Aplicaciones y usos del cobre

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del cobre es muy elevado. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.

[editar] Cobre metálico

El cobre se utiliza tanto con un gran nivel de pureza, cercano al 100%, como aleado con otros elementos. El cobre puro se emplea principalmente en la fabricación de cables eléctricos.

[editar] Electricidad y telecomunicaciones

Cable eléctrico de cobre.

El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad eléctrica. Esto, unido a su ductilidad y resistencia mecánica, lo han convertido en el material más empleado para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Asimismo se emplean conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio.36

También son de cobre la mayoría de los cables telefónicos, los cuales además posibilitan el acceso a Internet. Las principales alternativas al cobre para telecomunicaciones son la fibra óptica y los sistemas inalámbricos. Por otro lado, todos los equipos informáticos y de telecomunicaciones contienen cobre en mayor o menor medida, por ejemplo en sus circuitos integrados, transformadores y cableado interno.36

[editar] Medios de transporte

El cobre se emplea en varios componentes de coches y camiones, principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. Un coche pequeño

contiene en total en torno a 20 kg de cobre, subiendo esta cifra a 45 kg para los de mayor tamaño.36

También los trenes requieren grandes cantidades de cobre en su construcción: 1 - 2 toneladas en los trenes tradicionales y hasta 4 toneladas en los de alta velocidad. Además las catenarias contienen unas 10 toneladas de cobre por kilómetro en las líneas de alta velocidad.10

Por último, los cascos de los barcos incluyen a menudo aleaciones de cobre y níquel para reducir el ensuciamiento producido por los seres marinos.

[editar] Construcción y ornamentación

Cara de la Estatua de la Libertad de Nueva York, hecha con láminas de cobre sobre una estructura de acero.

Una gran parte de las redes de transporte de agua están hechas de cobre o latón,71 debido a su resistencia a la corrosión y sus propiedades anti-bacterianas, habiendo quedado las tuberías de plomo en desuso por sus efectos nocivos para la salud humana. Frente a las tuberías de plástico, las de cobre tienen la ventaja de que no arden en caso de incendio y por tanto no liberan humos y gases potencialmente tóxicos.36

El cobre y, sobre todo, el bronce se utilizan también como elementos arquitectónicos y revestimientos en tejados, fachadas, puertas y ventanas. El cobre se emplea también a menudo para los pomos de las puertas de locales públicos, ya que sus propiedades anti-bacterianas evitan la propagación de epidemias.36

Dos aplicaciones clásicas del bronce en la construcción y ornamentación son la realización de estatuas y de campanas.

El sector de la construcción consume actualmente (2008) el 26% de la producción mundial de cobre.10

[editar] Monedas

Desde el inicio de la acuñación de monedas en la Edad Antigua el cobre se emplea como materia prima de las mismas, a veces puro y, más a menudo, en aleaciones como el bronce y el cuproníquel.

Ejemplos de monedas que incluyen cobre puro: :::::

Las monedas de uno, dos y cinco céntimos de euro son de acero recubierto de cobre.72 La moneda de un centavo de dólar estadounidense es de cinc recubierto de cobre.73

Ejemplos de monedas de cuproníquel:

Disco interior de la moneda de un euro y parte exterior de la moneda de dos euros.72

Monedas de 25 y 50 céntimos de dólar estadounidense.73 Monedas españolas de 5, 10, 25, 50 y 200 pesetas acuñadas desde 1949.74

Ejemplos de monedas de otras aleaciones de cobre:

Las monedas de diez, veinte y cincuenta céntimos de euro son de oro nórdico, una aleación que contiene un 89% de cobre.72 Las monedas argentinas de 1/2, 1, 5, 10 y 50 centavos de austral son de latón.

[editar] Otras aplicaciones

Instrumento musical de viento.

El cobre participa en la materia prima de una gran cantidad de diferentes y variados componentes de todo tipo de maquinaria, tales como casquillos, cojinetes, embellecedores, etc. Forma parte de los elementos de bisutería, bombillas y tubos fluorescentes, calderería, electroimanes,Monedas, instrumentos musicales de viento, microondas, sistemas de

calefacción y aire acondicionado. El cobre, el bronce y el latón son aptos para tratamientos de galvanizado para cubrir otros metales.

[editar] Cobre no metálico

El sulfato de cobre (II) también conocido como sulfato cúprico es el compuesto de cobre de mayor importancia industrial y se emplea como abono y pesticida en agricultura, alguicida en la depuración del agua y como conservante de la madera.

El sulfato de cobre está especialmente indicado para suplir funciones principales del cobre en la planta, en el campo de las enzimas: oxidasas del ácido ascórbico, polifenol, citocromo, etc. También forma parte de la plastocianina contenida en los cloroplastos y que participa en la cadena de transferencia de electrones de la fotosíntesis. Su absorción se realiza mediante un proceso activo metabólicamente. Prácticamente no es afectado por la competencia de otros cationes pero, por el contrario, afecta a los demás cationes. Este producto puede ser aplicado a todo tipo de cultivo y en cualquier zona climática en invernaderos.75

Para la decoración de azulejos y cerámica, se realizan vidriados que proporcionan un brillo metálico de diferentes colores. Para decorar la pieza una vez cocida y vidriada, se aplican mezclas de óxidos de cobre y otros materiales y después se vuelve a cocer la pieza a menor temperatura.76 Al mezclar otros materiales con los óxidos de cobre pueden obtenerse diferentes tonalidades.77 Para las decoraciones de cerámica, también se emplean películas metálicas de plata y cobre en mezclas coloidales de barnices cerámicos que proporcionan tonos parecidos a las irisaciones metálicas del oro o del cobre.78 79

Un pigmento muy utilizado en pintura para los tonos verdes es el cardenillo, también conocido en este ámbito como verdigris, que consiste en una mezcla formada principalmente por acetatos de cobre, que proporciona tonos verdosos o azulados.80

Véanse también: Sulfato cúprico, Óxido de cobre (I), Óxido de cobre (II) y Cardenillo

[editar] Productos del cobre

[editar] Fundición: blister y ánodos

El cobre blister, también llamado ampollado o anódico, tiene una pureza de entre 98 y 99,5%, y su principal aplicación es la fabricación por vía electrolítica de cátodos de cobre, cuya pureza alcanza el 99,99%. También se puede emplear para sintetizar sulfato de cobre y otros productos químicos. Su principal aplicación es su transformación en ánodos de cobre.81

El paso intermedio en la transformación de cobre blíster en cátodos de cobre es la producción de ánodos de cobre, con cerca de 99,6% de pureza. Un ánodo de cobre tiene unas dimensiones aproximadas de 100x125 cm, un grosor de 5 cm y un peso aproximado de 350 kg.

[editar] Refinería: cátodos

El cátodo de cobre constituye la materia prima idónea para la producción de alambrón de cobre de altas especificaciones. Es un producto, con un contenido superior al 99,99% de cobre, es resultante del refino electrolítico de los ánodos de cobre. Su calidad está dentro de la denominación Cu-CATH-01 bajo la norma EN 1978:1998. Se presenta en paquetes corrugados y flejes, cuya plancha tiene unas dimensiones de 980x930 mm y un grosor de 7mm con un peso aproximado de 47 kg. Su uso fundamental es la producción de alambrón de cobre de alta calidad, aunque también se utiliza para la elaboración de otros semitransformados de alta exigencia.82

[editar] Subproductos de fundición y refinería

Después del proceso de elaborar ánodo de cobre y cátodo de cobre se obtienen los siguientes subproductos: Ácido sulfúrico. Escoria granulada. Lodos electrolíticos. Sulfato de níquel. Yeso

[editar] Alambrón

El alambrón de cobre es un producto resultante de la transformación de cátodo en la colada continua. Su proceso de producción se realiza según las normas ASTM B49-92 y EN 1977.

Las características esenciales del alambrón producido por la empresa Atlantic-copper son:83

Diámetro y tolerancia: 8mm +/- 0.4 mm. Cu: 99,97 % min. Oxígeno: 200 ppm. Conductividad eléctrica: > 101% (IACS. Test de elongación espiral: > 450 m (200 °C)

El alambrón se comercializa en bobinas flejadas sobre palet de madera y protegidas con funda de plástico. Cuyas dimensiones son: Peso bobina 5000 kg, diámetro exterior 1785 mm, diámetro interior 1150 mm y altura 900 mm. Las aplicaciones del alambrón son para la fabricación de cables eléctricos que requieran una alta calidad, ya sean esmaltados o multifilares de diámetros de 0,15/0,20 mm.

[editar] Alambre de cobre desnudo

Bobina de alambre desnudo.

El alambre de cobre desnudo se produce a partir del alambrón y mediante un proceso de desbaste y con un horno de recocido. Se obtiene alambre desnudo formado por un hilo de cobre electrolítico en tres temples, duro, semiduro y suave y se utiliza para usos eléctricos se produce en una gama de diámetros de 1 mm a 8 mm y en bobinas que pueden pesar del orden de 2250 kg. Este alambre se utiliza en líneas aéreas de distribución eléctrica, en neutros de subestaciones, conexiones a tierra de equipos y sistemas y para fabricar hilos planos, esmaltados y multifilares que pueden tener un diámetros de 0,25/0,22 mm. Está fabricado a base de cobre de alta pureza con un contenido mínimo de 99,9% de Cu. Este tipo de alambre tiene una alta conductividad, ductilidad y resistencia mecánica así como gran resistencia a la corrosión en ambientes salobres.84

[editar] Trefilado

Artículo principal: Cable eléctrico

Se denomina trefilado al proceso de adelgazamiento del cobre a través del estiramiento mecánico que se ejerce al mismo al partir de alambrón de 6 u 8 mm de diámetro con el objetivo de producir cables eléctricos flexibles con la sección requerida. Un cable eléctrico se compone de varios hilos que mediante un proceso de extrusión se le aplica el aislamiento exterior con un compuesto plástico de PVC o polietileno. Generalmente el calibre de entrada es de 6 a 8 mm, para luego adelgazarlo al diámetro requerido. Como el trefilado es un proceso continuo se van formando diferentes bobinas o rollos que van siendo cortados a las longitudes requeridas o establecidos por las normas y son debidamente etiquetados con los correspondientes datos técnicos del cable.

Se llama apantallado al cubrimiento de un conductor central debidamente aislado por varios hilos conductores de cobre, que entrelazados alrededor forman una pantalla. Cuando es necesario aislar un hilo conductor mediante esmaltado se le aplica una capa de barniz

(poliesterimida). Estas mezclas de resinas son usadas para recubrir el conductor metálico quedando aislados del medio ambiente que lo rodea y logrando de esta forma conducir el flujo eléctrico sin problemas.85

[editar] Tubos

Bobina de tubo de cobre.

Un tubo es un producto hueco, cuya sección es normalmente redonda, que tiene una periferia continua y que es utilizado en gasfitería, fontanería y sistemas mecánicos para el transporte de líquidos o gases.

Los tubos de cobre debido a las características propias de este metal de alta resistencia a la corrosión y su resistencia y su adaptabilidad consiguen que se utilicen masivamente en residencias, edificios, condominios, oficinas, locales comerciales e industriales.

Para la fabricación de tubo se parte, por lo general de una mezcla de cobre refinado y de chatarra de calidad controlada, se funde en un horno y por medio de la colada de cobre se obtienen lingotes conocidos como «billets», que tienen forma cilíndrica, con dimensiones que generalmente son de 300 mm de diámetro y 8 m de largo y que pesan aproximadamente 5 toneladas métricas. Estos bloques metálicos se utilizan para la fabricación de tubos sin costura por medio de una serie de deformaciones plásticas.

Las etapas son las siguientes:

Corte: Los billets se cortan en piezas de alrededor de 700 mm de largo, teniendo en cuenta la capacidad de las instalaciones de producción de la planta.

Calentamiento: A continuación se calienta el billet, en un horno de túnel a una temperatura entre 800 y 900 °C. Aquí, el metal alcanza un mayor grado de capacidad de deformación plástica, con lo que se reduce la presión necesaria para las siguientes operaciones de transformación.

Extrusión: En esta operación se obtiene en una sola pasada una pieza o pretubo de gran diámetro con paredes muy gruesas. En la práctica el extrusor es una prensa en la cual el billet, previamente recalentado, es forzado a pasar a través de una matriz calibrada. El pistón que ejerce la

presión tiene un mandril (*) que perfora el billet. Como esta operación se efectúa a alta temperatura, el cobre experimenta una oxidación que perjudica las operaciones posteriores (que se efectúan en atmósferas controladas con enfriamiento rápido para impedir la oxidación superficial del pretubo).

Laminación: Es una operación "en frío" que consiste en pasar el pretubo a través de dos cilindros que giran en sentido contrario. Además del movimiento rotatorio los dos cilindros tienen un movimiento de vaivén en sentido longitudinal, en tanto que el pretubo, al cual se ha insertado un mandril, avanza en forma helicoidal. Con esto se obtiene una reducción en el espesor de la pared del tubo, manteniéndose la sección perfectamente circular. La operación de laminación en frío produce tubos de alta dureza llamados también de temple duro.

Trefilado: La reducción sucesiva de diámetros para obtener los diversos productos comerciales se efectúa en una operación en frío llamada trefilado que consiste en estirar el tubo obligándolo a pasar a través de una serie de matrices externas y de un calibre interno conocido como mandril flotante. La operación industrial se lleva a cabo en una máquina llamada "Bull Block" donde la extremidad del tubo está apretada por una mordaza montada en un cilindro rotatorio que produce la tracción.

Recocido: La deformación plástica en frío origina un endurecimiento del metal que trae como consecuencia una pérdida en la plasticidad. Los sucesivos trefilados aumentan este endurecimiento y dan lugar a un mayor peligro de rotura del tubo. Por esta causa se emplea un tratamiento térmico llamado recocido, para una cristalización del cobre que permite recuperar las características de plasticidad. (*) Nota explicativa (MEMORIAL).

Acabado: Al final del ciclo de producción se obtiene un tubo recocido; presentado en rollos de alta calidad. A estos tubos se les puede aplicar un revestimiento externo de protección o aislante para diversos usos, o efectuar un acabado interno muy liso para aplicaciones especiales.

Control de Calidad: El tubo terminado se somete a pruebas para determinar imperfecciones, siendo usuales las de inducción electromagnética por corrientes de Foucault, que permiten detectar grietas y otras imperfecciones en el interior de la pared del tubo.

Embalaje: Los tubos de cobre recocido o los de temple blando se presentan en rollos que son embalados cuidadosamente para evitar deformaciones por los movimientos. Los tubos laminados en frío de temple duro se presentan en tiras, generalmente de 6m de largo, las cuales se empaquetan en atados para su transporte a los lugares de uso. Como los tubos de cobre no experimentan envejecimiento por acción de los rayos ultravioletas, el ozono u otros agentes químicos y físicos, no requieren de características especiales de almacenamiento y embalaje. Después de un periodo prolongado puede formarse una ligera oxidación superficial, pero ello no presenta mayores inconvenientes para un posterior empleo.

Tubos de cobre. Procobre Perú

[editar] Laminación

Una de las propiedades fundamentales del cobre es su maleabilidad que permite producir todo tipo de láminas desde grosores muy pequeños, tanto en forma de rollo continuo como en planchas de diversas dimensiones, mediante las instalaciones de laminación adecuadas.

[editar] Fundición de piezas

Artículo principal: Fundición

Cañones de bronce fundido. Los Inválidos, París.

El cobre puro no es muy adecuado para fundición por moldeo porque produce galleo. Este fenómeno consiste en que el oxígeno del aire se adsorbe sobre el cobre a altas temperaturas y forma burbujas; cuando después se enfría el metal, se libera el oxígeno de las burbujas y quedan huecos microscópicos sobre la superficie de las piezas fundidas.86

Sus aleaciones si permiten fabricar piezas por cualquiera de los procesos de fundición de piezas que existen dependiendo del tipo de pieza y de la cantidad que se tenga que producir. Los métodos más usuales de fundición son por moldeo y por centrifugado.

Se denomina fundición por moldeo al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica. El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido

El proceso de fundición centrifugada consiste en depositar una capa de fundición líquida en un molde de revolución girando a gran velocidad y solidificar rápidamente el metal mediante un enfriamiento continuo del molde o coquilla. Las aplicaciones de este tipo de fundición son muy variadas.

[editar] Forjado

Prensa de estampación.

El forjado en caliente de una pieza consiste en insertar en un molde una barra de metal, calentarla a la temperatura adecuada y obligarla a deformarse plásticamente hasta adoptar la forma del molde. La ventaja de forjar en caliente es que se reduce la potencia mecánica que debe suministrar la prensa para la deformación plástica.87

Los productos del cobre y sus aleaciones reúnen muy buenas condiciones para producir piezas por procesos de estampación en caliente, permitiendo el diseño de piezas sumamente complejas gracias a la gran ductilidad del material y la escasa resistencia a la deformación que opone, proporcionando así una vida larga a las matrices. Una aleación de cobre es “forjable” en caliente si existe un rango de temperaturas suficientemente amplio en el que la ductilidad y la resistencia a la deformación sean aceptables. Este rango de temperaturas depende de composición química que tenga, en la que influyen los elementos añadidos y de las impurezas.

[editar] Mecanizado

Piezas de cobre mecanizadas.

Las piezas de cobre o de sus aleaciones que van a someterse a trabajos de mecanizado por arranque de viruta tienen en su composición química una pequeña aportación de plomo y azufre que provoca una fractura mejor de la viruta cortada.

Actualmente (2008) el mecanizado de componentes de cobre, se realiza bajo el concepto de mecanizado rápido en seco con la herramienta refrigerada por aire si es necesario. Este tipo de mecanizado rápido se caracteriza por que los cabezales de las máquinas giran a

velocidades muy altas consiguiendo grandes velocidades de corte en herramientas de poco diámetro.

Así mismo las herramientas que se utilizan suelen ser integrales de metal duro, con recubrimientos especiales que posibilitan trabajar con avances de corte muy elevados. Los recubrimientos y materiales de estas herramientas son muy resistentes al desgaste, pueden trabajar a temperaturas elevadas, de ahí que no sea necesario muchas veces su refrigeración, tienen un coeficiente de fricción muy bajo y consiguen acabados superficiales muy finos y precisos.88

[editar] Soldadura

Componentes de tuberías para soldar.

Para soldar uniones de cobre o de sus aleaciones se utilizan dos tipos de soldadura diferentes: soldadura blanda y soldadura fuerte.

La soldadura blanda es aquella que se realiza a una temperatura de unos 200 °C y se utiliza para la unión de los componentes de circuitos impresos y electrónicos. Se utilizan soldadores de estaño y el material de aporte es una aleación de estaño y plomo en forma de alambre en rollo y que tiene resina desoxidante en su alma. Es una soldadura poco resistente y sirve para asegurar la continuidad de la corriente eléctrica a través del circuito.89

Las soldaduras de tuberías de agua y gas realizadas por los fontaneros son de diversos tipos en función de los materiales que se quieran unir y de la estanqueidad que se quiera conseguir de la soldadura. Actualmente, la mayoría de los tubos de instalaciones de fontanería son de cobre, aunque en ocasiones se usan también otros materiales.

La soldadura de tuberías de cobre se realiza con sopletes de gas que proporcionan la llama para fundir el material soldante. El combustible del soplete puede ser butano o propano.

El cobre se utiliza también como aglutinante en la soldadura fuerte de fontanería, utilizada para conducciones de gas y canalizaciones complejas de agua caliente. Un metal alternativo para esta aplicación es la plata.90

[editar] Calderería

Artículo principal: Calderería

Destilería con alambiques de cobre.

Se llama calderería a una especialidad profesional de la rama de fabricación metálica que tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte de sólidos en forma de granos o áridos, líquidos y gas así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas. Gracias a la excelente conductividad térmica que tiene la chapa de cobre se utiliza para fabricar alambiques, calderas, serpentines, cubiertas, etc.

[editar] Embutición

Se denomina embutición al proceso de conformado en frío por el que se transforma un disco o piezas recortada, según el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura.

El objetivo es conseguir una pieza hueca de acuerdo con la forma definida por la matriz de embutición que se utilice, mediante la presión ejercida por la prensa. La matriz de embutición también es conocida como molde.

Se trata de un proceso de conformado de chapa por deformación plástica en el curso del cual la chapa sufre simultáneamente transformaciones por estirado y por recalcado produciéndose variaciones en su espesor. Para la embutición se emplean, casi exclusivamente, prensas hidráulicas.91

La chapa de cobre y sus aleaciones tienen unas propiedades muy buenas para ser conformados en frío. La embutición es un buen proceso para la fabricación en chapa fina de piezas con superficies complejas y altas exigencias dimensionales, sustituyendo con éxito a piezas tradicionalmente fabricadas por fundición y mecanizado.92

[editar] Estampación

Moneda estampada de 50 céntimos de euro.

Se conoce con el nombre de estampación a la operación mecánica que se realiza para grabar un dibujo o una leyenda en la superficie plana de una pieza que generalmente es de chapa metálica. Las chapas de cobre y sus aleaciones reúnen condiciones muy buenas para realizar en ellas todo tipo de grabados.

Los elementos claves de la estampación lo constituyen una prensa que puede ser mecánica, neumática o hidráulica; de tamaño, forma y potencia muy variada, y una matriz llamada estampa o troquel, donde está grabado el dibujo que se desea acuñar en la chapa, y que al dar un golpe seco sobre la misma queda grabado.

El estampado de los metales se realiza por presión o impacto, donde la chapa se adapta a la forma del molde. La estampación es una de las tareas de mecanizado más fáciles que existen, y permite un gran nivel de automatismo del proceso cuando se trata de realizar grandes cantidades de piezas.

La estampación se puede realizar en frío o en caliente, la estampación de piezas en caliente se llama forja, y tiene un funcionamiento diferente a la estampación en frío que se realiza en chapas generalmente. Las chapas de acero, aluminio, plata, latón y oro son las más adecuadas para la estampación. Una de las tareas de estampación más conocidas es la que realiza el estampado de las caras de las monedas en el proceso de acuñación de las mismas.

[editar] Troquelado

Prensa troqueladora de excéntrica.

Se denomina troquelado a la operación mecánica que se realiza para producir piezas de chapa metálica o donde sea necesario realizar diversos agujeros en las mismas. Para realizar esta tarea, se utilizan desde simples mecanismos de accionamiento manual hasta sofisticadas prensas mecánicas de gran potencia.

Los elementos básicos de una prensa troqueladora lo constituyen el troquel que tiene la forma y dimensiones exteriores de la pieza o de los agujeros que se quieran realizar, y la matriz de corte por donde se inserta el troquel cuando es impulsado de forma enérgica por la potencia que le proporciona la prensa mediante un accionamiento de excéntrica que tiene y que proporciona un golpe seco y contundente sobre la chapa, produciendo un corte limpio de la misma.

Según el trabajo que se tenga que realizar, así son diseñadas y construidas las prensas. Hay matrices simples y progresivas donde la chapa, que está en forma de grandes rollos, avanza automáticamente provocando el trabajo de forma continuado, y no requiriendo otros cuidados que cambiar de rollo de chapa cuando se termina e ir retirando las piezas troqueladas así como vigilar la calidad del corte que realizan.

Cuando el corte se deteriora por desgaste del troquel y de la matriz se desmontan de la máquina y se les rectifica en una rectificadora plana estableciendo un nuevo corte. Una matriz y un troquel permiten muchos reafilados hasta que se desgastan totalmente.

Hay troqueladoras que funcionan con un cabezal donde puede llevar insertado varios troqueles de diferentes medidas, y una mesa amplia donde se coloca la chapa que se quiere

mecanizar. Esta mesa es activada mediante CNC y se desplaza a lo largo y ancho de la misma a gran velocidad, produciendo las piezas con rapidez y exactitud.

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Propiedades y características del cobre

[editar] Propiedades físicas

Cubierta del Palacio de los Deportes de México D. F. construida en 1968 con cobre expuesto a la intemperie.

El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58,1086 S/m.38 A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.39

[editar] Propiedades mecánicas

Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.3 Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

[editar] Características químicas

Techumbre de cobre con pátina de cardenillo en el ayuntamiento de Minneapolis (Minnesota).

En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1.

Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).40 La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ion [Cu (OH2)6]+2.41

Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.42 También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético,43 que es el responsable del sabor del vinagre y se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar intoxicaciones por cardenillo que, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y condimentos y ser ingerido.

Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a temperaturas superiores a 500 °C.40 El cloruro cuproso y el cloruro cúprico, combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido clorhídrico, ocasionando unas manchas de atacamita o paratacamita, de color verde pálido a azul verdoso, suaves y polvorientas que no se fijan sobre la superficie y producen más cloruros de cobre, iniciando de nuevo el ciclo de la erosión.44

Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S (calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato cúprico (antlerita) con colores de verde a azul verdoso.44 Estas sales son muy comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los automóviles.

Disco de cobre obtenido mediante un proceso de colada continua (99,95% de pureza)

El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre, lustrando el metal y formando citrato de cobre. Si después de limpiar el cobre con ácido cítrico, se vuelve a utilizar el mismo paño para limpiar superficies de plomo, el plomo se bañará de una capa externa de citrato de cobre y citrato de plomo con un color rojizo y negro.

[editar] Propiedades biológicas

Artículo principal: Biología del cobre

En las plantas, el cobre posee un importante papel en el proceso de la fotosíntesis y forma parte de la composición de la plastocianina. Alrededor del 70% del cobre de una planta está presente en la clorofila, principalmente en los cloroplastos. Los primeros síntomas en las plantas por deficiencia de cobre aparecen en forma de hojas estrechas y retorcidas, además de puntas blanquecinas. Las panículas y las vainas pueden aparecer vacías por una deficiencia severa de cobre, ocasionando graves pérdidas económicas en la actividad agrícola.45

El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa.7

El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson, el origen de esta

enfermedad es hereditario, y aparte del trastorno hepático que ocasiona también daña al sistema nervioso. Se trata de una enfermedad poco común.8

Puede producirse deficiencia de cobre en niños con una dieta pobre en calcio, especialmente si presentan diarreas o desnutrición. También hay enfermedades que disminuyen la absorción de cobre, como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al llevar dietas restrictivas.46

El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.

[editar] Precauciones sanitarias del cobre

A pesar de que el cobre es un oligoelemento necesario para la vida, unos niveles altos de este elemento en el organismo pueden ser dañinos para la salud. La inhalación de niveles altos de cobre puede producir irritación de las vías respiratorias. La ingestión de niveles altos de cobre puede producir náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte.47 Ingerir por vía oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos.

Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla. El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además, puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día.47

La Organización Mundial de la Salud (OMS) en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l.48 El mismo valor ha sido adoptado en la Unión Europea como valor límite de cobre en el agua potable, mientras que en Estados Unidos la Agencia de Protección Ambiental ha establecido un máximo de 1,3 mg/l.49 El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.49 50 La Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades de Estados Unidos recomienda que, para disminuir los niveles de cobre en el agua potable que se conduce por tuberías de cobre, se deje correr el agua por lo menos 15 segundos antes de beberla o usarla por primera vez en la mañana.47

Las actividades mineras pueden provocar la contaminación de ríos y aguas subterráneas con cobre y otros metales durante su explotación así como una vez abandonada la minería en la zona. El color turquesa del agua y las rocas se debe a la acción que el cobre y otros metales desarrollan durante su explotación minera.51 52