cupru

Cuprum (cuprum) este un element chimic din Tabela periodică a elementelor, care are simbolul Cu și numărul atomic 29. Cuprul este un nealotrop metal cu rețea cristalină cubică centrată pe fețe, de culoare roșie. Are o bună conductibilitate termică, deformabilitate la cald și la rece și o bună rezistență la coroziune.

Proprietățile cuprului

Câteva alte proprietăți mecanice

Limita de curgere – 60 MPa
Limita de rupere – 220 MPa (destul de moale)
Tăietura – 50 %
Contrafacerea – 70 %

Rezistența la coroziune

Rezistența bună a cuprului la coroziune este determinată de doi factori:

pozitiv potențial electrochimic standard +0,34 V,
efectele oxidului și ale altor compuși, care se formează pe suprafața sa.

Împotriva coroziunii atmosferice, cuprul este protejat de cuprul oxidat – strat de carbonați hidrați de cupru. Are, de asemenea, o bună rezistență în soluții de acizi fără efecte oxidante (acid clorhidric, acid fluorhidric), dacă nu sunt aerisite. Sunt negativi asupra cuprului clorul, amoniacul și compușii sulfului.

Boala hidrogenului a cuprului

Dacă cuprul conține o impuritate de peste 0,03 % oxigen, este predispus la fisurare. La temperaturi peste 400 °C, din atmosfera gazoasă în cupru difuzează hidrogenul și reacționează conform ecuației:

Cu₂O + H₂ → 2 Cu + H₂O

Vaporii de apă produc presiuni interne în cupru, care cauzează fisuri și goluri.

Utilizarea cuprului

Cuprul se folosește în scopuri tehnice ca metal pur (aproximativ 55 % din producție), dar și ca aliaj cu diferite elemente (restul). Până la 75 % din produsele de cupru se folosesc în electrotehnică, urmată de inginerie mecanică, industria alimentară și industria chimică. Se folosește, de exemplu, la producerea sârmelor, tablelor, țevilor și monedelor, în agricultură la tratamentul bolilor plantelor, pentru protecția lemnului, pielii și țesăturilor. Din cauza conductivității electrice și termice ridicate, se folosește și ca metabolit. Sările comune de cupru, cum ar fi sulfatul, carbonatul, cianura, oxidul și sulfura, se folosesc ca fungicide, componente în ceramica și pirotehnica, pentru galvanizarea electrolitică, precum și alte aplicații în industrie. Aliajele de cupru, bronzul și alama, se folosesc la producerea instrumentelor și uneltilor în diferite ramuri.

Cuprul tehnic

cuprul brut conține doar 94-97 % Cu,
cuprul de lingot poate atinge puritatea de până la 99,85 % Cu, fabricat prin rafinare pyrometalurgică cu cuprul brut,
cuprul electric sau cuprul catodic atinge până la 99,95 % Cu, fabricat prin rafinare electrochimică,
cel mai pur cupru, cu o puritate de până la 99,999 % Cu, se fabrică prin rafinare în vacuum cu cuprul catodic,
pentru sudură se folosește cuprul fără oxigen, rezistent la boala hidrogenului

Aliajele cuprului

Aliajele cuprului formează două mari grupe:

alamă – aliaje de cupru cu zinc ca aditiv principal,
bronz – aliaje de cupru cu staniu, aluminiu, plumb ca aditivi principali.

Compușii cuprului

Cele mai frecvente compuși sunt oxidul de cupru (I), oxidul de cupru (II) și sulfura de cupru (I). Este component în minerale (de exemplu chalcopirită CuFeS₂, chalcozită Cu₂S, cuprit Cu₂O și malahit CuOH₂.CuCO₃).

Importanța biologică

Cuprul este un element esențial pentru toate plantele și animalele superioare. După absorbție în sistemul digestiv se leagă la albumină și este transportat la ficat. În sânge se leagă la proteine plasmatice ceruloplasmină.

Este component în diferite enzime, sub forma centrilor de cupru în oxidaza citochrom C și în dismutaza superoxidului (conține cupru și zinc). În afară de rolul în enzime, cuprul este folosit pentru transportul biologic al electronilor. Proteinele cuproase albastre, care participă la transportul electronic, includ, de exemplu azurină și plastocianină. Numele „cupru albastru” provine de la culoarea intens albastră rezultată din transferul de sarcină de la ligand la metal (ligand-to-metal charge transfer – LMCT), benză de absorbție a complexului fiind în jur de 600 nm.

Probabil zincul și cuprul se concură în absorbție în tractul digestiv, astfel că o dietă cu predominanța unuia dintre acești minerali poate însemna o lipsă a celuilalt. Doză zilnică recomandată de cupru pentru adulții sănătoși este de 0,9 mg/zi.

Toxicitatea

Toate compușii de cupru, dacă nu se cunoaște altfel, trebuie considerați toxici. Doza letală de sulfat de cupru (I) pentru om este de aproximativ 7-10 grame^[1]. Cuprul este al treilea cel mai răspândit element de tranzit în organism, după zinc și fier. Concentrația sigură în apa potabilă pentru oameni variază în funcție de sursă, dar tinde să se stabilizeze între 1,5 și 2 mg/L. Aportul alimentar de referință: limita superioară a consumului de cupru alimentar pentru adulți din toate sursele este de 10 mg/zi.

O parte importantă a toxicității cuprului provine din capacitatea sa de a accepta și dona electroni în schimbarea stării de oxidare. Aceasta catalizează apariția ionilor radicali foarte reactivi, cum ar fi radicalii liberi de tip hidroxil, în mod similar cu reacția Fenton. Această activitate catalitică este utilizată de enzimele cu care este asociat cuprul în mod normal și este toxic doar atunci când este izolat și necoordonat. Acest creștere a cantității de radicali liberi necoordonati este denumită stres oxidativ și este subiect de cercetare activă în diverse boli, unde cuprul poate avea un rol important, dar mai mic decât în toxicitatea acută.