Cobre (Cu) | Ocorrência, Usos e Propriedades do Cobre
Cobre (Cu), elemento químico, um metal avermelhado e extremamente dúctil do Grupo 11 (Ib) da tabela periódica, que é excepcionalmente bom condutor de eletricidade e calor. O cobre é encontrado no estado metálico livre da natureza. Este cobre nativo foi usado pela primeira vez (cerca de 8000 aC) como substituto da pedra por humanos neolíticos (Nova Idade da Pedra). A metalurgia amanheceu na Mesopotâmia quando o cobre foi moldado para moldar em moldes (c. 4000 aC), foi reduzido a metal a partir de minérios com fogo e carvão e foi intencionalmente ligado com estanho como bronze (c. 3500 aC). O suprimento romano de cobre veio quase inteiramente de Chipre. Era conhecido como aes Cyprium, “metal de Chipre”, abreviado para cyprium e posteriormente corrompido para cuprum. Veja também bronze.
Ocorrência, usos e propriedades
O cobre nativo é encontrado em muitos locais como mineral primário em lavas basálticas e também reduzido a partir de compostos de cobre, como sulfetos, arsenetos, cloretos e carbonatos. (Para propriedades mineralógicas do cobre, consulte a tabela de elementos nativos.) O cobre ocorre combinado em muitos minerais, como calcocita, calcopirita, bornita, cuprita, malaquita e azurita. Está presente nas cinzas das algas marinhas, em muitos corais marinhos, no fígado humano e em muitos moluscos e artrópodes. O cobre desempenha o mesmo papel do transporte de oxigênio na hemocianina de moluscos e crustáceos de sangue azul que o ferro na hemoglobina de animais de sangue vermelho. O cobre presente nos seres humanos como oligoelemento ajuda a catalisar a formação de hemoglobina. Um depósito de cobre de pórfiro na Cordilheira dos Andes, no Chile, é o maior depósito conhecido do mineral. No início do século XXI, o Chile havia se tornado o principal produtor mundial de cobre. Outros grandes produtores incluem Peru, China e Estados Unidos.
O cobre é produzido comercialmente principalmente por fundição ou lixiviação, geralmente seguido por eletrodeposição de soluções de sulfato. Para um tratamento detalhado da produção de cobre, consulte Processamento de cobre. A maior parte do cobre produzido no mundo é usada pelas indústrias elétricas; a maior parte do restante é combinada com outros metais para formar ligas. (Também é tecnologicamente importante como revestimento galvanizado.) Séries importantes de ligas nas quais o cobre é o principal constituinte são metais (cobre e zinco), bronzes (cobre e estanho) e pratas de níquel (cobre, zinco e níquel, não prata). Existem muitas ligas úteis de cobre e níquel, incluindo a Monel; os dois metais são completamente miscíveis. O cobre também forma uma série importante de ligas com alumínio, chamadas bronzes de alumínio. O cobre-berílio (2% de Be) é uma liga de cobre incomum, pois pode ser endurecido por tratamento térmico. O cobre faz parte de muitos metais de cunhagem. Muito tempo após a Idade do Bronze ter passado para a Idade do Ferro, o cobre permaneceu o segundo metal em uso e importância para o ferro. Na década de 1960, no entanto, o alumínio mais barato e muito mais abundante passou para o segundo lugar na produção mundial.
O cobre é um dos metais mais dúcteis, não especialmente fortes ou duros. A resistência e a dureza são sensivelmente aumentadas pelo trabalho a frio devido à formação de cristais alongados da mesma estrutura cúbica centrada na face que está presente no cobre recozido mais macio. Gases comuns, como oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono e dióxido de enxofre, são solúveis em cobre fundido e afetam bastante as propriedades mecânicas e elétricas do metal solidificado. O metal puro perde apenas para a prata em condutividade térmica e elétrica. O cobre natural é uma mistura de dois isótopos estáveis: cobre-63 (69,15%) e cobre-65 (30,85%).
Como o cobre fica abaixo do hidrogênio na série eletromotriz, ele não é solúvel em ácidos com a evolução do hidrogênio, embora reaja com ácidos oxidantes, como o ácido sulfúrico nítrico e quente, concentrado. O cobre resiste à ação da atmosfera e da água do mar. A exposição por longos períodos ao ar, no entanto, resulta na formação de um fino revestimento protetor verde (pátina) que é uma mistura de hidroxocarbonato, hidroxossulfato e pequenas quantidades de outros compostos. O cobre é um metal moderadamente nobre, não sendo afetado por ácidos diluídos não-oxidantes ou não-complexos na ausência de ar. Contudo, dissolverá-se rapidamente em ácido nítrico e em ácido sulfúrico na presença de oxigênio. Também é solúvel em amônia aquosa ou cianeto de potássio na presença de oxigênio devido à formação de complexos ciano muito estáveis após a dissolução. O metal reagirá no calor vermelho com oxigênio para fornecer óxido cúprico, CuO e, a temperaturas mais altas, óxido cuproso, Cu2O. Ele reage ao aquecimento com enxofre para dar Cu2S ao sulfeto cuproso.
| Produção e reservas de cobre | ||||
| País | produção em 2016 (toneladas) * | % da produção mundial | Reservas2016 (tons)* | % das Reservas Mundiais |
| *Estimada | ||||
| ** Por causa do arredondamento, os detalhes não somam o total fornecido. | ||||
| Fonte: U.S. Department of the Interior, Mineral Commodity Summaries 2017. | ||||
| Chile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| China | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Estados Unidos | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australia | 970 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Congo (Kinshasa) | 910 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambia | 740 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Canada | 720 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Russia | 710 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Mexico | 620 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| Outros Países | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| Total mundial | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
Principais Compostos
O cobre forma compostos nos estados de oxidação +1 e +2 em sua química normal, embora em circunstâncias especiais alguns compostos de cobre trivalente possam ser preparados. Foi demonstrado que o cobre trivalente sobrevive não mais que alguns segundos em uma solução aquosa.
Os compostos de cobre (I) (cuproso) são todos diamagnéticos e, com poucas exceções, incolores. Entre os importantes compostos industriais de cobre (I) estão óxido cuproso (Cu2O), cloreto cuproso (Cu2Cl2) e sulfeto cuproso (Cu2S). O óxido cuproso é um pó ou cristal vermelho ou marrom avermelhado que ocorre na natureza como o mineral cuprita. É produzido em larga escala pela redução de minérios de óxido de cobre misturados com metal de cobre ou por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio usando eletrodos de cobre. O composto puro é insolúvel em água, mas solúvel em ácido clorídrico ou amônia. O óxido cuproso é usado principalmente como pigmento vermelho para tintas antiincrustantes, vidros, esmaltes de porcelana e cerâmica e como fungicida de sementes ou culturas.
O cloreto cuproso é um sólido esbranquiçado a acinzentado que ocorre como o nantoquita mineral. Geralmente é preparado por redução de cloreto de cobre (II) com cobre metálico. O composto puro é estável ao ar seco. O ar úmido o converte em um composto oxigenado esverdeado e, após exposição à luz, é transformado em cloreto de cobre (II). É insolúvel em água, mas se dissolve em ácido clorídrico concentrado ou em amônia devido à formação de íons complexos. O cloreto cuproso é usado como catalisador em várias reações orgânicas, principalmente na síntese de acrilonitrila a partir de acetileno e cianeto de hidrogênio; como um agente descolorante e dessulfurizante para produtos petrolíferos; como agente desnitratador da celulose; e como um agente de condensação para sabões, gorduras e óleos.
O sulfeto de cobre ocorre na forma de pó preto ou nódulos e é encontrado como o calcocito mineral. Grandes quantidades do composto são obtidas pelo aquecimento do sulfeto cúprico (CuS) em uma corrente de hidrogênio. O sulfeto de cobre é insolúvel em água, mas solúvel em hidróxido de amônio e ácido nítrico. Suas aplicações incluem o uso em células solares, tintas luminosas, eletrodos e certas variedades de lubrificantes sólidos.
Os compostos de cobre (II) de valor comercial incluem óxido cúprico (CuO), cloreto cúprico (CuCl2) e sulfato cúprico (CuSO4). O óxido cúprico é um pó preto que ocorre como os minerais tenorita e paramelaconita. Grandes quantidades são produzidas por torrefação de minério de óxido de cobre misto em um forno a uma temperatura abaixo de 1.030 ° C (1.900 ° F). O composto puro pode ser dissolvido em ácidos e cianetos alcalinos. O óxido cúprico é empregado como pigmento (azul a verde) para vidros, esmaltes de porcelana e gemas artificiais. Também é usado como um agente dessulfurizante para gases de petróleo e como um catalisador de oxidação.
O cloreto cúprico é um pó amarelado a marrom que absorve rapidamente a umidade do ar e se transforma no hidrato azul esverdeado CuCl2 ∙ 2H2O. O hidrato é comumente preparado pela passagem de cloro e água em uma torre de contato cheia de cobre metálico. O sal anidro é obtido por aquecimento do hidrato a 100 ° C (212 ° F). Como o cloreto cuproso, o cloreto cúprico é usado como catalisador em várias reações orgânicas - por exemplo, na cloração de hidrocarbonetos. Além disso, serve como conservante de madeira, mordente (fixador) no tingimento e estampagem de tecidos, desinfetante, aditivo para ração e pigmento para vidro e cerâmica.
O sulfato cúprico é um sal formado pelo tratamento do óxido cúprico com ácido sulfúrico. Forma cristais azuis brilhantes grandes contendo cinco moléculas de água (CuSO4 ∙ 5H2O) e é conhecido no comércio como vitríolo azul. O sal anidro é produzido aquecendo o hidrato a 150 ° C (300 ° F). O sulfato cúprico é utilizado principalmente para fins agrícolas, como pesticida, germicida, aditivo para ração e aditivo para o solo. Entre seus usos menores estão como matéria-prima na preparação de outros compostos de cobre, como reagente na química analítica, como eletrólito para baterias e banhos de galvanoplastia e na medicina como fungicida, bactericida e adstringente aplicado localmente.
Outros compostos importantes de cobre (II) incluem carbonato cúprico, Cu2 (OH) 2CO3, que é preparado pela adição de carbonato de sódio a uma solução de sulfato de cobre e, em seguida, filtrando e secando o produto. É usado como um agente corante. Com o arsênico, forma acetoarsenita cúprica (comumente conhecida como verde de Paris), um conservante de madeira e inseticida.
