Continuamos a rever alguns dos materiais mais importantes no tratamento térmico e metalúrgico.
Cobre (Símbolo químico: Cu)
Cobre é um metal macio, maleável e dúctil com uma condutividade térmica e eléctrica muito elevada. O cobre puro tem uma cor laranja-avermelhada (Fig. 1) e torna-se verde-azul brilhante quando oxidado (Fig. 2).
Cobre é um dos elementos mais importantes na história da metalurgia. Foi o primeiro metal a ser utilizado pelos humanos. O cobre foi fundido a partir de minério por volta de 5000 a.C., fundido em formas por volta de 4000 a.C. e foi o primeiro metal a ser ligado com estanho para criar o bronze em 3500 a.C., marcando o início da Idade do Bronze.
Os egípcios usavam-no para fazer ferramentas agrícolas como enxadas e foices, assim como utensílios de cozinha, pratos e ferramentas de artesãos como serras, cinzéis e facas. Os egípcios também fizeram espelhos e lâminas de barbear em cobre e produziram maquiagem verde e azul de malaquite e azurite, dois compostos de cobre com cores verde e azul brilhantes.
Os romanos usaram-na extensivamente para a cunhagem e adorno arquitetônico. Em certo momento, os romanos produziram quase 17.000 toneladas de cobre por ano, mais do que seria produzido novamente até a Revolução Industrial na Europa.
Na metalurgia moderna, o cobre como agente ligante aumenta a resistência à corrosão de certos ácidos e promove uma microestrutura austenítica. Ele também pode ser adicionado para diminuir o endurecimento do trabalho em aço inoxidável para melhorar a usinabilidade e a formabilidade. A alta condutividade eléctrica e térmica do cobre resulta da sua estrutura atómica. Dentro da malha do átomo de cobre, uma nuvem de elétrons livres está disponível para a transferência de corrente elétrica. Esta mesma nuvem de elétrons também melhora a eficiência da transferência de energia térmica. O átomo de cobre é bastante semelhante a um átomo de ouro ou prata, que junto com o cobre formam um grupo na tabela periódica dos elementos.
Cobre é essencial para todos os organismos vivos como oligoelemento. Nos seres humanos, o cobre é encontrado principalmente no fígado, músculo e osso, e o corpo adulto contém entre 1,4 e 2,1 mg de cobre por quilograma de peso corporal. Um humano saudável com 60 kg de peso contém aproximadamente 0.1 g de cobre. Nos moluscos e crustáceos, o cobre é um constituinte da hemocianina do pigmento sanguíneo, substituído pela hemoglobina complexada com ferro nos peixes e outros vertebrados. No entanto, esta pequena quantidade é essencial para o bem-estar humano em geral.
A casa média contém 400 libras de cobre que é usado para cabos eléctricos, canos e aparelhos. O carro médio tem 50 libras de cobre, e a Estátua da Liberdade (Fig. 3) contém mais de 89 toneladas de cobre. O U.S. Geological Survey (USGS) estima que cada americano nascido em 2008 usará 1.309 libras de cobre durante sua vida útil para necessidades, estilos de vida e saúde.
Aqui estão alguns fatos importantes sobre o cobre.
- Número atómico: 29
- Ponto de fusão: 1084,62°C
- Ponto de fusão: 2562°C
- Densidade próxima de RT: 8,96 g/cm3
- Calor de fusão: 13,26 kJ/mole
- Calor de vaporização: 300,4 kJ/mole
- Capacidade térmica solar: 24,440 J/mole-K
- Expansão térmica em RT: 16.5 µm/(m-K)
- Condutividade térmica: 401 W/(m-K)
- Ressistividade elétrica em RT: 16,78 nΩ-m
- Módulo do jovem: 110-128 GPa
- Módulo do coração: 48 GPa