Divirta-se com
o Clube da Química
Cobre
www.clubedaquimica.com
Divirta-se com o Clube da Química propõe uma maneira divertida
de ensinar a química usando as palavras cruzadas e jogos como o Soduku,
caça palavras, dominox, etc.
Prof. Dr. Genilson Pereira Santana
contato:[email protected]
Produzido por
Genilson Pereira Santana
Doutor em Físico-Química pela Ufmg
Professor da Universidade Federal do Amazonas
Genikele Pereira Santana
Graduanda em Engenharia Civil pela Unileste
A era do cobre: um marco na
história da humanidade
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O cobre é o primeiro metal obtido e trabalhado
pelo
homem.
Inicialmente,
ele
foi
originalmente obtido como um mineral nativo
e, em seguida, fundido a partir de minérios. O
processo inicial de fundição ocorreu por volta de
9000 a.C. no Oriente Médio. A importância
desse processo foi tão grande que na história
da humanidade ficou conhecida com a Era do
Cobre e Bronze. Ao que parece a tecnologia de
obtenção do cobre se difundiu para vários
grupos humanos. Na Anatolia, por exemplo,
descobriram-se diversos de cobre com idade
estimada de 6000 a.C. Existem registro de que
em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação
do cobre a partir de óxidos como malaquita e
azurita.
Descobriram-se
moedas,
armas,
utensílios domésticos sumérios de cobre e bronze de 3000 a.C., assim como egípcios da mesma época,
inclusive tubos de cobre. Os egípcios também descobriram que a adição de pequenas quantidades de
estanho facilitava a fusão do metal e aperfeiçoaram os métodos de obtenção do bronze. Segundo eles,
ao observarem a durabilidade do material, o cobre representava o Ankh, símbolo da vida eterna. Na
antiga China, o uso do cobre era conhecido desde 2000 anos antes da nossa era, e em 1200 a.C. Os
chineses já fabricavam bronzes de excelente qualidade, demonstrando que eles tinham maior domínio
da metalurgia que o Ocidente. Na Europa o homem de gelo encontrado no Tirol (Itália) em 1991 com
idade de 5300 anos, estava acompanhado de um machado de cobre com pureza de 99,7%. Os elevados
teores de arsênico, encontrados em seu cabelo, sugerem que o metal foi fundido para fabricar o
machado.
1
Dominox do cobre
ANTIGO
CALCOPIRITA
CALOR
CHIPRE
COBRE
CONDUTOR
CUPRUM
DUCTIL
ELEMENTO
ELETRICIDADE
FUSAO
LATAO
MALEAVEL
NOBRE
OPACO
OURO
OXIDO
PRATA
PUREZA
SOLIDO
SULFATO
TRANSIÇAO
VERDE
VERMELHA
Ç
2
Cobre: um metal que conduziu o
homem ao progresso
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cobre
como
condutor
de
eletricidade começou sua história
com o barão Von Schilling. Para
realizar detonações de minas no rio
Sena, o barão desenvolveu fios de
cobre
isolados
borracha
com
um
indiana
tipo
seca
de
e
envernizada. O uso dos condutores
na
transmissão
de
energia
se
o
processo
de
popularizou
com
iluminação
pública
iniciado
por
Thomas Alva Edison, inventor da
lâmpada. Em 1882, Edison utilizou dois fios de cobre separados por papel dentro de um
tubo de ferro cheio de betume para conduzir eletricidade. Assim, foi formado o
primeiro sistema de iluminação pública usando lâmpadas incandescentes no mundo.
A partir de então o cobre passou a ser utilizados rotineiramente para a condução da
eletricidade. Além de ter milenarmente a tecnologia de obtenção, a principal razão da
utilização do cobre em sistemas elétricos pelo homem é sua excelente condutividade
elétrica. O cobre apresenta também resistência elétrica mais baixa entre todos os
metais não-preciosos. Poderíamos pensar em materiais mais eficientes na condução
da corrente elétrica, como ouro e prata. A questão é que esses materiais são muito
caros em fiações elétricas tão extensas como as existentes no mundo atual.
3
Ocorrência do cobre na
natureza
Ç
O cobre está bastante distribuído por
toda a Terra, sendo particularmente
comum encontrá-lo combinado com
ferro, carbono e oxigênio. O mais
importante depósito de cobre nativo
conhecido
no mundo encontra-se na
Ç
península de Keweenaw, ao norte do
Estado de Michigan (EUA). O cobre
ocorre na península em filões
cortando uma série de derrames
magmáticos, em degraus, intercalados com conglomerados. O cobre
nativo pode ser encontrado também em Nova Jersey e Arizona, na
Bolívia (Corocora), e na parte setentrional do México. No Brasil, o
cobre nativo é encontrado, esporadicamente, em rochas basálticas.
Dentre os diversos minerais de cobre, somente calcocita, que possui
79,8% de cobre, e a calcopirita com 34,5%. Para obter o cobre a partir
da calcopirita utiliza-se trituração e concentração do minério por
flotação e a ustulação do minério. Na segunda etapa é basicamente a
queima de um minério qualquer que contenha enxofre: 2CuFeS2 + 5O2
⇒ 2Cu + 2FeO + 4SO2. O cobre obtido por esse processo apresenta
pureza de 97 a 99%. Para aumentar a pureza utiliza-se a eletrólise, o
que chega a 99,99%.
4
As doenças do cobre no
organismo
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Existe um mistério sobre o verdadeiro papel
do cobre para os organismos humanos,
todavia
acredita-se
que
ele
pode
desempenhar uma função importante no
metabolismo do ferro. A certeza é que a
carência de cobre no organismo sugere a
existência da doença genética de Menkes. A
síndrome geralmente começa durante a
infância, sendo caracterizada por cabelo
frágil, áspero e escasso, problemas de
desenvolvimento, deterioração do sistema
nervoso, fraqueza muscular e atraso mental.
Essa doença foi descrita primeiramente pelo
neuropediatra John Hans Menkes. Por outro
lado, existem pessoas que tende a acumular nos tecidos o cobre. Geralmente, ele se
acumula no fígado causando uma doença conhecida como Doença de Wilson. O nome
dessa doença foi dado em homenagem a Samuel Alexander Kinner Wilson, um
neurologista britânico que descreveu durante seu mestrado uma doença que
apresentava Degeneração lenticular progressiva. O portador dessa doença apresenta
sintomas neuropsiquiáticos e problemas hepáticos. Agora intoxicações agudas por
cobre causa dermatite e alto de risco teratogênico. A intoxicação por cobre pode
acontecer com o uso de DIU (contendo cobre), ingestão de soluções e alimentos
contaminados e exposição a fungicidas que contenham o metal. Caracteriza-se por
náuseas, vômitos, queimação epigástrica e diarréia. Os efeitos tóxicos sistêmicos
incluem: hemólise, necrose hepática, hemorragia intestinal, oligúria, azotemia,
hemoglobinúia, hematúria, proteinúria, hipotensão, taquicardia, convulsões, coma e
morte
5
O uso do cobre no futuro
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No Brasil a população enfrenta
diversos problemas com telefonia
celular. O principal problema é o
gargalo tecnológico para aumentar a
velocidade da internet nos grandes
centros urbanos. A explicações para
esse gargalo são as limitações dos fios
de cobre e do alto preço das linhas de
fibra óptica. Uma empresa
F
holandesa chamada Bell Labs
conseguiu uma verdadeira façanha
que permite uma boa sobrevida para as redes de fios de cobre antigas. Ela
conseguiu criar conexões com a internet usando fios de cobre de até 10
Gbps com uma tecnologia batizada com o nome XG-Fast. Isso significa
conexões de 10 mil Mbps. No entanto, para permanecer com velocidade de
10 Gbps, os pares de fios de cobre devem ter no máximo 30 metros entre
o ponto de conversão da rede de fibra óptica e o roteador do usuário. O
benefício do uso do cobre é precisamente a possibilidade de passar a usar
cabos de cobre, muito mais baratos nas ligações de alta velocidade. Dessa
forma, as operadoras poderão fornecer velocidades de ligação de internet
indistinguível dos serviços de fibra óptica até casa do usuário. Esse fato é
um grande benefício empresarial para locais onde não é física, econômica
ou esteticamente viável colocar cabos novos de fibra óptica dentro das
residências
6
Cobre: construindo as trilhas
dos circuitos impressos
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A maioria dos fios utilizados em
eletrônica é feita de cobre.
Circuitos impressos utilizam
trilhas de cobre agindo como
circuitos condutores. Além de
ser um bom condutor, o cobre
é fácil de soldar, tornando-o
amplamente
mundo
da
utilizado
no
eletrônica.
A
história do cobre em circuitos
eletrônicos começou com a
invenção do circuito impresso.
O
engenheiro
austríaco
chamado Paul Eisler em 1936,
enquanto
t ra b a l h a va
Inglaterra,
depositou
na
uma
patente de um método para
corroer uma camada de cobre
depositada
sobre
uma
superfície isolante. Antes do
processo da solda por emersão, os componentes eram soldados um a um nas pontes. O
processo de deposição do cobre sobre as placas isolantes inicia-se pela aplicação de
uma tinta à base de grafite. Em seguida as placas são ligadas ao polo negativo de uma
fonte de corrente contínua e mergulhadas em uma solução saturada com sais de cobre,
sendo tal solução ligada ao polo negativo da fonte. Ocorre então um processo
eletroquímico chamado galvanoplastia, obtendo-se a deposição de uma fina camada
de cobre metálico sobre a placa. Ao se obter a espessura de cobre desejada, a placa é
retirada do processo de galvanoplastia e passada por uma calandra metálica aquecida,
que fixa a camada de cobre à placa e deixa-a com uma superfície lisa e uniforme.
Geralmente as placas de circuito impresso usadas em eletrônica são chamadas de “cobre
a uma onça”.
7
Dominox chumbo
E
ADITIVO
ARTE
CASCO
CATALISADOR
CERAMICA
CIRCUITO
CORANTE
CUPROSO
ELETRONICA
FIO
FLUORETO
FUNGICIDA
INSECTICIDA
LIGAS
PANELA
PROTETOR
SULFATO
TEXTIL
VIDRO
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8
Reciclagem do cobre: um metal
reciclado há mais de 10 mil
anos
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cobre
é
extremamente
um
metal
utilizado
pelo
homem, perdendo apenas para o
ferro e o alumínio. Por causa da
facilidade
e
efetividade
recuperação,
além
de
na
ser
manipulado pelo homem desde o
início da evolução humana, o
cobre é um dos materiais mais
reciclados
da
humanidade.
Estima-se que o processo de
reutilização do cobre nos últimos
10 mil anos seja de cerca de 80%.
Outro fator que impulsiona a
reciclagem do cobre é o seu alto
valor de mercado. Um dos fatores
que fazem com que o cobre tenha
um
alto
va l o r
quantidade
é
a
baixa
existente
na
natureza. Outro fator que torna a
reciclagem
do
cobre
muito
importante são as propriedades
que ele apresenta e que são muito úteis para a sociedade. Atualmente, 85% do cobre utilizado é
reciclado, tendo como principais fontes os resíduos de construção civil, aparelhos elétricos, cabos
elétricos, motores, computadores, instalações de encanamentos, gás, calefação ou cabos
elétricos, válvula, eletrodomésticos, etc. Ressalta-se que não existe diferença de qualidade do
material reciclado para o metal extraído diretamente do minério. Uma das vantagens que ajudam
na reciclagem do cobre está no fato de que este metal é muito utilizado na sua forma pura. Muito
embora, ele também tem grande utilidade na forma de ligas metálicas, como por exemplo, o latão
(Cu/Zn) e o bronze (Cu/Sn). Consequentemente, os setores de eletro-eletrônica, construção civil e
da mecânica são os mais geram resíduos e sucatas de cobre e suas ligas.
9
O Bronze: a liga mais antiga
de cobre
A
D
V
B
Bronze (do persa biring cobre) é
o nome dado a uma série de ligas
metálicas feitas a base do cobre
e estanho. Nessas ligas fazem
parte
diferentes
proporções
variáveis de outros elementos
P
como
zinco,
antimônio,
alumínio,
níquel,
fósforo,
chumbo entre outros. Essa é uma
das ligas metálicas mais antigas
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da humanidade. Sua fabricação
S
iniciou-se a mais de 3000 anos,
cuja importância dá o nome de
Idade do Bronze. A existência do bronze se deve a indisponibilidade
de cobre na época. Os ferreiros começaram então misturar o estanho
com o cobre na tentativa de aumentar o volume de material. E ai
acidentalmente a mistura deu certo. A partir daí perceberam que o
material formado tinha como característica o aumento da resistência
mecânica e a dureza do cobre sem alterar a sua ductibilidade. De
bronze foram as primeiras armas e ferramentas metálicas,
também utilizado para a produção de estátuas. Material que,
polido, chega ao amarelo ouro, é o mais usado no campo da
escultura. Sua grande popularidade se deve à sua enorme resistência
estrutural, à não corrosão atmosférica, à facilidade de fundição e uma
capacidade de acabamento que permite excelente polimento ou o uso
de diversas cores tipos.
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Sulfato de cobre: O que está
por trás do azul de nossas
piscinas
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O sulfato de cobre (II) é um
sólido
azul,
conhecido
como
vitríolo azul. Quando misturado
com
cal
é
chamado
calda
bordalesa, que é usada para
controlar o fungo em uvas,
melões, e outros frutos. Uma
outra
aplicação
composto,
uma
é
Cheshunt
mistura
de
sulfato de cobre e carbonato de
amónio utilizado na horticultura
para
evitar
tombamento
em
mudas. Ele é usado para o
controle de plantas aquáticas
invasoras e as raízes de tubos
perto de plantas que contêm
água. Nas piscinas, o sulfato de
cobre é utilizado como algicida
no controle do crescimento de
algas e em aquários para tratar
infecções parasitárias e remoção
de caracóis. Além disso, ele inibe
o crescimento de bactérias tais
como
Escherichia
coli,
é
eletrólito nas pilhas, preserva a
madeira, usado na composição de pigmentos em tintas e em composições pirotécnicas.
Historicamente, um antigo texto médico egípcio, conhecido como o Papiro Smith (cerca de 2.400 aC),
menciona usando sulfato de cobre como agente de esterilização de água e feridas potável. Outro texto
antigo, conhecido como o papiro Ebers (cerca de 1500 aC) menciona o seu uso para dores de cabeça,
"tremor dos membros," queimaduras e coceira. Hipócrates (cerca 400 aC), conhecido como o pai da
medicina moderna menciona o uso do sulfato de cobre como um tratamento para úlceras de perna
associados de varizes. Os gregos também aspergido um pó de óxido de cobre e sulfato de cobre em
feridas abertas e feridas tratadas com uma mistura de óxido de cobre e mel vermelho.
11
As esculturas e o bronze
B
Escultura é uma arte que
representa ou ilustra imagens
plásticas em relevo total ou
parcial. Existem várias técnicas
de trabalhar os materiais, com
cinzelação, fundição,
moldage ou aglomeração de
partículas para a criação de um
objeto. Nesse contexto, o
bronze (liga Cu/Sn) tem
desempenhado papel
fundamental nas obras de
artes desde os primórdios da
civilização humana. Em todas
as partes do mundo é possível
encontrar obras de muitos
artistas renomados ou não quer
foram feitas em bronze. A
resistência do bronze à
corrosão permitiu que muitas
obras confeccionadas na antiguidade continuassem com as mesmas formas
imprimidas pelos seus idealizadores. No mundo existem budas esculpidos em
bronze, como kamukura no Japão. Na Grécia antiga o bronze foi largamente
empregado, sendo convertido em material predileto dos escultores, como as
esculturas de Policleto. Tem-se também a estátua da liberdade em Nova York,
um presente dos franceses aos americanos em comemoração ao centenário da
Declaração dos Estados Unidos. A obra foi projetada e construída pelo escultor
alsaciano Frédéric Auguste Bartholdi. O Pensador de Auguste Rodin, que
retrata um homem em meditação soberba e lutando com uma poderosa força
interna, também foi construída com bronze. Enfim, em todos os cantos do
mundo é possível encontrar bustos humanos e estátuas das mais variadas
formas feitas de bronze.
12
Cobreação
A eletrólise é uma reação de oxirredução não espontânea, normalmente usada para proteger
materiais facilmente oxidáveis. O nome desse processo é eletrodeposição, que pode ser realizada
de duas maneiras: Eletrólise de purificação e Galvanoplastia. Nessa experiência será realizada a
cobreação de uma chave. Esse experimento pode ser feito também com moedas ou outros
materiais feitos de ferro.
Materiais e reagentes:
A Figura abaixo mostra os materiais e reagentes necessários que são:
SBateria conectada a dois fios de cobre (o fio também
pode ser conectado a uma placa de cobre;
SSolução aquosa de sulfato de cobre;
SFrasco transparente (pode ser um copo ou um béquer);
SUma chave.
Procedimento
experimental:
1. Coloque no frasco transparente a solução de sulfato de
cobre;
2. Prenda a chave a um dos fios que saem da bateria;
3. Mergulhe-a na solução;
4. Coloque a ponta do outro fio na solução. Se você tiver um
fio conectado na placa, mergulhe essa placa na solução e
espere cobrea.
13
Monumentos famosos feitos
de bronze
Leões de Guarda da Cidade
imperial China - Cidade Proibida
O Pensador (francês: Le
Penseur) é uma das mais
famosas esculturas de bronze do
escultor francês Auguste Rodin.
Retrata um homem em
meditação soberba, lutando com
uma poderosa força interna.
Dois Guerreiros, mais conhecida
como Os Candangos, homenageia
trabalhadores que construíram
Brasília
Estátua da liberdade monumento presenteado pela
frança como gesto de amizade.
Ele comemora o centenário da
assinatura da Declaração da
Independência dos Estados
Unidos
O grande buda de Kamakura é
uma estátua monumental de
Amida Buda, que é um dos mais
famosos ícones do Japão
14
Jogo dos 7 erros
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Respostas
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