What is Cobre?
Cobre (symbol Cu) is element 29 on the periodic table, a metal de transición in period 4, group 11. The first metal humans smelted, and still the nervous system of the electrified world. At room temperature it is a solid.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa cobre entre los 118 elementos para esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radius 128 pm — that is 0.128 nm, so about 3906 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Cobre is liquid over a 1477 K window, from 1358 K to 2835 K.
Dónde se encuentra
La historia
Primer metal utilizado por los seres humanos. Excelente conductor de la electricidad.
El Cobre representa el primer uso intencional de un metal por parte de la humanidad, que comenzó alrededor de 9000 a. C. en el Creciente Fértil. Las pruebas arqueológicas de Çayönü Tepesi, en Turquía, muestran cuentas y herramientas de Cobre anteriores a la agricultura. A diferencia del Hierro o el aluminio, el Cobre nativo se encuentra de forma natural en estado metálico, lo que permitió a los primeros seres humanos trabajarlo sin una tecnología compleja de fundición.
Alrededor de 5000 a. C., las civilizaciones de los Balcanes y Oriente Medio descubrieron que calentar ciertas rocas verdes y azules (carbonatos de Cobre) con carbón vegetal producía metal de Cobre puro. Este avance dio inicio a la Edad Calcolítica (Edad del Cobre), transformando fundamentalmente la tecnología humana. El Hombre de Hielo (Ötzi), descubierto en los Alpes y datado en 3300 a. C., llevaba un hacha de Cobre que demostraba una metalurgia avanzada.
El Bronce —una aleación de Cobre y Estaño— surgió alrededor de 3500 a. C. en el Próximo Oriente, dando inicio a la Edad del Bronce, que duró hasta 1200 a. C. Este descubrimiento probablemente ocurrió por accidente cuando se fundieron juntos minerales de Cobre que contenían Estaño. El Bronce demostró ser superior al Cobre puro para armas, herramientas y arte, impulsando redes comerciales internacionales a medida que las civilizaciones buscaban fuentes de Estaño.
Los textos sumerios de 2500 a. C. describen técnicas sofisticadas de trabajo del Cobre, como la fundición a la cera perdida y la composición de aleaciones. El Estandarte de Ur y numerosos artefactos demuestran su dominio de la metalurgia del Cobre y el Bronce. Los comerciantes mesopotámicos establecieron rutas comerciales que se extendían desde Afganistán (Estaño) hasta Chipre (Cobre).
La isla de Chipre se convirtió en sinónimo de Cobre en el mundo antiguo, dando al metal su nombre latino, "cuprum" (de "aes cyprium", metal de Chipre). Las minas romanas de Chipre funcionaron durante más de 1500 años y produjeron Cobre con el que se construyó un imperio. La ingeniería romana utilizó Cobre para monedas, tuberías, techos y obras artísticas que sobreviven en la actualidad.
Los metalúrgicos egipcios alcanzaron una sofisticación extraordinaria, creando tuberías de Cobre para los sistemas de drenaje de los templos y elaborados artefactos de Bronce. El Papiro de Edwin Smith (1600 a. C.) describe usos médicos de compuestos de Cobre para tratar infecciones, anticipando en 3600 años las aplicaciones antimicrobianas modernas.
La exploración europea estuvo impulsada en parte por la búsqueda de Cobre y otros metales. Los conquistadores españoles encontraron una metalurgia avanzada del Cobre en América, donde los pueblos indígenas habían desarrollado técnicas sofisticadas de forma independiente. La Región del Cobre de la península superior de Michigan proporcionó Cobre a las fuerzas de la Unión durante la Guerra Civil.
El descubrimiento de la electricidad transformó el Cobre de metal útil en material esencial. Los experimentos de inducción electromagnética de Michael Faraday (1831) demostraron el potencial de la electricidad, mientras que los sistemas de distribución eléctrica de Thomas Edison hicieron imprescindibles los cables de Cobre. El proceso Bessemer (1856) permitió la producción de acero a gran escala, creando demanda de Cobre para motores de vapor y maquinaria industrial.
Antoine Lavoisier incluyó el Cobre en sus revolucionarios "Elementos de química" (1789), estableciéndolo como un elemento fundamental. La teoría atómica de John Dalton (1803) proporcionó el marco teórico para comprender las propiedades del Cobre. La cristalografía de rayos X reveló la estructura cúbica centrada en las caras del Cobre, lo que explica su excepcional conductividad eléctrica y conductividad térmica.
La era eléctrica creó una demanda de Cobre sin precedentes. Westinghouse y General Electric compitieron por desarrollar sistemas de energía de corriente alterna que requerían enormes cantidades de cable de Cobre. Las guerras mundiales I y II demostraron la importancia estratégica del Cobre, lo que llevó a los gobiernos a crear reservas y programas de reciclaje. El desarrollo de la refrigeración, el aire acondicionado y la electrónica amplió aún más las aplicaciones del Cobre.
Aplicaciones
La excepcional conductividad eléctrica del cobre (solo superada por la plata) lo hace central para los sistemas eléctricos mundiales. Las líneas de transmisión eléctrica transportan la electricidad desde las centrales de generación hasta las ciudades utilizando la conductividad del cobre de 59.6 MS/m. Los motores eléctricos de todo tipo, desde refrigeradores hasta bombas industriales, dependen de bobinados de cobre que convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico con una eficiencia superior al 95%. La industria eléctrica consume el 65% de la producción mundial de cobre.
Las tuberías de cobre han suministrado agua limpia durante más de 4000 años, eliminando de forma natural bacterias y virus mediante el efecto oligodinámico. Los hogares modernos utilizan instalaciones de cobre por su fiabilidad, resistencia a la corrosión y propiedades antimicrobianas. Los sistemas de agua de los hospitales especifican cada vez más el uso de cobre para prevenir la Legionella y otros patógenos transmitidos por el agua. Los sistemas de ionización de cobre y plata purifican las piscinas y los suministros de agua de las naves espaciales.
La conductividad térmica del cobre (401 W/m·K) permite fabricar intercambiadores de calor eficientes para acondicionadores de aire, radiadores de automóviles y procesos industriales. Los utensilios de cocina de cobre proporcionan una distribución del calor incomparable en las cocinas profesionales. Los condensadores de las centrales eléctricas utilizan aleaciones de cobre y níquel para transferir el calor residual de las turbinas de vapor al agua de refrigeración, maximizando la eficiencia de la generación eléctrica.
El bronce (cobre-estaño) inició la Edad del Bronce de la civilización hace 5000 años y sigue siendo esencial para cojinetes, hélices de barcos y elementos arquitectónicos. El latón (cobre-zinc) permite fabricar instrumentos musicales con una acústica perfecta y componentes marinos resistentes a la corrosión del agua salada. El cobre-berilio forma herramientas resistentes a las chispas para entornos explosivos y muelles que mantienen la tensión durante décadas.
La EPA reconoce al cobre como la única superficie sólida que elimina continuamente bacterias, virus y hongos. Las manijas de las puertas, barandillas y estructuras de las camas de los hospitales utilizan aleaciones de cobre para reducir hasta un 58% las infecciones asociadas a la atención sanitaria. Las investigaciones sobre la COVID-19 muestran que las superficies de cobre inactivan el virus en un plazo de 4 horas, lo que ha impulsado su adopción en espacios públicos.
La pátina natural del cobre crea el característico color verde de la Statue of Liberty, innumerables cúpulas de iglesias y elementos arquitectónicos modernos. Las cubiertas de cobre con junta alzada duran más de 100 años mientras desarrollan una hermosa oxidación azul verdosa. Frank Lloyd Wright y otros arquitectos especificaron el cobre por su durabilidad, facilidad de trabajo y atractivo estético cambiante.
Los catalizadores de cobre permiten la síntesis de metanol, la producción farmacéutica y el procesamiento petroquímico. La reacción de Ullmann utiliza cobre para formar enlaces carbono-carbono en la fabricación de medicamentos. El sulfato de cobre controla las algas en el tratamiento del agua y proporciona micronutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas en la agricultura.
De dónde procede
60 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 79% of elements
El Cobre ocupa el puesto 25 entre los elementos más abundantes de la corteza terrestre, con 60 partes por millón; sin embargo, las concentraciones económicamente aprovechables requieren procesos geológicos que aumentan la abundancia local 100 veces. Chile contiene el 28 % de las reservas mundiales, principalmente en el desierto de Atacama, donde las condiciones áridas preservan los minerales sulfurados. Perú, China y la República Democrática del Congo albergan otros grandes yacimientos formados por diversos procesos geológicos.
Los yacimientos porfídicos suministran el 75 % de la producción mundial de Cobre y se forman mediante enormes sistemas hidrotermales asociados al vulcanismo de las zonas de subducción. La mina de Chuquicamata en Chile —la mina de Cobre a cielo abierto más grande del mundo— ejemplifica estos sistemas gigantescos, en los que los fluidos magmáticos transportaron Cobre durante millones de años. Molibdeno, Oro y Plata suelen acompañar al Cobre en estos yacimientos, formando cuerpos minerales polimetálicos.
Las placas oceánicas que subducen generan magmas ricos en Cobre que penetran en la corteza suprayacente en forma de intrusiones porfídicas. Los fluidos hidrotermales a 300-600°C transportan el Cobre como complejos de cloruro y depositan calcopirita (CuFeS₂) y bornita (Cu₅FeS₄) en redes de fracturas. Este proceso requiere condiciones precisas de temperatura, presión y composición química, que se dan principalmente en los límites convergentes de placas.
El Cinturón del Cobre de Zambia y la República Democrática del Congo contiene yacimientos estratiformes de Cobre formados en antiguas cuencas de rift. Los fluidos que contenían Cobre migraron a través de rocas sedimentarias y precipitaron calcosina (Cu₂S) y malaquita [Cu₂CO₃(OH)₂] en ambientes reductores. Estos yacimientos proporcionaron Cobre a las civilizaciones africanas hace miles de años.
Los yacimientos de tipo Chipre se forman en dorsales oceánicas, donde las fuentes hidrotermales precipitan sulfuros de Cobre en el fondo marino. La isla de Chipre dio su nombre al Cobre (latín «cuprum») debido a la extensa minería antigua de estos yacimientos. Entre los análogos modernos se encuentran las fuentes hidrotermales negras, que concentran Cobre, Zinc y Plomo en sulfuros polimetálicos.
La península de Keweenaw en Michigan contiene los mayores yacimientos de Cobre nativo del mundo, donde el Cobre metálico aparece de forma natural sin combinación química. Los basaltos de inundación precámbricos crearon condiciones reductoras que depositaron Cobre puro en amígdalas y fracturas. Los pueblos indígenas de América del Norte extrajeron este Cobre durante 7000 años y fabricaron herramientas y adornos que se comerciaban por toda América del Norte.
El Cobre se forma mediante la captura lenta de neutrones (proceso s) en estrellas de la rama gigante asintótica y mediante la nucleosíntesis explosiva en supernovas de tipo II. La proporción de isótopos Cu-63/Cu-65 proporciona indicios sobre la evolución química galáctica y los procesos estelares. Los meteoritos contienen Cobre en estados sulfurados, lo que indica su presencia durante la formación del sistema solar hace 4,6 mil millones de años.
El agua de mar contiene 0,25 partes por mil millones de Cobre, esencial para los organismos marinos, pero tóxico en concentraciones mayores. Los nódulos polimetálicos de los fondos oceánicos profundos acumulan Cobre durante millones de años, a medida que los metales precipitan del agua de mar. Los sistemas hidrotermales de las dorsales oceánicas reciclan continuamente el Cobre entre el manto y los océanos, manteniendo el equilibrio geoquímico mundial.
El Cobre actúa como micronutriente esencial para todas las formas de vida y participa en enzimas como la citocromo oxidasa y la superóxido dismutasa. Las plantas necesitan Cobre para la fotosíntesis y el metabolismo del Hierro, mientras que los animales lo requieren para la formación del tejido conjuntivo y el transporte de Hierro. La disponibilidad de Cobre en el suelo influye en la productividad agrícola y la salud de los ecosistemas.
La meteorización de los sulfuros de Cobre crea minerales secundarios espectaculares. La azurita [Cu₃(CO₃)₂(OH)₂] produce cristales de un azul brillante, mientras que la malaquita [Cu₂CO₃(OH)₂] crea patrones bandeados de un verde intenso. La crisocola forma masas de silicato azul verdoso y la cuprita (Cu₂O) presenta cristales octaédricos de color rojo intenso. Estos minerales coloridos han atraído a los seres humanos durante milenios.
Manejo
OSHA PEL: 1 mg/m³ para humos de cobre, 1 mg/m³ para polvos y nieblas de cobre (TWA de 8 horas). NIOSH REL: 1 mg/m³ para compuestos de cobre, 0.1 mg/m³ para humos de cobre para prevenir la fiebre por humos metálicos. ACGIH TLV: 0.2 mg/m³ para humos de cobre, reconociendo el aumento del riesgo de sensibilización respiratoria por la soldadura y las operaciones a alta temperatura.
La fiebre por humos de cobre afecta a soldadores y trabajadores del metal expuestos a humos de óxido de cobre, y causa síntomas similares a los de la gripe, como fiebre, escalofríos, dolores musculares y sabor metálico. Los síntomas suelen comenzar entre 4 y 12 horas después de la exposición y desaparecen en un plazo de 24 a 48 horas. La fiebre del lunes por la mañana aparece cuando los trabajadores pierden tolerancia durante los fines de semana. La prevención requiere una ventilación adecuada y protección respiratoria durante los trabajos en caliente.
La ingestión de sulfato de cobre causa irritación gastrointestinal grave, náuseas, vómitos y posibles lesiones hepáticas mortales en dosis superiores a 10-20 gramos. La enfermedad de Wilson —un trastorno genético que afecta a 1 de cada 30.000 personas— impide la excreción normal del cobre, lo que provoca una acumulación peligrosa en el hígado y el cerebro. Los síntomas incluyen enfermedad hepática, problemas neurológicos y anillos de Kayser-Fleischer característicos en los ojos.
Inhalación: trasladar inmediatamente a la persona al aire fresco, vigilar la aparición tardía de síntomas respiratorios y buscar atención médica si persisten la tos o la dificultad para respirar. Contacto con la piel: lavar con agua y jabón, retirar la ropa contaminada. Contacto con los ojos: enjuagar con agua limpia durante 15 minutos y buscar atención médica si persiste la irritación. Ingestión: no provocar el vómito, dar agua o leche y buscar atención médica inmediata.
Norma de la EPA para el agua potable: nivel de acción de 1.3 mg/L para el cobre en los sistemas públicos de abastecimiento de agua. Las concentraciones más altas causan malestar gastrointestinal y pueden indicar corrosión de las tuberías. Toxicidad acuática: el cobre es muy tóxico para los peces y los invertebrados acuáticos, por lo que se requiere una eliminación cuidadosa de las soluciones que contienen cobre y el tratamiento de las aguas residuales industriales.
Almacenar los materiales de cobre en condiciones secas para prevenir la oxidación y la formación de polvo. Las operaciones de rectificado y corte requieren ventilación por extracción local para controlar el polvo de cobre. La soldadura y la soldadura fuerte necesitan sistemas especializados de extracción de humos. Una limpieza periódica evita la acumulación de polvo de cobre, que podría crear riesgos respiratorios o condiciones de polvo combustible.
Los trabajadores con una exposición significativa al cobre requieren pruebas de función hepática iniciales y periódicas, hemogramas completos y evaluaciones respiratorias. Los niveles séricos de cobre y ceruloplasmina ayudan a identificar una absorción excesiva. La detección temprana de la enfermedad de Wilson en los trabajadores permite un tratamiento médico adecuado y previene complicaciones graves.
Respuestas rápidas
Cobre (symbol Cu) is element 29 on the periodic table, a metal de transición in period 4, group 11. The first metal humans smelted, and still the nervous system of the electrified world. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 1 electrons respectively.Cobre melts at 1357.8 K (1084.6 °C) and boils at 2835 K (2561.9 °C).
The standard atomic weight of Cobre is 63.546 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Cobre has a density of 8.96 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of cobre is about 9× heavier.
Cobre has a Pauling electronegativity of 1.9. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Cobre has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from latin cuprum, from Cyprus.
Cobre makes up about 60 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.