Histoire du cuivre, propriétés, structure, utilisations, papier biologique

Il cuivre Il s'agit d'un métal de transition qui appartient au groupe 11 du tableau périodique et est représenté par le symbole chimique Cu. Il est caractérisé et distingué en étant un métal rouge-orange, très ductile et malléable, étant également un excellent conducteur d'électricité et de chaleur.

Dans sa forme métallique, il se trouve comme minéral primaire dans les roches basaltiques. Pendant ce temps, rouillé dans des composés sulfureux (ceux qui ont la plus forte exploitation minière), arseniuros, chlorures et carbonates; c'est-à-dire une vaste catégorie de minéraux.

Réveil en cuivre. Source: Pixabay.

Parmi les minéraux qui en contiennent, il peut être mentionné la calcite, la chalcopyrite, la raide, la couprita, la malachite et l'azure. Le cuivre est également présent dans les cendres d'algues, les coraux marins et les arthropodes.

Ce métal a une abondance de 80 ppm dans la croûte terrestre et une concentration moyenne dans l'eau de mer de 2,5 ∙ 10^-4 mg / l. De nature, il est présenté comme deux isotopes naturels: ⁶³Cu, avec une abondance de 69,15%, et le ⁶⁵Cu, avec une abondance de 30,85%.

Il existe des preuves que le cuivre a été jeté en 8000 pour. C. Et alliage avec étain pour former le bronze, en 4000 à. C. Il est considéré que seul le fer et l'or farouche, ils le précèdent comme les premiers métaux utilisés par l'homme. Il est donc synonyme de luminosité archaïque et orange en même temps.

Le cuivre est principalement utilisé dans l'élaboration des câbles pour la conduite d'électricité dans les moteurs électriques. De tels câbles, petits ou grands, de machines de maquillage ou d'appareils de l'industrie et dans la vie quotidienne.

Le cuivre intervient dans la chaîne de transport électronique qui permet la synthèse d'ATP; Composé énergétique principal des êtres vivants. C'est un co-fondateur de la dysmutase de tropoxyde: enzyme qui se dégrade à l'ion superoxyde, composé très toxique pour les êtres vivants.

De plus, le cuivre est conforme à l'hémocyanine un rôle dans le transport de l'oxygène dans certains arachnides, crustacés et mollusques, qui est similaire à celui fabriqué par le fer dans l'hémoglobine.

Malgré toutes ses actions bénéfiques pour l'homme, le cuivre lorsqu'il s'accumule dans le corps humain, tel est le cas de la maladie de Wilson, peut provoquer une cirrhose du foie, des troubles cérébraux et des dommages oculaires, entre autres modifications.

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Histoire

Âge du cuivre

Le cuivre indigène a été utilisé pour l'élaboration des artefacts en tant que substitut de la pierre au néolithique, probablement entre les années 9000 et 8000. C. Le cuivre est l'un des premiers métaux utilisés par l'homme, après le fer présent dans les météorites et l'or.

Il existe des preuves de l'utilisation de l'exploitation d'exploitation pour obtenir du cuivre en 5000 pour. C. Déjà pour une date précédente, des articles en cuivre ont été construits; C'est le cas d'une pente faite en Irak stimablement en 8700 à. C.

À son tour, on pense que la métallurgie est née en Mésopotamie (actuel Irak) en 4000 à. C., Lorsque le métal des minéraux a été réduit en utilisant le feu et le charbon. Ensuite, le cuivre allié intentionnellement avec l'étain pour produire du bronze (4000 à. C.).

Certains historiens soulignent un âge du cuivre, qui serait chronologiquement situé entre le néolithique et l'âge du bronze. Par la suite, l'âge du fer a remplacé celui du bronze entre 2000 et 1000 à. C.

L'Âge de bronze

L'âge du bronze a commencé 4000 ans après que le cuivre a été possible de fondre. Les articles en bronze de la culture Vinca datent de 4500 à. C.; Tandis qu'à Sumeria et en Égypte, il y a des objets en bronze élaborés 3000 ans. C.

L'utilisation du carbone radioactif a permis d'établir l'existence de l'exploitation de cuivre à Alderley Edge, Cheshire et le Royaume-Uni, entre les années 2280 et 1890. C.

On peut noter que Ötzi, le "Ice Man" avec une date estimée entre 3300 et 3200. C., J'avais une hache avec une tête de cuivre pure.

Les Romains du VIe siècle à. C. Ils ont utilisé des pièces de cuivre comme la monnaie. Julio Cesar a utilisé des pièces de laiton, des alliages de cuivre et du zinc. De plus, les pièces d'octavio ont été fabriquées avec un alliage de cuivre, de plomb et d'étain.

Production et nom

La production de cuivre dans l'Empire romain a atteint 150.000 tonnes par an, ne figurez que pendant la révolution industrielle. Les Romains ont apporté le cuivre de Chypre, le sachant comme AES Cyprium ("Chipre Metal").

Ensuite, le terme dégénéré dans du cuprum: nom utilisé pour désigner du cuivre jusqu'en 1530, lorsque le terme de racine anglaise «cuivre» a été introduit, pour désigner le métal.

La grande montagne de cuivre en Suède qui a travaillé du 10e siècle à 1992, couvrait 60% de la consommation d'Europe au XVIIe siècle. La plante d'affinerie Norddeutsche à Hambourg (1876), a été la première plante de galvanoplastie moderne qui utilisait du cuivre.

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Proprietes physiques et chimiques

Apparence

Le cuivre est un métal rouge orange brillant, tandis que la plupart des métaux indigènes sont gris ou argentés.

Numéro atomique (z)

29

Poids atomique

63 546 U

Point de fusion

1.084.62 ºC

Les gaz communs tels que l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre sont solubles dans le cuivre fondu et affectent les propriétés mécaniques et électriques du métal lorsqu'ils sont solidifiés.

Point d'ébullition

2.562 ºC

Densité

- 8,96 g / ml à température ambiante.

- 8,02 g / ml au point de fusion (liquide).

Notez qu'il n'y a pas de diminution considérable de la densité entre la phase solide et liquide; Les deux représentent des matériaux très denses.

Chaleur de fusion

13,26 kJ / mol.

Chaleur de vaporisation

300 kJ / mol.

Capacité calorique molaire

24.44 J / (mol ∙ k).

Dilatation thermique

16,5 µm / (m ∙ k) à 25 ° C.

Conductivité thermique

401 W / (M ∙ K).

Résistivité électrique

16,78 Ω ∙ m à 20 ºC.

Conductivité électrique

59,6 ∙ 10⁶ VOUS.

Le cuivre présente une conduction électrique très élevée, seulement dépassée par celle de La Plata.

Dureté mohs

3.0.

C'est donc un métal doux et aussi ductile. La résistance et la dureté augmentent par le travail à froid en raison de la formation de cristaux allongés de la même structure cubique centrés sur le visage présent dans le cuivre.

Réactions chimiques

Copper Flame Trial, qui est identifié par la couleur de sa flamme verte bleuâtre. Source: swn (https: // communes.Wikimedia.org / wiki / fichier: flametest-co-cu.Swn.Jpg)

Le cuivre ne réagit pas avec l'eau, mais avec l'oxygène atmosphérique, couvrant une couche d'oxyde de pnereau noir qui offre une protection contre la corrosion aux couches sous-jacentes du métal:

2cu (s) + o₂(g) → 2cuo

Le cuivre n'est pas soluble dans les acides dilués, mais il réagit avec des acides sulfuriques et nitriques chauds et concentrés. Il est également soluble dans l'ammoniac en solution aqueuse et dans le cyanure de potassium.

Vous pouvez résister à l'action de l'air atmosphérique et à l'eau de mer. Cependant, son exposition prolongée se traduit par la formation d'une couche de protection verte fine (patinage).

La couche antérieure est un mélange de carbonate de cuivre et de sulfate, observé dans de vieux bâtiments ou sculptures, comme la statue de New York Freedom.

Le cuivre réagit le chauffage rouge avec de l'oxygène pour donner de l'oxyde de cuprique (CUO) et à des températures plus élevées façonnez l'oxyde de cuprous (Cu₂SOIT). Il réagit également chaud avec le soufre pour provoquer du sulfure de cuivre; Par conséquent, il est terni lorsqu'il est exposé à certains composés de soufre.

Le cuivre I brûle avec une flamme bleue dans un test de flamme; Tandis que Copper II émet une flamme verte.

Structure et configuration électroniques

Les cristaux de cuivre cristallisent dans la structure cubique centrée sur les faces (FCC) Face cenrée cubique). Dans ce cristal FCC, les atomes sont unis grâce à la liaison métallique, qui est relativement plus faible que les autres métaux de transition; Fabriqué dans sa grande ductilité et son faible point de fusion (1084 ºC).

Selon la configuration électronique:

[Ar] 3d^dix 4s¹

Toutes les orbitales 3D sont pleines d'électrons, tandis qu'il y a une vacance dans l'orbitale 4S. Cela signifie que les orbitales 3D ne collaborent pas au lien métallique tel que couplé à d'autres métaux. Ainsi, les atomes de Cu le long du verre chevauchent leurs orbitales 4S pour créer des bandes, influençant la force relativement faible de leurs interactions.

En fait, la différence énergétique résultante entre les électrons de l'orbitale 3D (pleine) et 4S (graines) est responsable des cristaux de cuivre absorbant les photons du spectre visible, reflétant leur couleur orange distinctive.

Les cristaux FCC en cuivre peuvent avoir différentes tailles, ce qui, le plus petit, sera plus fort, la pièce métallique. Quand ils sont très petits, il est question de nanoparticules, sensible à l'oxydation et réservée aux applications sélectives.

Nombres d'oxydation

Le premier numéro ou statut d'oxydation qui peut être attendu du cuivre est de +1, après la perte de l'électron de son orbital 4S. En l'avant dans un composé, l'existence du cation est supposée⁺ (Communément appelé Cuproso).

Ceci et le numéro d'oxydation +2 (Cu²⁺) sont les plus connus et les plus abondants pour le cuivre; Ils sont généralement les seuls enseignés au lycée. Cependant, il existe également des nombres d'oxydation +3 (Cu³⁺) et +4 (cu⁴⁺), qui ne sont pas aussi rares que vous pouvez le penser à première vue.

Par exemple, les sels de l'anion cuprato, Cuo₂^-, Ils représentent les composés en cuivre (III) ou +3; Tel est le cas du Couprato de potassium, KCUO₂ (K⁺Cu³⁺SOIT₂^2-).

Le cuivre également, bien que dans une moindre mesure et à des occasions très rares, peut avoir un nombre d'oxydation négatif: -2 (Cu^2-).

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Comment est-il obtenu

Matière première

Les minéraux les plus utilisés pour l'extraction en cuivre sont les sulfures métalliques, principalement la chalcopyrite (tasses₂) Et le Bornita (Cu₅Fes₄). Ces minéraux contribuent 50% du cuivre total extrait. Ils sont également utilisés pour obtenir du cuivre la calellita (CUS) et le calcicée (CU₂S).

Écrasement et broyage

Initialement, les rochers sont écrasés jusqu'à ce qu'ils obtiennent des fragments de roche de 1,2 cm. Continuez ensuite avec un broyage des fragments de roche, jusqu'à obtenir des particules de 0,18 mm. L'eau et les réactifs sont ajoutés pour obtenir une pâte, qui est ensuite effectuée pour obtenir un concentré de cuivre.

Flottation

À ce stade, des bulles sont formées qui attrapent le cuivre et les minéraux sulfurisés qui sont présents dans la pulpe. Plusieurs processus de collecte de mousse sont effectués, le séchant pour obtenir le concentré qui continue sa purification.

Purification

Pour séparer le cuivre des autres métaux et impuretés, le concentré sec est soumis à des températures élevées dans des fours spéciaux. Le cuivre raffiné par incendie (RAF) est moulé sur des plaques un poids approximatif de 225 kg qui constituera des anodes.

Électrolyse

L'électrolyse est utilisée dans le raffinage du cuivre. Les anodes de la fonderie sont transportées dans des cellules électrolytiques pour affiner. Le cuivre se déplace vers la cathode et les sédiments d'impuretés au bas des cellules. Dans ce processus, les cathodes en cuivre sont obtenus avec une pureté de 99,99%.

Alliages de cuivre

Bronze

Le bronze est un alliage de cuivre et d'étain, constituant du cuivre entre 80 et 97%. Il a été utilisé dans la fabrication d'armes et d'ustensiles. Il est actuellement utilisé dans l'élaboration de pièces mécaniques résistantes au frottement et à la corrosion.

De plus, il est utilisé dans la construction d'instruments de musique, tels que les cloches, les gongs, les plats, les saxophones et les cordes de harpes, de guitares et de piano.

Laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. Dans les soutiens-gorge industriels, le pourcentage de zinc est inférieur à 50%. Il est utilisé dans l'élaboration des conteneurs et des structures métalliques.

Monel

L'alliage Monel est un alliage de nickel-cobre, avec un rapport de 2: 1 entre le nickel et le cuivre. Il est résistant à la corrosion et est utilisé dans les échangeurs de chaleur, les tiges et les arches d'objectif.

Constatan

La vérification est un alliage composé de 55% de cuivre et 45% de nickel. Il est utilisé pour fabriquer des pièces et se caractérise par une résistance constante. L'alliage de Cuproníquel est également utilisé pour le revêtement extérieur des pièces à faible dénomination.

Becu

L'alliage Copper-Berilio a un pourcentage de Beryl de 2%. Cet alliage combine la force, la dureté, la conductivité électrique et la résistance à la corrosion. L'alliage est couramment utilisé dans les connecteurs électriques, les produits de télécommunications, les composants des petits ordinateurs et des ressorts.

Les outils tels que les clés, les tournevis et les marteaux utilisés sur les mines de pétrole et de charbon ont les initiales BECEC comme une garantie qu'ils ne produisent pas d'étincelles.

Autres

90% d'alliage d'argent et 10% de cuivre ont été utilisés dans les devises, jusqu'en 1965, lorsque l'utilisation de l'argent a été éliminée dans toutes les devises, à l'exception de la monnaie d'un demi-dollar.

Le cuivre et l'alliage en aluminium à 7% sont de couleur dorée et sont utilisés en décoration. Pendant ce temps, le Shakudo est un alliage décoratif japonais de cuivre et d'or, en faible pourcentage (4 à 10%).

Applications

Câblage électrique et moteurs

Câblage électrique en cuivre. Source: Scott Ehardt [domaine public]

Le cuivre en raison de son coût électrique élevé et à faible coût est le métal préféré pour une utilisation dans le câblage électrique. Le câble en cuivre est utilisé aux stades variés de l'électricité, tels que la production d'électricité, la transmission, la distribution, etc.

50% du cuivre produit dans le monde est utilisé dans l'élaboration des câbles et fils électriques, en raison de leur conductivité électrique élevée, de leur facilité de fil (ductilité), de la résistance à la déformation et de la corrosion.

Le cuivre est également utilisé dans l'élaboration de circuits intégrés et de plaques de circuit imprimées. Le métal est utilisé dans les chaleurs et les échangeurs de chaleur en raison de sa conduction thermique élevée, ce qui facilite la dissipation de la chaleur.

Le cuivre est utilisé dans les électromaignes, les tubes à vide, la cathode et les tubes Magnetrons de fours à micro-ondes.

De même, il est utilisé dans la construction de moteurs et de systèmes électriques qui mettent les moteurs, représentant ces articles environ 40% de la consommation mondiale d'électricité.

Construction

Le cuivre, en raison de sa résistance à la corrosion et à l'action de l'air atmosphérique, est utilisé depuis longtemps sur les toits de la maison, du dopage, des dômes, des portes, des fenêtres, etc.

Il est actuellement utilisé dans la muqueuse des murs et des articles décoratifs, tels que les accessoires de salle de bain, les portes et les lampes. De plus, il est utilisé dans les produits antimicrobiens.

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Action bioestatique

Le cuivre empêche de nombreuses formes de vie ne peut pas grandir sur lui. Il a été utilisé dans des feuilles qui ont été placées dans la partie inférieure des bateaux des navires pour empêcher la croissance des mollusques, comme les moules, ainsi que les perclabes.

Des peintures à base de cuivre sont actuellement utilisées pour la protection susmentionnée des navires. Le cuivre métallique peut neutraliser de nombreuses bactéries par contact.

Son mécanisme d'action basé sur ses propriétés ioniques, corrosives et physiques a été étudiée. La conclusion était que le comportement oxydant du cuivre, ainsi que les propriétés de solubilité de ses oxydes sont les facteurs qui font que le cuivre métallique est antibactérien.

Le cuivre métallique agit sur certaines souches de ET. coli, S. aureus et Clostridium difficile, Groupe A Virus, adénovirus et champignons. Par conséquent, il a été prévu d'utiliser des alliages de cuivre qui sont en contact avec les mains des passagers à différents moyens de transport.

Nanoparticules

L'action antimicrobienne du cuivre est encore renforcée lorsque leurs nanoparticules sont utilisées, qui se sont révélées utiles pour les traitements endodontiques.

De même, les nanoparticules de cuivre sont d'excellents adsorbants, et parce qu'ils sont orange, un changement de couleur représente une méthode colorimétrique latente; Par exemple, développé pour la détection des ditiocarbamates pesticides.

Papier biologique

Dans la chaîne de transport électronique

Le cuivre est un élément essentiel pour la vie. Intervient dans la chaîne de transport électronique, faisant partie du complexe IV. Dans ce complexe, la dernière étape de la chaîne de transport électronique est effectuée: la réduction de la molécule d'oxygène pour former l'eau.

Le complexe IV est composé de deux groupes, un cytochrome A, un cytochrome à₃, ainsi que deux centres CEN; L'un appelé Cua et l'autre Cub. Le cytochrome A₃ et Cub forment un centre binucléaire, dans lequel la réduction de l'oxygène à l'eau se produit.

À ce stade, le Cu passe de son état d'oxydation +1 à +2, donnant des électrons à la molécule d'oxygène. La chaîne de transport électronique utilise Nadh et Fadh₂, du cycle de Krebs, en tant que donneurs d'électrons, avec qui il crée un gradient d'hydrogène électrochimique.

Ce gradient sert de source d'énergie pour la génération d'ATP, dans un processus appelé phosphorylation oxydative. Ainsi, et finalement, la présence de cuivre est nécessaire pour la production d'ATP dans les cellules eucaryotes.

Dans l'enzyme superoxyde dysmutase

Le cuivre fait partie de l'enzyme superoxyde de dysmutase, enzyme qui catalyse la décomposition de l'ion superoxyde (ou₂^-), Composé toxique pour les êtres vivants.

Supmutasa Supplias catalyse la décomposition de l'ion superoxyde pour le transformer en oxygène et / ou peroxyde d'hydrogène.

La dysmutase superoxyde peut utiliser la réduction du cuivre pour oxyder le superoxyde d'oxygène, ou peut provoquer l'oxydation du cuivre pour former du peroxyde d'hydrogène à partir de superoxyde.

En hémocyanine

L'hémocyanine est une protéine présente dans le sang de certains arachnides, crustacés et mollusques. Il remplit une fonction similaire à l'hémoglobine chez ces animaux, mais au lieu d'avoir du fer sur le site de transport de l'oxygène, il a du cuivre.

L'hémocyanine a deux atomes de cuivre à sa place active. Pour cette raison, la couleur de l'hémocyanine est bleu verdâtre. Les centres de métal en cuivre ne sont pas en contact direct, mais ils ont un emplacement à proximité. La molécule d'oxygène est entrecoupée entre les deux atomes de cuivre.

Concentration dans le corps humain

Le corps humain contient entre 1,4 et 2,1 mg de Cu / kg de poids corporel. Le cuivre est absorbé par l'intestin grêle, puis est emmené dans le foie attaché à l'albumine. De là, le cuivre est transporté vers le reste du corps humain attaché à la protéine plasmatique de la céruloplasmine.

L'excès de cuivre est excrété à travers la bile. Dans certains cas, cependant, comme c'est le cas dans la maladie de Wilson, le cuivre s'accumule dans le corps, manifestant les effets toxiques du métal qui affectent le système nerveux, les reins et les yeux.

Les références

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