rame
elemento chimico
Rame (Cu), elemento chimico, un metallo rossastro, estremamente duttile del gruppo 11 (Ib) della tavola periodica che è un insolitamente buon conduttore di elettricità e calore. In natura il rame si trova allo stato metallico libero. Questo rame nativo fu utilizzato per la prima volta (8000 a.C. circa) come sostituto della pietra dagli esseri umani del Neolitico (nuova età della pietra). La metallurgia nacque in Mesopotamia quando il rame veniva fuso per modellarlo in stampi (4000 a.C. circa), veniva ridotto in metallo da minerali con fuoco e carbone ed era intenzionalmente legato con lo stagno come bronzo (3500 a.C. circa). La fornitura romana di rame proveniva quasi interamente da Cipro. Era conosciuto comeaes Cyprium, "metallo di Cipro", abbreviato inCiproe successivamente corrotto incupro. Guarda anchebronzo.
| numero atomico | 29 |
|---|---|
| peso atomico | 63.546 |
| punto di fusione | 1.083 gradi (1.981 gradi F) |
| punto di ebollizione | 2.567 gradi (4.653 gradi F) |
| densità | 8,96 a 20 gradi (68 gradi F) |
| valenza | 1, 2 |
| configurazione elettronica | 2-8-18-1 o (Ar)3d104s1 |
Presenza, usi e proprietà
rame
Rame proveniente dalla penisola di Keweenaw, Michigan, Stati Uniti
Il rame nativo si trova in molte località come minerale primario nelle lave basaltiche e anche come ridotto da composti di rame, come solfuri, arseniuri, cloruri e carbonati. (Per le proprietà mineralogiche del rame,Vederela tabella degli elementi nativi.) Il rame si trova combinato in molti minerali, come calcocite, calcopirite, Bornite, cuprite, malachite e azzurrite. È presente nelle ceneri delle alghe, in molti coralli marini, nel fegato umano e in molti molluschi e artropodi. Il rame svolge nell'emocianina dei molluschi e dei crostacei a sangue blu lo stesso ruolo nel trasporto dell'ossigeno che il ferro svolge nell'emoglobina degli animali a sangue rosso. Il rame presente nell'uomo come oligoelemento aiuta a catalizzare la formazione dell'emoglobina. Un deposito di rame porfido nelle Ande del Cile è il più grande giacimento conosciuto del minerale. All'inizio del 21° secolo il Cile era diventato il principale produttore mondiale di rame. Altri importanti produttori includono Perù, Cina e Stati Uniti.
Kitwe: miniera di rame a cielo aperto
Miniera di rame a cielo aperto, Kitwe, Zambia.
Il rame viene prodotto commercialmente principalmente mediante fusione o lisciviazione, solitamente seguita dall'elettrodeposizione da soluzioni di solfato. Per una trattazione dettagliata della produzione del rame,Vederelavorazione del rame. La maggior parte del rame prodotto nel mondo viene utilizzato dalle industrie elettriche; la maggior parte del resto viene combinato con altri metalli per formare leghe. (È anche tecnologicamente importante come rivestimento elettrolitico.) Serie importanti di leghe in cui il rame è il costituente principale sono gli ottoni (rame e zinco), i bronzi (rame e stagno) e l'argento al nichel (rame, zinco e nichel, no argento). Esistono molte leghe utili di rame e nichel, incluso il Monel; i due metalli sono completamente miscibili. Il rame forma anche un'importante serie di leghe con l'alluminio, chiamate bronzi all'alluminio. Il rame berillio (2% Be) è una lega di rame insolita in quanto può essere indurita mediante trattamento termico. Il rame fa parte di molti metalli coniati. Molto tempo dopo che l'età del bronzo passò all'età del ferro, il rame rimase il metallo secondo per uso e importanza dopo il ferro. Negli anni ’60, tuttavia, l’alluminio, più economico e molto più abbondante, era passato al secondo posto nella produzione mondiale.
| Paese | produzione mineraria 2016 (tonnellate)* | % della produzione mineraria mondiale | riserve dimostrate 2016 (tonnellate)* | % delle riserve mondiali dimostrate |
|---|---|---|---|---|
| *Stimato. | ||||
| **A causa degli arrotondamenti la somma dei dettagli non corrisponde al totale indicato. | ||||
| Fonte: Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti, Mineral Commodity Summaries 2017. | ||||
| Chile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Perù | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| Cina | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| stati Uniti | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australia | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Congo (Kinshasa) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambia | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Canada | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Russia | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Messico | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| altri paesi | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| totale mondiale | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
cavi in rame
Cavi elettrici in rame. A causa dell'elevata conduttività elettrica del rame, è ampiamente utilizzato nell'industria elettrica.(altro)
Il rame è uno dei metalli più duttili, non particolarmente forte o duro. La resistenza e la durezza vengono aumentate sensibilmente dalla lavorazione a freddo a causa della formazione di cristalli allungati della stessa struttura cubica a facce centrate che è presente nel rame ricotto più tenero. I gas comuni, come ossigeno, azoto, anidride carbonica e anidride solforosa sono solubili nel rame fuso e influenzano notevolmente le proprietà meccaniche ed elettriche del metallo solidificato. Il metallo puro è secondo solo all'argento per conduttività termica ed elettrica. Il rame naturale è una miscela di due isotopi stabili: rame-63 (69,15%) e rame-65 (30,85%).
Quiz Britannico
Fatti che dovresti sapere: il quiz sulla tavola periodica
Poiché il rame si trova al di sotto dell'idrogeno nella serie elettromotrice, non è solubile negli acidi con sviluppo di idrogeno, sebbene reagisca con acidi ossidanti, come l'acido nitrico e l'acido solforico concentrato caldo. Il rame resiste all'azione dell'atmosfera e dell'acqua di mare. L'esposizione per lunghi periodi all'aria, tuttavia, provoca la formazione di un sottile rivestimento protettivo verde (patina) che è una miscela di idrossicarbonato, idrossisolfato e piccole quantità di altri composti. Il rame è un metallo moderatamente nobile, poiché non viene influenzato dagli acidi diluiti non ossidanti o non complessanti in assenza di aria. Tuttavia si dissolverà facilmente nell'acido nitrico e nell'acido solforico in presenza di ossigeno. È anche solubile in ammoniaca acquosa o cianuro di potassio in presenza di ossigeno a causa della formazione di complessi ciano molto stabili dopo la dissoluzione. Il metallo reagirà al calore rosso con l'ossigeno per dare ossido rameico, CuO, e, a temperature più elevate, ossido rameoso, Cu2O. Reagisce al riscaldamento con lo zolfo per dare solfuro rameoso, Cu2S.
Composti principali
Il rame forma composti negli stati di ossidazione +1 e +2 nella sua chimica normale, sebbene in circostanze speciali possano essere preparati alcuni composti di rame trivalente. È stato dimostrato che il rame trivalente sopravvive non più di pochi secondi in una soluzione acquosa.
cuprite
Cuprite dalla Namibia.
I composti del rame(I) (rameoso) sono tutti diamagnetici e, con poche eccezioni, incolori. Tra gli importanti composti industriali del rame (I) figurano l'ossido rameoso (Cu2O), cloruro rameoso (Cu2Cl2) e solfuro rameoso (Cu2S). L'ossido rameoso è un cristallo o una polvere rossa o bruno-rossastra che si trova in natura come minerale cuprite. Viene prodotto su larga scala mediante riduzione di minerali di ossido di rame misti con rame metallico o mediante elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di sodio utilizzando elettrodi di rame. Il composto puro è insolubile in acqua ma solubile in acido cloridrico o ammoniaca. L'ossido rameoso viene utilizzato principalmente come pigmento rosso per vernici antivegetative, vetri, smalti per porcellana e ceramica e come fungicida per semi o colture.
Il cloruro rameoso è un solido da biancastro a grigiastro che si presenta come il minerale nantokite. Di solito viene preparato mediante riduzione del cloruro di rame (II) con rame metallico. Il composto puro è stabile all'aria secca. L'aria umida lo converte in un composto ossigenato verdastro e dopo l'esposizione alla luce si trasforma in cloruro di rame (II). È insolubile in acqua ma si dissolve in acido cloridrico concentrato o in ammoniaca a causa della formazione di ioni complessi. Il cloruro rameoso è utilizzato come catalizzatore in numerose reazioni organiche, in particolare nella sintesi dell'acrilonitrile da acetilene e acido cianidrico; come agente decolorante e desolforante per prodotti petroliferi; come agente denitrante per la cellulosa; e come agente condensante per saponi, grassi e oli.
Il solfuro rameoso si presenta sotto forma di polvere nera o grumi e si trova come minerale calcocite. Grandi quantità del composto si ottengono riscaldando il solfuro rameico (CuS) in un flusso di idrogeno. Il solfuro rameoso è insolubile in acqua ma solubile in idrossido di ammonio e acido nitrico. Le sue applicazioni includono l'uso in celle solari, vernici luminose, elettrodi e alcune varietà di lubrificanti solidi.
I composti di rame(II) di valore commerciale includono l'ossido rameico (CuO), il cloruro rameico (CuCl2) e solfato rameico (CuSO4). L'ossido rameico è una polvere nera che si presenta come minerali tenorite e paramelaconite. Grandi quantità vengono prodotte arrostendo minerali misti di ossido di rame in una fornace a una temperatura inferiore a 1.030 gradi (1.900 gradi F). Il composto puro può essere sciolto in acidi e cianuri alcalini. L'ossido rameico viene utilizzato come pigmento (dal blu al verde) per vetri, smalti per porcellana e gemme artificiali. Viene anche utilizzato come agente desolforante per i gas di petrolio e come catalizzatore di ossidazione.
Il cloruro rameico è una polvere da giallastra a marrone che assorbe facilmente l'umidità dall'aria e si trasforma nell'idrato blu verdastro, CuCl2∙2H2O. L'idrato viene comunemente preparato facendo passare cloro e acqua in una torre di contatto riempita di rame metallico. Il sale anidro si ottiene riscaldando l'idrato a 100 gradi (212 gradi F). Come il cloruro rameoso, il cloruro rameico viene utilizzato come catalizzatore in numerose reazioni organiche, ad esempio nella clorurazione degli idrocarburi. Inoltre, serve come conservante del legno, mordente (fissativo) nella tintura e nella stampa di tessuti, disinfettante, additivo per mangimi e pigmento per vetro e ceramica.
Il solfato rameico è un sale formato trattando l'ossido rameico con acido solforico. Si forma sotto forma di grandi cristalli blu brillante contenenti cinque molecole di acqua (CuSO4∙5H2O) ed è conosciuto in commercio come vetriolo blu. Il sale anidro viene prodotto riscaldando l'idrato a 150 gradi (300 gradi F). Il solfato rameico è utilizzato principalmente per scopi agricoli, come pesticida, germicida, additivo per mangimi e additivo per il terreno. Tra i suoi usi minori figurano come materia prima nella preparazione di altri composti di rame, come reagente in chimica analitica, come elettrolita per batterie e bagni galvanici e in medicina come fungicida, battericida e astringente applicato localmente.
Altri importanti composti del rame (II) includono il carbonato rameico, Cu2(OH)2CO3, che viene preparato aggiungendo carbonato di sodio ad una soluzione di solfato di rame e quindi filtrando ed essiccando il prodotto. È usato come colorante. Con l'arsenico forma acetoarsenite rameica (comunemente noto come verde di Parigi), conservante del legno e insetticida.
