Fapte despre cupru

Cupru lucios, roșiatic a fost primul metal manipulat de oameni și rămâne un metal important în industria de astăzi. 

Cel mai vechi obiect metalic găsit în Orientul Mijlociu este format din cupru; a fost o minusculă minune care datează până la 5100 î.Hr. Și banul american a fost inițial format din cupru pur (deși în zilele noastre este 97,5 la sută zinc cu o piele subțire de cupru).

Cuprul ocupă locul al treilea cel mai consumat metal industrial din lume, după fier și aluminiu, conform Sondajului Geologic al SUA (USGS). Aproximativ trei sferturi din cuprul respectiv este fabricat fire electrice, cabluri de telecomunicații și electronice. 

În afară de aur, cupru este singurul metal de pe masa periodică a cărui colorare nu este în mod natural argintiu sau gri.

Descrierea chimică

• Numărul atomic (numărul protonilor din nucleu): 29
• Simbol atomic (pe tabelul periodic al elementelor): Cu
• Greutatea atomică (masa medie a atomului): 63,55
• Densitate: 8,92 grame pe centimetru cub
• Faza la temperatura camerei: solidă
• Punct de topire: 1.984,32 grade Fahrenheit (1.084,62 grade Celsius)
• Punctul de fierbere: 2.301 grade F (2.927 grade C)
• Numărul de izotopi (atomi ai aceluiași element cu un număr diferit de neutroni): 35; 2 stabil
• Cele mai comune izotopi: Cu-63 (69,15 la sută abundență naturală) și Cu-65 (30,85 la sută abundență naturală)

Istoric și caracteristici

Majoritatea cuprului apare în minereuri și trebuie topită sau extrasă din minereul său, pentru puritate înainte de a putea fi utilizată. Dar reacțiile chimice naturale pot elibera uneori cupru autohton, potrivit site-ului de date despre chimie, Chemicool.

Oamenii au făcut lucruri din cupru de cel puțin 8.000 de ani și și-au dat seama cum să miros metalul cu aproximativ 4500 î.C. Următorul salt tehnologic a fost crearea aliajelor de cupru prin adăugarea stanului la cupru, ceea ce a creat un metal mai greu decât părțile sale individuale: bronzul. Dezvoltarea tehnologică a început în epoca bronzului, o perioadă cuprinzând aproximativ 3300 până la 1200 B.C și este distinsă prin utilizarea instrumentelor și armelor din bronz, conform Istoriei.

Artefacte de cupru sunt presărate în întregul registru istoric. Arheologii au descoperit un instrument minunat, sau un instrument îndreptat, datând din anul 5100 î.Hr., care a fost înmormântat cu o femeie de vârstă mijlocie într-un sat antic din Israel. Awl reprezintă cel mai vechi obiect metalic găsit vreodată în Orientul Mijlociu. Cuprul provenea probabil din regiunea Caucaz, situată în regiunea muntoasă care acoperă sud-estul Rusiei, Armeniei, Azerbaidjanului și Georgiei, la mai mult de 600 de mile (1.000 de kilometri) distanță, conform articolului din 2014 publicat în PLOS ONE. În Egiptul antic, oamenii foloseau aliaje de cupru pentru a face bijuterii, inclusiv inele de deget. Cercetătorii au găsit, de asemenea, mine de cupru masive din secolul al X-lea B.C. în Israel.

Aproximativ două treimi din cuprul de pe Pământ se găsește în rocile igiene (vulcanice), iar aproximativ o pătrime are loc în roci sedimentare, conform USGS. Metalul este ductil și maleabil și conduce bine căldura și electricitatea - motive pentru care cuprul este utilizat pe scară largă în electronică și cablare.

Cuprul devine verde din cauza unei reacții de oxidare; adică pierde electroni atunci când este expus la apă și aer. Oxidul de cupru rezultat este un verde plictisitor. Această reacție de oxidare este motivul pentru care Statuia Libertății placate cu cupru este verde, mai degrabă decât roșu-portocaliu. Conform Asociației de Dezvoltare de cupru, un strat rezistent de oxid de cupru are doar 0,005 inci (0,127 milimetri) straturi groase Lady Liberty, iar acoperirea cântărește aproximativ 80 tone (73 tone metrice). Schimbarea de la culoarea cuprului la verde a avut loc treptat și a fost completă până în 1920, la 34 de ani după ce statuia a fost dedicată și dezvăluită, potrivit New York Historical Society. 

Cine stia? 

Iată câteva fapte interesante despre cupru:

• Potrivit lui Peter van der Krogt, un istoric olandez, cuvântul „cupru” are mai multe rădăcini, multe dintre ele provin din cuvântul latin Cuprum asta a derivat din fraza Ape cipriot, ceea ce înseamnă „un metal din Cipru”, cât mai mult din cuprul folosit la vremea respectivă a fost extras în Cipru.
• Dacă toate cablurile de cupru dintr-o mașină ar fi stabilite, acesta s-ar întinde pe 1,5 km (0,9 mile), conform USGS. 
• Conductanța electrică (cât de ușor poate curge un curent prin metal) a cuprului este a doua numai în cea a argintului, potrivit laboratorului Jefferson.
• Păpușile au fost confecționate din cupru pur doar din 1783 până în 1837. Din 1837 - 1857 monede au fost realizate din bronz (95% procente de cupru, restul de 5 la sută fiind alcătuit din staniu și zinc). În 1857, cantitatea de cupru în bănuți a scăzut la 88 la sută (restul de 12 la sută era nichel) și a revenit la rețeta anterioară în 1864. În 1962, conținutul unui bănuț s-a schimbat în 95% cupru și 5% zinc. Din 1982 până astăzi, penny-urile sunt 97,5 la sută zinc și 2,5 la sută cupru. 
• Oamenii au nevoie de cupru în dietele lor. Metalul este un mineral mineral esențial, care este crucial pentru formarea globulelor roșii, conform Bibliotecii Naționale a Medicinii din S.U.A. Din fericire, cupru poate fi găsit într-o varietate de alimente, inclusiv cereale, fasole, cartofi și verzi cu frunze.
• Totuși, prea mult cupru este un lucru rău. Ingerarea unor niveluri ridicate ale metalului poate provoca dureri abdominale, vărsături și icter (o tentă gălbuie la nivelul pielii și alb al ochilor care poate indica ficatul nu funcționează corect) pe termen scurt. Expunerea pe termen lung poate duce la simptome precum anemie, convulsii și diaree care este adesea sângeroasă și poate fi albastră.
• Ocazional, nivelurile crescute de cupru se găsesc în alimentarea cu apă din cauza conductelor vechi de cupru. De exemplu, în august 2018, sistemul școlar public din Detroit a oprit toată apa potabilă din școlile publice ca măsură de precauție din cauza nivelurilor ridicate de cupru și fier găsite în apă, potrivit Seattle Times.
• Cuprul are proprietăți anti-microbiene și ucide bacteriile, virusurile și drojdiile aflate la contact, potrivit unui document din 2011 din revista Applied and Environmental Microbiology. Drept urmare, cupru poate fi chiar țesut în țesături pentru a confecționa îmbrăcăminte anti-microbiene, cum ar fi șosete care luptă cu ciuperca piciorului.
• Cuprul este, de asemenea, inclus în anumite tipuri de dispozitive intrauterine (DIU) utilizate pentru controlul nașterii, potrivit Clinicii Mayo. Cablarea de cupru creează o reacție inflamatorie toxică atât pentru spermatozoizi, cât și pentru ouă, pentru a preveni sarcina. Există, cu orice procedură medicală, un risc de reacții adverse. Deși, toxicitatea cuprului nu pare să fie una, potrivit unui articol din 2017 publicat în Medical Science Monitor.

Cercetări curente

Medicament: Proprietățile anti-microbiene ale cuprului au făcut din acesta un metal popular în domeniul medical. Mai multe spitale au experimentat acoperirea suprafețelor atinse frecvent, precum șinele de pat și butoanele de apel, cu cupru sau aliaje de cupru, în încercarea de a încetini răspândirea infecțiilor dobândite de spital. Cuprul ucide microbii prin interferarea cu încărcarea electrică a membranelor celulare ale organismelor, a declarat Cassandra Salgado, profesor de boli infecțioase și epidemiolog la spital la Universitatea Medicală din Carolina de Sud.

În 2013, o echipă de cercetători condusă de Salgado a testat suprafețele din unitățile de terapie intensivă (UCI) din trei spitale, comparand încăperile modificate cu suprafețele de cupru atașate la șase obiecte comune care sunt supuse multor mâini în camere ne modificate cu cupru. Oamenii de știință au descoperit că, în camerele tradiționale de spital (cele fără suprafețe de cupru), 12,3 la sută dintre pacienți au dezvoltat infecții rezistente la antibiotice, cum ar fi rezistente la meticilină Staphylococcus aureus (MRSA) și rezistente la vancomicină Enterococcus (VRE). Prin comparație, în camerele modificate din cupru, doar 7,1 la sută dintre pacienți au contractat una dintre aceste infecții potențial devastatoare.

„Știm că dacă puneți cupru în camera pacientului, veți reduce sarcina microbiană”, a spus Salgado. „Cred că acesta este ceva care s-a arătat din nou și din nou. Studiul nostru a fost primul care a demonstrat că ar putea exista un beneficiu clinic în acest sens”.

Cercetătorii nu au schimbat nimic altceva cu privire la condițiile UCI dincolo de cupru; medicii și asistentele încă se spălau pe mâini și curățarea a continuat ca de obicei. Cercetătorii și-au publicat descoperirile în 2013 în revista Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado și echipa sa au testat și căptușeala de cupru pe stetoscoape, conform unui articol din 2017 publicat în American Journal of Infection Control, unde cercetătorii au descoperit că pe stetoscopurile acoperite cu cupru au existat în mod semnificativ mai puține bacterii și 66% dintre stetoscopuri au fost complet gratuite. de bacterii. Cercetări ulterioare continuă să testeze ideea placării de cupru în alte secții medicale, în special în zonele în care pacienții sunt mai mobili decât în ​​UCI. De asemenea, trebuie să existe o analiză cost-beneficiu care să cântărească cheltuielile instalației de cupru în raport cu economiile obținute prin prevenirea infecțiilor costisitoare, a spus ea. 

Electronică: Cuprul joacă, de asemenea, un rol uriaș în electronică și, din cauza abundenței și a prețului scăzut, cercetătorii lucrează la integrarea metalului într-un număr tot mai mare de dispozitive de vârf.. 

De fapt, cuprul poate ajuta la producerea de hârtie electronică futuristă, biosenzori purtabili și alte elemente electronice „moi”, a spus Wenlong Cheng, profesor de inginerie chimică la Universitatea Monash din Australia. Cheng și colegii săi au folosit nanoferele de cupru pentru a crea un „monolit airgel”, un material care este extrem de poros, foarte ușor și suficient de puternic pentru a se ridica singur, similar cu un burete de bucătărie uscată. În trecut, aceste monolite airgel au fost realizate din aur sau argint, dar cuprul este o opțiune mai economică. 

Amestecând nanofirele de cupru cu cantități mici de alcool polivinilic, cercetătorii au creat monoliti airgel care s-ar putea transforma într-un fel de cauciuc tăiat, modelabil, care conduce electricitatea. Cercetătorii și-au raportat descoperirile în 2014 în revista ACS Nano. Rezultatul final ar putea fi un robot cu corp moale sau un senzor medical care se topește perfect cu pielea curbă, a spus Cheng. El și echipa sa lucrează în prezent la crearea de senzori ai tensiunii arteriale și ale temperaturii corporale din monolitele de aergel din cupru - un alt mod de cupru ar putea ajuta la monitorizarea sănătății umane.

Fizică: Într-un experiment din 2014, o bucată de cupru a devenit cel mai rece metru cub (35,3 metri cubi) de pe Pământ, când cercetătorii l-au răcit la 6 milikelvins, sau șase mii de grade peste zero absolut (0 kelvin). Aceasta este cea mai apropiată substanță din această masă și volumul a ajuns până la zero absolut.

Cercetătorii de la Institutul Național Italian de Fizică Nucleară au pus 880-lb. (400 kilograme) cub de cupru din interiorul unui recipient numit criostat care este special conceput pentru a menține obiectele extrem de reci. Acesta este primul criostat, sau dispozitiv pentru menținerea lucrurilor la temperaturi scăzute, care este capabil să păstreze substanțele atât de aproape de zero absolut.

Construirea criostatului la temperatură extremă este doar primul pas într-un nou experiment în care criostatul va acționa ca un detector de particule. Cercetătorii speră că detectorul, care este în curs de a fi pus în funcțiune conform unei actualizări a stării din 2018, va dezvălui mai multe despre particulele subatomice numite neutrino și de ce există mult mai multă materie decât antimaterie în univers..

Agricultură: Cercetătorii de la Universitatea Cornell au studiat efectele deficiențelor de cupru în culturi, în special grâu. Grâul este unul dintre cele mai importante capcane alimentare din lume, iar deficiențele de cupru pot conduce atât la un randament mai mic al culturii, cât și la o fertilitate mai mică a culturilor.

Cercetătorii au studiat modul în care plantele absorb și prelucrează cuprul. Au găsit două proteine ​​în grâu, AtCITF1 și AtSPL7, care sunt vitale pentru preluarea și livrarea cuprului în organele reproducătoare ale grâului, potrivit Departamentului Agriculturii din SUA.

Testele timpurii au arătat că atunci când cuprul și alți nutrienți sunt îmbogățiți în sol și apoi absorbiți de grâu, randamentele culturilor cresc de până la șapte ori. În timp ce cunoștințele despre cupru și alte minerale sunt cunoscute ca fiind benefice pentru sănătatea și fertilitatea culturilor, cum și de ce nu este bine înțeles. Cunoașterea motivului pentru care cuprul este benefic și modul în care funcționează în cadrul creșterii și reproducerii unei plante poate fi utilizat în continuare pe culturi precum orez, orz și ovăz și poate introduce aceste culturi cu un îngrășământ bogat în minerale, care include cuprul, în solul care a fost odată improprie pentru agricultură.

Resurse aditionale

• Societatea Americană de Cancer examinează cercetările despre cupru și susține că acesta poate avea un rol în prevenirea sau tratarea cancerului.
• Agenția pentru Protecția Mediului oferă informații despre expunerea la niveluri ridicate de cupru și efectele coroziunii cuprului în conductele menajere.
• Instalația Thomas Jefferson National Accelerator (Jefferson Lab) explorează istoria și utilizările cuprului.

Acest articol a fost actualizat pe 12 septembrie 2018, de colaboratorul Rachel Ross.