,99%.

Leghe di rame

Bronzo

Il bronzo è una lega di rame e stagno, che costituisce rame tra l'80 e il 97% dello stesso. È stato utilizzato nella produzione di armi e utensili. È attualmente utilizzato nell'elaborazione di parti meccaniche resistenti allo sfregamento e alla corrosione.

Inoltre, viene utilizzato nella costruzione di strumenti musicali, come campane, gong, piatti, sassofoni e corde di arpe, chitarre e pianoforte.

Ottone

L'ottone è una lega di rame e zinco. Nei reggiseni industriali la percentuale di zinco è inferiore al 50%. È usato nell'elaborazione di contenitori e strutture di metallo.

Monel

La lega Monel è una lega di nichel-cobra, con un rapporto di 2: 1 tra il nichel e il rame. È resistente alla corrosione e viene utilizzato in scambiatori di calore, aste e archi lenti.

Constatan

La verifica è una lega composta da 55% di rame e 45% di nichel. È usato per creare monete ed è caratterizzato da resistenza costante. Anche la lega Cuproníquel viene utilizzata per il rivestimento esterno di monete a bassa denominazione.

Beu

La lega di rame-berilio ha una percentuale beryl del 2%. Questa lega combina resistenza, durezza, conduttività elettrica e resistenza alla corrosione. La lega è comunemente usata in connettori elettrici, prodotti di telecomunicazione, componenti di piccoli computer e molle.

Gli strumenti come chiavi, cacciaviti e martelli utilizzati su olio e miniere di carbone, hanno le iniziali Beec come garanzia che non producono scintille.

Altri

90% in lega d'argento e rame al 10% sono stati utilizzati nelle valute, fino al 1965 quando l'uso dell'argento è stato eliminato in tutte le valute, ad eccezione della valuta a mezzo dollaro.

La lega di rame e il 7% di alluminio è di colore dorato e viene utilizzata nella decorazione. Nel frattempo, lo Shakudo è una lega decorativa giapponese di rame e oro, in bassa percentuale (dal 4 al 10%).

Applicazioni

Cablaggio elettrico e motori

Cablaggio elettrico in rame. Fonte: Scott Ehardt [dominio pubblico]

Rame grazie al suo alto costo elettrico e basso è il metallo preferito per l'uso nel cablaggio elettrico. Il cavo di rame viene utilizzato nelle varie fasi dell'elettricità, come la generazione di elettricità, trasmissione, distribuzione, ecc.

Il 50% del rame prodotto nel mondo viene utilizzato nell'elaborazione di cavi e fili elettrici, a causa della loro elevata conducibilità elettrica, facilità di filo (duttilità), resistenza alla deformazione e corrosione.

Il rame viene anche utilizzato nell'elaborazione di circuiti integrati e piastre di circuiti stampati. Il metallo viene utilizzato in calore e scambiatori di calore a causa della sua alta conduzione termica, che facilita la dissipazione del calore.

Il rame viene utilizzato in elettromagneti, tubi a vuoto, catodo e tubi magnetroni di forni a microonde.

Allo stesso modo, viene utilizzato nella costruzione di motori e sistemi elettrici che mettono i motori, rappresentando questi articoli intorno al 40% del consumo di elettricità mondiale.

Costruzione

Il rame, a causa della sua resistenza alla corrosione e all'azione dell'aria atmosferica, è stato utilizzato a lungo sui tetti della casa, doping, cupole, porte, finestre, ecc.

È attualmente utilizzato nel rivestimento delle pareti e degli oggetti decorativi, come accessori per il bagno, porte e lampade. Inoltre, viene utilizzato nei prodotti antimicrobici.

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Azione bioestatica

Il rame previene che numerose forme di vita non possano crescere su di lui. È stato usato in fogli che sono stati collocati nella parte inferiore delle barche delle navi per prevenire la crescita dei molluschi, come le cozze, nonché i perclabes.

I dipinti a base di rame sono attualmente utilizzati per la suddetta protezione delle navi. Il rame metallico può neutralizzare numerosi batteri per contatto.

È stato studiato il suo meccanismo d'azione basato sulle sue proprietà ioniche, corrosive e fisiche. La conclusione è stata che il comportamento ossidante del rame, insieme alle proprietà di solubilità dei suoi ossidi sono i fattori che causano l'antibatterico del rame metallico.

Il rame metallico agisce su alcuni ceppi di E. coli, S. aureola E Clostridium difficile, Gruppo A virus, adenovirus e funghi. Pertanto, è stato previsto per utilizzare leghe di rame che sono in contatto con le mani dei passeggeri in diversi mezzi di trasporto.

Nanoparticelle

L'azione antimicrobica del rame viene ulteriormente rafforzata quando vengono utilizzate le loro nanoparticelle, che si sono dimostrate utili per i trattamenti endodontici.

Allo stesso modo, le nanoparticelle di rame sono eccellenti adsorbenti e, poiché sono arancioni, un cambiamento di colore in esse rappresenta un metodo colorimetrico latente; Ad esempio, sviluppato per il rilevamento di ditiocarbamati pesticidi.

Carta biologica

Nella catena di trasporto elettronico

Il rame è un elemento essenziale per la vita. Interviene nella catena di trasporto elettronico, essendo parte del complesso IV. In questo complesso viene eseguita la fase finale della catena di trasporto elettronico: la riduzione della molecola di ossigeno per formare acqua.

Il complesso IV è costituito da due gruppi, un citocromo A, un citocromo a₃, così come due centri CEN; Uno chiamato CUA e l'altro cucciolo. Il citocromo a₃ e cucciolo forma un centro binucleare, in cui si verifica la riduzione dell'ossigeno all'acqua.

In questa fase, il Cu passa dal suo stato di ossidazione da +1 a +2, dando elettroni alla molecola di ossigeno. La catena di trasporto elettronica utilizza NADH e FADH₂, Dal ciclo di Krebs, come donatori di elettroni, con il quale crea un gradiente di idrogeno elettrochimico.

Questo gradiente funge da fonte di energia per la generazione di ATP, in un processo noto come fosforilazione ossidativa. Quindi, e alla fine, la presenza di rame è necessaria per la produzione di ATP nelle cellule eucariotiche.

Nell'enzima superossido dismutasi

Il rame fa parte dell'enzima superossido dismutasi, enzima che catalizza la decomposizione dello ione superossido (o₂^-), Composto tossico per gli esseri viventi.

Supmutasa supplias catalizza la decomposizione dello ione superossido per trasformarlo in ossigeno e/o perossido di idrogeno.

La dismutasi superossido può utilizzare la riduzione del rame per ossidare il superossido di ossigeno o può causare l'ossidazione del rame per formare il perossido di idrogeno dal superossido.

In emocianina

L'emocianina è una proteina presente nel sangue di alcuni aracnidi, crostacei e molluschi. Svolge una funzione simile all'emoglobina in questi animali, ma invece di avere ferro nel sito di trasporto dell'ossigeno, ha il rame.

L'emocianina ha due atomi di rame nel suo posto attivo. Per questo motivo, il colore dell'emocianina è blu verdastro. I centri di metallo di rame non sono in contatto diretto, ma hanno una posizione vicina. La molecola di ossigeno è intervallata tra i due atomi di rame.

Concentrazione nel corpo umano

Il corpo umano contiene tra 1,4 e 2,1 mg di Cu/kg di peso corporeo. Il rame viene assorbito nell'intestino tenue e quindi viene portato al fegato attaccato all'albumina. Da lì, il rame viene trasportato nel resto del corpo umano attaccato alla proteina plasmatica ceruloplasmina.

Il rame in eccesso viene escreto attraverso la bile. In alcuni casi, tuttavia, come nel caso della malattia di Wilson, il rame si accumula nel corpo, manifestando effetti tossici del metallo che colpiscono il sistema nervoso, i reni e gli occhi.

Riferimenti

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