Seguimos repasando algunos de los materiales más importantes en el tratamiento térmico y la metalurgia.
El cobre (símbolo químico: Cu)
El cobre es un metal blando, maleable y dúctil con una conductividad térmica y eléctrica muy elevada. El cobre puro tiene un color rojizo-anaranjado (Fig. 1) y se convierte en verde-azul brillante cuando se oxida (Fig. 2).
El cobre es uno de los elementos más importantes en la historia de la metalurgia. Fue el primer metal utilizado por el ser humano. El cobre se fundió a partir del mineral hacia el año 5000 a.C., se fundió en formas hacia el año 4000 a.C. y fue el primer metal que se aleó con el estaño para crear el bronce en el año 3500 a.C., lo que marcó el inicio de la Edad de Bronce.
Los egipcios lo utilizaban para fabricar herramientas agrícolas como azadas y hoces, así como utensilios de cocina, vajilla y herramientas artesanales como sierras, cinceles y cuchillos. Los egipcios también fabricaron espejos y navajas de afeitar de cobre y produjeron maquillaje verde y azul a partir de malaquita y azurita, dos compuestos de cobre con colores verdes y azules brillantes.
Los romanos lo utilizaron ampliamente para la acuñación de monedas y el adorno arquitectónico. En un momento dado, los romanos produjeron cerca de 17.000 toneladas de cobre al año, más de lo que se volvería a producir hasta la Revolución Industrial en Europa.
En la metalurgia moderna, el cobre como agente de aleación mejora la resistencia a la corrosión de ciertos ácidos y promueve una microestructura austenítica. También puede añadirse para disminuir el endurecimiento por trabajo en el acero inoxidable para mejorar la maquinabilidad y la conformabilidad. La alta conductividad eléctrica y térmica del cobre se debe a su estructura atómica. Dentro de la red de átomos de cobre, existe una nube de electrones libres para la transferencia de la corriente eléctrica. Esta misma nube de electrones también mejora la transferencia eficiente de energía térmica. El átomo de cobre es bastante similar a un átomo de oro o plata, que junto con el cobre forman un grupo en la tabla periódica de los elementos.
El cobre es esencial para todos los organismos vivos como oligoelemento. En los seres humanos, el cobre se encuentra principalmente en el hígado, los músculos y los huesos, y el cuerpo adulto contiene entre 1,4 y 2,1 mg de cobre por kilogramo de peso corporal. Un ser humano sano de 60 kg contiene aproximadamente 0,1 g de cobre. En los moluscos y crustáceos, el cobre es un constituyente del pigmento sanguíneo hemocianina, sustituido por la hemoglobina compuesta de hierro en los peces y otros vertebrados. Sin embargo, esta pequeña cantidad es esencial para el bienestar general del ser humano.
El hogar medio contiene 400 libras de cobre que se utiliza para el cableado eléctrico, las tuberías y los electrodomésticos. El coche medio tiene 50 libras de cobre, y la Estatua de la Libertad (Fig. 3) contiene más de 89 toneladas de cobre. El Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) estima que cada estadounidense nacido en 2008 utilizará 1.309 libras de cobre a lo largo de su vida para cubrir sus necesidades, su estilo de vida y su salud.
Aquí hay algunos datos importantes sobre el cobre.
- Número atómico: 29
- Punto de fusión: 1084,62°C
- Punto de ebullición: 2562°C
- Densidad cerca de RT: 8,96 g/cm3
- Calor de fusión: 13,26 kJ/mol
- Calor de vaporización: 300,4 kJ/mole
- Capacidad calorífica polar: 24,440 J/mole-K
- Expansión térmica a RT: 16.5 µm/(m-K)
- Conductividad térmica: 401 W/(m-K)
- Resistencia eléctrica a TA: 16,78 nΩ-m
- Módulo de Young: 110-128 GPa
- Módulo de cizallamiento: 48 GPa