Btukfyl

 Nota: Para outros significados, veja Cobre (desambiguação).

Cobre
Níquel ← Cobre → Zinco     29 Cu                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Cu ↓ Ag Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
metálico vermelho-alaranjado
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Cobre, Cu, 29
Série química	Metal de transição
Grupo, período, bloco	11, 4, d
Densidade, dureza	8920 kg/m3, 3,0
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica	63,546 u
Raio atómico (calculado)	128 pm
Raio covalente	132±4 pm
Raio de Van der Waals	140 pm
Configuração electrónica	[Ar] 3d10 4s1
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 18, 1 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	+1, +2, +3, +4 (óxido básico)
Óxido
Estrutura cristalina	cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	1357,77 K
Ponto de ebulição	2835 K
Entalpia de fusão	13,26 kJ/mol
Entalpia de vaporização	300,4 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	7,11×10−6m3/mol
Pressão de vapor	1 Pa a 1509 K
Velocidade do som	3570 m/s a 20 °C
Classe magnética	Diamagnético
Susceptibilidade magnética	-9,7x10-6
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,9
Calor específico	J/(kg·K)
Condutividade elétrica	S/m
Condutividade térmica	401 W/(m·K)
1º Potencial de ionização	745,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização	1957,9 kJ/mol
3º Potencial de ionização	3555 kJ/mol
4º Potencial de ionização	5536 kJ/mol
5º Potencial de ionização	kJ/mol
6º Potencial de ionização	kJ/mol
7º Potencial de ionização	kJ/mol
8º Potencial de ionização	kJ/mol
9º Potencial de ionização	kJ/mol
10º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 63Cu 69,15% estável com 34 neutrões 65Cu 30,85% estável com 36 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
v • e

O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,54 u. À temperatura ambiente o cobre encontra-se no estado sólido.

Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade.

Conhecido desde a pré-história, o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze.

História

O cobre foi provavelmente o primeiro metal minerado e trabalhado pelo homem.^[1] Foi originalmente obtido como um mineral nativo e posteriormente da fundição de minérios. Estimativas iniciais da descoberta do cobre sugerem por volta de 9000 a.C. no Oriente Médio. Foi o mais importante dos materiais da humanidade durante a Era do Cobre e Bronze. Objetos de cobre de 6000 a.C. foram encontrados em Çatal Höyük, Anatolia.^[2] Em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação do cobre a partir de óxidos como a malaquita e azurita. Os primeiros indícios de utilização do ouro não foram vislumbrados até 4000 a.C. Descobriram-se moedas, armas, utensílios domésticos sumérios de cobre e bronze de 3000 a.C., assim como egípcios da mesma época, inclusive tubos de cobre. Os egípcios também descobriram que a adição de pequenas quantidades de estanho facilitava a fusão do metal e aperfeiçoaram os métodos de obtenção do bronze; ao observarem a durabilidade do material representaram o cobre com o Ankh, símbolo da vida eterna.

Na antiga China o uso do cobre é conhecido desde, pelo menos, 2000 anos antes da nossa era, e em 1200 a.C. já fabricavam-se bronzes de excelente qualidade estabelecendo um manifesto domínio na metalurgia sem comparação com a do Ocidente. Na Europa o homem de gelo encontrado no Tirol (Itália) em 1991, cujos restos têm uma idade de 5300 anos, estava acompanhado de um machado de cobre com uma pureza de 99,7%, e os elevados índices de arsênico encontrados em seu cabelo levam a supor que fundiu o metal para a fabricação da ferramenta.

O cobre é um metal de transição avermelhado, que apresenta alta condutibilidade elétrica e térmica, só superada pela da prata.
É possível que o cobre tenha sido o metal mais antigo a ser utilizado, pois se têm encontrado objetos de cobre de 8700 a.C. Pode ser encontrado em diversos minerais e pode ser encontrado nativo, na forma metálica, em alguns lugares. Fenícios importaram o cobre da Grécia, não tardando em explorar as minas do seu território, como atestam os nomes das cidades Calce, Calcis e Calcitis (de χαλκος, bronze), ainda que tenha sido Chipre, a meio caminho entre Grécia e Egito, por muito tempo o país do cobre por excelência, ao ponto de os romanos chamarem o metal de aes cyprium ou simplesmente cyprium e cuprum, donde provém o seu nome. Além disso, o cobre foi representado com o mesmo signo que Vênus (a afrodite grega), pois Chipre estava consagrada a deusa da beleza e os espelhos eram fabricados com este metal. O símbolo, espelho de Vênus da mitologia e da alquimia, modificação do egípcio Ankh, foi posteriormente adotado por Carl Linné para simbolizar o gênero feminino(♀).

O uso do bronze predominou de tal maneira durante um período da história da humanidade que terminou denominando-se «Era do Bronze». O período de transição entre o neolítico (final da Idade da Pedra) e a Idade do Bronze foi denominado período calcolítico (do grego Chalcos), limite que marca a passagem da pré-história para a história.

Isótopos

Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis: Cu-63 e Cu-65, sendo o mais leve o mais abundante ( 69,17% ). Se tem caracterizado 25 isótopos radioativos, sendo os mais estáveis o Cu-67, Cu-64 e Cu-61 com vidas médias de 61,83 horas, 12,7 horas e 3,333 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, com massas atômicas desde 54,966 (Cu-55) a 78,955 (Cu-79), têm vidas médias inferiores a 23,7 minutos, e a maioria não alcançam os 30 segundos. O cobre apresenta, ainda, 2 estados metaestáveis.

Os isótopos mais leves que o Cu-63 estável se desintegram principalmente por captura eletrônica originando isótopos de níquel, os mais pesados que o isótopo Cu-65 estável se desintegram por emissão beta dando lugar a isótopos de zinco. O isótopo Cu-64 se desintegra dos dois modos, por captura eletrônica ( 69% ) e os demais por desintegração beta.

Características e propriedades

Físicas

Um disco de cobre.

Cobre acima do seu ponto de fusão mantém sua cor rosa brilhante quando a luz da suficiente ofusca a cor laranja incandescente.

O cobre ocupa a mesma família na tabela periódica que a prata e o ouro. Em termos de estrutura eletrônica, o cobre tem um elétron orbital em cima de uma cheia escudo do elétron (o elétron que faz as ligações) , que faz ligações metálicas . A prata e o ouro são semelhantes.^[3]

O cobre é normalmente fornecido, como quase todos os metais de uso industrial e comercial, em um grão fino de formulário policristalino . Metais policristalinos tem mais força do que formas monocristalinas, e a diferença é maior para o menor grão (de cristal) em tamanho. É facilmente trabalhado, sendo que ele tem ambas as propriedades de dúctil e maleável. A facilidade com que pode ser levado a cabo o torna útil para trabalhos elétricos, assim como sua alta condutividade elétrica.^[4][5]

O cobre tem um tom avermelhado, alaranjado ou cor acastanhada devido a uma fina camada de manchas (incluindo óxidos ). O cobre puro é rosa ou cor de pêssego. Cobre junto de ósmio (azulada), césio e de ouro (tanto amarelo) são os únicos quatro metais elementais com uma cor natural que não o cinza ou prata. Cobre resultados cor característica de sua configuração eletrônica.^[6][7]

Elétricas

A estrutura eletrônica torna comparáveis o cobre, prata e o ouro, semelhantes em muitos aspectos: os três têm alta condutividade térmica e elétrica, e os três são maleáveis. Entre os metais puros na temperatura ambiente , o cobre tem a segunda maior condutividade elétrica e térmica , depois da prata , com uma condutividade de 59,6 × 10⁶S/m. Este valor alto é devido à praticamente todos os elétrons na camada de valência (um por átomo) tomarem parte na condução. O resultado são elétrons livres no montante de cobre para uma densidade de carga enorme de 13,6 × 10⁹C/m³.^[8]

Esta alta densidade de carga é responsável pela mais lenta velocidade de deriva das correntes em cabos de cobre, onde a velocidade de deriva pode ser calculado como a relação entre a densidade da corrente de densidade de carga. Por exemplo, em uma densidade de corrente de 5 × 10 ⁶A/m² , a densidade de corrente máxima presente na fiação da casa e distribuição da rede, a velocidade de deriva é apenas um pouco mais de ⅓ mm/s.^[9]

Durante o século XX nos Estados Unidos, a popularidade temporária do alumínio para uso doméstico na fiação elétrica resultou em muitas casas com uma combinação de cobre e alumínio fiação necessitando o contato físico entre os dois metais para fornecer uma conexão elétrica. Devido a corrosão galvânica , algumas questões foram experimentados por proprietários e empreiteiros de habitação. Em eletrônica, a pureza do cobre é expresso em noves : 4N para 99,99% e 6N para 99,9999%. Quanto maior o número, mais puro o cobre é.

Química

O cobre forma uma rica variedade de compostos com estados de oxidação de +1 e +2. Ele não reage com água, mas reage lentamente com o oxigênio atmosférico, formando uma camada marrom escura de oxido de cobre.

Em contraste com a oxidação do ferro pelo ar úmido, essa camada de óxido para a corrosão. Uma camada verde de carbonato de cobre, chamado azinhavre, muitas vezes pode ser visto em construções antigas de cobre, como a Estátua da Liberdade, a maior estátua de cobre do mundo.

O cobre reage com o sulfeto de hidrogênio e com soluções contendo sulfeto, formando sulfetos de cobre diversos em sua superfície. Em soluções contendo sulfeto de cobre, é menos nobre do que o hidrogênio e a corrosão. Isto é observado no cotidiano, quando as superfícies metálicas de cobre são manchadas após a exposição ao ar que contêm compostos de enxofre.

Cobre dissolve lentamente em soluções contendo oxigênio e amoníaco para dar vários complexos solúveis em água com cobre. O cobre reage com uma combinação de oxigênio e ácido clorídrico para formar uma série de cloretos de cobre. (Verde-azul de cobre II), cloreto (quando fervido com metal de cobre, sofre comprapartinação para formar branco cobre (I) de cloro.

O cobre reage com uma mistura ácida de peróxido de hidrogênio para formar o correspondente sal de cobre:
Cu + 2 HX + H₂O₂ → CuX₂ + 2 H₂O

Biologia

O cobre é um elemento essencial à vida em geral, participando no caso do organismo humano no processo de fixação do ferro na hemoglobina do sangue. Grandes concentrações são encontradas no cérebro e fígado.^[10]

Em certos organismos chega a assumir o papel do ferro em integrar moléculas responsáveis pelo transporte de oxigênio, a exemplo da hemocianina cuprosa, o que inusitadamente confere a esses animais um sangue de coloração azulada ao invés do vermelho tradicional. Através do sangue azul dos Límulos (uma espécie de caranguejo) produz-se uma substância conhecida por Limulus Amebocyte Lysate cujo poder bactericida e anti-endotoxinas é bem conhecido. O litro de sangue desse animal chega a casa dos milhares de dólares no mercado associado. A sangria pode ser feita de forma controlada e sem o óbito do animal, e durante a vida útil um único espécime pode render mais de 2500 dólares americanos^[11]

Ligas metálicas

Os cobres debilmente ligados são aqueles que contém uma porcentagem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das características do cobre como a maquinabilidade (facilidade de mecanização), resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre. Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, crômio e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis (níquel), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco).

Contaminação de água por cobre

Todos os compostos de cobre deveriam ser tratados como se fossem tóxicos; uma quantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal em humanos.

O metal em pó é combustível, inalado pode provocar tosse, dor de cabeça e dor de garganta, recomenda-se evitar a exposição laboral e a utilização de protetores como óculos, luvas e máscaras. O valores limites ambientais são de 0,2 mg/m³ para vapor de cobre e 1 mg/m³ para o pó e névoas. Reage com oxidantes fortes tais como cloratos, bromatos e iodatos, originando o perigo de explosões.

A água com conteúdo em cobre superiores a 1 mg/l pode contaminar as roupas e objetos lavados com ela, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida com sabor desagradável. A Organização Mundial da Saúde (OMS) no Guia para a qualidade da água potável recomenda um nível máximo de 2 mg/L , mesmo valor adotado na União Europeia. Nos Estados Unidos a Agência de Proteção Ambiental tem estabelecido um limite de 1,3 mg/L.

As atividades mineiras podem provocar a contaminação de rios e águas subterrâneas com cobre e outros metais, tanto durante a exploração como uma vez abandonada. O derramamento mostrado na foto provem de uma mina abandonada em Idaho. A coloração turquesa da água e rochas se deve a presença de precipitados de cobre.

Compostos de coordenação

O cobre pertence ao grupo 11 da tabela periódica, sua configuração eletrônica no estado fundamental é [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Ele pode encontrar-se como Cu(I), Cu(II), Cu (III) ou Cu (IV), sendo o único elemento da primeira linha do bloco d que apresenta o estado de oxidação +1 estável ^[12].

Cu (I): cobre d¹⁰ e, consequentemente, diamagnético. Quando não ligado à ligantes facilmente polarizados são incolores. O cobre pode se estabilizar com um ligante π receptor. A estrutura mais comum é o tetraedro, como no complexo [Cu(py)₄]⁺ . Complexos iônicos com halogênios apresentam diversas estruturas que dependem do cátion envolvido, por exemplo [CuCl₂]^- pode ser linear ou polimérico com centros tetraédricos. Cu⁺ forma compostos com CN^-, como o sal polimérico K[Cu(CN)₂], o íon trigonal planar [Cu(CN)₃]^2- e o íon tetraédrico [Cu(CN)₄]^3-[13].

Apesar de formar ligações com ligantes O e N (bases fortes, que possuem eletronegatividade alta e são pequenos), cobre monovalente é um metal mole ^[12], ou seja, forma ligações mais forte com bases moles (átomos menos eletronegativos e polarizáveis) como S e P ^[14]. Complexos com a fosfina [Cu₄I₄(PR₃)₄] são exemplos de clusters onde o cobre se encontra nos quatro vértices de um tetraedro, os quatro ligantes fosfina se ligam aos quatro vértices do tetraedro e os quatro átomos de I se situam nas faces do tetraedro (cada I está ligado com três átomos de cobre) ^[15].

Exemplo de composto com Cu(I): [Cu(η²-BH₄)(dppm)], complexo com borohidreto e bis(difenilfosfina)metano (dppm). Complexos com borohidreto de cobre (I) são interessantes pois apresentam grande emprego em sínteses orgânicas e inorgânicas e como agentes redutores de várias funções presentes em compostos orgânicos. Estes complexos não são muito estáveis (necessitam ficar em baixas temperaturas). A ligação com a fosfina permite a estabilização do composto CuBH₄. Apesar de formar ligações com bases duras como o O e N (possuem eletronegatividade alta e são pequenos), cobre monovalente é um íon metálico mole (grande, baixo nox), ou seja, forma ligações mais forte com bases moles, (átomos menos eletronegativos e polarizáveis), como S e P. O ânion borohidreto está coordenado ao cobre de modo bidentado, o número de coordenação do cobre é quatro e a estrutura do centro metálico é tetraédrica distorcida ^[16].

Cu (II): cobre d⁹, paramagnético. Forma, muitas vezes, compostos quadrado planar. Complexos com seis ligantes ocorrem em estrutura octaédrica distorcida. Geralmente dois ligantes axiais se encontram mais distantes do que os ligantes equatoriais, embora existe o inverso ^[17]. Essa distorção é consequência da configuração d⁹ e do efeito Jahn-Teller. Em um octaedro com ligantes iguais ocorre o alongamento ou a compressão das ligações axiais. Como consequência, temos a quebra da degenerescência dos orbitais e_g e t_2g. Em um alongamento no eixo axial (z), os orbitais que possuem componentes em z, d_z², d_xz e d_yz, se estabilizam (reduzem sua energia), pois a interação entre os ligantes e estes orbitais diminui, enquanto que os orbitais sem componentes em z, d_x²-y² e d_xy, ficam mais energéticos em uma quantidade correspondente ^[14].

Devido aos elétrons desemparelhados, os compostos de Cu²⁺ são geralmente coloridos, existem transições d-d ^[14]. Soluções de cobre apresentam, em sua maioria, a coloração azul, devido a presença dos íons [Cu(OH₂)₆]²⁺, uma exceção comum é o íon verde quase planar [CuCl₄]^2-, entretanto, quando diluído a cor da solução muda para o azul. Essa mudança corresponde a substituições de íons cloretos por moléculas de água ^[17]. O sal azul CuSO₄∙5H₂O contém a unidade quadrada planar [Cu(OH₂)₄]²⁺ com dois oxigênios do ânion SO₄^2- completando o octaedro alongado ^[12].

Complexos com halogênios incluem [CuCl₃]^-, [CuCl₄]^2- e [CuCl₅]^3-, mas as estruturas no estado sólido destes compostos são dependentes do contra íon envolvido. Por exemplo: [Ph₄P][CuCl₃] contém dímeros, enquanto que o K[CuCl₃] contém cadeias octaédricas distorcidas ^[12].

Em soluções aquosas o Cu²⁺ forma muitos complexos com amônia e aminas, como [Cu(H₂O)_5-n(NH₃)n]²⁺, sendo n = 1, 2, 3 ou 4. O composto com n = 5 e/ou 6, é instável devido ao efeito Jahn-Teller. A distorção na estrutura octaédrica alonga e enfraquece a ligação entre o cobre e o nitrogênio. É possível obter o [Cu(NH₃)₆]²⁺ usando amônia como solvente ^[15].

Exemplo de composto com Cu(II): [Cu(doxiciclina)(1,10-fenantrolina)(H₂O)(ClO₄)](ClO₄). Apresenta propriedades antitumorais que ocorre pela clivagem da molécula de DNA. O que acontece é que muitos compostos parecidos com este necessitam de outros reagentes externos para fazer essa clivagem através de reações redox. Este composto não precisa de reagentes externos. O estudo foi feito com a sintetização deste composto, verificação da composição e estrutura e foi testado em células de uma pessoa com leucemia. Foi verificado que o composto é capaz de clivar a molécula do DNA. Os resultados propõe que o composto exibe uma geometria tetragonal distorcida com dois ligantes bidentados, (1,10-fenantrolina e doxiciclina) coordenadas no plano equatorial, uma molécula de água e um íon perclorato nas posições axiais ^[18].

Cu (III): cobre d⁸ é considerado incomum, pois é facilmente reduzido. O composto K₃[CuF₆] é paramagnético, com dois elétron desemparelhados. Os compostos de coordenação restantes são diamagnéticos e com uma estrutura quadrado planar ^[13]. Exemplos desses compostos: [CuO₂]^- e [Cu(IO₆)₂]^7-. Provavelmente, o uso mais importante de espécies de Cu(III) é em supercondutores de alta temperatura ^[12]. Em 1987 dois pesquisadores foram laureados com prêmio Nobel de Física (“Por seu importante avanço na descoberta de supercondutividade em materiais cerâmicos”). Eles estudaram compostos com cobre como o La_1.85Ba_0.15CuO₄. A supercondutividade surge quando um material condutor é resfriado a uma temperatura crítica bastante baixa (aproximadamente -180º C) ^[19].

Cu (IV): cobre d⁷ é muito raro, porém existe o composto [CuF₆]^2- que é produzido por fluoração de CsCuCl₃ a 247 ºC. O íon possui uma estrutura octaédrica distorcida (efeito Jahn-Teller) ^[12].

Referências

Ver também

Lista de países por produção de cobre (editar | discussão | histórico | informações | afluentes | última edição | vigiar | registros | registros do filtro de edições)

• Categoria: Compostos de cobre


• Química


• Tabela periódica


• Compostos de coordenação

Ligações externas

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