Profundización

Elementos de la Tabla Periódica

Cobre

Símbolo: Cu

Clasificación: Metales de transición Grupo 11

Es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El cobre es uno de los elementos de transición de la tabla periódica.



Número Atómico: 29
Masa Atómica: 63,546
Número de protones/electrones: 29
Número de neutrones (Isótopo 64-Cu): 35
Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s1
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 1
Números de oxidación: +1, +2



Electronegatividad: 1,90
Energía de ionización (kJ.mol-1): 785
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 118
Radio atómico (pm): 128
Radio iónico (pm) (carga del ion): 96(+1), 72(+2)


Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 13,0
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 304,6


Punto de Fusión (ºC): 1084,62
Punto de Ebullición (ºC): 2562
Densidad (kg/m3): 8960; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 7,09
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Rojo anaranjado.



Vida Media:

Dos isótopos naturales: 63-Cu (69,17%) y 65-Cu (30,83%). Veintisiete inestables cuyas vidas medias oscilan entre 188 milisegundos (79-Cu) y 61,83 horas (67-Cu).


Descubierto en:
Antigüedad (+ de 5000 años a.C.).

Descubierto por:

Fuentes: Nativo. Minerales: calcopirita (FeCuS2),
cuprita (Cu2O),
malaquita (Cu2(CO3)(OH)2),
azurita (Cu3(OH)2(CO3)2),
bornita (FeCu2S4),
cubanita (Fe2CuS3),
covelina (CuS),
calcosina (Cu2S).

Usos:

Conducción eléctrica y de calor (alambres, cables, tubos), monedas, joyería, arte. Fontanería.

Aplicaciones y propiedades

Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad relativa de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,846.

El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, desde 0,025 mm en adelante. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo era frecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera para proteger el casco ante posibles colisiones. El cobre puede galvanizarse fácilmente como tal o como base para otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidades en la producción de electrotipos (reproducción de caracteres de impresión).

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. El cobre en bruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono. Las menas más importantes, las formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados se funden en un horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este cobre en bruto se purifica posteriormente por electrólisis, obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9 por ciento.

El cobre puro es blando pero puede endurecerse posteriormente. Las aleaciones de cobre, mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse para fines eléctricos. No obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana.

El cobre forma dos series de compuestos químicos: de cobre (I), en la que el cobre tiene una valencia de 1, y de cobre (II), en la que su valencia es de 2. Los compuestos de cobre (I) apenas tienen importancia en la industria y se convierten fácilmente en compuestos de cobre (II) al oxidarse por la simple exposición al aire. Los compuestos de cobre (II) son estables. Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se usan grandes cantidades de cobre en la fabricación de rayón. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas como el verde de Schweinfurt, o en fungicidas como la mezcla de Burdeos, aunque para estos fines está siendo sustituido ampliamente por productos orgánicos sintéticos.

Estado natural

El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han encontrado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depósito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Este país posee aproximadamente el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este mineral. Los principales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, El Salvador y El Teniente. Las principales fuentes del cobre son la calcopirita y la bornita, sulfuros mixtos de hierro y cobre. Otras menas importantes son los sulfuros de cobre calcosina, que se encuentra en Chile, México, Estados Unidos y la antigua URSS; y la covellina, en Estados Unidos.

La enargita, un sulfoarseniato de cobre, se encuentra en Yugoslavia, Suráfrica y América del Norte; la azurita, un carbonato básico de cobre, en Francia y Australia, y la malaquita, otro carbonato básico de cobre, en los montes Urales, Namibia y Estados Unidos. La tetraedrita, un sulfantimoniuro de cobre y de otros metales, y la crisocolla, un silicato de cobre, se hallan ampliamente distribuidos en la naturaleza. La cuprita, un óxido, en España, Chile, Perú y Cuba, y la atacamita, un cloruro básico, cuyo nombre proviene de la región andina de Atacama, en el norte de Chile y Perú.


Curiosidades sobre el elemento: Se cree que se ha obtenido desde hace más de 5000 años.

Se encuentra en la corteza terrestre en un 6x10-3% en peso. Algunas veces se presenta nativo. Se encuentra en muchos minerales: cuprita, malaquita, azurita, calcopirita, bornita, atacamita [CuCl2.3Cu(OH)2], brochantita [Cu4(SO4)(OH)6], calcantita [CuSO4.5H2O], enargita [Cu3AsS4], tetraedrita [(Cu2Ag2Fe,Zn,Hg)3(Sb,As,Bi)2S6], ..... Las menas más importantes son los sulfuros, óxidos y carbonatos. En muchas ocasiones un mineral es rentable por los elementos que acompañan al cobre: hierro, níquel, plomo, plata, oro.

De estos minerales (son rentables con un contenido superior al 0,4% de cobre) se obtiene el cobre en bruto (94-97% de cobre) por concentración, tostación y fusión en hornos eléctricos o de reverbero. Este cobre es purificado al 99% (cobre cocido) por afino mediante fusión en horno de reverbero con aditivos que forman escorias con el hierro y el níquel, y el Cu2O existente se reduce con carbón. Posteriormente se realiza el afino electrolítico utilizando las placas de cobre cocido como ánodo sumergidas en una disolución sulfúrica de sulfato de cobre; como cátodo se usa cobre puro. El cobre del ánodo pasa a la disolución y en el cátodo se deposita cobre puro (pureza del 99,99%). Las impurezas pasan a la disolución y se recogen como barros anódicos, de gran importancia en la obtención de muchos elementos.

Otro método distinto a la extracción pirometalúrgica, es la extracción hidrometalúrgica (empleada también con otros metales), que consume la tercera parte del hidrógeno producido. Consiste en la reducción por H2 del Cu2+ de sus minerales en disolución acuosa. El material de partida contiene CuO o CuS que se disuelve con ácido sulfúrico y se hace burbujear hidrógeno en la disolución obtenida.

El cobre es un metal pesado, rojo con brillo metálico. Es blando, maleable, dúctil, y un buen conductor del calor y de la electricidad (es el segundo mejor conductor, después de la plata). Las impurezas aumentan considerablemente su resistividad.

Al contacto con el aire su superficie se oxida lentamente a Cu2O, rojo, lo que evita la oxidación posterior. En zonas húmedas se forma una capa protectora de color verde de carbonato básico de cobre (Cu(OH)2CO3) en las ciudades, de sulfato básico de cobre (CuSO4.Cu(OH)2) en los centros industriales y de cloruro básico (CuCl2.3Cu(OH)2) en las zonas costeras.

Fundido disuelve el H2 y el O2, pero no al N2, CO y CO2.

Se le considera semiprecioso, pues sólo es atacado directamente por los ácidos oxidantes. En presencia de O2 es atacado por otros ácidos. Las sustancias que contienen azufre lo corroen.

Más del 50% del cobre (puro o aleado) se destina a aplicaciones eléctricas o a la electrónica. Su elevado precio hace que sea sustituido por materiales más baratos siempre que es posible (aluminio).

Base de las aleaciones de nominadas bronces (cobre y estaño) y latones (cobre y cinc) de gran importancia económica. Casi todas las monedas y proyectiles contienen aleaciones de cobre. Entre sus compuestos destacan: