Cobre (Cu)

O cobre é um metal de transição maleável, dúctil e com resistência à corrosão, elemento de cor alaranjada, pode ser encontrado de forma nativa. Aplicável na construção civil, na fabricação de objetos e ferramentas, e em tubos e fios condutores de energia.

O cobre é um material versátil pelas suas propriedades metálicas e, principalmente, pela facilidade de moldagem. Suspeita-se ter sido o primeiro metal manipulado pelo ser humano. Marcou o fim da Idade da Pedra Polida com a substituição das ferramentas de pedra por ferramentas de cobre e ligas de cobre, esse período histórico ficou conhecido como Idade do Bronze.

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Propriedades do cobre

• Símbolo: Cu

• Massa atômica: 63,546 u

• Número atômico: 29

• Ponto de fusão: 1357,77 K

• Ponto de ebulição: 2835 K

• Eletronegatividade: 1,9 (Pauling)

• Configuração eletrônica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰

• Série química: metal de transição

Características do cobre

O cobre é um metal, encontra-se no estado sólido em condições normais de temperatura e pressão, possui brilho metálico e coloração avermelhada ou de cor castanha, isso devido a impurezas e óxidos. É um metal dúctil e maleável, reciclável, e que oxida quando em contato com água e/ou oxigênio. No entanto, é resistente à corrosão e a altas temperaturas, é também um bom condutor de eletricidade e calor.

Aplicações do cobre

• Materiais eletrônicos

• Fios e cabos de condução de energia

• Tubos para gás e água quente

• Ligas metálicas, como latão e bronze (utilizados em instrumentos, por exemplo)

• A estátua da liberdade é revestida com 73 toneladas métricas de cobre, o equivalente a, aproximadamente, 30 milhões de moedas.

• O cobre, com o níquel, é usado na fabricação de cascos de navios, pois impede a fixação de crustáceos, que atrapalham o movimento da embarcação.

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Aplicações na biologia

• O cobre pode ser comercializado como suplemento nutricional devido a sua importante influência no bom funcionamento do organismo humano. O cobre participa da formação de células sanguíneas, enzimas antioxidantes, e hormônios; contribui com a síntese de neurotransmissores; e harmoniza a quantidade de ferro no organismo, além de influenciar na absorção de vitamina C.

• Límulos, ou caranguejo-ferradura, é uma espécie que tem, na composição do seu sangue, o cobre participando do transporte de oxigênio no lugar do ferro. O cobre agrega ao sangue do animal coloração azulada, com propriedades bactericidas e antiendotoxinas (endotoxina é uma toxina produzida por uma membrana da bactéria), esse sangue azul chega a ser comercializado por 15 mil dólares o litro.

História do cobre

O uso do cobre para confecção de objetos e ferramentas acontece desde 8 mil a.C. Isso se deve a sua obtenção de forma nativa, a sua fácil manipulação e a propriedades metálicas, como condutividade e resistência.

Estima-se que o cobre tenha sido descoberto em 9 mil a.C., no Oriente Médio. Alguns registros do seu uso na Antiguidade podem ser encontrados na Bíblia, na qual o metal é citado na construção de templos (Êxodo e Crônicas), por exemplo. Com o passar dos anos, disseminaram-se técnicas de fusão e refino do cobre.

A China, que, atualmente, tem domínio das técnicas de metalurgia, também fez uso do cobre na Antiguidade. Em 1200 a.C., já se produzia no país o bronze (uma liga metálica contendo cobre) de alta qualidade. O bronze teve tamanha importância e aplicação nas relações sociais e econômicas que marcou o fim do Período Neolítico ou Idade da Pedra Polida, tal período de transição ficou conhecido como Idade do Bronze.

O uso do cobre foi propagado pelos romanos, que o levaram como recurso aos territórios conquistados. O gerador de Faraday (dínamo), invenção confeccionada com cobre, que converte energia magnética em energia elétrica, foi criado em 1831, a partir de então, o desenvolvimento no setor tecnológico e eletrônico foi alavancado, e o uso desse elemento tornou-se indispensável.

Obtenção do cobre

O cobre é refinado com base em minerais como:

• calcopirite (CuFeS₂)

• cuprita (Cu₂O)

• calcocita (Cu₂S)

• enargita (Cu₃As₅S₄)

• covelita (CuS)

• bornita (Cu₅FeS₄)

• tetraedrita ((Cu, Fe) 12Sb₄S₁₃)

Esses minerais são obtidos de reservas do Chile, Estados Unidos, Canadá, Rússia e Zâmbia (minas economicamente mais importantes). O processo de extração e beneficiamento do cobre dá-se em cinco passos:

• Fragmentação

• Moagem (reduz-se a granulometria do mineral.)

• Classificação (de acordo com o tamanho do granulo)

• Concentração: o processo químico de separação do cobre dos demais elementos do mineral dá-se nestas etapas:

- Flotação: separa a parte concentrada (teor médio de cobre 30%);
- Ustulação: aquecimento do sulfeto para obtenção do matte (teor de cobre 60%);
- Conversão do matte em blister: essa conversão é a oxidação do matte em altas temperaturas, obtendo-se o blister (teor de cobre: 98,5% a 99,5%).

• Refino e eletrólise: após refino do blister e sua eletrólise, obtém-se o cobre puro com teor de 99,9%.

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Exercícios resolvidos

Questão 1 – (Enem) A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais com maior rendimento no processo de eletrólise, com uma recuperação de aproximadamente 99,9%. Por ser um metal de alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua recuperação torna-se viável economicamente.

Suponha que, em um processo de recuperação de cobre puro, tenha-se eletrolisado uma solução de sulfato de cobre (II) (CuSO4) durante 3 h, empregando-se uma corrente elétrica de intensidade igual a 10A. A massa de cobre puro recuperada é de aproximadamente:

Dados: Constante de Faraday F = 96500C/mol; Massa molar em g/mol: Cu = 63,5

a) 0,02 g.

b) 0,04 g.

c) 2,40 g.

d) 35,5 g.

e) 71,0 g.

Resolução

1° passo: anotar os dados fornecidos pelo enunciado.
t = 3 horas  convertendo para segundos: 10 800 s.
i = 10A

2° passo: considerar que a constante de Faraday é dada em C/mol, ou seja, quantidade de energia por massa. Usando a fórmula Q = i . t, teremos a quantidade de energia fornecida pela eletrólise descrita na questão.
 

Q = i . t

Q = 10 .10 800

Q = 108 000 C

3° passo: descrever quimicamente a reação de eletrólise do cobre.

CuSO4_(aq) → Cu⁺⁴ + SO4⁺²
 → Cu⁺² + 2é → Cu

Relacionando massa e energia, teremos:

Durante a eletrólise → Cu⁺² + 2é → Cu

2 mol (de elétrons) estão para →1 mol (de cobre).

Portanto:

2 x 96 500 C (constante de Faraday) ......…. 63,5 g (massa molar do cobre)

108 000 C .........… x

X = 35,5 g de cobre puro recuperadas

Questão 2 – O cobre é um metal com várias aplicações comerciais, é utilizado na construção civil, em tubulações e fios condutores de energia, e na fabricação de ferramentas e utensílios. Há a hipótese de que o cobre tenha sido o primeiro metal a ser manipulado pelo ser humano, isso porque:

a) é um metal que pode ser encontrado de forma nativa, que possui maleabilidade e resistência à corrosão, sendo também um bom condutor elétrico e térmico.

b) é um metal raro, mas com muitas propriedades medicinais; é, por isso, usado, desde a Antiguidade, em unguentos e outros.

c) pode ser obtido por meio da quebra de minerais; o cobre utilizado na Antiguidade não era puro, e sim um liga metálica.

d) é um metal com alta resistência mecânica, foi, por isso, utilizado pelos romanos na fabricação de armas usadas em batalhas por conquistas territoriais.

e) apesar de ser um metal pouco explorado, possui propriedades, como dureza, maleabilidade e resistência, que agregam valor em ligas metálicas.

Resolução

Alternativa A.

Alternativa A – CORRETA
Alternativa B – INCORRETA: cobre não é um metal raro.

Alternativa C – INCORRETA: a obtenção do cobre puro não se dá pela simples quebra de minerais.

Alternativa D – INCORRETA: a afirmação da questão não justifica a hipótese do cobre ser o primeiro metal manipulado pelo ser humano.

Alternativa E – INCORRETA: o cobre não é um metal pouco explorado.