propiedades y caracteristicas del cobre
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PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DEL COBRE
PROPIEDADES FISICAS DEL COBRE
El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso
industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después
del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo.
Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el
elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica.
La conductividad eléctrica del cobre puro fue
adoptada por la Comisión Electrotécnica
Internacional en 1913 como la referencia estándar
para esta magnitud, estableciendo el International
Annealed Copper Standard (Estándar Internacional
del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición,
la conductividad del cobre recocido medida a
20 °C es igual a 5,80 × 107 S/m.43 A este valor de
conductividad se le asigna un índice 100 % IACS y la
conductividad del resto de los materiales se expresa
en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales
tienen valores de conductividad inferiores a 100 %
IACS pero existen excepciones como la plata o los
cobres especiales de muy alta conductividad
designados C-103 y C-110.
Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio
accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para
mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a
lacorrosión y oxidación
Respecto a magnetismo, también el cobre presenta una
propiedad que lo hace ser apreciado en la industria; es
amagnético, es decir, no tiene magnetismo y, por lo tanto, no
es atraído por polos. Por ser amagnético, el cobre se utiliza
mucho en relojería, construcción eléctrica y electrónica,
armamentos, dragados de minas, etc.
Propiedades químicas
El cobre, químicamente, es resistente a los agentes
atmosféricos, y no se corroe fácilmente, a temperaturas
normales.
Información atómica
• Nombre: cobre
• Símbolo: Cu
• Número atómico: 29
• Grupo del sistema periódico: grupo 11
Tabla 1. Tabla periódica de los elementos
• Valencias: 1+, 2+
• Estados de oxidación: +1, +2
• Electronegatividad: 1,9
• Radio atómico: 1,28 Å
• Radio covalente: 1,38 Å
• Radio iónico: 0,69 Å
• Estructura cristalina: cúbica centrada en las caras
(CCC)
• Configuración electrónica: 1s22s22p63s23p63d104s1, o
bien, [Ar]3d104s1
• · Primer potencial de ionización: 7,77 eV
• · Masa atómica: 63,54 g/mol
• · Dureza Mohs: 3,0
Otras propiedades (densidad, punto de fusión...)
• Densidad a 20 ºC: 8,96 g/cm3 (0,31 lb/in3 a 68 ºF)
• Punto de fusión: 1083 ºC (1981 ºF, 1356 K)
• Punto de ebullición: 2595 ºC (4703 ºF, 2868 K)
• Calor específico: 0,385 J/g·K (0,092 cal/ g ºC)
• Calor latente de fusión: 214·103 J/kg
• Calor latente de ebullición: 5410·103 J/kg
• Conductividad eléctrica a 20 ºC: 58,108·106 S/m
(siemens por metro)
• Resistencia eléctrica: 0,017 Ohmio/mm2
• Conductividad térmica: 400 W/m·K
• Coeficiente de dilatación lineal: 1,7·10-5 ºC-1, de 20 ºC a
100 ºC
Propiedades biológicas
En las plantas, el cobre posee un importante papel en el proceso
de la fotosíntesis y forma parte de la composición de
laplastocianina. Alrededor del 70 % del cobre de una planta está
presente en la clorofila, principalmente en los cloroplastos. Los
primeros síntomas en las plantas por deficiencia de cobre
aparecen en forma de hojas estrechas y retorcidas, además de
puntas blanquecinas. Las panículas y las vainas pueden
aparecer vacías por una deficiencia severa de cobre,
ocasionando graves pérdidas económicas en la actividad
agrícola.
El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al
mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema
inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida
humana. El cobre se encuentra en algunas enzimas como
lacitocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa.
El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se
produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad
hepática conocida como enfermedad de Wilson, el
origen de esta enfermedad es hereditario, y aparte
del trastorno hepático que ocasiona también daña al
sistema nervioso. Se trata de una enfermedad poco
común.
Puede producirse deficiencia de cobre en niños con
una dieta pobre en calcio, especialmente si
presentan diarreas o desnutrición. También hay
enfermedades que disminuyen la absorción de cobre,
como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al
llevar dietas restrictivas.
El cobre se encuentra en una gran cantidad de
alimentos habituales de la dieta tales como ostras,
mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros,
además del agua potable y por lo tanto es muy raro
que se produzca una deficiencia de cobre en el
organismo.
Debido a que el cobre ayuda a formar la hemoglobina
de la sangre, el organismo humano necesita
absorber diariamente 1,6 a 2,0 mgr.,
aproximadamente, de cobre. En el caso de mujeres
embarazadas, esta dosis debe subir a una cantidad
aproximada de 3 a 4 mgr. diarios.
ADVERTENCIA de que el cobre es recomendable en
estas pequeñas dosis, pero no en grandes dosis. Como
en el caso de casi todos los metales, el cobre en dosis
mayores no es bueno para la salud.
EFECTO BACTERICIDA DEL COBRE Consideraremos la
palabra “ homicida”.=asesino, destructor del hombre (homo =
hombre / cida = destructor). BACTERICIDA significa, por lo
consiguiente, destructor de bacterias (bacteri/ cida) Cuando
vamos a un lugar público (Colegio, Banco, oficinas diversas,
hospitales, etc.) tocamos manillas, barandas y otros elementos
que cientos de personas tocan todos los días. Cada uno de
nosotros carga bacterias y microorganismos que vamos dejando
por ahí y nos exponemos, a su vez, a recogerlos de los demás.
Según el estado de las defensas de nuestro organismo, estas
bacterias nos pueden causar diversas infecciones que pueden ser
a veces muy serias. Pero en los elementos de cobre, la vida de
las bacterias no sigue, porque este las mata. Así por ejemplo, una
baranda de cobre en la escalera de un sitio público muy
concurrido, se mantendrá limpia de bacterias y los seres humanos
correremos mucho menos riesgo de enfermedad.
La propiedad bactericida del cobre hace que este metal
se use muy exitosamente en actividades tales como las
siguientes:
Canalizaciones para la distribución de agua.
Fabricación de la cerveza.
Destilación de alcoholes.
Son muchas las consideraciones que pueden hacerse
con relación a este tema. Las cañerías de cobre son
cada vez más apreciadas por esta propiedad biológica
del cobre que favorece la salud humana. El cobre de la
cañería destruye microorganismos y bacterias y esto
permite una mayor pureza para el líquido que corre por
esa cañería. Por este motivo, son preferibles desde el
punto de vista de salud humana.
EFECTO ANTIFIJADOR DE ALGAS Y DE ORGANISMOS
MARINOS Los patrones de embarcaciones, sean de botes o de
grandes barcos, mantienen una lucha permanente en contra de
las algas y de los organismos marinos que se adhieren al casco
de la embarcación. Esto produce diversos daños que deben
tratarse de evitar.
El cobre está ganando cada vez más aceptación en las
aplicaciones marinas porque permite luchar con muy buenos
resultados contra el problema de las adherencias de algas y
otros organismos.
Todas las buenas propiedades biológicas mostradas expresan
claras y definitivas ventajas del cobre. Pero hay todavía un
elemento más que representa el argumento de mayor fuerza y
se relaciona con trabajo de metales y enfermedad profesional.
La mejor prueba de las bondades biológicas del cobre es que
prácticamente no existen enfermedades profesionales atribuibles
al trabajo con el cobre.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una
buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El
cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite
producir láminas e hilos muy delgados y finos.
Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de
Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a
la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.
Admite procesos de fabricación de deformación
como laminación o forja, y procesos desoldadura y sus
aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos
térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades
mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en
aplicaciones criogénicas.
Resistencia mecánica
En la siguiente tabla se recogen las propiedades mecánicas
de resistencia del cobre, según los distintos estados de
tratamiento a que sea sometido:
Características Mecánicas del Cobre
Estado
Resistencia a la
tracción,
kg/mm2
Límite elástico,
kg/mm2
Alargamiento en
la rotura, %
Fundido 15 – 22 - 25 - 15
Recocido 21 – 24 9 46 - 47
Templado 37 - 41 36 5 - 6
Tabla 2. Características Mecánicas del Cobre
Como es sabido, el límite elástico, también denominado
límite de elasticidad o límite de fluencia, es la tensión máxima a
la que puede ser sometida un material sin sufrir deformaciones
permanentes, es decir, que al cesar la carga la pieza recupera
su dimensión inicial.
Pero si a la pieza se le aplican unos niveles de cargas
superiores que superan el límite elástico, entonces el material
sufre deformaciones permanentes y ya no recupera su forma
original cuando cesan estas cargas. Es entonces cuando el
material entra en el régimen plástico hasta alcanzar el punto de
rotura o resistencia a la tracción.
Módulo de elasticidad longitudinal o Módulo de Young
El módulo de elasticidad longitudinal o módulo de
Young ( E ) relaciona la tensión aplicada a una pieza según
una dirección con la deformación originada en esa misma
dirección, y siempre considerando un comportamiento elástico
en la pieza.
Para el material de cobre, el módulo de elasticidad
longitudinal, E , tiene el siguiente valor:
E= 110.000 MPa (110.000 N/mm2) (1.100.000 kg/cm2)
Módulo de elasticidad transversal
El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o
también llamado módulo de cizalla ( G ), para la mayoría de los
materiales, y en concreto para los materiales isótropos, guarda
una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal ( E ) y
el coeficiente de Poisson ( ν ), según la siguiente expresión:
G =
E
—————
2 x ( 1 + ν )
En la siguiente tabla se indica los valores para el Módulo de
elasticidad transversal, G , para distintos materiales, además
de para el cobre:
Material G (MPa)
Acero 81.000
Aluminio 26.300
Bronce 41.000
Cobre 42.500
Fundición Gris (4.5 %C) 41.000
Hierro Colado < 65.000
Hierro Forjado 73.000
Latón 39.200
Tabla 3. Módulos de elasticidad transversal, G
Coeficiente de Poisson
El coeficiente de Poisson ( ν ) corresponde a la razón entre
la elongación longitudinal y la deformación transversal en el
ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson
puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad
longitudinal y transversal, según la expresión siguiente:
ν =
E
-————— 1
2 x G
Para el material de cobre, toma el siguiente valor:
ν= 0,34
Como en el caso anterior, las expresiones arriba indicadas
del coeficiente de Poisson, ν, son valores constantes siempre
dentro del rango de comportamiento elástico del material.
Dureza Brinell
La dureza es una propiedad que mide la capacidad de
resistencia que ofrecen los materiales a procesos de abrasión,
desgaste, penetración o de rallado. Existen varios métodos
para calibrar la dureza de un material, siendo el método Brinell
y el método Rockwell los más comunes.
El método Brinell (ASTM E10) es un tipo de ensayo utilizado
para calcular la dureza de los materiales. Consiste en una
esfera de 10 mm de diámetro, usualmente de un acero
endurecido, que se presiona contra la superficie del material
objeto de estudio bajo una carga estática de 3.000 kg. El
tamaño de la huella nos proporcionará una medida de la
dureza, denominada dureza Brinell, bajo estas condiciones del
ensayo.
En la siguiente tabla se dan los valores típicos de dureza
Brinell del cobre y de otros materiales:
Material Dureza Brinell
Cobre 35 HB
Aluminio 15 HB
Acero (blando) 120 HB
Acero de herramientas 500 HB
Acero inoxidable 250 HB
Tabla 4. Dureza Brinell de los materiales
PROPIEDADES ESTETICAS DEL COBRE
En arquitectura y decoración, el cobre es muy apreciado porque
une belleza (propiedad estética) y resistencia a los agentes
atmosféricos y a la corrosión.
El color natural del cobre es rosado salmón, pero aparece a
menudo rojizo debido a su oxidación superficial. La oxidación
que sufre el cobre en contacto con el aire, es superficial y lo
protege de toda oxidación posterior. Con los años, la capa
superficial oxidada (pátina) se toma verde claro. Muchos buenos
arquitectos y usuarios del cobre aprecian este color verde como
muy estético, que le da una belleza singular a la obra.
En países industrializados, muchos proyectos de arquitectura
consideran techumbres, revestimientos y aplicaciones
ornamentales.
Por ahora, su utilización se ha concentrado en edificios públicos
o viviendas de nivel alto, pero paulatinamente se están
desarrollando formas de aplicación al alcance de otros estratos
socioeconómicos.
Se espera que en un futuro no muy lejano habrá posibilidades
muy concretas de usar cobre en proyectos de nivel medio y en
instalaciones sanitarias en la Ilamada vivienda social.
En Europa, los países escandinavos destacan por el mucho uso
de techumbres de cobre.
En el aeropuerto Fiumicino, de Roma, se ha hecho una
estupenda aplicación ornamental.
En Osaka, Tokyo y otras ciudades japonesas, el cobre se utiliza
ampliamente y muestra todo su esplendor,
especialmente en techumbres.