Fatos sobre o cobre

O cobre brilhante e avermelhado foi o primeiro metal manipulado por humanos e continua sendo um metal importante na indústria hoje. 

O objeto de metal mais antigo encontrado no Oriente Médio consiste em cobre; era um pequeno furador datado de 5100 a.C. E o centavo dos EUA era originalmente feito de cobre puro (embora, hoje em dia, seja 97,5% de zinco com uma película fina de cobre).

O cobre é o terceiro metal industrial mais consumido no mundo, depois do ferro e do alumínio, de acordo com o U.S. Geological Survey (USGS). Cerca de três quartos desse cobre vão para a fabricação de fios elétricos, cabos de telecomunicações e eletrônicos. 

Além do ouro, o cobre é o único metal da tabela periódica cuja coloração não é naturalmente prata ou cinza.

Descrição química

• Número atômico (número de prótons no núcleo): 29
• Símbolo atômico (na tabela periódica dos elementos): Cu
• Peso atômico (massa média do átomo): 63,55
• Densidade: 8,92 gramas por centímetro cúbico
• Fase à temperatura ambiente: sólido
• Ponto de fusão: 1.984,32 graus Fahrenheit (1.084,62 graus Celsius)
• Ponto de ebulição: 5.301 graus F (2.927 graus C)
• Número de isótopos (átomos do mesmo elemento com um número diferente de nêutrons): 35; 2 estáveis
• Isótopos mais comuns: Cu-63 (69,15% de abundância natural) e Cu-65 (30,85% de abundância natural)

História e características

A maior parte do cobre ocorre em minérios e deve ser fundida ou extraída de seu minério para pureza antes de poder ser usado. Mas as reações químicas naturais às vezes podem liberar cobre nativo, de acordo com o site do banco de dados de química, Chemicool.

Os humanos têm feito coisas com cobre há pelo menos 8.000 anos e descobriram como fundir o metal por volta de 4.500 a.C. O próximo salto tecnológico foi criar ligas de cobre adicionando estanho ao cobre, o que criou um metal mais duro do que suas partes individuais: o bronze. O desenvolvimento tecnológico marcou o início da Idade do Bronze, um período que abrange aproximadamente 3300 a 1200 a.C., e se distingue pelo uso de ferramentas e armas de bronze, de acordo com a História.

Artefatos de cobre estão espalhados por todo o registro histórico. Os arqueólogos descobriram um pequeno furador, ou ferramenta pontiaguda, datado de 5100 a.C., que foi enterrado com uma mulher de meia-idade em um antigo vilarejo em Israel. O furador representa o objeto de metal mais antigo já encontrado no Oriente Médio. O cobre provavelmente veio da região do Cáucaso, localizada na região montanhosa que cobre o sudeste da Rússia, Armênia, Azerbaijão e Geórgia, a mais de 600 milhas (1.000 quilômetros) de distância, de acordo com um artigo de 2014 publicado na PLOS ONE. No antigo Egito, as pessoas usavam ligas de cobre para fazer joias, incluindo anéis de dedo. Os pesquisadores também descobriram enormes minas de cobre do século 10 a.C. em Israel.

Cerca de dois terços do cobre da Terra são encontrados em rochas ígneas (vulcânicas), e cerca de um quarto ocorre em rochas sedimentares, de acordo com o USGS. O metal é dúctil e maleável e conduz bem calor e eletricidade - razões pelas quais o cobre é amplamente utilizado em eletrônicos e fiação.

O cobre fica verde devido a uma reação de oxidação; ou seja, ele perde elétrons quando é exposto à água e ao ar. O óxido de cobre resultante é um verde opaco. Essa reação de oxidação é o motivo pelo qual a Estátua da Liberdade revestida de cobre é verde em vez de laranja-avermelhada. De acordo com a Copper Development Association, uma camada desgastada de óxido de cobre com apenas 0,005 polegadas (0,127 milímetros) de espessura reveste Lady Liberty, e a cobertura pesa cerca de 80 toneladas (73 toneladas métricas). A mudança da cor de cobre para o verde ocorreu gradualmente e foi concluída em 1920, 34 anos depois que a estátua foi dedicada e inaugurada, de acordo com a Sociedade Histórica de Nova York. 

Quem sabia? 

Aqui estão alguns fatos interessantes sobre o cobre:

• De acordo com Peter van der Krogt, historiador holandês, a palavra "cobre" tem várias raízes, muitas das quais vêm da palavra latina cuprum que foi derivado da frase Cyprium aes, que significa "um metal de Chipre", visto que grande parte do cobre usado na época era extraído de Chipre.
• Se toda a fiação de cobre em um carro médio fosse planejada, ela se estenderia por 0,9 milhas (1,5 km), de acordo com o USGS. 
• A condutância elétrica (a rapidez com que uma corrente pode fluir através do metal) do cobre perde apenas para a da prata, de acordo com o Laboratório Jefferson.
• Os centavos foram feitos de cobre puro apenas de 1783 a 1837. De 1837 a 1857 os centavos foram feitos de bronze (95% cobre, com os 5% restantes feitos de estanho e zinco). Em 1857, a quantidade de cobre em centavos caiu para 88% (os 12% restantes eram níquel) e voltou à receita anterior em 1864. Em 1962, o conteúdo de um centavo mudou para 95% de cobre e 5% de zinco. De 1982 até hoje, os centavos são 97,5% de zinco e 2,5% de cobre. 
• As pessoas precisam de cobre em suas dietas. O metal é um mineral essencial que é crucial para a formação de células vermelhas do sangue, de acordo com a Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA. Felizmente, o cobre pode ser encontrado em uma variedade de alimentos, incluindo grãos, feijão, batata e verduras.
• Muito cobre, entretanto, é uma coisa ruim. A ingestão de altos níveis do metal pode causar dor abdominal, vômito e icterícia (uma coloração amarelada na pele e branco dos olhos que pode indicar que o fígado não está funcionando corretamente) em curto prazo. A exposição a longo prazo pode levar a sintomas como anemia, convulsões e diarreia que geralmente é sangrenta e pode ser azul.
• Ocasionalmente, níveis elevados de cobre são encontrados no abastecimento de água devido a tubos de cobre antigos. Por exemplo, em agosto de 2018, o sistema de escolas públicas de Detroit desligou toda a água potável nas escolas públicas como precaução devido aos altos níveis de cobre e ferro encontrados na água, de acordo com o Seattle Times.
• O cobre tem propriedades antimicrobianas e mata bactérias, vírus e leveduras em contato, de acordo com um artigo de 2011 na revista Applied and Environmental Microbiology. Como resultado, o cobre pode até ser tecido em tecidos para fazer roupas antimicrobianas, como meias que combatem fungos nos pés.
• O cobre também está incluído em certos tipos de dispositivos intrauterinos (DIU) usados ​​para controle de natalidade, de acordo com a Mayo Clinic. A fiação de cobre cria uma reação inflamatória que é tóxica para os espermatozoides e óvulos, a fim de prevenir a gravidez. Existe, em qualquer procedimento médico, o risco de efeitos colaterais. Embora a toxicidade do cobre não pareça ser uma, de acordo com um artigo de 2017 publicado no Medical Science Monitor.

Pesquisa atual

Medicamento: As propriedades antimicrobianas do cobre o tornaram um metal popular na área médica. Vários hospitais têm experimentado cobrir superfícies tocadas com frequência, como grades de cabeceira e botões de chamada, com cobre ou ligas de cobre na tentativa de retardar a disseminação de infecções hospitalares. O cobre mata os micróbios ao interferir na carga elétrica das membranas celulares dos organismos, disse Cassandra Salgado, professora de doenças infecciosas e epidemiologista hospital da Universidade Médica da Carolina do Sul.

Em 2013, uma equipa de investigadores liderada por Salgado testou superfícies em unidades de cuidados intensivos (UCI) de três hospitais, comparando salas modificadas com superfícies de cobre fixadas a seis objectos comuns submetidos a muitas mãos a quartos não modificados com cobre. Os cientistas descobriram que, nos quartos de hospital tradicionais (aqueles sem superfícies de cobre), 12,3 por cento dos pacientes desenvolveram infecções resistentes a antibióticos, como resistentes à meticilina Staphylococcus aureus (MRSA) e resistente à vancomicina Enterococcus (VRE). Em comparação, nos quartos modificados com cobre, apenas 7,1 por cento dos pacientes contraíram uma dessas infecções potencialmente devastadoras.

"Sabemos que se você colocar cobre no quarto de um paciente, vai diminuir a carga microbiana", disse Salgado. "Acho que é algo que tem sido demonstrado repetidamente. Nosso estudo foi o primeiro a demonstrar que pode haver um benefício clínico nisso."

Os pesquisadores não mudaram mais nada sobre as condições da UTI além do cobre; médicos e enfermeiras ainda lavavam as mãos e a limpeza continuava como de costume. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 2013 na revista Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado e sua equipe também testaram forro de cobre em estetoscópios, de acordo com um artigo de 2017 publicado no American Journal of Infection Control, onde os pesquisadores descobriram que havia significativamente menos bactérias em estetoscópios revestidos de cobre e 66 por cento dos estetoscópios eram totalmente gratuitos de bactérias. Outras pesquisas continuam a testar a ideia do revestimento de cobre em outras enfermarias médicas, particularmente em áreas onde os pacientes têm mais mobilidade do que na UTI. Também é preciso haver uma análise de custo-benefício que pese as despesas da instalação do cobre em relação à economia obtida com a prevenção de infecções caras, disse ela. 

Eletrônicos: O cobre também desempenha um papel importante na eletrônica e, por causa de sua abundância e baixo preço, os pesquisadores estão trabalhando para integrar o metal em um número cada vez maior de dispositivos de ponta. 

Na verdade, o cobre pode ajudar a produzir papel eletrônico futurístico, biossensores vestíveis e outros eletrônicos "suaves", disse Wenlong Cheng, professor de engenharia química da Monash University, na Austrália. Cheng e seus colegas usaram nanofios de cobre para criar um "monólito de aerogel", um material altamente poroso, muito leve e forte o suficiente para se sustentar sozinho, semelhante a uma esponja de cozinha seca. No passado, esses monólitos de aerogel eram feitos de ouro ou prata, mas o cobre é uma opção mais econômica. 

Ao misturar nanofios de cobre com pequenas quantidades de álcool polivinílico, os pesquisadores criaram monólitos de aerogel que poderiam se transformar em uma espécie de borracha moldável que conduz eletricidade. Os pesquisadores relataram suas descobertas em 2014 na revista ACS Nano. O resultado final poderia ser um robô de corpo mole ou um sensor médico que se funde perfeitamente com a pele curva, disse Cheng. Ele e sua equipe estão atualmente trabalhando para criar sensores de pressão arterial e temperatura corporal a partir de monólitos de aerogel de cobre - outra maneira que o cobre pode ajudar a monitorar a saúde humana.

Física: Em um experimento de 2014, um pedaço de cobre se tornou o metro cúbico mais frio (35,3 pés cúbicos) da Terra quando os pesquisadores o resfriaram a 6 milikelvins, ou seis milésimos de grau acima do zero absoluto (0 kelvin). Este é o mais próximo que uma substância desta massa e volume já chegou do zero absoluto.

Pesquisadores do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear colocaram o 880-lb. (400 quilogramas) cubo de cobre dentro de um recipiente denominado criostato, especialmente projetado para manter os itens extremamente frios. Este é o primeiro criostato, ou dispositivo para manter as coisas em baixas temperaturas, que é capaz de manter as substâncias tão próximas do zero absoluto.

Construir o criostato de temperatura extrema é apenas a primeira etapa de um novo experimento no qual o criostato atuará como um detector de partículas. Os pesquisadores esperam que o detector, que está em processo de comissionamento de acordo com uma atualização de status de 2018, revele mais sobre as partículas subatômicas chamadas neutrinos e porque há muito mais matéria do que antimatéria no universo.

Agricultura: Pesquisadores da Universidade Cornell têm estudado os efeitos das deficiências de cobre nas plantações, especialmente no trigo. O trigo é um dos alimentos básicos mais importantes do mundo, e as deficiências de cobre podem levar a um menor rendimento e menor fertilidade da colheita.

Os pesquisadores estudam como as plantas absorvem e processam o cobre. Eles encontraram duas proteínas no trigo, AtCITF1 e AtSPL7, que são vitais para a absorção e entrega do cobre aos órgãos reprodutivos do trigo, de acordo com o Departamento de Agricultura dos EUA.

Os primeiros testes mostraram que, quando o cobre e outros nutrientes são enriquecidos na terra e depois absorvidos pelo trigo, os rendimentos das safras aumentam em até sete vezes. Embora o conhecimento do cobre e de outros minerais seja conhecido por ser benéfico para a saúde e a fertilidade das colheitas, o como e o porquê desse fato não são bem compreendidos. O conhecimento de por que o cobre é benéfico e como ele funciona no crescimento e reprodução de uma planta pode ser usado posteriormente em plantações como arroz, cevada e aveia, e pode introduzir essas plantações com um fertilizante rico em minerais, que inclui cobre, no solo que já foi impróprio para a agricultura.

Recursos adicionais

• A American Cancer Society examina a pesquisa sobre o cobre e afirma que ele pode ter um papel na prevenção ou tratamento do câncer.
• A Agência de Proteção Ambiental fornece informações sobre a exposição a altos níveis de cobre e os efeitos da corrosão do cobre em canos domésticos.
• A instalação do acelerador nacional Thomas Jefferson (Jefferson Lab) explora a história e os usos do cobre.

Este artigo foi atualizado em 12 de setembro de 2018, pela colaboradora Rachel Ross.