Cobre

Estado natural

Constituye un elemento de moderada abundancia en la naturaleza, en la que se halla en proporción del 10–4 %. Se presenta en estado nativo, formando parte de rocas primarias y de depósitos sedimentarios. Sus minerales más importantes son: la calcopirita CuFeS2; la calcosina, Cu2S; la cuprita, Cu2O; la malaquita, CuCO3•Cu(OH)2, y la azurita, 2CuCO3 • Cu(OH)2. Las menas de cobre se distribuyen por todo el planeta.

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(Del latín cyprum.) En alemán, kupfer; en francés, cuivre; en inglés, copper; en italiano, rame. Elemento químico, primero del grupo Ib del sistema periódico de los elementos, de símbolo Cu y número atómico 29.

Cobre

Número atómico

29

Valencia

1,2

Estado de oxidación

+2

Electronegatividad

1,9

Radio covalente (Å)

1,38

Radio iónico (Å)

0,69

Radio atómico (Å)

1,28

Configuración electrónica

[Ar]3d104s1

Primer potencial de ionización (eV)

7,77

Masa atómica (g/mol)

63,54

Densidad (g/ml)

8,96

Punto de ebullición (ºC)

2595

Punto de fusión (ºC)

1083

Descubridor

Edad Antigua

El cobre es un metal de color rojo pálido, tenaz, maleable, bastante blando, con valencias 1, 2 y, muy raramente, 3 y 4; peso atómico 63,546; peso específico 8,93; punto de fusión 1083 °C; punto de ebullición 2350 °C. Es el metal con mejor conductividad eléctrica después de la plata, y también un buen conductor del calor.

Estado natural

Constituye un elemento de moderada abundancia en la naturaleza, en la que se halla en proporción del 10–4 %. Se presenta en estado nativo, formando parte de rocas primarias y de depósitos sedimentarios. Sus minerales más importantes son: la calcopirita CuFeS2; la calcosina, Cu2S; la cuprita, Cu2O; la malaquita, CuCO3•Cu(OH)2, y la azurita, 2CuCO3 • Cu(OH)2. Las menas de cobre se distribuyen por todo el planeta.

Obtención

Se parte generalmente de minerales sulfurados, y en especial la calcopirita. Hay dos procedimientos: por vía seca y por vía húmeda.

Proceso por vía seca

En el procedimiento por vía seca, el mineral rico en cobre o enriquecido por flotación y filtración es sometido a un proceso de tostación en hornos apropiados para obtener un mixto, es decir, una oxidación en atmósfera oxidante.

La masa tostada obtenida se funde (por encima de los 1.150 °C) en hornos de cuba, conjuntamente con carbón y áridos con silicatos, para eliminar los óxidos de hierro formados en la tostación, con lo que se obtiene la mata, una mezcla de silicatos de hierro, azufre y mata de cobre (sulfuro de cobre y sulfuro de hierro, con una proporción de entre el 40 y el 50 % de cobre).

A la salida del horno, esta mezcla se separa en dos capas en virtud de los diferentes pesos específicos de los componentes. La mata de cobre es llevada a un convertidor, a través del cual se insufla aire; éste forma con el hierro óxido férrico, que se une con la sílice para dar escoria. A continuación, el sulfuro de cobre se oxida parcialmente a óxido de cobre (I); éste reacciona con el sulfuro de cobre todavía no transformado, dando cobre en bruto, también llamado cobre negro o blíster (proporción del 96 al 98 % de cobre):


2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2
2Cu2O + Cu2S → SO2 + 6Cu

Industria del cobre en Chuquicamata (Chile).

Finalmente, la última fase es la del refino del cobre bruto. La purificación del cobre puede hacerse por dos métodos: afino al fuego y afino electrolítico. Con el afino electrolítico el cobre obtenido tiene una pureza superior al 99,97 %.

Proceso por vía húmeda

Este proceso se emplea fundamentalmente en los minerales pobres. En el procedimiento por vía húmeda, los minerales pobres en cobre son lixiviados con ácido sulfúrico, y la solución de sulfato de cobre obtenida se trata con residuos de hierro, que provocan la precipitación del cobre en virtud de la posición relativa del hierro y el cobre en la escala de potenciales de los metales (cementación):


CuSO42+ Fe → FeSO4 + Cu


El cobre en bruto se libera de las impurezas que todavía contiene (por ejemplo, arsénico, antimonio y plomo) mediante fusiones oxidantes y reductoras y, finalmente, se afina por electrólisis de soluciones de cobre con ánodos de plomo (método más utilizado actualmente), para lo cual se colocan láminas de cobre en bruto como ánodo de una cuba electrolítica en la que se usa como cátodo una serie de placas de cobre puro. El electrolito es una solución de sulfato de cobre (II). Durante la electrólisis se oxida el ánodo, y los iones de cobre (Cu2+) se dirigen al cátodo, donde se depositan como cobre metálico. Las impurezas del ánodo sedimentan en el fondo de la cuba como barros que contienen ciertas cantidades de metales preciosos, que resultan aprovechables.

Propiedades físicas y químicas

Sin alear, el cobre es un metal que presenta un característico color rojizo, y un brillo metálico cuya intensidad depende del grado de pulido. Es un metal dúctil y el mejor conductor de la electricidad si se exceptúa a la plata. Destaca también por su elevada conductividad térmica y tenacidad, por lo que, dada su resistencia a la deformación y a la rotura, es materia prima en la fabricación de cables, alambres y láminas. Es también dúctil, por lo que puede deformarse por estiramiento, y maleable, por lo que puede batirse y extenderse en láminas. Su dureza no es muy elevada, pero por medio de tratamientos metálicos, como el laminado y el batido, puede aumentarse hasta ciertos límites. Tiene dos isótopos. No es muy activo químicamente, y sus estados de oxidación más usuales son el +1 y el +2; es decir, resiste bien la oxidación siempre que no haya humedad ni anhídrido carbónico, en cuya presencia forma una película verdosa de carbonato cálcico, que recibe el nombre de verdín. Se disuelve con facilidad en los ácidos nítrico y sulfúrico concentrados y calientes; es atacado fácilmente por los álcalis. Las principales reacciones que presenta el cobre son:

1) Con los halógenos flúor, cloro y bromo forma haluros de cobre (II):


Cu + X2 → CuX2


2) Con el yodo forma el yoduro de cobre (I):


Cu + 1/2I2 → CuI


3) Con el oxígeno, a temperaturas superiores a los 1.000 °C, forma óxido de cobre (I):


2Cu + 1/2O2 → Cu2O


A temperaturas inferiores a 1.000 °C forma óxido de cobre (II):


2Cu + O2 → 2CuO


4) Reacciona con el azufre a temperaturas elevadas y forma sulfuro de cobre (I):


2Cu + S → Cu2S


5) Reacciona con el fósforo y forma fosfuro:


3Cu + P → Cu3P


6) Reacciona con ácido nítrico y forma nitrato de cobre (II), monóxido de nitrógeno y agua:


3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O


7) Reacciona con los ácidos en disolución acuosa y en presencia de oxígeno, dando lugar a la formación de sales de cobre:


Cu + 2H+ + 1/2O2 → Cu2+ + H2O


Compuestos

Óxido de cobre (I), Cu2O, amarillo o rojo, fácilmente oxidable a óxido de cobre (II), CuO, de color negro; óxido hidróxido de cobre (II), Cu(OH)2, azul claro, color para pintura artística, soluble en amoníaco, con formación de una sal compleja, el reactivo de Schweitzer, que se utiliza en la fabricación de seda artificial; sulfato de cobre (II) (vitriolo azul), CuSO4, usado en galvanoplastia y para la fabricación de fungicidas, como, por ejemplo, el caldo bordelés; cloruro de cobre (I), CuCl, incoloro, forma cristales que se han de mantener bajo el agua; carbonato de cobre (II), se encuentra como sal básica en forma de la piedra semipreciosa malaquita, y como azurita. Se conoce un hidruro, de fórmula CuH. Se conoce asimismo el hidróxido de cobre (II), todos los haluros y dos sulfuros: Cu2S y CuS.

Cobre nativo

Mina de cobre al aire libre de Bingham Kennecott, en Utah (Estados Unidos).

Mineral de cobre puro, de la clase elementos nativos, cúbico, de peso específico 8,5-9, dureza 2,5-3, color rojo característico y brillo metálico.

El cobre nativo es un mineral bastante difundido en la naturaleza, aunque raramente se presenta en concentraciones importantes. Con frecuencia se origina por reducción de otros minerales de cobre. El mayor yacimiento de cobre nativo del mundo se encuentra en Keweenaw, a orillas del lago Superior (EE.UU.).

Aplicaciones

El cobre es el segundo metal industrial, tanto por sus aplicaciones en estado puro como formando parte de aleaciones. El cobre se emplea principalmente en la conducción eléctrica y en telefonía (hilos eléctricos, cables, conmutadores), en maquinaria química y farmacéutica, en revestimientos protectores galvanoplásticos y planchas para techumbres y canalizaciones por su elevada resistencia a la corrosión.

Para aprovechar sus propiedades eléctricas debe emplearse en estado puro, mientras que si interesa por su inalterabilidad y sus propiedades mecánicas, es conveniente utilizarlo en alguna de sus múltiples aleaciones posibles con la mayoría de los metales como el zinc, estaño, plomo, níquel, etc.

Entre estas aleaciones destacan el latón (Cu y Zn), cuyos elementos aleantes son el zinc y pequeñas cantidades de otro metal. El bronce (Cu y Sn), una de las primeras aleaciones conocidas, se compone de cobre y estaño. Son también importantes el cuproníquel (Cu, Ni y Fe) y la alpaca (Cu, Ni, Zn y Sn). En general, el cobre es difícil de mecanizar, es decir, conformar piezas mediante eliminación de material. No obstante, pequeñas cantidades de plomo facilitan su manipulación.

Historia

El cobre nativo fue descubierto a finales de la Edad de Piedra, pero no se generalizó su uso hasta que no se comenzó a saberse fundir (h. 3500 a.C.). Las dificultades para aislarlo totalmente provocaron que las más de las veces se utilizara el mineral mixto, obteniéndose de modo fortuito el bronce. Cuando se logró mezclar correctamente el cobre con el estaño (h. 3000 a.C.) se obtuvo el tipo de bronce que dio nombre a un importante período de la historia: la Edad del Bronce.

La producción mundial de cobre durante el 2011[1]
Rango Estado Producción en 2011
(en mill. ton/año)
1 Chile 5,420
2 Perú 1,220
3 China 1,190
4 Estados Unidos de América 1,120
5 Australia 0,940
6 Zambia 0,715
7 Rusia 0,710
8 Indonesia 0,625
9 Canadá 0,550
10 República Democrática del Congo 0,440
11 Polonia 0,425
12 México 0,365
13 Kazajistán 0,360

Hacia el año 1700 de nuestra era, la metalurgia del cobre sufrió un gran avance con la utilización de los nuevos hornos de cuba y de reverbero.

En el último tercio del siglo XIX, el inglés G. R. Elkington preparó el refinado electrolítico de este metal, y en 1770 Manhés puso a punto un convertidor para separar el cobre fundido del óxido de hierro.

Economía

La economía del cobre tiene dos vertientes diferenciadas. La primera corresponde al mineral de cobre. En ésta sobresalen como primeros productores Chile, EE.UU., Canadá, Indonesia, Australia, China y Polonia. La segunda vertiente corresponde a la obtención de cobre refinado. En ésta los principales productores son EE.UU. y Japón, seguidos de Chile, China, Canadá, Alemania y Polonia.

Otro aspecto en la economía del cobre es la importancia del metal de recuperación, de tal modo que más de la mitad de las necesidades de cobre en los países industrializados procede del reciclaje de los residuos, una parte sustancial de los cuales es objeto de reutilización directa en forma de aleaciones. Los precios del mineral de cobre sufren importantes oscilaciones en los mercados de Londres y Nueva York (centros mundiales de contratación). La inestabilidad de las cotizaciones plantea un riesgo elevado de sustitución del cobre por otros productos cuyos precios son relativamente más estables (aluminio, plásticos, acero inoxidable) y repercute en la economía de los países productores.


Referencias

  1. Fuente: [http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/copper/mcs-2012-coppe.pdf United States Geological Survey (USGS) - 2011

Bibliografía

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• José Alfredo URIBE SALAS. “Minería de cobre en el occidente del México prehispánico: un acercamiento historiográfico”. En Revista de Indias, ISSN 0034-8341, Vol. 56, Nº 207, 1996, págs. 297-332.
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