¿Qué es el cobre? Información sobre las propiedades del elemento de cobre, símbolo, ¿Cuáles son las propiedades químicas, físicas, mecánicas y térmicas?
COBRE; Es un elemento metálico de gran importancia tecnológica e histórica. Se valora por su resistencia, maleabilidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y su capacidad para conducir electricidad y calor. El metal es bastante abundante y ha sido utilizado por el hombre desde tiempos prehistóricos para una amplia variedad de propósitos, tanto por sí mismo como como aleación con otros metales. En el mundo antiguo, el cobre se usaba para fabricar herramientas y armas, y el metal y sus aleaciones han servido como materiales de construcción y ornamentales. Hoy en día, el cobre es importante en áreas tan diversas como la galvanoplastia, la plomería y la fabricación de motores eléctricos, televisores, aviones y satélites. Sus compuestos son importantes en la agricultura y la industria química.
Propiedades
El cobre es el elemento 29 en la tabla periódica; Tiene un peso atómico de 63.54 y es el primero de la serie de elementos metálicos que también contiene plata y oro. El cobre es un metal relativamente pesado, con una gravedad específica de 8,96. El elemento puro es rosa salmón y tiene un brillo metálico brillante cuando se pule. El metal no es magnético, resistente y moderadamente duro, y resiste el desgaste muy bien.
Propiedades químicas.
Un átomo de cobre libre tiene una disposición de electrones que puede conducir a la formación de un ion Cu + 1 o un ion Cu + 2. Un ion de cobre con un solo electrón eliminado se llama ion cuproso, mientras que un ion de cobre con 2 electrones eliminados se llama ion cúprico. El ion cuproso ionizado individualmente ocurre cuando un electrón se retira de la capa externa de electrones de un átomo de cobre, y el ion cúprico doblemente ionizado resulta de la eliminación adicional de un electrón de una capa interna de electrones. (También se produce una forma de cobre ionizada, triplemente inestable). Esta diferencia en la forma en que se puede ionizar el cobre explica las propiedades relativamente diferentes de los compuestos químicos del cobre en los que intervienen diferentes valencias. La eliminación de un electrón de un átomo libre a menudo se denomina reacción de oxidación. Por ejemplo, se dice que el cobre con 1 electrón eliminado está en un estado de oxidación más 1, mientras que el cobre con 2 electrones eliminados se encuentra en un estado de oxidación más 2. (La ventaja, en este caso, se refiere al signo de la carga en el ion involucrado).
La reactividad química del cobre en la formación de compuestos involucra los estados de oxidación más 1 y más 2; Los compuestos químicos del estado más 2 son algo más estables que los del estado más 1. La reacción química del cobre con soluciones básicas es mínima, excepto en el caso de soluciones que contienen amoníaco. El cobre no se reemplaza por hidrógeno en soluciones ácidas, por otro lado, pero se disuelve fácilmente en ácidos oxidantes como el ácido nítrico.
Dentro de un cristal de cobre, los átomos de cobre están dispuestos en una estructura cúbica centrada en la cara. Como resultado, cada átomo de cobre tiene 12 vecinos equidistantes que están distribuidos simétricamente alrededor del átomo. Este arreglo tiene la simetría más alta de cualquier estructura cristalina en la naturaleza. El diámetro real de un solo átomo de cobre es de aproximadamente 2.5 unidades angstrom o 2.5 x 18 5 cm.
Conductividad eléctrica.
Una de las propiedades más importantes del cobre a granel es su muy alta conductividad eléctrica. Esta propiedad representa el uso extensivo del cobre en la industria eléctrica. La alta conductividad eléctrica del cobre está íntimamente asociada con el hecho de que cuando los átomos de cobre libres se unen para formar cobre en masa, los electrones de valencia del cobre no están restringidos a sus átomos primarios, sino que son libres de migrar a través del sólido. Sobre la base de una unidad de volumen, la conductividad eléctrica del cobre (a temperatura ambiente) solo es superada por la conductividad eléctrica de la plata. De hecho, las propiedades eléctricas del cobre son la base de un estándar internacional; La conductividad de una barra de cobre de 1 metro de largo y un peso de 1 gramo, a 20 ° C (68 ° F), se establece como 100% de conductividad. Aun así, las técnicas modernas de purificación producen fácilmente un grado de cobre que es 4% a 5% más alto en conductividad que este estándar.
Conductividad térmica.
Otra consecuencia importante de la presencia de electrones libres en el sólido es la muy alta conductividad térmica del cobre, nuevamente superada solamente por la conductividad térmica de la plata. Muchas de las extensas aplicaciones comerciales del cobre dependen de esta alta conductividad térmica. Algunos de estos son refrigeradores, evaporadores, serpentines de calentamiento y aparatos de destilación en la industria química, en los que se requiere una alta conductividad térmica.
La reactividad química del cobre en la formación de compuestos involucra los estados de oxidación más 1 y más 2; Los compuestos químicos del estado más 2 son algo más estables que los del estado más 1. La reacción química del cobre con soluciones básicas es mínima, excepto en el caso de soluciones que contienen amoníaco. El cobre no se reemplaza por hidrógeno en soluciones ácidas, por otro lado, pero se disuelve fácilmente en ácidos oxidantes como el ácido nítrico.
Dentro de un cristal de cobre, los átomos de cobre están dispuestos en una estructura cúbica centrada en la cara. Como resultado, cada átomo de cobre tiene 12 vecinos equidistantes que están distribuidos simétricamente alrededor del átomo. Este arreglo tiene la simetría más alta de cualquier estructura cristalina en la naturaleza. El diámetro real de un solo átomo de cobre es de aproximadamente 2.5 unidades angstrom o 2.5 x 18 5 cm.
Conductividad eléctrica.
Una de las propiedades más importantes del cobre a granel es su muy alta conductividad eléctrica. Esta propiedad representa el uso extensivo del cobre en la industria eléctrica. La alta conductividad eléctrica del cobre está íntimamente asociada con el hecho de que cuando los átomos de cobre libres se unen para formar cobre en masa, los electrones de valencia del cobre no están restringidos a sus átomos primarios, sino que son libres de migrar a través del sólido. Sobre la base de una unidad de volumen, la conductividad eléctrica del cobre (a temperatura ambiente) solo es superada por la conductividad eléctrica de la plata. De hecho, las propiedades eléctricas del cobre son la base de un estándar internacional; La conductividad de una barra de cobre de 1 metro de largo y un peso de 1 gramo, a 20 ° C (68 ° F), se establece como 100% de conductividad. Aun así, las técnicas modernas de purificación producen fácilmente un grado de cobre que es 4% a 5% más alto en conductividad que este estándar.
Conductividad térmica.
Otra consecuencia importante de la presencia de electrones libres en el sólido es la muy alta conductividad térmica del cobre, nuevamente superada solamente por la conductividad térmica de la plata. Muchas de las extensas aplicaciones comerciales del cobre dependen de esta alta conductividad térmica. Algunos de estos son refrigeradores, evaporadores, serpentines de calentamiento y aparatos de destilación en la industria química, en los que se requiere una alta conductividad térmica.
Propiedades mecánicas.
Muchas de las operaciones industriales involucradas en la formación de cobre en formas utilizables implican una extensa deformación plástica (permanente) del metal. El cobre, en contraste con el hierro, puede deformarse de esta manera, incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto, sin ninguna pérdida grave de ductilidad. Esto es bastante importante, ya que la operación de conformado final de muchos productos no requiere calentar el cobre durante la operación. El calentamiento, si fuera necesario, decoloraría seriamente el producto. Además, el cobre tenderá a oxidarse cuando se calienta, y se dañaría seriamente.
Las propiedades mecánicas del cobre varían en un amplio rango, dependiendo en gran medida de la historia pasada del material. Por ejemplo, la deformación plástica extensa de cristales de cobre individuales comienza con tensiones tan bajas como 15 psi (1 kg por cm cuadrado) en cobre policristalino, la deformación plástica se inicia a 500 psi (35 kg por cm cuadrado). El extenso trabajo en frío del cobre puede introducir un aumento adicional en el límite elástico a un valor de 10,000 psi (más de 700 kg por cm cuadrado). Sin embargo, en contraste con el hierro, el cobre muestra una extensa deformación plástica después de reducciones extremas en el área de la sección transversal. De hecho, en el trefilado de cobre, el material a menudo se reduce a menos del 1% de su diámetro original.
El cobre trabajado en frío puede ser recocido a temperaturas tan bajas como 392 ° F (200 ° C); se produce un ablandamiento extenso del material. El recocido a temperaturas progresivamente más altas conduce a un ablandamiento adicional del material deformado. El ablandamiento completo se alcanza a temperaturas de aproximadamente 1200 ° F (650 ° C).
Otra propiedad importante del cobre que se presta para uso comercial es su resistencia a la corrosión, y especialmente su resistencia a la oxidación mientras transporta agua. Además, la tubería de cobre, cuando se usa para transportar agua, no recoge un depósito mineral (como lo hace la tubería de hierro en circunstancias similares). Esto explica el uso extensivo de cobre para fabricar tuberías de agua y válvulas de agua y otros accesorios utilizados en instalaciones de plomería superiores. Por otro lado, el conocido producto de corrosión que aparece en las estatuas de cobre se considera un recubrimiento protector altamente deseable. Este recubrimiento, o pátina, es una mezcla de sulfatos de cobre básicos CuSO4. Cu (OH) 2 y CuSO4 • 3Cu (OH) 2.
