O que é Cobre?
Cobre (símbolo Cu) é o elemento 29 da tabela periódica, um Metal de transição do período 4, grupo 11. O primeiro metal que os humanos fundiram e ainda hoje o sistema nervoso do mundo eletrificado. À temperatura ambiente, é um sólido.
Cu · Elemento 29 · Metal de transição
O primeiro metal que os humanos fundiram e ainda hoje o sistema nervoso do mundo eletrificado.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde cobre se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 128 pm — isso corresponde a 0,128 nm, portanto cerca de 3,91 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Cobre permanece líquido em uma faixa de 1477 K, de 1358 K a 2835 K.
Onde está localizado
A história
Primeiro metal usado pelos seres humanos. Excelente condutor de eletricidade.
O Cobre representa o primeiro uso intencional de um metal pela humanidade, iniciado por volta de 9000 a.C. no Crescente Fértil. Evidências arqueológicas de Çayönü Tepesi, na Turquia, mostram contas e ferramentas de cobre que antecedem a agricultura. Ao contrário do Ferro ou do alumínio, o cobre nativo ocorre naturalmente na forma metálica, permitindo que os primeiros seres humanos o trabalhassem sem tecnologia complexa de fundição.
Por volta de 5000 a.C., civilizações dos Bálcãs e do Oriente Médio descobriram que aquecer certas rochas verdes e azuis (carbonatos de cobre) com carvão vegetal produzia metal de Cobre puro. Esse avanço deu início à Idade do Calcolítico (Idade do Cobre), mudando fundamentalmente a tecnologia humana. O Homem de Gelo (Ötzi), descoberto nos Alpes e datado de 3300 a.C., carregava um machado de cobre que demonstrava uma metalurgia avançada.
Bronze - uma liga de Cobre e Estanho - surgiu por volta de 3500 a.C. no Oriente Próximo, dando início à Idade do Bronze, que durou até 1200 a.C. Essa descoberta provavelmente ocorreu por acaso, quando minérios de cobre contendo estanho foram fundidos juntos. O bronze mostrou-se superior ao cobre puro para armas, ferramentas e arte, impulsionando redes de comércio internacional à medida que as civilizações buscavam fontes de estanho.
Textos sumérios de 2500 a.C. descrevem técnicas sofisticadas de trabalho com cobre, incluindo fundição por cera perdida e composição de ligas. O Estandarte de Ur e incontáveis artefatos demonstram seu domínio da metalurgia do cobre e do bronze. Mercadores mesopotâmicos estabeleceram rotas comerciais que iam do Afeganistão (estanho) ao Chipre (cobre).
A ilha de Chipre tornou-se sinônimo de cobre no mundo antigo, dando ao metal seu nome latino "cuprum" (de "aes cyprium" - metal de Chipre). Minas romanas no Chipre operaram por mais de 1500 anos, produzindo cobre que ajudou a construir um império. A engenharia romana usava cobre em moedas, encanamentos, coberturas e obras artísticas que sobrevivem até hoje.
Metalurgistas egípcios alcançaram uma sofisticação extraordinária, criando tubos de cobre para sistemas de drenagem de templos e elaborados artefatos de bronze. O Papiro Edwin Smith (1600 a.C.) descreve usos medicinais de compostos de cobre para tratar infecções - antecipando em 3600 anos as aplicações antimicrobianas modernas.
A exploração europeia foi parcialmente impulsionada pela busca por cobre e outros metais. Conquistadores espanhóis encontraram uma metalurgia avançada do cobre nas Américas, onde os povos indígenas haviam desenvolvido técnicas sofisticadas de forma independente. A Região do Cobre da Península Superior de Michigan forneceu cobre às forças da União durante a Guerra Civil.
A descoberta da eletricidade transformou o cobre de metal útil em material essencial. Os experimentos de indução eletromagnética de Michael Faraday (1831) demonstraram o potencial da eletricidade, enquanto os sistemas de distribuição de energia de Thomas Edison tornaram indispensável a fiação de cobre. O processo Bessemer (1856) permitiu a produção de aço em larga escala, criando demanda por cobre em máquinas a vapor e equipamentos industriais.
Antoine Lavoisier incluiu o cobre em sua obra inovadora "Elementos de Química" (1789), estabelecendo-o como um elemento fundamental. A teoria atômica de John Dalton (1803) forneceu a estrutura teórica para compreender as propriedades do cobre. A cristalografia de raios X revelou a estrutura cúbica de face centrada do cobre, explicando sua excepcional condutividade elétrica e condutividade térmica.
A era da eletricidade criou uma demanda sem precedentes por cobre. Westinghouse e General Electric competiram para desenvolver sistemas de energia em corrente alternada que exigiam grandes quantidades de fios de cobre. As duas Guerras Mundiais demonstraram a importância estratégica do cobre, levando à formação de estoques governamentais e a programas de reciclagem. O desenvolvimento da refrigeração, do ar-condicionado e da eletrônica ampliou ainda mais as aplicações do cobre.
Aplicações
A excepcional condutividade elétrica do cobre (superada apenas pela prata) o torna indispensável para os sistemas globais de energia. Linhas de transmissão de energia transportam eletricidade das estações de geração para as cidades usando a condutividade do cobre, de 59.6 MS/m. Motores elétricos em tudo, de refrigeradores a bombas industriais, dependem de enrolamentos de cobre que convertem energia elétrica em movimento mecânico com eficiência superior a 95%. A indústria elétrica consome 65% da produção global de cobre.
Tubos de cobre fornecem água limpa há mais de 4000 anos, eliminando naturalmente bactérias e vírus por meio do efeito oligodinâmico. As residências modernas usam encanamentos de cobre por sua confiabilidade, resistência à corrosão e propriedades antimicrobianas. Os sistemas de água de hospitais especificam cada vez mais o cobre para prevenir a Legionella e outros patógenos transmitidos pela água. Sistemas de ionização de cobre e prata purificam piscinas e suprimentos de água de espaçonaves.
A condutividade térmica do cobre (401 W/m·K) possibilita trocadores de calor eficientes em aparelhos de ar-condicionado, radiadores automotivos e processos industriais. Panelas de cobre proporcionam uma distribuição de calor incomparável para cozinhas profissionais. Condensadores de usinas de energia usam ligas de cobre-níquel para transferir o calor residual das turbinas a vapor para a água de resfriamento, maximizando a eficiência da geração elétrica.
Bronze (cobre-estanho) deu início à Idade do Bronze da civilização há 5000 anos e continua essencial para rolamentos, hélices de navios e elementos arquitetônicos. Latão (cobre-zinco) cria instrumentos musicais com acústica perfeita e equipamentos navais resistentes à corrosão pela água salgada. Cobre-berílio forma ferramentas resistentes a faíscas para ambientes explosivos e molas que mantêm a tensão por décadas.
A EPA reconhece o cobre como a única superfície sólida que elimina continuamente bactérias, vírus e fungos. Maçanetas, corrimãos e estruturas de camas hospitalares usam ligas de cobre para reduzir infecções associadas à assistência à saúde em até 58%. Pesquisas sobre a COVID-19 mostram que superfícies de cobre inativam o vírus em 4 horas, levando a uma adoção crescente em espaços públicos.
A pátina natural do cobre cria a distinta cor verde da Statue of Liberty, de inúmeras cúpulas de igrejas e de elementos arquitetônicos modernos. Coberturas de cobre com junta vertical duram mais de 100 anos enquanto desenvolvem uma bela oxidação azul-esverdeada. Frank Lloyd Wright e outros arquitetos especificaram o cobre por sua durabilidade, maleabilidade e apelo estético em evolução.
Catalisadores de cobre possibilitam a síntese de metanol, a produção farmacêutica e o processamento petroquímico. A reação de Ullmann usa cobre para formar ligações carbono-carbono na fabricação de medicamentos. O sulfato de cobre controla algas no tratamento de água e fornece micronutrientes essenciais para o crescimento das plantas na agricultura.
De onde vem
60 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 79% dos elementos
O cobre é o 25.º elemento mais abundante na crosta terrestre, com 60 partes por milhão, mas as concentrações economicamente viáveis exigem processos geológicos que aumentem a abundância local em 100 vezes. O Chile contém 28% das reservas globais, principalmente no Deserto do Atacama, onde as condições áridas preservam minérios sulfetados. O Peru, a China e a República Democrática do Congo abrigam outros grandes depósitos formados por processos geológicos diversos.
Depósitos pórfiros fornecem 75% da produção global de cobre, formados por sistemas hidrotermais maciços associados ao vulcanismo de zonas de subducção. A mina de Chuquicamata, no Chile — a maior mina de cobre a céu aberto do mundo — exemplifica esses sistemas gigantescos, nos quais fluidos magmáticos transportaram cobre ao longo de milhões de anos. Molibdénio, ouro e prata frequentemente acompanham o cobre nesses depósitos, formando corpos de minério polimetálicos.
Placas oceânicas em subducção geram magmas ricos em cobre que penetram na crosta sobrejacente como stocks pórfiros. Fluidos hidrotermais a 300-600°C transportam cobre como complexos de cloreto, depositando calcopirita (CuFeS₂) e bornita (Cu₅FeS₄) em redes de fraturas. Esse processo exige condições precisas de temperatura, pressão e composição química, que ocorrem principalmente em limites convergentes de placas.
O Cinturão do Cobre da Zâmbia e da República Democrática do Congo contém depósitos estratiformes de cobre formados em antigas bacias de rifte. Fluidos portadores de cobre migraram através de rochas sedimentares, precipitando calcosita (Cu₂S) e malaquita [Cu₂CO₃(OH)₂] em ambientes redutores. Esses depósitos forneceram cobre às civilizações africanas há milhares de anos.
Depósitos do tipo Chipre formam-se em dorsais meso-oceânicas, onde fontes hidrotermais precipitam sulfetos de cobre no fundo do mar. A ilha de Chipre deu nome ao cobre (latim "cuprum") devido à exploração mineira extensiva desses depósitos na Antiguidade. Os análogos modernos incluem fontes hidrotermais conhecidas como "fumadores negros", que concentram cobre, zinco e chumbo em sulfetos polimetálicos.
A península de Keweenaw, no Michigan, contém os maiores depósitos de cobre nativo do mundo, onde o cobre metálico ocorre naturalmente sem combinação química. Derrames basálticos pré-cambrianos criaram condições redutoras que depositaram cobre puro em amígdalas e fraturas. Os povos indígenas americanos mineraram esse cobre durante 7000 anos, criando ferramentas e ornamentos comercializados por toda a América do Norte.
O cobre forma-se por meio da captura lenta de neutrões (processo s) em estrelas do ramo assintótico das gigantes e por meio da nucleossíntese explosiva em supernovas do tipo II. A razão isotópica Cu-63/Cu-65 fornece pistas sobre a evolução química galáctica e o processamento estelar. Meteoritos contêm cobre em estados sulfetados, indicando sua presença durante a formação do sistema solar, há 4,6 bilhões de anos.
A água do mar contém 0.25 partes por bilhão de cobre, essencial para organismos marinhos, mas tóxico em concentrações mais elevadas. Nódulos polimetálicos no fundo dos oceanos profundos acumulam cobre ao longo de milhões de anos, à medida que os metais precipitam da água do mar. Sistemas hidrotermais de dorsais meso-oceânicas reciclam continuamente o cobre entre o manto e os oceanos, mantendo o equilíbrio geoquímico global.
O cobre atua como micronutriente essencial para todas as formas de vida, desempenhando funções em enzimas como a citocromo c oxidase e a superóxido dismutase. As plantas necessitam de cobre para a fotossíntese e o metabolismo do ferro, enquanto os animais precisam dele para a formação de tecido conjuntivo e o transporte de ferro. A disponibilidade de cobre no solo influencia a produtividade agrícola e a saúde dos ecossistemas.
O intemperismo dos sulfetos de cobre cria minerais secundários espetaculares. A azurita [Cu₃(CO₃)₂(OH)₂] produz cristais azuis brilhantes, enquanto a malaquita [Cu₂CO₃(OH)₂] cria padrões vibrantes em faixas verdes. A crisocola forma massas de silicato azul-esverdeadas, e a cuprita (Cu₂O) apresenta cristais octaédricos vermelho-escuros. Esses minerais coloridos atraem os seres humanos há milénios.
Manuseio
OSHA PEL: 1 mg/m³ para fumos de cobre, 1 mg/m³ para poeiras e névoas de cobre (TWA de 8 horas). NIOSH REL: 1 mg/m³ para compostos de cobre, 0,1 mg/m³ para fumos de cobre, para prevenir a febre dos fumos metálicos. ACGIH TLV: 0,2 mg/m³ para fumos de cobre, reconhecendo o aumento dos riscos de sensibilização respiratória decorrentes de soldagem e operações em alta temperatura.
A febre dos fumos de cobre afeta soldadores e trabalhadores metalúrgicos expostos a fumos de óxido de cobre, causando sintomas semelhantes aos da gripe, incluindo febre, calafrios, dores musculares e gosto metálico. Os sintomas geralmente começam 4 a 12 horas após a exposição e desaparecem em 24 a 48 horas. A febre de segunda-feira de manhã ocorre quando os trabalhadores perdem a tolerância durante os fins de semana. A prevenção exige ventilação adequada e proteção respiratória durante trabalhos a quente.
A ingestão de sulfato de cobre causa irritação gastrointestinal grave, náuseas, vômitos e danos hepáticos potencialmente fatais em doses superiores a 10 a 20 gramas. A doença de Wilson — uma doença genética que afeta 1 em cada 30.000 pessoas — impede a excreção normal de cobre, levando ao acúmulo perigoso no fígado e no cérebro. Os sintomas incluem doença hepática, problemas neurológicos e anéis de Kayser-Fleischer característicos nos olhos.
Inalação: leve imediatamente para um local com ar fresco, monitore sintomas respiratórios tardios e procure atendimento médico em caso de tosse persistente ou dificuldade para respirar. Contacto com a pele: lave com água e sabão e remova as roupas contaminadas. Contacto com os olhos: lave com água limpa por 15 minutos e procure atendimento médico em caso de irritação persistente. Ingestão: não provoque vômito, ofereça água ou leite e procure atendimento médico imediatamente.
Padrão da EPA para água potável: nível de ação de 1,3 mg/L para cobre em sistemas públicos de abastecimento de água. Concentrações mais altas causam desconforto gastrointestinal e podem indicar corrosão da tubulação. Toxicidade aquática: o cobre é altamente tóxico para peixes e invertebrados aquáticos, exigindo o descarte cuidadoso de soluções que contenham cobre e o tratamento de águas residuais industriais.
Armazene os materiais de cobre em condições secas para evitar oxidação e formação de poeira. As operações de esmerilhamento e corte exigem ventilação com exaustão local para controlar a poeira de cobre. A soldagem e brasagem exigem sistemas especializados de extração de fumos. A limpeza regular evita o acúmulo de poeira de cobre, que poderia criar riscos respiratórios ou condições de poeira combustível.
Trabalhadores com exposição significativa ao cobre precisam realizar testes de função hepática iniciais e periódicos, hemogramas completos e avaliações respiratórias. Os níveis séricos de cobre e ceruloplasmina ajudam a identificar absorção excessiva. A detecção precoce da doença de Wilson em trabalhadores permite o tratamento médico adequado e previne complicações graves.
Respostas rápidas
Cobre (símbolo Cu) é o elemento 29 da tabela periódica, um Metal de transição do período 4, grupo 11. O primeiro metal que os humanos fundiram e ainda hoje o sistema nervoso do mundo eletrificado. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹, resultando em 4 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 1.Cobre derrete a 1357.8 K (1084.6 °C) e entra em ebulição a 2835 K (2561.9 °C).
A massa atómica padrão de Cobre é 63.546 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Cobre tem densidade de 8.96 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Cobre é aproximadamente 9× mais pesado.
Cobre tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.9. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Cobre é conhecido desde a Antiguidade — ocorre em uma forma utilizável sem fundição, portanto nenhuma pessoa pode ser creditada por sua descoberta. O nome vem de latim cuprum, de Chipre.
Cobre constitui sobre 60 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.