Cobre: Propriedades e usos do elemento

Descrição

O cobre é um metal marrom-avermelhado, muito condutivo, amplamente utilizado em vários setores de eletrônica, construção e manufatura, com aplicações principalmente decorrentes de fiação elétrica, encanamento e várias ligas.

Propriedades químicas do cobre

O cobre é conhecido pelo grande número e variedade de seus compostos químicos, como CuO (óxido de cobre (II)), CuSO₄ (sulfato de cobre (II)) e CuCl (cloreto de cobre (I)). A pátina, que é uma camada esverdeada formada no cobre e em suas ligas, que começa quando o metal é exposto ao ar, é especialmente resistente à corrosão. Esse tipo de pátina protege uma camada de metal abaixo dela contra destruição adicional.

O cobre apresenta dois estados de oxidação primários: +1 (Cu⁺) e +2 (Cu²⁺). Embora os compostos de cobre (II) sejam mais comumente encontrados, os compostos de cobre (I) são menos estáveis e tendem a sofrer oxidação mais prontamente. Quando o cobre interage com o oxigênio, ele forma o óxido de cobre (II), que dá ao metal um revestimento preto. Com o tempo, a exposição adicional ao ar e ao dióxido de carbono leva à formação de carbonato de cobre, que é responsável pela cor verde característica vista em superfícies de cobre desgastadas pelo tempo, como a Estátua da Liberdade.

O cobre reage com ácidos como o ácido sulfúrico diluído e o ácido clorídrico para formar soluções de sal de cobre, que têm ampla aplicação nos setores, desde a galvanoplastia até a preparação de produtos químicos agrícolas.

Propriedades físicas do cobre

As propriedades físicas exclusivas do cobre fazem com que ele seja muito procurado para uma ampla gama de aplicações. Sua cor marrom-avermelhada é uma de suas características distintivas. Com uma densidade de 8,96 g/cm³, o cobre é relativamente denso em comparação com muitos outros metais, o que lhe dá uma sensação sólida e substancial. Ele tem um alto ponto de fusão de 1.085°C (1.984°F) e um ponto de ebulição de 2.562°C (4.639°F), o que o torna adequado para uso em ambientes de alta temperatura.

Provavelmente, a propriedade física mais conhecida do cobre é sua altíssima condutividade elétrica, ficando atrás apenas da prata. Por esse motivo, ele é o material padrão para fiação elétrica. Sua alta condutividade térmica torna o cobre útil para trocadores de calor e sistemas de resfriamento.

Usos comuns

Com uma ampla gama de propriedades úteis, o cobre é indispensável em muitos setores.

• Fiação elétrica

A alta condutividade do cobre faz dele o principal material na fiação elétrica para uso residencial e industrial. De redes elétricas a circuitos domésticos, o cobre é amplamente usado em telecomunicações porque sua eficiência minimiza a perda de energia durante a transmissão.

• Encanamento

Os tubos de cobre resistem à corrosão, são muito duráveis e têm propriedades antimicrobianas; por esse motivo, são muito usados em sistemas de encanamento. O fato de o cobre resistir a altas temperaturas e pressões o torna ideal para sistemas de água quente e fria.

• Construção civil

O cobre é amplamente usado na construção civil, especialmente em telhados, e tem melhor apelo estético e maior durabilidade. O material de cobre para telhados é durável e resistente à corrosão, o que o tornou amplamente utilizado no setor de construção, tanto doméstico quanto comercial. A fiação de cobre também é amplamente utilizada nos sistemas elétricos dos edifícios.

• Ligas

Nas aplicações de engenharia, o cobre é frequentemente ligado a outros metais para produzir materiais com propriedades aprimoradas. As ligas de cobre, como o latão (uma liga de cobre e zinco) e o bronze (uma liga de cobre e estanho), têm muitas aplicações, desde moedas e medalhas até engrenagens, válvulas e instrumentos musicais. A adição de outros metais ao cobre o fortalece e geralmente confere resistência à corrosão e apelo estético.

• Moeda

O cobre tem sido convencionalmente usado para cunhar moedas, e suas ligas ainda são usadas até os dias atuais. Entretanto, mesmo com a crescente inclinação atual para o dinheiro digitalizado, o cobre ainda está em ação na cunhagem de moedas devido à sua maleabilidade e resistência à corrosão.

Métodos de extração e preparação do cobre

Há dois procedimentos básicos para a extração de cobre de seus minérios: pirometalurgia e hidrometalurgia.

Processo pirometalúrgico

Os minérios de cobre, pelo método pirometalúrgico, são aquecidos em um forno para produzir matte de cobre - uma mistura de sulfeto de cobre e sulfeto de ferro. Esse material é posteriormente refinado para se obter cobre puro. Há várias etapas envolvidas: fundição e conversão, depois das quais vem o eletrorrefino para obter cobre de alta pureza.

Processo hidrometalúrgico

O processo hidrometalúrgico usa soluções aquosas, principalmente ácido sulfúrico, para lixiviar o cobre dos minérios. Em seguida, o cobre é separado da solução por um processo chamado extração por solvente, seguido de eletrorredução para produzir cobre refinado. Essa é uma alternativa usada principalmente na mineração de minérios de baixo teor ou nos casos em que o processo pirometalúrgico não seria viável.

O cobre extraído é então purificado por eletrólise, em que uma corrente elétrica é passada por uma solução de cobre para resultar em um cobre de alta pureza.

Produtos industriais relacionados

O cobre é altamente instrumental no fornecimento de uma variedade de produtos industriais, alguns dos quais são:

• O cobre é essencial natransmissão elétricae nastelecomunicações. Os fios e cabos de cobre são amplamente usados em circuitos elétricos, linhas de transmissão de energia e sistemas de rede.
• É usado na produção de circuitos eletrônicos, principalmente em placas de circuito impresso. Sua alta condutividade garante que o desempenho dos dispositivos eletrônicos seja eficiente.
• Exemplos dessas ligas incluem latão (cobre e zinco) e bronze (cobre e estanho), usados na fabricação de peças que exigem força, durabilidade e resistência à corrosão. As aplicações variam muito - desde arte, moradia e artefatos domésticos até pontes, navios e instrumentos musicais.
• O cobre encontra sua aplicação em trocadores de calor devido ao seu alto valor de condutividade térmica e, por isso, é normalmente usado na maioria dos processos industriais, ar-condicionado e sistemas de refrigeração em que é necessária uma transferência de calor eficiente.

Perguntas frequentes

O cobre enferruja?

O cobre não enferruja como o ferro. Em vez disso, ele desenvolve uma pátina verde de carbonato de cobre ao longo do tempo, à medida que é exposto ao ar. Isso, na verdade, protege o metal subjacente de mais corrosão.

Como o cobre é extraído?

O cobre é recuperado usando técnicas pirometalúrgicas (aquecimento do minério em um forno) ou hidrometalúrgicas (dissolução do cobre usando soluções ácidas).

O cobre pode ser reciclado?

Sim, o cobre pode ser reciclado sem perder suas propriedades perpetuamente. Ele está entre os metais mais amplamente reciclados em todo o mundo.

Quais são as ligas de cobre mais comuns?

As ligas de cobre mais comuns são o latão (cobre e zinco) e o bronze (cobre e estanho). Essas ligas são usadas em uma ampla gama de aplicações, desde moedas até maquinário industrial.