Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa cobre entre los 118 elementos según 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
Radio de 128 pm: es decir, 0,128 nm, por lo que aproximadamente 3,91 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Cobre es líquido en un intervalo de 1477 K, desde 1358 K hasta 2835 K.
Dónde se encuentra
Cobre se encuentra en el periodo 4, grupo 11. Todos los elementos del grupo 11 tienen el mismo número de electrones externos, por lo que se comportan de forma muy similar.
Otros Metales de transición
Todos los metales de transiciónLa 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, iniciado alrededor del 9000 a. C. en el Creciente Fértil. Las evidencias 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 del 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 Cobre metálico puro. Este avance dio inicio a la Edad Calcolítica (Edad del Cobre), cambiando 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 del 3500 a. C. en el Cercano 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 mientras las civilizaciones buscaban fuentes de Estaño.
Los textos sumerios de 2500 a. C. describen técnicas sofisticadas de trabajo del Cobre, incluida la fundición a la cera perdida y la composición de aleaciones. El Estándar 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 del 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, produciendo Cobre que contribuyó a construir un imperio. La ingeniería romana utilizó Cobre para monedas, tuberías, tejados y obras artísticas que aún se conservan.
Los metalúrgicos egipcios alcanzaron una sofisticación notable, 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 cuprífera 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 indispensables 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, explicando 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 corriente alterna que requerían enormes cantidades de alambre de Cobre. Las guerras mundiales I y II demostraron la importancia estratégica del Cobre, lo que condujo a programas gubernamentales de almacenamiento y 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 de 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, desde los de los refrigeradores hasta los de las 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 naturalmente bacterias y virus mediante el efecto oligodinámico. Las viviendas modernas 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 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 en acondicionadores de aire, radiadores de automóviles y procesos industriales. Los utensilios de cocina de cobre proporcionan una distribución del calor inigualable 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 causada por el agua salada. El cobre-berilio forma herramientas resistentes a las chispas para entornos explosivos y resortes 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 puertas, barandillas y estructuras de 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 una mayor adopción en espacios públicos.
La pátina natural del cobre crea el característico color verde de la Statue of Liberty, de innumerables cúpulas de iglesias y de 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 de la corteza terrestre · más abundante que el 79 % de los elementos
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 viables 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 zonas de subducción. La mina de Chuquicamata en Chile —la mina de Cobre a cielo abierto más grande del mundo— ejemplifica estos sistemas gigantescos, donde 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 en subducción generan magmas ricos en Cobre que penetran en la corteza suprayacente como intrusiones porfídicas. Los fluidos hidrotermales a 300-600°C transportan Cobre en forma de 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 portadores de 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 explotación antigua de estos yacimientos. Entre los análogos modernos se encuentran las fuentes hidrotermales de humo negro, 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 ornamentos que se comercializaban por toda Norteamérica.
El Cobre se forma mediante la captura lenta de neutrones (proceso s) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes y mediante la nucleosíntesis explosiva en supernovas de tipo II. La proporción isotópica 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 más altas. 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 necesitan 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 espectaculares minerales secundarios. La azurita [Cu₃(CO₃)₂(OH)₂] produce cristales de color azul intenso, mientras que la malaquita [Cu₂CO₃(OH)₂] crea patrones bandeados de color verde vivo. La crisocola forma masas de silicato azul verdoso, y la cuprita (Cu₂O) presenta cristales octaédricos de color rojo intenso. Estos minerales de colores llamativos 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 (promedio ponderado 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 de los riesgos de sensibilización respiratoria derivados de 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 daños hepáticos potencialmente 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 y provoca una acumulación peligrosa en el hígado y el cerebro. Los síntomas incluyen enfermedad hepática, problemas neurológicos y anillos de Kayser-Fleischer distintivos en los ojos.
Inhalación: trasladar inmediatamente a la persona a un lugar con aire fresco, vigilar la aparición tardía de síntomas respiratorios y buscar atención médica si la tos o la dificultad para respirar persisten. Contacto con la piel: lavar con agua y jabón, y quitar la ropa contaminada. Contacto con los ojos: enjuagar con agua limpia durante 15 minutos y buscar atención médica si la irritación persiste. Ingestión: no inducir 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 agua. Las concentraciones más altas causan malestar gastrointestinal y pueden indicar corrosión de las tuberías. Toxicidad acuática: el cobre es altamente tóxico para los peces y los invertebrados acuáticos, por lo que 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 esmerilado y corte requieren ventilación de 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 (símbolo Cu) es el elemento 29 de la tabla periódica, un Metal de transición del periodo 4, grupo 11. El primer metal que fundieron los seres humanos y todavía el sistema nervioso del mundo electrificado. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹, con 4 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 1.Cobre se funde a 1357.8 K (1084.6 °C) y hierve a 2835 K (2561.9 °C).
La masa atómica estándar de Cobre es 63.546 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Cobre tiene una densidad de 8.96 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Cobre es aproximadamente 9 veces más pesado.
Cobre tiene una electronegatividad de Pauling de 1.9. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Cobre se conoce desde la Antigüedad: se encuentra en una forma que puede utilizarse sin fundición, por lo que no se puede atribuir su descubrimiento a una sola persona. El nombre proviene de latín cuprum, de Chipre.
Cobre constituye aproximadamente 60 mg/kg de la corteza terrestre; no es común, pero tampoco es raro.