Cobre: ​​Definición, Composición, Tipos, Propiedades y Aplicaciones

El cobre es un elemento químico que también es un metal. Sus propiedades clave son que tiene una excelente conductividad eléctrica, alta conductividad térmica y buena resistencia a la corrosión. También es dúctil y tiene un interesante color marrón rojizo. La combinación de estas propiedades conduce a la amplia aplicación del cobre para usos estéticos y de ingeniería.

¿Qué es el cobre?

El cobre es un elemento químico, el número 29 en la tabla periódica de elementos. El símbolo del elemento cobre es Cu, del latín "cuprum". Es un metal dúctil de color marrón rojizo. Se aplica ampliamente debido a su alta conductividad térmica y eléctrica.

¿Cuál es la historia del cobre?

La historia del cobre se remonta al año 8.700 a.C. Un colgante de cobre descubierto en el norte de Irak se remonta aproximadamente a esa fecha y actualmente se cree que es el objeto más antiguo hecho de cobre. El cobre ha sido un metal crucial en muchas civilizaciones antiguas, pero en general se acepta que los mesopotámicos (en el norte de Irak) descubrieron el cobre. De hecho, un período de la prehistoria es la edad del cobre entre el 5500 a. C. y el 4000 a. C., generalmente llamada Edad Calcolítica por las palabras griegas para cobre (chalkos) y roca (lithos).

El cobre es uno de los pocos metales que puede encontrarse naturalmente en su forma metálica nativa. Esto es diferente de la mayoría de los metales que deben extraerse mediante metalurgia de un mineral. En lugares donde se produce cobre nativo, la tecnología de la metalurgia no fue necesaria para que esas civilizaciones comenzaran a trabajar con cobre para formar armas y adornos.

¿Cuál es el otro término para el cobre?

El otro término para cobre es la palabra latina.cuprum, lo que le da al cobre su símbolo Cu en la tabla periódica de elementos. El nombre latino del cobre proviene originalmente de la isla de Chipre, ya que la isla era la principal fuente de cobre en la antigüedad. Cuprum era el "metal de Chipre".

¿De qué está hecho el cobre?

El cobre es un elemento químico. Está formado por un solo tipo de átomo y no puede descomponerse en sustancias más simples. El átomo de cobre tiene un número atómico de 29, lo que significa que su núcleo atómico contiene 29 protones.

El cobre se extrae de minerales naturales, ya sea un mineral de sulfuro de cobre (como la calcopirita) o un mineral de óxido de cobre. Estos minerales se extraen, trituran y procesan para producir cobre. Estos minerales de cobre se encuentran en partes de América del Norte y del Sur (países como Chile y Perú), así como en áreas como los Montes Urales en Rusia, y en Zambia y la República Democrática del Congo en África.

¿Cuáles son los diferentes procesos para fabricar cobre?

Los diferentes procesos para fabricar cobre se describen a continuación:

1. Minería

La extracción de minerales de cobre generalmente se realiza en grandes minas a cielo abierto. Estos son agujeros abiertos y escalonados en el suelo que gradualmente se excavan más profundamente. Se utilizan explosivos para hacer estallar la roca y los cantos rodados resultantes se transportan para triturarlos en pedazos más pequeños para su procesamiento.

2. Extracción

Según los dos tipos comunes de mineral de cobre, existen dos procesos de purificación principales. Para los minerales oxidados se utiliza un proceso hidrometalúrgico. El mineral triturado se amontona y se filtra una solución de lixiviación ácida a través del montón. Esto crea una solución de lixiviación preñada. Se utiliza un proceso pirometalúrgico para los minerales de sulfuro. La extracción del mineral se realiza mediante flotación por espuma y espesamiento según la densidad de las partículas.

3. Purificación

Para los minerales de óxido, se utiliza la hidrometalurgia. Esto significa que la solución de lixiviación cargada se envía a un proceso de extracción por solvente para concentrar el cobre en la solución. Luego, esta solución se envía a electroobtención, donde se utiliza electricidad para depositar el cobre sólido. Para los minerales de sulfuro, se utiliza la pirometalurgia, lo que significa que se utiliza una fundición para crear el cobre en bruto. A continuación se purifica mediante electrorrefinado.

4. Aleación

Las aleaciones de cobre se fabrican fundiendo primero el material de aleación y luego derritiendo el cobre para agregarlo. Luego se cuela la mezcla fundida y se deja enfriar y solidificar.

5. Electrorefinación

La electrorefinación de cobre implica disolver electrolíticamente material de cobre impuro en una solución. El cobre puro se deposita electroquímicamente sobre un electrodo aplicando una corriente eléctrica a través de la solución. Esto elimina las impurezas del cobre para lograr una mayor pureza. Sin embargo, el proceso es caro y tiene una demanda eléctrica muy elevada.

¿Cuáles son las características del cobre?

El cobre metálico tiene la principal característica de ser un excelente conductor eléctrico y térmico. También es maleable y dúctil, lo que significa que puede doblarse con relativa facilidad. Esto facilita el trabajo, por ejemplo, con un cableado flexible. Otra característica clave del cobre metálico es su resistencia a la corrosión, particularmente en ambientes acuáticos y de mar. Finalmente, el cobre tiene la ventaja de ser estéticamente atractivo, ya que tiene un color marrón rojizo y se puede pulir.

¿Cuál es el color del cobre?

El cobre suele ser de color marrón rojizo. Sin embargo, el cobre puro antes de la oxidación es en realidad de un color rosado, pero la formación de óxido de cobre marrón ocurre tan rápidamente que cualquier cobre fácilmente disponible será el marrón rojizo común. El cobre también puede tener un deslustre verde (como en la Estatua de la Libertad): se trata de un carbonato de cobre.

¿Cómo se ve el cobre?

El cobre parece un metal brillante de color marrón rojizo. El cobre se puede procesar en muchas formas prácticas diferentes, como los cables que se muestran en la Figura 1 a continuación, así como en tuberías de plomería y productos electrónicos:

¿Cuáles son los diferentes tipos de cobre?

El cobre está disponible en diferentes tipos para diferentes aplicaciones. Las propiedades y aplicaciones de cada grado de cobre dependen de la pureza del cobre y de los elementos de aleación (si los hay) que se incluyen. A continuación se enumeran los diferentes tipos de cobre:

1. Alambre de cobre

El alambre de cobre aprovecha la excelente conductividad eléctrica del metal. Es el conductor más común para la mayoría de aplicaciones eléctricas. Se utiliza para grandes corrientes en la industria, y también para uso doméstico, hasta el cableado dentro de su hogar para enchufes y luces.

2. Tubería de cobre

Las tuberías de cobre se han utilizado ampliamente para sistemas domésticos de agua potable debido a su resistencia a la corrosión y, por tanto, a su longevidad. Durante las últimas décadas, el estándar en la mayor parte del mundo ha sido el uso de tuberías de cobre para plomería doméstica. Los tubos están disponibles en diferentes diámetros y espesores de pared. El alto costo del cobre y la aparición de materiales plásticos mejorados para las tuberías significan que el cobre se selecciona con menos frecuencia.

3. Aleaciones de cobre

Las dos aleaciones de cobre más comunes son el latón (aleado con zinc) y el bronce (aleado con estaño). El latón suele aplicarse más ampliamente. Se utiliza para fontanería, instrumentos musicales y artículos decorativos. La adición de zinc confiere a la aleación una mayor resistencia y ductilidad. El bronce tiene características muy similares al cobre, tales como: su alta conductividad térmica, excelente ductilidad y resistencia a la corrosión del agua salada. Por lo tanto, el bronce se utiliza para cojinetes y casquillos, así como para impulsores de barcos.

4. Cobres puros

El cobre puro está preparado específicamente para asegurar un mínimo de impurezas, maximizando las propiedades térmicas y eléctricas del cobre. El cobre puro tiende a ser más blando y menos resistente que el cobre con aditivos o materiales de aleación menores. Se utiliza idealmente en componentes eléctricos de precisión, para los cuales su conductividad eléctrica y baja expansión térmica son ideales.

5. Nanopartículas de cobre

Las nanopartículas de cobre son partículas muy pequeñas de cobre, o materiales a base de cobre, que se encuentran dentro del rango de tamaño de 1 a 100 nm. Se ha descubierto que las nanopartículas tienen comportamientos diferentes a los de los materiales a granel. En el caso de las nanopartículas de cobre, muestran una actividad catalítica muy alta para reacciones químicas industriales, probablemente debido a su gran relación superficie-volumen. Además, las nanopartículas de cobre han demostrado excelentes efectos antimicrobianos.

6. Cobres de libre mecanizado

Los cobres de libre mecanizado tienen cantidades menores (<1%) of other alloying elements added to improve the machinability of the copper. Free-machining copper can then be more easily machined into items such as welding nozzles and soldering iron tips.

7. Láminas y placas de cobre.

Las láminas de cobre son láminas delgadas de cobre (aproximadamente 2 mm o menos), mientras que las placas son más gruesas (hasta 12 mm de espesor). Generalmente, están disponibles en diferentes grados de cobre. Las láminas son muy maleables y pueden formarse en diferentes componentes.

8. Cobres sin oxígeno

Los cobres libres de oxígeno se funden bajo un baño de grafito granulado para excluir el oxígeno. Son los cobres más puros disponibles, con impurezas mínimas debido a las condiciones no oxidantes. Su alta conductividad eléctrica y bajas impurezas volátiles lo hacen adecuado para su uso en electrónica de alto vacío.

9. Cobres electrolíticos

Los cobres electrolíticos se refinan mediante electrólisis dentro de una solución para eliminar impurezas. Este grado de cobre de alta pureza tiene una alta conductividad eléctrica y, por lo tanto, se emplea en diversos componentes eléctricos, como barras colectoras y devanados.

¿Cuáles son las propiedades del cobre?

Las propiedades de los diferentes tipos de cobre se muestran en la Tabla 1:

Tabla 1: Propiedades del cobre

Las propiedades de cada grado son similares, pero sus diferencias dan como resultado una variedad de aplicaciones.

¿Cuáles son las propiedades físicas del cobre?

Las propiedades físicas de los diferentes tipos de cobre se muestran en la Tabla 2 a continuación:

Tabla 2: Propiedades físicas del cobre

Crédito de la mesa: https://www.lenntech.com/

Las propiedades físicas dependen del porcentaje de cobre en el material, así como de los elementos de aleación.

¿Cuáles son las propiedades químicas del cobre?

Las propiedades químicas del cobre dependen principalmente de su estado de oxidación. Los dos estados de oxidación que existen comúnmente son Cu+ y Cu2+. La Tabla 3 a continuación brinda algunas de las propiedades químicas de compuestos y condiciones comunes para el cobre:

Tabla 3: Propiedades químicas del cobre

Estas propiedades pueden variar para cada compuesto de cobre específico (como oxalatos, sulfitos y sulfatos).

¿Cuáles son las aplicaciones del cobre?

Las aplicaciones del cobre se encuentran en toda la sociedad cotidiana. A continuación se enumeran algunos ejemplos comunes:

1. Electrónica

El cobre se utiliza ampliamente en electrónica porque tiene una excelente conductividad eléctrica. Permite que las corrientes se transporten en secciones transversales de cobre más pequeñas en comparación con el aluminio, lo que permite utilizar menos volumen y que los componentes sean más pequeños.

2. Arquitectura

El cobre se utiliza en arquitectura para lograr una apariencia estéticamente llamativa. Se ha utilizado para revestimiento de tejados y paredes, así como para canalones y bajantes de agua de lluvia.

3. Plomería

Los tubos de cobre se utilizan ampliamente para tuberías de agua doméstica, debido a su muy buena resistencia a la corrosión.

4. Transporte

El cobre se utiliza ampliamente en los vehículos modernos debido a la cantidad de cableado eléctrico utilizado para componentes electrónicos complejos. A medida que los vehículos eléctricos aumentan su cuota de mercado, se utilizan cantidades cada vez mayores de cobre para elementos como los motores eléctricos. Esto se debe a la excelente conductividad eléctrica del cobre, sólo superada por la plata.

5. Energía renovable

El cobre se utiliza en el mercado de las energías renovables de diversas formas. Por ejemplo, las turbinas eólicas utilizan cobre en las turbinas generadoras. Los paneles solares fotovoltaicos también requieren cobre para las conexiones y el cableado.

6. Equipo médico

El cobre se utiliza como revestimiento de equipos médicos debido a sus propiedades antibacterianas. De esta forma, reduce el riesgo de infección en los pacientes.

7. Cableado eléctrico

El cobre se utiliza ampliamente para cableado eléctrico debido a su excelente conductividad eléctrica. La sección transversal de cobre requerida para transportar una corriente particular de manera efectiva es menor que la de otros materiales razonablemente disponibles, como el aluminio.

8. Acuñación

Históricamente, el cobre se ha utilizado en monedas por varias razones: es maleable y, por lo tanto, fácil de estampar, pero aún así es lo suficientemente duradero como para sobrevivir en circulación. También tiene propiedades antimicrobianas y resistencia a la corrosión.

9. Maquinaria Industrial

El cobre se utiliza de diversas formas en equipos industriales, con servicios como la fundición a presión de cobre. Además de aplicaciones eléctricas como motores y cableado, también se utiliza en intercambiadores de calor como condensadores de refrigeración. También se puede aplicar para resistencia química particular.

¿Cuáles son los beneficios del cobre?

El cobre tiene una serie de beneficios claros que se enumeran a continuación:

Tiene una excelente conductividad eléctrica, solo superada por la plata, lo que lo convierte en el conductor más utilizado para componentes eléctricos y electrónicos a nivel mundial.

Tiene muy buena conductividad térmica y, por lo tanto, se utiliza en intercambiadores de calor, como condensadores en unidades de refrigeración y aire acondicionado.

Es resistente a la corrosión, particularmente en aplicaciones de agua y agua de mar, lo que ha llevado a su uso generalizado en tuberías para sistemas de agua.

Es dúctil y puede doblarse con relativa facilidad. Es fácil trabajar con él tanto en sistemas de plomería como en cableado.

Es antimicrobiano, lo que puede resultar muy útil en el transporte de agua, así como en aplicaciones médicas para proteger la salud de los pacientes.

¿Cuáles son los beneficios para la salud del cobre?

El cobre es un oligoelemento esencial para la salud humana en cantidades muy pequeñas. El cobre desempeña un papel en el organismo favoreciendo la absorción del hierro, participando en la producción de glóbulos rojos, así como en la producción de colágeno. Se entiende que mejora la función del sistema inmunológico.

Se necesita más investigación, pero hay algunos indicios de que el cobre puede mejorar la osteoporosis (baja densidad ósea) y existen teorías no comprobadas de que las pulseras de cobre pueden usarse para aliviar el dolor en las articulaciones debido a la artritis.

Los grupos de alimentos que contienen cobre incluyen las verduras de hojas verdes, los cereales integrales, las nueces y las semillas. Algunos alimentos específicos con alto contenido de cobre son las ostras, los hongos shiitake, las batatas y el chocolate amargo.

¿Cuáles son las limitaciones del cobre?

El cobre tiene una serie de limitaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación:

Es relativamente caro en comparación con posibles materiales alternativos como: aluminio (cableado eléctrico) o plásticos (tuberías de agua).

Es relativamente pesado en comparación con materiales como el aluminio, por lo que puede no ser práctico para cables aéreos.

Se oxida, especialmente a altas temperaturas, por lo que tiene una vida útil limitada si se expone al aire.

Presenta un riesgo de shock en comparación con la tecnología alternativa de transmisión de señales de fibra óptica.

Es tóxico en grandes cantidades, por lo que no se puede aplicar donde pueda ocurrir una ingestión regular de cobre, como en los utensilios.

¿Se oxida fácilmente el cobre?

Técnicamente, el cobre no se oxida, ya que el óxido es un óxido de hierro y no hay hierro en el cobre. Sin embargo, el cobre experimenta cierta corrosión superficial limitada. El cobre generalmente se considera resistente a la corrosión. Naturalmente tiene un color marrón rojizo, que se debe a la formación de una película de pasivación de óxido de cobre en la superficie del metal. Con el tiempo, se forma un carbonato de cobre verde en la superficie cuando el óxido de cobre reacciona con el agua y el dióxido de carbono del aire.

¿Es el cobre venenoso para los humanos?

Sí, el cobre puede ser venenoso para los humanos en concentraciones significativas. El cobre es un oligoelemento esencial para la salud humana, pero si hay un exceso de cobre, surgen una serie de complicaciones. Una alta concentración de cobre en la sangre está relacionada con la enfermedad de Alzheimer y con determinados tipos de cáncer, como el de mama y el de pulmón. La intoxicación aguda por cobre es muy rara, pero puede ocurrir si se absorben grandes cantidades. Esto puede ser fatal ya que comienza a ocurrir falla de órganos como el hígado y los riñones.

¿Es el cobre un metal?

Sí, el cobre es un metal. Además, se considera un metal pesado debido a su densidad relativamente alta. Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre metaloides.

¿Cuál es la diferencia entre cobre y metal?

El cobre es uno de los más de 90 metales elementales. El cobre es un metal, pero muchos metales son muy diferentes del cobre. Otros metales son diferentes en su color; la mayoría de los metales son blancos o grises, pero el cobre es de color marrón rojizo. Otros metales pueden ser diferentes en sus propiedades físicas y químicas: más duros y quebradizos que el cobre y, por lo general, no conducen el calor o la electricidad con tanta facilidad.

¿Cuál es la diferencia entre cobre y aluminio?

El cobre y el aluminio son dos metales diferentes con propiedades diferentes. La diferencia visual más obvia es el color: el cobre es de color marrón rojizo, mientras que el aluminio es de un gris plateado opaco. El cobre tiene una mayor resistencia a la tracción que el aluminio y una mejor conductividad eléctrica y térmica.

¿Cuál es la diferencia entre cobre y latón?

El latón es una aleación predominantemente de cobre y zinc. Por tanto, el latón se diferencia del cobre porque incluye otros metales. El latón puede incluir otros metales como estaño, plomo, aluminio o manganeso en cantidades más pequeñas para lograr propiedades específicas.

Resumen

Este artículo presentó el cobre, explicó qué es y analizó las diversas aplicaciones del cobre. Para obtener más información sobre el cobre, comuníquese con un representante de Xometry.

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