Tabela periódica

Cobre (Cu)

Howard Birdsong Compilado a partir de fontes primárias IUPAC, NIST e PubChem

O cobre é o elemento 29, de símbolo Cu, configuração eletrónica [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ e massa atómica padrão 63,546 u. É o segundo melhor condutor elétrico depois da prata e o metal de referência para cablagem pela sua relação entre condutividade e preço.

Por que foi o primeiro metal trabalhado?

Porque se encontra no estado nativo e porque a sua extração do minério não exige muito.

Existem depósitos de cobre metálico puro, e o achado de pepitas marteláveis precede em milénios qualquer metalurgia. Há objetos de cobre nativo trabalhado na Anatólia que remontam ao nono milénio antes da nossa era.

O passo decisivo foi a fundição. Os minerais de cobre — malaquite, azurite — são carbonatos de cor verde e azul chamativos, usados como pigmento muito antes de se saber que continham metal. Aquecê-los com carvão a cerca de 1 100 °C liberta o cobre.

Essa temperatura é atingida por um forno de cerâmica bem tirado, o que provavelmente explica a descoberta: a olaria precedeu a metalurgia e forneceu o forno.

O cobre puro é demasiado mole para ferramentas de corte. A liga com estanho resolveu-o: o bronze é várias vezes mais duro e funde abaixo dos 1 000 °C, o que facilita a moldagem. A Idade do Bronze começa por volta de 3300 antes da nossa era.

O ferro exige temperaturas muito mais altas e uma química de redução mais difícil, e por isso chegou dois mil anos depois apesar de ser muito mais abundante.

O que é exatamente a pátina verde?

Não é uma única substância mas o resultado de uma sucessão de reações que pode demorar décadas.

Primeiro, o oxigénio forma óxido de cobre. Sobre ele, os compostos sulfurados do ar produzem sulfuretos escuros; uma estátua de cobre nova passa por uma fase acastanhada antes de esverdear.

Com o tempo, a humidade, o dióxido de carbono e os sulfatos atmosféricos geram carbonatos e hidroxissulfatos básicos: malaquite, brochantite, antlerite. Qual predomina depende do ambiente. Perto do mar aparecem cloretos básicos, de tom mais azulado.

A camada resultante é compacta, aderente e praticamente insolúvel. Sela o metal e trava a corrosão, exatamente ao contrário da ferrugem do ferro.

A chapa da Estátua da Liberdade tem 2,4 milímetros de espessura e foi instalada em 1886. Após quase século e meio conserva quase todo o seu material: a pátina protegeu-a.

⚠️ Os telhados de cobre das igrejas europeias duram séculos pela mesma razão, e um restauro que retire a pátina reinicia o processo e consome metal.

Por que é o metal da cablagem?

Por uma combinação de propriedades que nenhum concorrente iguala no conjunto.

A sua condutividade, 59 milhões de siemens por metro, é a segunda a seguir à da prata e serve de referência: a norma IACS define os 100 % como a condutividade do cobre recozido.

É além disso muito dúctil, pelo que se estira em fios finos sem partir. Solda-se com facilidade, resiste bem à corrosão e recicla-se indefinidamente sem degradar as suas propriedades. Perto de um terço do cobre consumido hoje é reciclado.

O alumínio compete em linhas aéreas de alta tensão. Conduz 40 % menos por secção, mas pesa um terço, pelo que a igual massa conduz mais. Num traçado de quilómetros o peso decide, porque determina a distância entre torres.

⚠️ O alumínio não serve bem em instalações domésticas. Flui lentamente sob pressão, o que afrouxa as ligações com o tempo, e o seu óxido superficial é isolante. A cablagem de alumínio instalada em habitações norte-americanas nos anos sessenta provocou incêndios e foi abandonada.

A transição energética aumentou a procura de forma notável: um veículo elétrico contém várias vezes mais cobre do que um de combustão, e os aerogeradores e as redes de carregamento acrescentam muito mais.

O que faz no corpo?

É um oligoelemento essencial, presente em cerca de 100 miligramas num adulto.

Faz parte do centro ativo de várias enzimas, entre elas a citocromo c oxidase, que fecha a cadeia respiratória mitocondrial transferindo eletrões para o oxigénio. Sem cobre, essa transferência final não ocorre.

Intervém também na superóxido dismutase, que neutraliza radicais, e na lisil oxidase, que entrecruza o colagénio e a elastina. A deficiência produz por isso fragilidade do tecido conjuntivo e dos vasos.

Em alguns invertebrados, o cobre substitui o ferro como transportador de oxigénio. A hemocianina de polvos, lulas e límulos contém cobre e é azul quando oxigenada, daí que o seu sangue seja azul.

Duas doenças genéticas afetam o seu metabolismo. A de Wilson impede excretá-lo e acumula-o no fígado e no cérebro; a de Menkes impede absorvê-lo. Ambas são graves e a primeira é tratada com quelantes.

De onde se extrai?

De sulfuretos, sobretudo calcopirite, em depósitos do tipo pórfiro: corpos enormes de rocha com concentrações baixas, tipicamente entre 0,5 e 1 %.

O Chile é o maior produtor mundial com larga margem, seguido pelo Peru, a República Democrática do Congo e a China. A mina de Chuquicamata e a de Escondida, ambas chilenas, estão entre as maiores explorações a céu aberto do planeta.

O processo passa por triturar, concentrar por flotação, fundir e refinar por eletrólise até uma pureza superior a 99,99 %, necessária para uso elétrico. As lamas que ficam no fundo das células eletrolíticas contêm a prata, o ouro e o selénio que acompanhavam o cobre, e a sua recuperação contribui com uma parte apreciável do rendimento.

⚠️ Os teores vão baixando. Há um século exploravam-se minérios de 4 %; hoje a média mundial ronda os 0,5 %. Mover mais rocha por tonelada de metal significa mais energia e mais resíduo, e é a razão de a reciclagem ganhar peso.

Existe ainda uma via alternativa para minérios oxidados, chamada lixiviação em pilha. A rocha triturada é empilhada e regada com ácido sulfúrico diluído, que dissolve o cobre; a solução é depois concentrada por extração com solventes e o metal recuperado por eletrólise. O processo é mais lento mas dispensa a fundição e o seu consumo energético, e representa hoje cerca de um quinto da produção mundial.

A procura futura é o problema aberto. As estimativas apontam para que a eletrificação exija, nas próximas décadas, mais cobre do que toda a quantidade extraída na história da humanidade. Nenhuma das respostas possíveis — abrir minas, reciclar mais, substituir por alumínio onde for viável — chega isoladamente.

Dados essenciais

Z
29
Atomic weight
63.546 u
Category
metal de transição
State at 298 K
Solid
Occurrence
primordial
Discovered
7000 BCE
CAS
7440-50-8

Propriedades medidas

PropertyValueSource
Electronegativity 1.9 National Center for Biotechnology Information (NIH)
Melting point 1,357.77 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Boiling point 2,835 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Density stp 8.933 g/cm³ National Center for Biotechnology Information (NIH)
Atomic radius empirical 140 pm National Center for Biotechnology Information (NIH)
Ionization energy 1st 745.4 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)
Electron affinity 118.5 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)

Configuração eletrónica

2 8 18 1 Cu
Noble gas notation
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹
Full notation
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹
Electrons per shell
2, 8, 18, 1

Isótopos

Perguntas frequentes

Por que é que a Estátua da Liberdade é verde?

Pela pátina. O cobre exposto ao ar forma primeiro óxido, depois sulfuretos e finalmente carbonatos e hidroxissulfatos básicos de cor verde-azulada. A camada demora décadas a formar-se — a estátua demorou cerca de trinta anos — e uma vez formada protege o metal subjacente. A sua chapa de cobre tem pouco mais de dois milímetros e continua praticamente intacta desde 1886.

Por que o cobre e não a prata na cablagem?

Por preço. A prata conduz 7 % melhor, mas custa da ordem de cem vezes mais. O cobre oferece a melhor relação entre condutividade e custo, é dúctil, solda-se bem e recicla-se sem perda de propriedades. O alumínio usa-se em linhas de alta tensão porque pesa um terço e isso permite torres mais afastadas, mas conduz pior e solda-se mal.

Que diferença há entre o bronze e o latão?

O metal ligado. O bronze é cobre com estanho, tipicamente entre 8 e 12 %; foi a liga que deu nome a uma idade porque é mais dura do que o cobre puro e funde a temperatura mais baixa. O latão é cobre com zinco, entre 5 e 40 %; é mais barato, mais maleável e de cor amarela. O latão exigia saber obter zinco metálico, e por isso apareceu muito mais tarde.

É verdade que o cobre mata micróbios?

Sim, e está oficialmente reconhecido. Os iões de cobre danificam as membranas bacterianas e desnaturam proteínas. As superfícies de cobre e das suas ligas eliminam a maioria das bactérias em horas, face ao aço inoxidável, onde sobrevivem dias. A agência ambiental norte-americana registou em 2008 várias ligas de cobre como superfícies antimicrobianas, e alguns hospitais usam-nas em maçanetas e corrimãos.

Fontes