Propiedades e isótopos

En la tabla periódica de los elementos o tabla de Mendeléyev, el cobre es un metal de transición. Este elemento está situado en el período 4 y forma parte del grupo 11. Pertenece al bloque d de los elementos calcófilos, caracterizados por su fuerte afinidad por el azufre. Esta propiedad confiere al cobre propiedades físicas notables para la industria y la electrónica.

El cobre, la plata y el oro pertenecen a la misma familia. Esta similitud se explica por su configuración electrónica. En efecto, el conjunto de estos elementos posee un orbital s que contiene un electrón solitario en el seno de las subcapas p y d saturadas. Esta configuración permite la formación de enlaces metálicos Ar 3d¹⁰ 4s¹, característica común a estos tres metales.

Los metales del grupo del cobre se distinguen por su carácter noble y su rareza. El cobre se destaca por su radio atómico reducido y su empaquetamiento compacto de átomos. Esta particularidad le confiere propiedades únicas, especialmente su conductividad eléctrica y térmica excepcional. Su composición atómica compacta ofrece una gran resistencia mecánica y una buena resistencia a la corrosión.

Gracias a su configuración electrónica, el cobre posee una capacidad notablemente elevada de ionización. Esta propiedad se explica en parte por la presencia de subcapas específicas que contribuyen a la estabilidad del átomo y a la resistencia del mismo a la pérdida de electrones. Además, posee un punto de fusión relativamente elevado así como una inercia química apreciable. Presenta así una reactividad química relativamente baja.

El punto de fusión del cobre es moderadamente elevado y la reducción del óxido de cobre es relativamente fácil. Estas propiedades específicas ofrecen una gran accesibilidad y flexibilidad en su utilización.

El cobre es un elemento químico que posee siete isómeros nucleares y 29 isótopos conocidos cuyos números másicos varían de 52 a 80. Sólo dos isótopos son estables, el ⁶³Cu y el ⁶⁵Cu que representan aproximadamente el 70% del cobre natural. Tienen un espín nuclear de 3/2 y una masa atómica estándar de 63,546 u.

Los otros isótopos son radiactivos y son producidos artificialmente. El más estable es el ⁶⁷Cu con una vida media de 61,83 horas, mientras que el menos estable, el ⁵⁴Cu dispone aproximadamente de sólo 75 nanosegundos. La mayoría de los otros isótopos tienen una vida media inferior a un minuto.

Historia y descubrimiento

Los descubrimientos arqueológicos revelan que la fundición del cobre en hornos de viento fue realizada hace aproximadamente 7.000 años en el sitio de Sialk III. Este último está situado en la meseta iraní y data de la primera mitad del V^e milenio antes de nuestra era. Con el tiempo, la extracción de mineral para obtener cobre se volvió común en varias regiones del mundo, especialmente en Eurasia y África. Las minas de malaquita del Sinaí en el Egipto antiguo fueron explotadas a partir de 4.500 a.C.

La historia antigua del comercio del cobre en el Mediterráneo está vinculada a la isla de Chipre donde las minas de cobre fueron explotadas por primera vez. Estas últimas permitieron prosperar a antiguas civilizaciones desconocidas, antes de las civilizaciones minoica, micénica y fenicia.

Asociado a otros metales como el estaño, el cobre provocó una evolución tecnológica importante. Se trata de la “edad del bronce” que tuvo lugar alrededor de 2.300 años antes de nuestra era. Esta alianza de metales permitió la creación de objetos de mayor calidad y más duraderos. Así, el uso del bronce como material estético y práctico en los ámbitos del arte, la artesanía y la industria se extendió ampliamente a partir de esta época.

El dominio de esta técnica contribuyó a la fabricación de obras maestras artísticas como la estatua-faro de Helios-Apolo en la isla de Rodas en el siglo III a.C. Esta estatua, llamada el “coloso de Rodas”, era una de las siete maravillas del mundo antiguo.

Las propiedades únicas del bronce le confieren una resistencia superior a la del cobre nativo o purificado, siendo al mismo tiempo más fusible y resistente a la corrosión atmosférica. Gracias al uso del bronce, se fabricaron innumerables objetos: utensilios, armas, objetos de arte y grandes estatuas muy detalladas, candelabros o grandes jarrones, medallas y monedas, etc.

Evolución de la actividad humana y producción

En abril de 1996, la edición de la revista “Science” presenta una serie de artículos elaborados por un equipo transdisciplinario de arqueólogos, glaciólogos, físico-químicos e historiadores. Su estudio trataba sobre la evolución de la actividad humana y de la producción industrial a través de la historia. Gracias a medidas espectrométricas de partículas y polvos de cobre metálico, así como de sus derivados, capturadas en muestras de hielo tomadas en la capa de hielo de Groenlandia, los investigadores establecieron las variaciones de producción artesanal y proto-industrial.

Los investigadores analizaron las muestras de hielo utilizando métodos avanzados de espectrometría de masas, utilizando especialmente técnicas de datación por radiocarbono y análisis isotópico. Los resultados proporcionaron pruebas tangibles sobre la evolución de la producción de cobre y sus derivados a lo largo de la historia. Los resultados obtenidos también mostraron un aumento significativo de la producción de cobre durante el período medieval, relacionado con los avances en la siderurgia.

Paralelamente, los picos de producción de cobre permitieron comprender la importancia de este metal en la historia, desde la introducción de la moneda hasta la apertura de minas como la de Falun en Suecia. Los investigadores utilizaron datos que se remontan hasta el -5000 a.C. Las pérdidas atmosféricas eran del orden del 15% al comienzo de la metalurgia generalizada hacia el -2500 a.C. Esta cifra fue posteriormente reducida a sólo 0,25% hacia 1750 gracias a los avances de los procesos químicos.

Según los resultados de las investigaciones, la producción anual mundial de cobre habría alcanzado su apogeo a principios del primer siglo de la era cristiana, con una producción anual estimada en 15 kt. La producción media en Europa occidental y central desde finales del Imperio romano hasta los albores del siglo XVIII era de aproximadamente 2 kt. El auge de la metalurgia china también tuvo un impacto significativo. Provocó una producción aproximada de 13 kt/año en los siglos XII y XIII.

Terminología

Los procesos de extracción, refinado y uso del cobre han llevado a la formación de una terminología que le es propia.

El nombre “cobre” encuentra su origen en la palabra latina “cuprum” derivada de “aes Cyprium”. Esta expresión significa literalmente “metal de Chipre”, una alusión a la isla de Chipre, conocida por su rica explotación de minas de cobre nativo. Con el tiempo, el término “cuprum” evolucionó para convertirse en la palabra española “cobre”.

Los adjetivos “cobrizo” y “cuprífero” son comúnmente utilizados para describir materiales o sustancias que contienen cobre. El primero puede prestarse a confusión para los químicos ya que designa al cobre en su estado de oxidación I. En geociencias, “cuprífero” se utiliza para describir yacimientos o rocas que contienen cobre. Por lo tanto, es esencial ser riguroso en el uso de estos términos para evitar cualquier confusión o incomprensión.

El adjetivo “cúprico” designa el estado de oxidación II del cobre que es la forma más común en las soluciones acuosas. Finalmente, los términos científicos “cúprico” y “cuproso” también se utilizan en referencia al cobre. Las raíces latinas “cupro-” o “cupr-” encuentran su aplicación en una plétora de denominaciones químicas y técnicas relacionadas con este metal.

De manera general, el término “cúprico” designa el carácter del cobre mientras que el adjetivo “cuproso” hace referencia a la presencia de este metal. Son empleados en contextos científicos y técnicos para describir las propiedades del cobre, como su conductividad eléctrica y térmica, su resistencia a la corrosión y su poder catalítico.

Cobre nativo

El cobre nativo es un mineral que se encuentra en zonas donde el hidrotermalismo es muy activo y donde las rocas magmáticas básicas están presentes.

Los yacimientos de cobre nativo se encuentran principalmente en zonas porosas de basalto donde las reacciones entre las soluciones hidrotermales y los minerales ferríferos producen el mineral. La península de Keweenaw de los Estados Unidos se caracteriza por capas de basalto que alternan con areniscas y conglomerados. Las cavidades presentes en esta región están rellenas de cobre en asociación con minerales como la epidota, la calcita, zeolitas, una pequeña cantidad de plata y minerales cupríferos. Una importante masa de cobre nativo ha sido descubierta en esta región, especialmente en el Estado de Michigan donde un bloque fractal interno y externo de al menos 420 kg de cobre ha sido identificado entre cúmulos de gran potencia al borde del lago Superior.

El cobre nativo se encuentra también en formaciones geológicas como areniscas y esquistos. Su origen está probablemente relacionado con procesos hidrotermales. Además, está presente en pequeñas cantidades en ciertos tipos de meteoritos.

Numerosos sitios mineros de cobre nativo son famosos por su calidad excepcional a través del mundo. En Bolivia, este mineral ha sido detectado en la región de Coro-Coro, en la provincia de Pacajes, en el departamento de La Paz. En Canadá, los yacimientos de cobre nativo han sido descubiertos en la región de los Apalaches, en Quebec. En Estados Unidos, los yacimientos de cobre nativo han sido identificados en el Lago Superior, en Michigan. En Francia, se ha encontrado cobre nativo en varias regiones: en los Altos Alpes, los Alpes Marítimos, en el Ródano y en el Tarn. En Polonia, la cuenca de Lubin, en Baja Silesia, alberga un yacimiento de cobre nativo.

Minerales

El cobre es un elemento químico ampliamente difundido en la corteza terrestre y se encuentra en forma de sulfuros como la covelina, la bornita y la calcopirita. También existen sulfuros de cobre complejos como la tetraedrita y la tennantita que contienen arsénico y/o antimonio.

Los sulfosales incluyen la enargita, la meneghinita y la lengenbachita. La enargita se utiliza en la producción de cobre por su alto contenido en cobre y su capacidad para ser transformada en un concentrado de alta calidad. La meneghinita y la lengenbachita se emplean por su conductividad y su resistencia a las temperaturas elevadas en la producción de materiales semiconductores.

Por otra parte, el cobre reacciona con el oxígeno para formar iones cuprosos y cúpricos como la cuprita y la tenorita.

Los minerales de cobre comunes incluyen carbonatos como la auricalcita, la malaquita y la azurita.

Los silicatos incluyen la kinoíta, la dioptasa y la crisocola. Los cloruros y otros haluros de cobre comprenden la botallackita, la boleíta y la atacamita.

Existen sulfatos de cobre como la kröhnkita, la langita y la brochantita así como fosfatos como la torbernita, que es un fosfato de uranio y cobre.

Minerales raros asociados

Existen minerales raros asociados al cobre que presentan propiedades únicas. Entre éstos pueden citarse la berzelianita, un seleniuro de cobre, y la rickardita, un telururo de cobre. La quetzalcoatlita, una variedad compleja de mineral que asocia una hidroxi-telurita de cobre y de zinc así como un cloruro de plomo y de plata, también suscita el interés de los científicos.

Los otros minerales raros conocidos comprenden:

• la szenicsite, un hidroxi-molibdato de cobre,
• la stranskiita, un arseniato de cobre y de zinc,
• la cornubita, la eucroíta y la olivenita, que son hidroxi-arseniatos de cobre,
• la bayldonita, un hidroxi-arseniato de plomo y de cobre hidratado,
• la mixita, un hidroxi-arseniato de cobre y de bismuto trihidratado.

Explotación del cobre en el mundo

Los yacimientos de minerales de cobre han sido una fuente de cobre utilizado en numerosos campos. Desde la Antigüedad, Chipre es reconocida por su abundancia en cobre que ha sido extraído en cantidades considerables de sus tierras fértiles. La isla, apodada “la isla de las mil minas”, ha sido un centro de producción y comercio de este metal, desempeñando un papel crucial en la economía y la cultura de la región. Esta rica historia de la extracción del cobre ha dejado una huella duradera en la isla que continúa desarrollándose en el sector minero y proporcionando materias primas de calidad superior. Hasta la Edad Media, las minas de cobre gris fueron explotadas.

La mayor parte de la producción de cobre proviene de la extracción de rocas que contienen calcopirita y sulfuros. En las vastas minas a cielo abierto así como en los filones de pórfido cuprífero, el contenido en cobre de los minerales varía de 0,4 a 1,0%. Los minerales ricos en estériles están más oxidados en superficie, pero conservan su contenido en azufre en profundidad.

Durante los años 1990, las minas de cobre proporcionan un contenido mínimo de 0,5% en masa y un contenido medio de al menos 1%. El cobre más puro provenía de las minas de Kennecott en Alaska, que fueron explotadas hasta los años 1940.

La mina de Chuquicamata en Chile, situada en el desierto de Atacama, a una altitud de 2.800 metros, es considerada como la mina de cobre a cielo abierto más grande del mundo a finales de los años 2000. Esta impresionante mina es un símbolo de la industria minera chilena que ha jugado un papel clave en la economía del país durante décadas. Sus reservas se estiman en más de 70 millones de toneladas.

La Bingham Canyon Mine, en Utah, así como El Chino Mine, en Nuevo México, ambas situadas en Estados Unidos, son también minas de cobre de gran envergadura. Estos yacimientos tienen una larga historia de explotación de cobre y son considerados como pilares de la economía minera americana.

Según los datos del British Geological Survey, Chile era en 2005 el primer productor de cobre del mundo con al menos el 30% de la producción mundial. Vienen después Estados Unidos, Indonesia y Perú.

La explotación de los nódulos polimetálicos situados en los fondos marinos representa una fuente potencial de cobre todavía poco explotada y ampliamente desconocida. Esta actividad sigue siendo confidencial y suscita un interés creciente por parte de las industrias mineras y de los inversores que buscan diversificar sus fuentes de abastecimiento en metales estratégicos.

Propiedades mecánicas

El cobre es un metal muy apreciado en la industria por sus numerosas propiedades. Se utiliza por su ductilidad y su manejabilidad que lo hacen fácil de trabajar. El metal se encuentra usualmente en forma policristalina de granos finos, lo que le confiere una solidez superior a la de los metales monocristalinos. En efecto, los metales policristalinos son más resistentes a las tensiones y a las fisuras. Son así más duraderos y más fiables para las aplicaciones industriales. Si el cobre presenta una baja resistencia a la tracción, muestra un alargamiento importante antes de la ruptura. Se trata del metal más tenaz después del hierro.

Las propiedades mecánicas del cobre han sido confirmadas por métodos de conformado antiguos como el martilleo repujado en frío y en caliente. Según los resultados de las experimentaciones, la densidad práctica del metal fundido es de aproximadamente 8,8 a 8,9, pero puede aumentar hasta 8,95 por laminación. El endurecimiento por deformación es otra técnica que permite hacerlo a la vez elástico y duro, ofreciendo así una gran resistencia mecánica.

Entre los metales puros, sólo el cobre, el oro, el cesio y el osmio presentan un color diferente al plata o al gris. El cobre es conocido por su color anaranjado, marrón o rojizo que se debe a una fina capa en superficie que contiene óxidos. En cuanto al cobre puro, es de color rosa salmón.

El color distintivo del cobre se debe a su estructura electrónica única. En efecto, contrariamente a la ley de Madelung, en lugar de dos electrones, el cobre sólo posee uno en su subcapa 4s. Así, cuando un fotón de luz azul o violeta golpea este elemento químico, el electrón de la capa d absorbe la energía y efectúa una transición hacia la capa s que sólo está parcialmente ocupada. Por consiguiente, la luz reflejada por el cobre carece de ciertas longitudes de onda violetas y azules, lo que da la apariencia rojiza. Esta explicación también es válida para el oro, que posee una estructura electrónica similar 5s/4d. El cobre líquido presenta un tono verdoso cuando se observa en condiciones de baja luminosidad, al igual que el oro.

Propiedades eléctricas y térmicas

El oro, la plata y el cobre comparten una estructura electrónica similar que les confiere propiedades comunes, tales como una conductividad térmica y eléctrica elevada así como una maleabilidad notable. Entre los metales puros a temperatura ambiente, el cobre es el segundo conductor más eficaz después de la plata, con una conductividad de 59,6 × 10⁶ S/m. Esta se debe a la participación de todos los electrones de valencia (uno por átomo) en la conducción, creando así electrones libres que dan al cobre una densidad de cargas importante de 13,6 × 10⁹ C/m³.

Esta densidad de cargas elevada es responsable de la baja velocidad de deslizamiento de las corrientes en un cable de cobre, calculada en función de la densidad de corriente con respecto a la densidad de cargas. Para una densidad de corriente de 5 × 10⁶ A·m^-2, que es la densidad de corriente máxima generalmente presente en las redes de transporte y los circuitos domésticos, la velocidad de deslizamiento es ligeramente superior a ¹⁄₃ mm/s.

Sin embargo, la resistividad del cobre varía con la presencia de impurezas, su tasa puede provocar una disminución significativa de la resistencia eléctrica. El cobre puro es muy utilizado para la fabricación de cables eléctricos, de líneas aéreas y de cables submarinos debido a su conductividad elevada. En efecto, aunque sea menos eficiente que la plata, minimiza las pérdidas de energía y mejora la eficiencia global del sistema eléctrico. Gracias a sus propiedades eléctricas excepcionales, el cobre es un metal de elección fiable y eficaz para las aplicaciones eléctricas. Permite mejorar la calidad así como la eficiencia de los equipos eléctricos.

La conductividad eléctrica, también conocida con el nombre de resistividad inversa, se expresa en porcentaje IACS (International Annealed Copper Standard). La de un hilo de cobre puro en estado recocido, a una temperatura de 20°C es de 1,724 × 10⁻⁸ Ω m. Esta medida sirve de patrón en física.

El cobre posee propiedades catalíticas probadas en numerosas reacciones térmicas. Es así frecuentemente utilizado en la fabricación de refrigerantes para las cervecerías o incluso de calderas de evaporación.

El punto de fusión del cobre está situado a 1.085°C y su punto de ebullición a 2.562°C. Su vapor quema con una llama verde que permite detectarlo fácilmente en espectrometría o por simple test de llama.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas del cobre son las características que definen su reactividad y su capacidad para formar enlaces con otros elementos.

Reacción con el aire y los líquidos

El cobre es un metal conocido por su resistencia a la oxidación en el aire seco y el oxígeno gaseoso. La presencia de trazas de agua y la de dióxido de carbono pueden iniciar una alteración del metal. Esta reacción se produce especialmente en entornos industriales y marinos donde el aire contiene una cantidad notable de dióxido de carbono.

En presencia de dióxido de carbono, una capa de carbonato de cobre se forma en la superficie del metal que lo protege contra una oxidación más profunda. Esta reacción forma una capa de óxido de cobre marrón-negro o de hidroxicarbonato llamada cardenillo. Tiene una naturaleza pasivante y actúa en parte como una pátina protectora. Sin embargo, en los entornos marinos y salinos donde hay cloruros presentes o incluso en los entornos industriales con una abundancia de sulfatos, otros compuestos pueden formarse, tales como el hidroxicloruro de cobre y el hidroxisulfato de cobre. Estos últimos pueden tener un impacto en la durabilidad y la resistencia del material.

A diferencia de la oxidación del hierro en presencia de una atmósfera húmeda, la formación de una capa de óxido sobre la superficie del cobre impide cualquier corrosión en profundidad. En efecto, esta capa protectora actúa como una barrera contra los elementos corrosivos, prolongando así su vida útil.

En ausencia de dióxido de carbono, la oxidación del cobre no comienza hasta una temperatura de 120°C. Esto significa que el efecto del agua sólo es visible cuando está presente en forma de vapor a temperaturas elevadas.

Además, el metal sufre una alteración cuando está expuesto al agua acidulada. En efecto, la oxidación es acelerada por la presencia del aire que provoca un deterioro del material. Por un lado, el vinagre tiene la particularidad de formar óxidos de cobre solubles. Por otro lado, ciertas grasas que contienen funciones ácidas u oxidantes también pueden dejar rastros.

Reacción con los sulfuros

El cobre reacciona con soluciones que contienen sulfuro de hidrógeno, y forma una capa de sulfuros de cobre en su superficie. Esta reacción también puede causar la corrosión del metal debido a su envilecimiento de potencial con respecto al hidrógeno. Esta reacción se observa cuando los objetos de cobre se empañan después de exposición al aire que contiene sulfuros.

Para detectar la presencia del cobre, el método de precipitación de los sulfuros de cobre es muy utilizado en laboratorio. Esta reacción es bastante lenta a temperatura ambiente (20°C), más eficaz a temperatura elevada (100°C) y extremadamente rápida a temperatura muy elevada (550°C).

Reacción con los ácidos

El cobre es generalmente sensible al ataque de los ácidos oxidantes así como de otros ácidos en presencia de gas oxígeno disuelto. En cambio, no reacciona al ácido sulfúrico concentrado en frío, sino sólo a una alta concentración de ácido calentado. Esta reacción conlleva la formación de ácido sulfuroso en fase gaseosa y de sulfatos de óxido de cobre.

A temperatura ambiente, el cobre no es afectado por el ácido clorhídrico concentrado en medio acuoso. En efecto, su solubilidad es muy baja. Sin embargo, puede ser disuelto en otros ácidos halogenohídricos como el ácido bromhídrico (HBr) y el ácido yodhídrico (HI).

El ácido nítrico es considerado como el disolvente más eficaz para el cobre. La reacción química se efectúa incluso en un medio diluido. Esta propiedad explica el procedimiento gráfico de grabado sobre cobre realizado al aguafuerte.

En un medio concentrado, la reacción entre el cobre sólido metálico y el ácido nítrico acuoso se traduce por la ecuación:

Cu _{sólido metal} + 4 HNO_{3 acuoso, concentrado} → Cu(NO₃)_{2 acuoso} + 2 NO_{2 gas} + 2 H₂O _agua.

En medio diluido, la reacción es diferente y se traduce por la ecuación siguiente:

3 Cu _{sólido metal} + 8 HNO_{3 acuoso, diluido} → 3 Cu(NO₃)_{2 acuoso} + 2 NO _gas + 4 H₂O_agua.

Cuando el cobre está expuesto a una combinación de ácido clorhídrico y oxígeno, genera una gama de cloruros de cobre. El cloruro de cobre (II), que se presenta en forma de cristales azules o verdes, puede sufrir una reacción de retrodismutación cuando es calentado a ebullición en presencia de cobre metálico. Esta reacción conduce a la producción de un cloruro de cobre (I) blanco, que es un compuesto químico inorgánico de fórmula CuCl₂.

El metal puede ser transformado en sal por medio de una reacción química que implica una solución ácida de peróxido de hidrógeno:

Cu + 2 HCl + H₂O₂ → CuCl₂ + 2 H₂O.

Reacción con el amoníaco

Cuando el amoníaco entra en contacto con el cobre metal y el aire, una reacción de oxidación se produce, alterando así la estructura del cobre. Esta reacción compleja conduce a la formación de un compuesto soluble de óxido de cobre así como del nitrato de amonio. El proceso de disolución del metal en las soluciones acuosas de amoníaco con presencia de oxígeno se opera gradualmente para formar compuestos hidrosolubles.

En presencia de una solución concentrada de amoníaco, el cobre se disuelve fácilmente, generando una solución azulada comúnmente llamada “licor de Schweitzer”. Está compuesta del catión complejado Cu(NH₃)₄²⁺ o del Cu(NH₃)₄(H₂0))²⁺ en medio básico. Este licor posee la capacidad de disolver la celulosa y las fibras celulósicas tales como el algodón.

Propiedades catalíticas

El cobre es un material dotado de propiedades catalíticas notables, en particular en forma de polvo. Es así posible obtener tasas de conversión más elevados y tiempos de reacción más cortos gracias al cobre en ciertas reacciones. El cobre también es utilizado en forma de complejos organometálicos que poseen propiedades catalíticas aún más específicas. Esta propiedad catalítica del cobre es el fruto de su estructura cristalina particular. En efecto, el cobre posee una estructura cúbica centrada en las caras que le confieren una gran estabilidad y una gran densidad de electrones. Esta estructura le permite también interactuar con los reactivos de manera eficaz y favorecer las reacciones químicas.

Reacción electroquímica

La reacción electroquímica del cobre es un proceso complejo que implica intercambios de electrones entre los átomos de cobre y los iones presentes en la solución. Esta reacción puede ser observada durante la corrosión del cobre o durante la producción de electricidad a partir de pilas electroquímicas.

En las pilas electroquímicas, la reacción electroquímica del cobre es utilizada para producir electricidad. Dos electrodos son colocados en una solución electrolítica: el ánodo y el cátodo. Cuando la pila está conectada a un circuito eléctrico, los electrones son transferidos del ánodo al cátodo produciendo así una corriente eléctrica.

Extracción a partir de minerales sulfurados primarios

Los minerales sulfurados primarios son el origen de más del 80% de la producción mundial de cobre. El método de pirometalurgia es utilizado para extraer el cobre. También contienen otros metales como el cobalto, el hierro, el zinc, el níquel, el plomo y el molibdeno, así como metales preciosos como el platino, el oro, la plata y los platinoides. Estos metales preciosos pueden ser recuperados en los lodos anódicos. Otros elementos como el germanio, el selenio, el teluro y el arsénico también pueden estar presentes en estos minerales.

Extracción a partir de minerales oxigenados secundarios

Los minerales oxigenados secundarios como la cuprita, la azurita y la malaquita han abierto el camino a un nuevo método de tratamiento del cobre llamado hidrometalurgia. El ion cúprico es disuelto en un solvente orgánico, como el queroseno, gracias al uso de agentes extractantes como la hidroxiquinoleína o la hidroxioxima.

La etapa siguiente consiste en un tratamiento de stripping para obtener soluciones ricas en iones cúpricos. Pueden luego ser separadas por electrodeposición o por cementación utilizando desechos de acero como reactivos.

El primer procedimiento electrolítico permite obtener “cobre rojo” de gran pureza, alcanzando a veces el 99,9% de cobre. El segundo produce cobre que contiene impurezas de hierro, que necesita un proceso de refinado electrolítico suplementario para obtener una calidad de cobre más elevada.

Refinado

El refinado del cobre puede ser efectuado según dos métodos: térmico o electrolítico. El método térmico implica la fusión del cobre impuro para eliminar una parte de las impurezas. Sin embargo, esta técnica antigua necesita una oxidación y un tratamiento en un baño de metal líquido para eliminar los óxidos volátiles restantes, lo que hace de ello un proceso costoso. Por ejemplo, la fusión del blister es un método corriente que permite oxidar las impurezas como el arsénico, el antimonio y el azufre en forma de óxidos volátiles.

Otra técnica, llamada percha, consiste en utilizar perchas o troncos de madera verde, hidrocarburos líquidos o gaseosos para eliminar el oxígeno presente en el metal. Este método permite purificar el material eliminando el oxígeno en forma de monóxido de carbono y de vapor de agua. Los avances tecnológicos han permitido desarrollar métodos más eficaces y menos costosos para refinar el cobre, especialmente el método electrolítico que utiliza un baño electrolítico para eliminar las impurezas del cobre.

El proceso industrial de refinado del cobre es principalmente realizado por electrólisis de ánodos de cobre bruto o de blister que contienen plata, hierro y otras impurezas. La electrólisis es efectuada en una solución de sulfato de cobre y de ácido sulfúrico que permite separar el cobre puro de los otros elementos.

Durante este proceso, los iones cobre (Cu²⁺) son reducidos en cobre metálico (Cu⁰ _metal) gracias al aporte de electrones (2 e⁻).

Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu⁰ _metal con un potencial de electrodo normal ε⁰ del orden de 0,34 V

Los iones de cobre tienden a migrar hacia el cátodo, mientras que los metales nobles como la plata quedan atrapados en los lodos anódicos en el fondo del compartimento del ánodo. Las impurezas, como el hierro oxidado en iones ferrosos, permanecen en el baño de electrólisis.

Esta técnica permite obtener metal puro a una tasa del 99,9% al 99,95%. Sin embargo, puede haber imperfecciones como poros o inclusiones de electrolitos en el material final. A fin de remediar estos defectos, el cobre es fundido en un horno bajo diferentes atmósferas controladas, añadidas de fósforo P, por ejemplo, para la desoxidación o al aire. Las coladas de lingotes, de placas o de hilos de cobre son luego transformadas en semiproductos para un uso ulterior.

Los expertos saben que existen varias variantes de cobre según las normas nacionales, como la norma NF A50-050. Estas variantes son clasificadas en diferentes categorías, especialmente con oxígeno, sin oxígeno, desoxigenado sin trazas de desoxigenantes y desoxigenado con residuo desoxigenante.

Formas comerciales

El cobre es un material muy versátil que puede ser utilizado bajo diferentes formas como cilindros, tubos o hilos para responder a necesidades específicas. Además de estos formatos, es posible procurarse cobre en forma de chapas llenas o perforadas, de placas y de barras macizas. Las barras pueden ser macizas, perforadas, cuadradas, redondas o planas, roscadas, flexibles aisladas. Otras opciones incluyen hilos trolley, bandas pararrayos, bandas específicas para cables o transformadores, discos para embutición, etc.

El cobre reciclado puede ser transformado en granallas de diferentes calidades y tamaños para ser revendido en el mercado. Las empresas de reciclaje de cobre son capaces de producir granallas de muy gran calidad utilizando técnicas de tratamiento avanzadas para eliminar las impurezas y los contaminantes.

El cobre en fundición

El cobre presenta una característica particular: a aproximadamente 830°C, se vuelve más blando. Se funde a una temperatura de 1.085°C. Por otra parte, este material presenta algunas limitaciones cuando se trata de moldearlo en fundición. En efecto, si la temperatura de la colada es demasiado baja, un rápido enfriamiento puede impedir que el metal colado tome la huella del molde. A la inversa, si la colada es demasiado caliente, pueden aparecer burbujas sobre el cobre después del enfriamiento. Para paliar estas dificultades, las industrias y los artesanos han desarrollado aleaciones precisas desde hace tiempo.

Aleaciones: historia y usos

Desde las primeras civilizaciones, el hombre ha buscado mejorar las propiedades de los metales, especialmente su punto de fusión y su dureza, a fin de hacerlos más adaptados a sus necesidades. Las primeras aleaciones fueron así creadas por ensayos y errores, sin que se comprendiera realmente su composición química. Algunos fueron obtenidos directamente a partir de minerales y eran considerados como metales singulares, tales como los bronces antiguos obtenidos a partir del estaño o los latones antiguos, ellos mismos, obtenidos a partir del zinc.

Historia de las aleaciones

El cobre es un metal que ha sido utilizado desde la Antigüedad para la fabricación de herramientas, armas y objetos diversos. Los romanos utilizaron el cobre en forma de trozos como moneda. Con el tiempo, la forma y la apariencia se refinaron para convertirse en monedas.

Bajo el Imperio romano, los griegos y los romanos explotan el latón, una aleación de cobre y de zinc, como complemento del bronce. Los romanos utilizaban el bronce, una variedad de bronce, para fabricar utensilios, armas y otros objetos.

Los amerindios también practicaron una metalurgia anecdótica para extraer el cobre a partir de sitios como la Isle Royale. En América del Sur, en particular en Perú, la industria del cobre era floreciente hacia el comienzo del primer milenio de nuestra era.

El bronce corintio era particularmente apreciado en Alejandría donde la alquimia habría nacido según algunos. El cobre también ha sido utilizado en medicina holística ayurvédica y los antiguos egipcios se servían de él para esterilizar el agua y las heridas.

En el reino de Francia oriental, el linaje de Enrique, soberano sajón, prosperó gracias a las minas cupríferas de Frankenberg.

Principales aleaciones

Las aleaciones de cobre son utilizadas en numerosos campos y entre las más conocidas, el bronce (cobre-estaño) y el latón (cobre-zinc) pueden ser citadas. Estas aleaciones fueron elaboradas mucho antes de las primeras coladas de cobre puro.

He aquí una lista de las aleaciones más comúnmente utilizadas:

• Bronce: una aleación de cobre, estaño y zinc, utilizada en la fabricación de instrumentos de música y de objetos decorativos.
• Latón: una aleación de cobre y zinc, utilizada en la fabricación de piezas de quincallería, de joyas y de municiones.
• Cuproníquel: una aleación de cobre y níquel, utilizada en la fabricación de piezas de moneda, de tubos de enfriamiento y de tubos de freno.
• Bronce: una aleación de cobre y estaño, utilizada en la fabricación de esculturas, de herramientas y de piezas de quincallería.
• Zamak: una aleación de zinc, de aluminio y de magnesio, utilizada en la fabricación de piezas moldeadas bajo presión para la automoción, la electrónica y los aparatos domésticos.

Latón

El latón es utilizado como conductor eléctrico en la industria electrotécnica, en particular en forma de latón rojo o de tombac. Las pilas bautismales de la colegiata Saint-Barthélemy de Lieja han revelado especialmente a los investigadores que el latón es más fácil de trabajar que el cobre puro y el zinc puro por separado. Se encuentra también en las piezas de fricción y de desgaste que son estudiadas en el campo de la tribología.

Los latones son aleaciones dúctiles y maleables en frío, que presentan un tinte dorado más o menos pronunciado en función de su contenido en cobre. Este color es muy apreciado en la fabricación de muebles flambeaux y de guarniciones de lámparas, así como en la creación de falsas joyas, que eran antiguamente realizadas a partir de crisocola o de oro de Mannheim. Sin embargo, los latones pueden dejar un olor desagradable en los dedos de quienes los manipulan.

Los latones han sido y son todavía utilizados en numerosos campos. En la marina, los soportes de instrumentos eran a menudo realizados en latón amarillo que contenía entre 20 y 40% de zinc, mientras que los sextantes eran más bien de latón blanco que contenía 80% de zinc.

Bronce

Hoy, los bronces modernos son aleaciones de composición definida de cobre y estaño. Tienen una gran variedad de aplicaciones, yendo de los grifos y válvulas a las medallas y monedas, pasando por los componentes de objetos de arte y los zócalos pesados.

Los bronces que contienen hasta 3% de fósforo tienen una dureza considerablemente aumentada, mientras que el bronce fosforoso al 0,5% de fósforo y 7% de estaño presenta un mejor comportamiento durante la fusión y una oxidación reducida. Estas aleaciones son particularmente útiles en las aplicaciones donde las resistencias al desgaste y a la corrosión son primordiales.

El bronce de aluminio es otra aleación que contiene entre 5 y 10% de aluminio y de cobre. Es utilizado como material para la fabricación de instrumentos resistentes a la corrosión marina, de válvulas y de bombas.

Otras aleaciones

Otras aleaciones de cobre menos conocidas incluyen el cuproaluminio, el cunife, el alpaca y el tombac. Cada una de estas aleaciones tiene propiedades que las hacen adaptadas a usos específicos. Por otra parte, el cobre es un elemento esencial en la composición de las aleaciones con memoria de forma.

Por ejemplo, el alpaca es utilizado en la fabricación de cubiertos y de joyas por su color plateado y su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de cobre como el tombac o el latón rojo con un contenido en zinc del 20% son utilizados para la fabricación de instrumentos de música como los platillos, los timbales y las campanas. El tombac en particular es utilizado para las piezas de joyería y los cartuchos de armas de fuego.

El uso de una mezcla de zinc y de níquel con el cobre permite producir alpacas. Estas aleaciones están compuestas de 20 a 28% de zinc y de 9 a 26% de níquel. Las alpacas son muy apreciadas en la fabricación de utensilios de cocina así como de piezas de guarnicionería y de espuelas. Son también utilizados para la producción de instrumentos de óptica y de mecánica de precisión. Finalmente, sirven también para la producción de monedas.

Las aleaciones de cobre y de níquel son comúnmente llamadas cuproníqueles. El Monel, una aleación que contiene entre 65 y 70% de níquel, ha sido utilizado como moneda en el pasado. Los cuproníqueles que contienen cantidades más bajas de níquel son utilizados en los laboratorios de química y para la producción de resistencias de precisión. El constantán, una aleación que contiene 40% de níquel, es famoso por su resistencia eléctrica constante, cualquiera que sea la temperatura. Estas aleaciones son ampliamente utilizadas en numerosos sectores industriales debido a sus propiedades únicas y a su resistencia a la corrosión.

Además del níquel, del estaño y del zinc, las aleaciones de cobre pueden también contener oro, plata, plomo o pequeñas cantidades de silicio y de aluminio. Estos elementos son a menudo añadidos para mejorar las propiedades de las aleaciones de cobre, tales como la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica y térmica, la dureza y la ductilidad.

El oro inglés, una aleación costosa, es formado por la combinación de cobre, oro y plata, que pueden ser mezclados en todas proporciones. El cobre puro o ligeramente aleado presenta además propiedades mecánicas satisfactorias para las piezas mecánicas, pero su densidad elevada puede limitar su uso.

Las aleaciones antifricción son obtenidas añadiendo plomo, generalmente a altura de 10 a 30%, así como de 7% de estaño. Las aleaciones de soldadura a base de plata tienen la particularidad de fundir a temperaturas relativamente bajas, hasta 607°C.

El cobre al teluro es un material metálico ideal para el torneado o la fabricación rápida y precisa de piezas por mecanizado, así como para el estampado en caliente. Puede también ser utilizado en soldadura por boquilla plasma para las conexiones eléctricas de las baterías y la tornillería. El cobre al azufre es utilizado para estas mismas aplicaciones pero menos a menudo. El óxido de cobre es a menudo empleado para las piezas que deben resistir a la corrosión.

Cobre (I)

El cobre se presenta principalmente en forma de cobre(I) en los yacimientos. El óxido de cobre Cu₂O, que es rojo e insoluble en agua, es la forma más común. En cuanto a las sales cuprosas anhidras, son blancas.

El ion Cu⁺ es diamagnético e incoloro, con un radio iónico relativamente importante de 0,91 Å. Aunque no forma hidratos estables, está presente en forma de complejos que no son todos estables. Sin embargo, es raro o inexistente en solución acuosa, ya que este catión está fácilmente sometido a la dismutación o a la oxidación en solución. El potencial de electrodo normal ε0 del Cu⁺ es de aproximadamente 0,52 V.

El equilibrio de la reacción global puede ser ilustrado por un ejemplo en solución acuosa llevada a ebullición en medio cloruro concentrado. Concretamente, la reacción global en equilibrio entre el Cu _{metal en exceso} y el Cu metal en exceso con 4 Cl⁻ _{cloruro en exceso} produce el complejo de cobre (I) en medio acuoso, representado por 2 Cu₂Cl⁻.

La dilución de los iones cloruros provoca la precipitación del cloruro cuproso de fórmula simplificada CuCl. Esta reacción tiene lugar según la ecuación:

Cu₂Cl⁻ _acuoso + H₂O → CuCl_{precipitado sólido} + Cl⁻, con una constante de equilibrio K_s ≈ 6,5 × 10⁻²

Los compuestos del cobre son a menudo poco solubles, inestables y no estequiométricos. Son casi insolubles en agua. Sin embargo, ciertos complejos del cobre son estables. El ion cuproso presenta ciertas propiedades similares a los cationes Hg₂²⁺, Tl⁺, Ag⁺.

El óxido Cu₂O es de color rojo que posee propiedades básicas. Es capaz de reaccionar con ácidos halogenados tales como HX, donde X representa el cloro (Cl), el bromo (Br) o el yodo (I). Esta reacción conduce a la formación de haluros de cobre que son generalmente poco solubles en agua y se presentan en forma de precipitados.

Los haluros cuprosos, tales como el CuCl, el CuBr y el CuI, son sales anhidras blancas que presentan una estructura cristalina de tipo blenda con un número de coordinación de 4. Son semiconductores y tienen una baja solubilidad en agua. Sin embargo, contrariamente a los otros haluros cuprosos, el fluoruro de cobre no es conocido. El cloruro de cobre existe en forma de monómero o de dímero Cu₂Cl₂ en estado sólido. En solución HCl, se presenta en forma de precipitado CuCl o en forma de ion complejo CuCl₂⁻. En estado gaseoso, se presenta como una mezcla de monómero, de dímero y de trímero. El ion complejo CuCl₂⁻ puede unirse al gas monóxido de carbono (CO), lo que explica su absorción.

La detección de azúcares es comúnmente efectuada utilizando su capacidad para convertir los compuestos de cobre (II) azules en compuestos de óxido de cobre(I) (Cu₂O), como el reactivo de Benedict. Este método es también aplicable al licor de Fehling, donde los iones cúpricos son reducidos por los azúcares en Cu₂O, un óxido de color rojo ladrillo. Esta reacción química está basada en la potencialidad de los azúcares para actuar como agentes reductores dando electrones a los iones cobre (II). Esta reducción conduce a la formación de Cu₂O que es fácilmente observable debido a su color característico.

El óxido de cobre (I) formado es identificable gracias a su color rojizo distintivo. Este método es particularmente útil para detectar niveles elevados de cobre en las orinas. Tasas anormalmente elevadas pueden estar asociadas a enfermedades tales como la enfermedad de Wilson o la enfermedad de Menkes. La cupremia también puede ser utilizada para monitorear la eficacia del tratamiento. En resumen, la investigación cualitativa y cuantitativa de cobre en las orinas es utilizada para diagnosticar y monitorear las enfermedades asociadas a una acumulación anormal de cobre en el cuerpo.

El procedimiento más corriente consiste en utilizar un medio básico concentrado para provocar la formación de un depósito de óxido cuproso. Esta reacción química puede ser representada por la ecuación siguiente:

2 Cu²⁺ + 4 HO⁻ → Cu^I₂O _{precipitado de óxido de cobre (I)} + 2 H₂O + ½ O_{2 gas}

El proceso de producción del sulfuro cuproso implica la reacción del cobre metálico con el azufre a una temperatura elevada, generalmente alrededor de 900°C. Esta reacción produce sulfuro cuproso en forma de cristales negros o gris oscuro. El sulfuro cuproso es utilizado en la producción de pigmentos para la pintura y la cerámica, así como en la fabricación de semiconductores.

La producción de óxido cuproso sigue un proceso similar, pero implica la reacción del cobre con el dioxígeno a temperaturas elevadas, generalmente alrededor de 1100°C. Esta reacción produce óxido cuproso en forma de polvo rojo-marrón. El óxido cuproso es a menudo utilizado en la producción de baterías, de semiconductores y de materiales magnéticos.

En química de los materiales, los investigadores continúan trabajando en nuevos métodos para producir sulfuro cuproso y óxido cuproso. Su producción de manera más eficiente y ecológica constituye el objetivo, al mismo tiempo que se exploran nuevas aplicaciones.

Entre los compuestos que contienen cobre (I), también pueden ser citados el acetilacetonato de cobre (I), el acetiluro de cobre, el cianuro de cobre blanco, el tiofeno-2-carboxilato de cobre (I), el hidróxido cuproso amarillo anaranjado, el tiocianato de cobre, etc.

El precipitado de tiocianato cuproso es un compuesto insoluble en agua que se puede utilizar para la dosificación gravimétrica de los iones cúpricos en solución acuosa. Este método consiste en añadir tiocianato de potasio a una solución que contiene iones cúpricos que provoca la formación de un precipitado de tiocianato de cobre (I) que se puede aislar y pesar. La ecuación química de esta reacción es la siguiente:

2 Cu²⁺ + 2 SCN²⁻ + SO₃²⁻ + H₂O → Cu^ISCN_{precipitado de tiocianato de cobre (I)} + 2 H⁺ + SO₄²⁻.

Este método de dosificación es ampliamente utilizado en química analítica para determinar la cantidad de cobre presente en las muestras. Es también útil en las industrias donde la presencia de cobre puede tener consecuencias notables sobre la calidad del producto final, como en la industria alimentaria o electrónica.

Cobre (II)

El catión cobre divalente, también conocido con el nombre de cúprico Cu²⁺, es un elemento colorido y paramagnético debido a la presencia de un electrón no apareado en su configuración d9. Este catión presenta numerosas similitudes con los cationes divalentes de los otros metales de transición. Además, es capaz de formar complejos estables con los donadores de electrones.

En química analítica fundamental, es posible caracterizar un elemento gracias a su precipitación por H²S a pH 0,5 en medio acuoso. Este procedimiento es utilizado para identificar los cationes pertenecientes al grupo Bi³⁺, Cd²⁺, Hg²+ y muchos otros. Estos últimos tienen la particularidad de poseer cloruros solubles y sulfuros insolubles en el sulfuro de amonio.

El cobre (II) es un elemento que encontramos frecuentemente en lo cotidiano. Numerosas sales de cobre presentan diferencias de coloración en función de su estado de hidratación y de su concentración. Las soluciones diluidas de sales cúpricas en el agua son generalmente azules, incluso azul-verde. Estas observaciones pueden explicarse por la naturaleza de los enlaces químicos presentes en estos compuestos. El carbonato de cobre (II) es responsable del color verde característico de las cúpulas y de los techos de cobre de los edificios antiguos.

El sulfato de cobre (II) es el compuesto más comúnmente utilizado en laboratorio, en forma de pentahidrato cristalino azul. El sulfato de cobre anhidro es blanco, el sulfato de cobre hidratado pentahidrato es azul. En solución concentrada, el sulfato de cobre acuoso es también azul, lo que hace de él un indicador de la presencia de agua. Además, es utilizado como fungicida bajo el nombre de caldo bordelés.

Cuando una solución acuosa básica de hidróxido de sodio es añadida al sulfato de cobre (II), esto provoca la precipitación de hidróxido de cobre (II) sólido y azul. Esta reacción hace intervenir dos iones hidróxido y provoca la desprotonación del compuesto de cobre (II) 6-hidratado.

El hidróxido de cobre puede ser disuelto en los ácidos y en un exceso de base, pero solamente hasta cierto punto. Esta característica es debida a la presencia de la especie compleja Cu(OH)₄².

Cuando se añade una solución acuosa de hidróxido de amonio a una solución de cobre (II), un precipitado se forma. Sin embargo, si una cantidad excesiva de la solución es añadida, el precipitado se redisuelve para formar un compuesto de amoníaco azul oscuro llamado cobre (II) tetramina. Era antiguamente utilizado en el tratamiento de la celulosa.

Existen numerosos otros compuestos de cobre(II) bien conocidos, tales como el sulfuro, el acetato, el oxalato, el formiato, el carbonato, el tartrato, el nitrato, el cloruro, el fosfato, el cromato, el arseniato, y el óxido de cobre(II). Los cloruros de cobre hidratados son verdes, el acetato de cobre anhidro es verde-azul. Las soluciones concentradas de estos compuestos tienen un color amarillo-verde. El cloruro de cobre anhidro es marrón y los acetatos de cobre hidratados son verdes. Las soluciones concentradas de estos últimos tienen un color verde-azul.

El método del biuret es un test colorimétrico utilizado para dosificar las proteínas. Los iones cúpricos tienen una propiedad oxidante que permite detectar los aldehídos en medio básico según la reacción de Fehling. Las cumarinas, los osas reductores, o los flavonoides son detectados según la reacción-test de Benedict. Los azúcares presentes en la leche son dosificados según el método de Bertrand.

La reacción de Barfoed utiliza el acetato cúprico en test de detección de los osas en medio ácido, mientras que el licor de Fehling es eficaz en medio básico. Este licor es a base de complejo de cobre cúprico. Debe ser utilizado recién preparado y con un ligero calentamiento térmico para reaccionar con los azúcares y los aldehídos. Esta reacción permite reducir Cu²⁺ en Cu₂O, lo que da un precipitado rojo ladrillo.

El fluoruro cúprico CuF₂ es un sólido cristalino incoloro con una estructura iónica similar a la de la fluorina.

El bromuro cúprico anhidro (CuBr₂)_n y el cloruro cúprico (CuCl₂)_n forman cadenas lineales. Los dos átomos de cloro juegan ahí el papel de donadores potenciales de electrones y parecen pinzar el átomo de cobre aceptor o quelatar. Cuando estos polímeros son disueltos en el agua, pueden ser hidrolizados.

La cementación es un método de extracción del cobre metal a partir de soluciones salinas utilizando el hierro y el magnesio. Esta reacción está representada por la ecuación siguiente:

Cu²⁺ _acuoso + Fe⁰ _{limaduras o polvo de metal hierro} → Cu⁰ _metal + Fe²⁺ _{acuoso (iones ferrosos)}

Varios métodos de detección de los iones cobre existen, cuyo uso de ferrocianuro de potasio para producir un precipitado marrón y sales de cobre. La formación de un precipitado azul en medio sosa NaOH_aq es también observada durante la reacción con sales cúpricas tales como el cloruro, el acetato de cobre o el sulfato. La adición de amoníaco NH₄OH_aq produce un licor azul, mientras que la reacción con hidrógeno sulfurado H₂S_gas da un precipitado negro.

Las soluciones de sales cúpricas que contienen amoníaco son habitualmente teñidas en azul oscuro debido a la presencia de iones complejos Cu(NH₃)_n²⁺ donde n representa el número de moléculas de amoníaco implicadas. Estos iones complejos son responsables de la absorción del monóxido de carbono CO.

Los complejos cúpricos son conocidos por su gran estabilidad y su propiedad paramagnética. Esta última es observada en los complejos que tienen un electrón no apareado y una estructura de coordinación en dsp3.

El tartrato de cobre sufre fácilmente una reacción con el sulfuro de hidrógeno para producir un precipitado negro de sulfuro de cobre CuS. Sin embargo, la fórmula del sulfuro cúprico es engañosa ya que contiene concatenaciones de azufre, un cobre CuII en el centro de un triángulo equilátero de S y un cobre Cu^I a coordinación tetraédrica. La fórmula cristalográfica es pues Cu^I₄Cu^II₂(S₂)₂S₂.

El cianuro doble de cobre y de potasio en medio acuoso es una estructura compleja, no sufre ni alteración ni ninguna transformación. En grandes cantidades o en exceso, los cianuros son a la vez complejantes y reductores del ion cúprico.

El dosaje volumétrico del cobre puede ser efectuado gracias a la reducción del ion cúprico por los iones yoduro I-. El tiosulfato de sodio titula el yodo en retorno. En medio acuoso, la reacción de base se escribe como sigue:

Cu²⁺ + 2 I⁻ → CuI _{yoduro cuproso} + ½ I_{2 yodo}

El trifluorometilsulfonato de cobre (II) o triflato y el acetilacetonato de cobre (II) son catalizadores utilizados en reacciones de transferencia y de acoplamiento de carbenos.

El óxido mixto de bario de cobre y de itrio es un material cerámico superconductor a temperatura del nitrógeno líquido.

Cobre (III)

El catión Cu³⁺ no es estable y no puede ser encontrado más que en forma de complejos. El Cu₂O₃ es un ejemplo de compuesto que contiene cobre (III). Otros compuestos comprenden el CuF₆³⁻, el K₃CuF₆, KCuO₂.

Aunque raros, los compuestos de cobre (III) están implicados en catálisis homogénea y en numerosas reacciones en bioquímica no orgánica. Los cupratos superconductores, tales como YBa₂Cu₃O_7-δ , contienen cobre (III).

Cobre (IV)

Los compuestos que contienen cobre (IV), tales como las sales de CuF62−, son extremadamente raros y poco frecuentes en la naturaleza.

Aplicaciones y usos del cuerpo simple, de las aleaciones y compuestos

El cobre es un elemento ampliamente utilizado en la industria, principalmente en forma de cuerpo simple metálico o de aleaciones. Su resistencia a la corrosión, su ductilidad y su maleabilidad, así como su conductividad eléctrica y térmica hacen de él un material de elección para numerosas aplicaciones. Es a menudo combinado con otros metales para mejorar la dureza. Aleaciones tales como el bronce (cobre y estaño) y el latón (cobre y zinc) son así comúnmente utilizadas.

El cobre sirve para confeccionar material de conducción eléctrica (barras, cables, hilos eléctricos, hilos telefónicos, fundas hertzianas). También es utilizado en la producción de chapas y de placas de cobre para la cubierta y la galvanoplastia. Los artesanos se sirven de él para el clichado sobre cobre, la fabricación de objetos decorativos y de utensilios de cocina. En galvanoplastia, el cobre es utilizado para el depósito de otros metales tales como el níquel.

Este material extremadamente versátil es especialmente utilizado en la electricidad, la electrónica y las telecomunicaciones para la fabricación de baterías, de microprocesadores y de redes cableadas. En el campo de la construcción, el cobre es utilizado para la tubería de agua, las máquinas-herramientas, los transportes y los productos de equipamiento para las plataformas petrolíferas.

El cobre entra en la fabricación de la moneda de un euro. Acuñada en Francia, ostenta el Árbol estrellado diseñado por Joaquin Jimenez. El centro de la moneda está constituido por una aleación de cuproníquel (75% Cu 25% Ni) sobre un alma de níquel, mientras que la corona está compuesta por una aleación de alpaca (75% Cu 20% Zn 5% Ni) de color amarillo. Para la moneda de dos euros, la composición de las aleaciones está invertida. Estos detalles constituyen las especificidades que interesan a los expertos en numismática y los coleccionistas.

Industrias mecánicas y eléctricas

El cobre es un material muy extendido en diversas industrias tales como las telecomunicaciones, la edificación, los transportes y las energías renovables. El cobre es también el mejor conductor eléctrico entre todos los metales no preciosos. Su conductividad eléctrica es 58% superior a la del aluminio, con un valor de 59,6 × 10⁶ S m⁻¹.

Los equipos eléctricos y electrónicos tienen un contenido en cobre que puede alcanzar el 20% de su peso total. Debido a su densidad elevada, el cobre no está adaptado a las líneas aéreas de alta tensión para las cuales el aluminio es preferido por su ligereza.

Este metal es comúnmente utilizado como conductor en diversas aplicaciones tales como las barras de distribución, los electroimanes, los relés y los conmutadores. Su conductividad eléctrica superior hace de él también una elección privilegiada para los circuitos integrados y los circuitos impresos, reemplazando a menudo al aluminio. Además, el cobre es preferido al aluminio en la fabricación de radiadores para ordenadores. Los tubos de rayos catódicos, los tubos de vacío, las guías de ondas y los magnetrones de los hornos microondas también están constituidos por cobre.

A pesar de su alto rendimiento en términos de rendimiento térmico, el cobre es a veces reemplazado por materiales menos costosos tales como el aluminio o los materiales sintéticos en ciertas aplicaciones térmicas.

Por otra parte, el cobre es raramente empleado en su forma pura, salvo en los casos donde una gran conductividad térmica es requerida o para los conductores eléctricos. El cobre puro es en efecto muy dúctil. Las conductividades eléctrica y térmica del cobre están estrechamente ligadas: la transmisión del calor y de la electricidad en los metales es principalmente asegurada por el desplazamiento de los electrones. En el campo de la electrónica, debe ser de una pureza extrema respondiendo a una norma internacional de 99,90% como mínimo. La presencia de pequeñas cantidades de impurezas solubles, tales como el fósforo, en la matriz de cobre puede reducir considerablemente su conductividad.

Finalmente, en los tubos de rayos X, el cobre es frecuentemente empleado como material diana para la difracción sobre polvos en laboratorio. La raya K α del cobre posee una longitud de onda media de 1,541 82 Å.

Arquitectura y construcción

Cuando se trata de aplicaciones eléctricas, el cobre no oxidado es el material privilegiado, mientras que el cobre fosforoso desoxidado (Cu-DHP) es preferido para los proyectos arquitectónicos.

Desde la Antigüedad, el cobre es utilizado como material de cubierta estanca para las techumbres y las cúpulas de numerosos edificios antiguos, lo que les da el aspecto verde característico. Con el tiempo, el óxido de cobre se transforma en sulfuro cuproso y cúprico, luego en carbonato de cobre, para finalmente patinarse en sulfato de cobre, comúnmente llamado “cardenillo”. Esta pátina es altamente resistente a la corrosión. Por ejemplo, la estatua de la Libertad está principalmente compuesta de cobre.

El cobre es a menudo aleado al níquel para formar materiales resistentes a la corrosión, tales como el cuproníquel y el monel utilizados en la construcción naval. El cobre es también apreciado por su capacidad para disipar el calor, lo que hace de él un material ideal para la caja de fuego de las calderas de vapor de Watt.

Además, los compuestos de cobre líquido son empleados para proteger la madera contra la putrefacción seca en particular durante la restauración de estructuras antiguas.

El cobre es utilizado como medio de protección contra el rayo impidiendo que los relámpagos golpeen directamente los edificios. Para ello, puntas de cobre, también llamadas pararrayos, son colocadas en altura por encima del techo y conectadas a un cable de cobre de fuerte sección que está conectado a una gran placa metálica enterrada. Esta configuración permite dispersar la carga eléctrica en el suelo más bien que hacerla circular en la estructura principal, evitando así su destrucción.

Finalmente, este metal es particularmente adaptado a la soldadura y al soldeo fuerte. Puede especialmente ser soldado al arco.

El cobre en la distribución de agua potable

El cobre es ampliamente utilizado en el campo de la construcción debido a sus propiedades antifúngicas y bacteriostáticas, de su impermeabilidad y de su resistencia a la corrosión. Es comúnmente empleado para las canalizaciones de agua y las techumbres pues impide el crecimiento de musgo y plantas.

El metal es ampliamente utilizado en la distribución de agua potable en el mundo, con décadas de experiencia de su uso. De hecho, las canalizaciones de cobre son eficaces para prevenir y limitar la contaminación de las redes de agua por bacterias tales como las legionelas. Estas últimas causan una enfermedad pulmonar potencialmente mortal, la legionelosis. Según el Profesor Yves Lévi del Laboratorio Salud pública y Medio ambiente de la Universidad Paris-Sud: “Si ningún material puede garantizar la ausencia total de bacterias en las redes, el cobre permite no obstante limitar los riesgos”.

Construcción naval

Las pinturas antifouling utilizan las propiedades antibacterianas del cobre puro para prevenir el crecimiento y la adherencia de algas y de microorganismos marinos sobre los cascos de los navíos. Esta tecnología mantiene la eficacia y durabilidad de los navíos en el mar. Estas pinturas están constituidas por polvo de cobre que va hasta 2 kg/l, reemplazando las tradicionales hojas de cobre fijadas sobre las partes sumergidas de los navíos para obtener el mismo efecto protector. Los astilleros navales han generalizado esta técnica a finales del siglo XVIII.

Las aleaciones de cobre tales como el bronce y el latón son utilizadas en la industria naval por su capacidad para resistir a la corrosión. Sirven especialmente para la fabricación de hélices, de accastillage, de portillas y de clavos garantizando así la durabilidad y la longevidad de los equipos marinos. Un hilo de cobre colocado sobre la cumbrera de un techo constituye una solución eficaz para prevenir el crecimiento de algas y de musgos.

Compuestos

Aproximadamente el 2% de la producción de cobre es utilizada para la fabricación de compuestos químicos, principalmente fungicidas para la agricultura y complementos alimenticios.

Los carboxilatos de cobre son utilizados a la vez como catalizadores en las aplicaciones industriales y como fungicidas.

Las sales de cobre sirven especialmente para colorear el vidrio y como componente de vidriados para la cerámica. Son utilizadas como producto de extinción de clase D en forma de polvo; sirven así para apagar los fuegos de litio actuando como disipador térmico y sofocando el metal en combustión. En las fibras textiles, procuran a los tejidos una propiedad de protección antimicrobiana.

El sulfato de cobre es un pigmento verde utilizado en las pinturas. Esta sal de cobre es un fungicida y algicida, entrando especialmente en la composición del caldo bordelés, un fungicida de síntesis.

Otras aplicaciones

En el armamento, el cobre es utilizado para las ojivas de las municiones blindadas. También está presente en los explosivos de demolición y las municiones de carga hueca.

En pirotecnia, sus compuestos encuentran una aplicación para colorear los fuegos artificiales en azul.

El cobre también es utilizado en el campo de la superconductividad. Las cerámicas y nanoensamblajes que contienen óxido cúprico pueden convertirse en superconductores a temperaturas de -140°C. Compuestos tales como CuS, CuS₂ y CuSe₂ presentan de igual manera una superconductividad a temperaturas más bajas.

En el campo biomédico, el sulfato de cobre (II) es empleado como fungicida. Limita especialmente la proliferación de las algas en las piscinas domésticas y los estanques. El cobre 62 PTSM es utilizado como marcador radiactivo en tomografía a nivel del corazón por emisión de positrón o PET para medir los caudales sanguíneos. El cobre 64 es un marcador radiactivo en imagen médica y sirve en el tratamiento del cáncer por radioterapia.

En acuicultura, las aleaciones de cobre son utilizadas para las redes debido a sus propiedades antimicrobianas y antifouling. En medio marino, estas aleaciones presentan una resistencia estructural y a la corrosión. A gran escala, la piscicultura comercial ha recurrido así mucho a estos materiales.

Biología

El cobre es un oligoelemento esencial para el cuerpo humano. Juega un papel crucial en numerosas funciones fisiológicas, tales como el funcionamiento del sistema cardiovascular y nervioso así como del sistema inmunitario. Contribuye a la regulación del colesterol, el crecimiento óseo y la absorción del hierro. De media, el organismo de un adulto de 75 kg contiene cerca de 150 mg de cobre y necesita aproximadamente 2 mg por día.

Se trata también de un oligoelemento esencial para las plantas y los animales.

Este metal es tradicionalmente utilizado para las operaciones de calefacción o de transferencia térmica. Se desaconseja almacenar alimentos en recipientes de cobre.

Soluble en el agua, el ion cúprico Cu²⁺ posee propiedades bacteriostáticas y fungicidas. Tienen un efecto temporal sobre los microorganismos, impidiendo el crecimiento de bacterias y de hongos. Este efecto no es siempre duradero y puede variar según las condiciones ambientales.

El cobre en la agricultura y ganadería

Toxicología y precauciones

El cobre puede ser nocivo para el medio ambiente y los organismos vivos, incluso a baja dosis, cuando está presente en forma de iones o de ciertos compuestos biodisponibles. Los organismos acuáticos son particularmente vulnerables, al igual que los líquenes y los musgos en tierra. Es por esta razón que el cobre es utilizado en los revestimientos antifouling y los agentes de tratamiento de la madera para las aplicaciones exteriores.

El cobre es ampliamente utilizado en la agricultura debido a sus propiedades antifúngicas, bactericidas y algicidas. Conforme a la Directiva europea 2092/91, está autorizado en agricultura biológica en forma de óxido de cobre, de hidróxido de cobre, de sulfato de cobre y de oxicloruro de cobre.

El caldo bordelés, que contiene este metal, es habitualmente utilizado en viticultura biológica para luchar contra el mildiu. Sin embargo, un uso excesivo puede provocar una acumulación de cobre en el suelo, lo que puede perjudicar su calidad a largo plazo. El cobre se encuentra en los mostos de uva procedentes de esta viticultura biológica; es eliminado por tratamiento con monosulfuro de sodio o por el ferrocianuro de potasio.

En la cría porcina, el cobre es a veces utilizado como complemento alimenticio para favorecer el crecimiento de los lechones después del destete. Una concentración elevada de cobre en los purines puede tener consecuencias medioambientales indeseables cuando estos desechos son utilizados como abono. Es entonces recomendado reducir los aportes de cobre en la alimentación porcina.

Además, este metal puede ser tóxico para ciertos animales de cría, como las ovejas que son particularmente sensibles a él. La Unión Europea ha fijado un contenido máximo en cobre de 150 mg/Kg en los suelos en agricultura biológica.

Dosificación

La cuantificación del cobre en diferentes medios necesita la utilización de varias técnicas analíticas. Para aislar el cobre de la matriz circundante, una digestión con ayuda de un ácido es a menudo requerida, principalmente el ácido clorhídrico o el ácido nítrico.

El Centro de Pericia en Análisis medioambiental de Quebec utiliza técnicas punta para medir con precisión la cantidad de cobre en los medios acuáticos. El método de la ICP-OES es acoplado al de la ICP-MS. El primero sirve para analizar la carne de pequeños invertebrados y de peces. El segundo es utilizado para los análisis del agua que debe primero ser acidificada.

El cobre en el organismo humano

Oligoelemento biológico

El cobre está presente en el cuerpo humano a una concentración de 1,4 a 2,1 mg/kg, principalmente en los músculos, el hígado y los huesos. Es un oligoelemento esencial para los humanos, los animales, los microorganismos y las plantas.

El cobre es transportado en la sangre por la ceruloplasmina, una proteína que regula también su metabolismo y su excreción. A nivel celular, está presente en ciertos superóxidos dismutasas (SOD), y numerosos enzimas y proteínas, tales como el citocromo C oxidasa. Es también utilizado para el transporte biológico de electrones por proteínas tales como la azurina y la plastocianina. Estas son conocidas bajo el nombre de proteínas azul cobre debido a su color azul intenso.

Ciertos animales, como el límulo, utilizan un pigmento a base de cobre llamado hemocianina para transportar el oxígeno más bien que la hemoglobina, que contiene hierro. Lo que da a su sangre un color azul cuando está oxigenada, y no rojo.

Exceso y carencia

El cobre juega un papel crucial en la formación de la hemoglobina, la función inmunitaria y la lucha contra el estrés oxidante en el hombre y los mamíferos. Facilita también la absorción del hierro y puede reemplazar este nutriente para el transporte del oxígeno en ciertas especies animales.

Así, una falta de cobre puede causar síntomas similares a los de una anemia como una reducción del número de ciertas células sanguíneas y una mielopatía. Este déficit es a menudo observado después de una cirugía digestiva, en particular después de una cirugía bariátrica o una sobrecarga en zinc.

A la inversa, una acumulación de cobre en los tejidos puede causar la enfermedad de Wilson en el hombre.

Toxicología

La ingestión de grandes cantidades de cobre, en forma oxidada o de polvos de compuestos de cobre, puede ser nociva para la salud humana. Casos de exposición prolongada han sido observados, provocando dolores de cabeza, vértigos, dolores de estómago, diarreas y vómitos.

Una exposición cotidiana a largo plazo puede también provocar una irritación de los ojos, de las fosas nasales, de la boca y de las mucosas. El envenenamiento agudo es raro, provoca reacciones violentas tales como vómitos. La absorción voluntaria de fuertes dosis de cobre puede causar daños irreversibles al hígado y a los riñones pudiendo provocar la muerte.

Estudios han mostrado que en la rata, la inhalación prolongada de cloruro de cobre puede provocar una inmovilización definitiva del esperma. Estos resultados podrían explicar la eficacia contraceptiva de los dispositivos intrauterinos de cobre en los humanos.

Virtudes sanitarias

Desde la Antigüedad, el cobre es conocido por sus beneficios para la salud. Las antiguas civilizaciones egipcia, griega, romana y azteca lo utilizaban por sus propiedades curativas contra las infecciones y sus capacidades preventivas contra las enfermedades. En el siglo XIX, tras el descubrimiento de los microorganismos, los científicos estudiaron sus propiedades antibacterianas. Hoy, la industria farmacéutica lo utiliza en diversos productos que van desde los antisépticos hasta los productos de cuidado e higiene.

Aunque beneficioso en baja concentración, el cobre puede ser tóxico para ciertos organismos a concentraciones muy elevadas. Casos de contaminación han sido identificados cerca de antiguas minas de cobre de Jordania en esqueletos humanos y animales que datan de la edad del bronce. Además, incrementa el riesgo de Parkinson cuando está combinado con otros materiales como el plomo.

En marzo de 2008, la Agencia americana de protección del medio ambiente (EPA) aprobó el uso del cobre y de sus aleaciones como agentes antibacterianos contra ciertas infecciones mortales. En Estados Unidos, el cobre, el bronce y el latón son los primeros materiales en ser reconocidos por sus propiedades sanitarias.

Utilización en medio hospitalario

Desde 2007, la utilización de superficies de cobre en los hospitales sirve para luchar contra las infecciones nosocomiales. El objetivo es limitar la propagación de las infecciones en los establecimientos de salud. Esta aplicación innovadora ha visto las barras de camas, las cadenas de descarga de los inodoros y los pomos de puerta reemplazados en varios países. Tiene por objetivo reducir la propagación de las bacterias y eliminar los microbios presentes sobre estas superficies.

Esta iniciativa fue adoptada por primera vez en enero de 2010 por el hospital privado St Francis en Irlanda. La decisión fue motivada por los resultados alentadores de los estudios llevados a cabo en Gran Bretaña desde 2007 sobre el potencial antibacteriano del metal. Los resultados de la experimentación del hospital de Birmingham también mostraron que las superficies de cobre pueden eliminar entre 90 y 100% de los microorganismos en los entornos hospitalarios. El SARM o estafilococo dorado resistente a la meticilina forma parte de ellos.

En Francia, la primera prueba de su utilización fue realizada por el servicio de reanimación y de pediatría del hospital público de Rambouillet. Los ensayos fueron efectuados sobre las placas de limpieza, los pasamanos, las barras de camas y los pomos de puerta.

El Centro hospitalario de Amiens presentó los resultados de una experimentación durante el 25º congreso de la Sociedad francesa de higiene hospitalaria. Estos confirman la eficacia del cobre en la lucha contra las bacterias en medio hospitalario. Muestran una reducción significativa de las bacterias en el servicio de neonatología del CHU de Amiens. La clínica Arago, especializada en los cuidados ortopédicos, también adoptó una medida preventiva contra las infecciones nosocomiales instalando pasamanos y pomos de puerta de cobre. La materia prima sigue siendo cara para los establecimientos de salud.

MetalSkin, una sociedad francesa, ha desarrollado un procedimiento de revestimiento a base de cobre reciclado en polvo combinado con resina. Los resultados de las pruebas realizadas en 2013 en la clínica Saint-Roch de Montpellier muestran una reducción de 3.000 veces el número de bacterias en una hora. Este revestimiento en solución puede ser aplicado sobre una variedad de superficies, incluidos los teclados de ordenador, las carcasas de teléfono móvil y otras superficies propicias a la propagación bacteriana.

Normas antibacterianas

La norma ISO 22196 que evalúa la acción antibacteriana de las superficies de plástico y otras superficies no porosas, ha sido considerada como poco representativa de las condiciones reales sobre el terreno. Esta laguna ha sido señalada por expertos del sector, que han subrayado la necesidad de desarrollar métodos más precisos para evaluar la eficacia de los agentes antibacterianos sobre las superficies. Estos esfuerzos han llevado a la elaboración de nuevas normas.

Un estudio fue lanzado en 2016 para revisar esta norma de referencia y una comisión de normalización fue formada por la Afnor. Esta agrupaba a expertos en microbiología, en reglamentación y en materiales. La norma NF S90-700 fue puesta en marcha en mayo de 2019. Esta norma permite medir la actividad de base de las superficies no porosas proporcionando así una mejor comprensión de su eficacia antibacteriana en condiciones reales. Exige una mortalidad de 99% en una hora para cuatro cepas distintas.

Producción y economía

El cobre se clasifica en el tercer lugar de los metales más utilizados a escala mundial, después del hierro y del aluminio. Es también el segundo metal no ferroso más abundante, adelantando de lejos al zinc, al plomo, al níquel y al estaño.

A lo largo del siglo XX, la producción minera de cobre conoció un crecimiento notable, pasando de 1 a 20,3 millones de toneladas por año entre 1900 y 2019. La producción mundial de cobre refinado también aumentó para sobrepasar los 18 millones de toneladas.

Entre los años 1970 y 2008, el consumo global de cobre, incluyendo el cobre primario refinado y el cobre reciclado, conoció un aumento significativo, alcanzando 23,5 millones de toneladas.

En 1990, Francia consumía 470.000 toneladas sobre la producción anual mundial de 8,5 millones de toneladas. En esa época, aproximadamente el 70% del metal era comercializado en forma pura, en tubos y laminados y cables eléctricos, mientras que el resto estaba en forma de aleaciones. El mercado del cobre es un indicador pertinente del estado de la economía debido a su fuerte relación con la industria. Permite a los expertos vigilar las tendencias y evaluar las perspectivas económicas.

Producción minera

A lo largo del siglo XX, la producción minera de cobre conoció un crecimiento espectacular, pasando de 0,5 Mt en 1900 a 11 Mt en 1990, luego a 15 Mt en 2008, antes de alcanzar un pico de 20,3 Mt en 2019. Esta tendencia alcista se explica por el aumento de la demanda mundial por el metal, consumido en una variedad de aplicaciones industriales. Este crecimiento sostenido también ha sido posible gracias a avances tecnológicos en la extracción y el tratamiento del mineral de cobre, así como a un aumento de la inversión en la industria minera.

En 2019, los once primeros países productores de cobre totalizan el 73,7% de la producción mundial. Chile, que es el mayor productor de cobre del mundo desde hace muchos años, ha producido 5,6 Mt de cobre en 2019, es decir aproximadamente el 28% de la producción mundial. Los otros productores son México, la República Democrática del Congo, China, Perú, Kazajistán, Estados Unidos, Australia, Zambia, Rusia e Indonesia.

Las empresas británicas poseen la mayoría de los derechos de propiedad de las minas de cobre, seguidas de cerca por las empresas chilenas, americanas y mexicanas. China ocupa el quinto lugar en términos de preeminencia económica en el sector. Este avance es testigo de la capacidad del país para establecer políticas estrictas para controlar la producción y la distribución del metal, que es un elemento clave de la industria manufacturera.

Las regulaciones son esenciales para garantizar la sostenibilidad del suministro. Son igualmente indispensables para proteger el medio ambiente y los trabajadores implicados en la extracción y la producción del metal. Reflejan también la dominación de las sociedades multinacionales en la industria minera mundial. Están en su mayoría basadas en países desarrollados y tienen intereses en varios países productores de cobre.

Chile alberga cuatro de las diez mayores minas de cobre del mundo: Chuquicamata El Teniente Collahuasi y Escondida. Todas son explotadas por sociedades multinacionales. Las tres minas siguientes se encuentran en Perú: Antamina, Las Bambas y Cerro Verde II.

La producción de cobre es una industria compleja que necesita inversiones consecuentes en capital y en mano de obra. Las minas de cobre están en su mayoría situadas en regiones alejadas y de difícil acceso, lo que hace su explotación costosa.

Demanda

La demanda creciente de cobre, relacionada con las necesidades de la transición energética, plantea nuevos desafíos a la producción. Una baja estructural de los contenidos ha sido constatada, con una concentración media de 0,62% en las minas en explotación, 0,53% para los sitios recientemente abiertos y 0,43% para los proyectos en estudio.

El segundo desafío es el impacto medioambiental de las minas, especialmente la utilización del agua, que se ha convertido en un problema mayor para numerosas minas situadas en zonas sometidas a un fuerte estrés hídrico. La contestación de las poblaciones locales también es creciente, como lo testimonia la victoria de los partidos de izquierda en Chile y Perú en 2021.

Rusia ha comenzado recientemente la explotación de la mina de Novaya Chara. Esta última es considerada como el tercer yacimiento más grande del mundo, con un contenido elevado de más del 1% y reservas de 26 millones de toneladas. El explotador Udokan Copper prevé una producción inicial de 160.000 toneladas de cobre por año, que debería alcanzar 400.000 toneladas a término.

Aunque ha sido utilizado desde hace más de 10.000 años, el cobre extraído y fundido desde 1900 representa más del 95% del volumen explotado desde entonces. La cantidad total de cobre sobre la Tierra es importante, pero sólo una pequeña parte de estas reservas es rentable teniendo en cuenta las tecnologías y los precios actuales. Las estimaciones de las reservas disponibles para la extracción varían de 25 a 60 años, en función de ciertas condiciones, incluyendo la demanda.

El precio del cobre, que mide la disponibilidad en aprovisionamiento con respecto a la demanda mundial, ha sido multiplicado por cinco durante los últimos sesenta años. Ha pasado de 1,32 USD/kg en junio de 1999 a 8,27 USD/kg en mayo de 2006, antes de caer a 5,29 USD/kg en febrero de 2007. Subió después a 7,71 USD/kg en abril de 2007, antes de caer de nuevo en febrero de 2009. Este último decrecimiento repentino se debe al debilitamiento de la demanda mundial y a una caída brutal del precio de las materias primas con respecto a los valores elevados del año precedente, llevando el precio del cobre a 1,51 USD por libra.

El CIPEC o Consejo intergubernamental de los países exportadores de cobre fue creado en 1967 para tener un papel similar al de la OPEP para el petróleo. Nunca poseyó la misma influencia y fue disuelto en 1992: Estados Unidos, segundo mayor productor, nunca formó parte de él. Sus principales miembros eran Zambia, Zaire, Perú y Chile.

Datos económicos

El precio del cobre ha conocido una fuerte alza a principios de 2022, alcanzando aproximadamente 9.000 €/t, después de haber fluctuado entre 4.500 y 6.500 €/t entre 2012 y 2020.

Los actores principales de la industria del cobre son la compañía nacional chilena Codelco, que ocupa el primer lugar en términos de producción, seguida de la americana Freeport-McMoRan, de la anglo-australiana Rio Tinto y de la anglo-suiza Xstrata.

El mercado mundial del cobre está repartido en tres principales bolsas de los metales: el London Metal Exchange (LME), la Comex en Nueva York, y el Shanghaï Metal Exchange o SHME. Estas plataformas de negociación son consideradas como referencias ineludibles para los inversores y los actores del sector del cobre, ofreciéndoles una visibilidad acrecentada sobre la evolución de los precios y las tendencias del mercado.

Entre julio de 2008 y finales de 2008, el precio del cobre cayó de manera significativa, pasando de 9.000 $/t a 2.800 $/t. En 2009, un repunte de 140% fue observado, el precio alcanzó 8.501 $/t en octubre de 2010. Esta volatilidad del mercado ha tenido un impacto sobre el reciclaje primario, que aumentó un 20% en cinco años, pero cayó un 2,6% tras la crisis de 2008. En lo que concierne al reciclaje secundario, conoció un alza del 3% en 2008 en el mundo y representa desde entonces más del 30% de las necesidades mundiales. En 2015, el precio del cobre comprado variaba de 4 a 5 €/kg en Francia.

Europa es considerada como el primer usuario mundial de cobre reciclado, representando más del 40% de su consumo, y es igualmente la región donde la proporción de cobre reciclado ha aumentado más. En 2020, Europa se volvió exportadora de cobre, con un precio medio a la exportación y a la importación respectivamente de 2.232 y 5.598 €/t.

En mayo de 2021, el precio del cobre alcanza un récord histórico, una tonelada valiendo más de 10.300 dólares en el London Metal Exchange. Esta alza fue debida a la recuperación económica que siguió a la pandemia de Covid-19 en 2020.

Historia

Neolítico

El cobre es uno de los primeros metales utilizados por la humanidad, desde el V milenio antes de nuestra era, pues está disponible en la naturaleza en estado puro en forma nativa. Pepitas de cobre pulidas han sido descubiertas en Siria datando del X milenio a.C. Fosas mineras o pingen datando del IV milenio a.C. son regularmente descubiertas en los Balcanes.

Las primeras trazas de fusión del cobre se remontan a aproximadamente 5.000 años antes de nuestra era. Aunque la técnica de fusión del cobre parece haber tomado su origen en los Balcanes, también se desarrolló en América central hacia 600 d.C., en África occidental hacia 900 a.C., en los Andes hacia 2.000 a.C., y en China antes de 2.800 a.C. Una punta de hacha de cobre pura al 99,7% ha sido encontrada con la momia nombrada Ötzi de un hombre adulto. En buen estado de conservación, la momia está datada del Calcolítico.

La producción de cobre en el Old Copper Complex, situado en Michigan y Wisconsin actuales, data aproximadamente de 6.000 a 3.000 a.C. Aunque ciertas obras afirman que las antiguas civilizaciones americanas conocían un método de temple del cobre, no existe ninguna prueba de este “saber-hacer perdido”.

Edad del cobre

La edad del cobre, también conocida con el nombre de Calcolítico, se extiende de 3.200 a 2.000 a.C. Este período ha sido caracterizado por la utilización del cobre para la fabricación de objetos, además de las herramientas de piedra utilizadas anteriormente. Aunque objetos de cobre que datan de 8.700 a.C. han sido descubiertos en el Medio Oriente, es en Europa occidental donde la utilización del cobre ha conocido una expansión significativa.

Además, el cobre extraído de la isla de Chipre era un elemento clave del comercio antes de este período y su utilización ha jugado un papel preponderante en el desarrollo de la edad del cobre. En ciertas regiones, el Calcolítico ha sido un período de transición entre el Neolítico y la edad del bronce, marcando así una evolución notable de las prácticas culturales y tecnológicas.

Edad del bronce

La aleación artificial de cobre con estaño o zinc para producir bronce o latón fue realizada 2.300 años después del descubrimiento del metal. Los pueblos de Europa central dominaban el arte del martilleo de grandes hojas de bronce. Las ciudades sumerias y egipcias también produjeron objetos de cobre y de aleación cobre-estaño desde 3.000 a.C. La biblia describe el Templo de Jerusalén mencionando varias partes y objetos de bronce.

La “edad del bronce” en Europa se extiende entre 2.500 y 600 a.C. Este período está marcado por una utilización muy extendida del bronce. Los lingotes de bronce servían de monedas de cambio en el mundo mediterráneo.

La gestión de los recursos en estaño, mucho más raros que los del cobre, se volvió un reto mayor. El estaño era indispensable para la fabricación de numerosos productos, tales como las armas, las herramientas y los utensilios de cocina. Los marineros-negociadores y mercaderes han buscado pues durante mucho tiempo islas o tierras míticas llamadas Casitérides, es decir “islas del estaño”. Esta búsqueda estaba motivada por la importancia estratégica de este metal en la industria y el comercio de la época.

En el siglo XIII, el Mediterráneo oriental era una influyente zona de comercio marítimo. Los navíos transportaban cantidades considerables de mercancías, especialmente lingotes de bronce. Podían transportar hasta doscientos lingotes de bronce destinados a ser utilizados en la producción de objetos tales como armas, herramientas y monedas.

Antigüedad y Edad Media

En la Antigüedad, los griegos llamaban al cobre “chalkos” (χαλκός); los romanos lo llamaban “aes Cyprium” debido a su principal fuente de aprovisionamiento en Chipre. Con el tiempo, este término fue simplificado en cuprum, que dio origen al nombre inglés “copper”.

Este metal participa en la producción de diversas aleaciones tales como el bronce, lo que hacía de él un recurso precioso para las civilizaciones antiguas tales como los griegos, los romanos y otros. Debido a su brillo brillante, a su uso antiguo para la producción de espejos y a su asociación con la isla de Chipre, era a menudo asociado a la diosa Afrodita (Venus).

En las prácticas antiguas de la alquimia y de la astrología, los siete cuerpos celestes estaban asociados a siete metales bien conocidos, el cobre estaba relacionado con Venus. Según los escritos de Plinio el Viejo, la invención de la fundición y del tratamiento del cobre en la Antigüedad era atribuida a un frigio de nombre Delas.

Época moderna

La mina de cobre de Falun en Suecia ha sido explotada durante un milenio; ha producido aproximadamente dos tercios de las necesidades europeas en el siglo XVII. El metal ha sido utilizado en el arte, la moneda, la protección de los navíos y la fundición de campanas. En efecto, los científicos han descubierto el impacto del tipo y de la cantidad de metal de aleación sobre la sonoridad de las campanas.

Además, la técnica de la fusión flash ha sido desarrollada en Finlandia en 1949 y proporciona ahora el 50% de la producción mundial de cobre bruto.

En Francia, ciertas comunidades rurales en el Tarn se han especializado en el trabajo de los metales, produciendo utensilios de cobre y calderos para las ferias de otoño y de primavera.

La familia Fugger construyó su monopolio sobre el cobre en los años 1500, cuando los cañones eran principalmente colados en bronce. Esta familia estableció las prácticas modernas de las finanzas y de la banca

Época contemporánea

En el siglo XIX, el cobre era un mineral muy apreciado en Europa e importado en gran cantidad de los Urales rusos, de Chile y de Perú. En Francia, los minerales eran tratados a proximidad de los puertos de llegada, por fusión con carbón en hornos de cuba, produciendo un cobre impuro y dióxido de carbono. Los minerales cupríferos sulfurados, tales como la calcosina, necesitan un tratamiento largo y complejo para extraer el cobre, implicando una oxidación parcial del mineral y una fusión a alta temperatura.

Los conflictos ligados a las minas de cobre han sido numerosos, como lo atestiguan la huelga de Cananea de 1906 en México y la huelga de los mineros de Arizona en 1938.

El industrial Eugène Secrétan ha jugado un rol decisivo en la evolución de las técnicas industriales del cobre.

En Francia, las fábricas de cobre y de aleaciones eran llamadas “cuivreries”, tales como la cuivrerie de Cerdon en el Ain.

El cobre también ha sido utilizado en la industria alimentaria, especialmente para los calderos-calderas de cobre utilizados por los maestros queseros para producir el gruyere.

Finalmente, el cobre ha sido utilizado para la fabricación de monedas, tales como el sou de 1900 en Francia y el cent americano, así como la moneda de uno o dos pfennigs en 1990.

En el siglo XXI

En el siglo XXI, el cobre es un material esencial en diversas industrias, especialmente para la fabricación de superconductores, de cables eléctricos, de circuitos electrónicos y de tuberías de fontanería.

Simbólica alquímica

En alquimia, el cobre está tradicionalmente asociado al planeta Venus. Simboliza el amor, la juventud y la feminidad. El símbolo ♀ ha sido así utilizado para representar el cobre también asociado a la diosa Venus.

Además, los espejos antiguos, confeccionados a partir de cobre, han sido durante mucho tiempo asociados al narcisismo. Esta simbólica del cobre ha sido explotada en un florilegio de prácticas alquímicas para encarnar conceptos tales como la belleza, la pasión y la creatividad.

Calendario

El 24º día del mes de nivoso en el calendario republicano era conocido bajo el nombre de Cobre. Esta denominación formaba parte de las numerosas modificaciones aportadas a los nombres de los meses y de los días durante el período revolucionario en Francia a fin de reflejar los valores republicanos.