IL RAME - Liceo Medi

IL RAME
Il rame è l'elemento chimico di numero atomico 29. Il suo simbolo è Cu.
IL RAME NELLA STORIA
I primi metalli devono essere stati rinvenuti sotto forma di pepite. Deve essersi trattato di pezzi di
rame o di oro, dato che questi rientrano nel numero limitato dei metalli che si incontrano talvolta
in natura allo stato libero. I primi uomini che lavoravano il rame avevano scoperto che poteva
essere facilmente modellato in lastre e che le lastre a loro volta potevano essere piegate e
sagomate modellate in forme complesse. Inoltre, le lame di rame, una volta smussate, potevano
venire affilate di nuovo molto più facilmente che non i bordi taglienti degli strumenti di pietra.
Soltanto la rarità del rame ne impediva l'utilizzazione su vasta scala negli utensili, oltre che negli
ornamenti. Il rame divenne meno raro, tuttavia, quando si scoprì che non occorreva trovarlo
necessariamente sotto forma di rame: era possibile ottenerlo partendo dalla pietra. Il rame e le
sue leghe principali come bronzo e ottone sono sempre state molto di più che un semplice
abbellimento decorativo. Sebbene il ferro divenne il metallo più importante della civiltà
occidentale dall'antica Roma in poi, erano il rame e le sue leghe che venivano impiegate dove era
richiesta una combinazione di forza e durata. La resistenza alla corrosione assicurava che rame,
bronzo e ottone fossero sia funzionali che decorativi sia nel Medioevo che nei secoli successivi,
anche durante la Rivoluzione industriale e i giorni nostri.
ORIGINE DEL NOME
Presso i Greci e i Romani il rame veniva usato per fabbricare armi, utensili,
ornamenti ed anche nell’edilizia. Grandi quantità di rame venivano estratte
dall’isola di Cipro, in latino Cyprum: dal cui nome derivò aes cuprum, da cui il
simbolo Cu e il nome stesso del metallo in gran parte delle lingue moderne
occidentali (copper, cuivre, kupfer, cobre, koppar,....). Il simbolo biologico
della donna (il cerchio con una croce in basso, detto “specchio” di Venere) è
lo stesso usato dagli alchimisti per indicare il rame: questo perché, secondo la
leggenda, la Dea nacque dalla schiuma delle acque dell’isola di Cipro.
LE LEGHE
Le leghe del rame più comunemente utilizzate nella saldatura sono:
rame-zinco (ottone); rame-stagno (bronzo); rame-silicio; rame-alluminio; rame-nichel e altre leghe per
trattamenti termici come rame-cromo e rame-berillio.
L'OTTONE
Nel rame fuso lo zinco si scioglie con qualsiasi concentrazione formando una soluzione omogenea. In
fase solida invece l'omogeneità è garantita solo per contenuti in rame non inferiori al 60% circa. La fase
solida omogenea dell'ottone con 70% rame e 30% zinco è denominata fase alfa (a). Se la percentuale di
zinco viene incrementata fino al 40% circa, si forma un secondo costituente microstrutturale
denominato fase beta (ß) che appare più rossastro del primo. La fase beta è dura e innalza la resistenza
a trazione dell'ottone diminuendone però la duttilità.
L'ottone è un metallo dorato che può essere facilmente fuso, forgiato, rullato, pressato e lavorato con
utensile. Possiede inoltre una buona resistenza ad ambienti corrosivi come l'acqua marina e trova
quindi applicazioni in parti esposte a queste condizioni.
IL BRONZO (allo stagno)
Il bronzo è una lega rame-stagno con caratteristiche simili a quelle dell'ottone. Molte armi, soprattutto
le pistole, sono fatte di bronzo con una piccola percentuale di zinco (88% rame, 10% stagno, 2% zinco).
Questo tipo di bronzo è usato quando si richiedono contemporaneamente resistenza meccanica e
resistenza alla corrosione. Nel bronzo fuso viene largamente impiegato il fosforo per le sue spiccate
proprietà riducenti, e quindi, per rendere il metallo più puro.
PROPRIETA’
Il Rame e le sue leghe sono alcuni dei più versatili materiali da costruzione disponibili.
La combinazione delle proprietà del rame come la resistenza alla trazione, la conducibilità, la resistenza
alla corrosione, la lavorabilità e la duttilità rendono questo metallo adatto ad una vasta gamma di
applicazioni.
Queste proprietà rame possono essere ulteriormente migliorate con opportune variazioni nella
composizione e nei metodi di produzione.
Conducibilità elettrica: il rame ha la più alta conducibilità dei metalli da costruzione. Elementi come
l'argento o altri possono essere aggiunti per aumentarne o diminuirne la resistenza o altre proprietà,
senza grave perdita di conduttività.
Conducibilità termica: questa proprietà è simile alla conduttività elettrica. Le leghe di rame possono
essere utilizzate per questa specifica proprietà, in cui una buona resistenza alla corrosione compensa la
perdita di conducibilità all'aumentare della percentuale di lega.
Resistenza alla corrosione: Tutte le leghe di rame resistono alla corrosione da acqua dolce e vapore. In
atmosfere più rurali, marine e industriali le leghe di rame sono anche resistenti alla corrosione. Il rame è
resistente alle soluzioni saline, ai terreni, ai minerali non ossidanti, agli acidi organici e soluzioni
caustiche. Ammoniaca, alogeni, solfuri, soluzioni contenenti ioni di ammoniaca e acidi ossidanti, come
l'acido nitrico, attaccano il rame.
La Duttilità può essere ripristinata tramite ricottura: Questo può essere fatto sia da uno specifico
processo di ricottura o da ricottura incidentale attraverso procedure di saldatura o brasatura.
Tempra / Incremento di Resistenza: Ci sono quattro modi comuni per indurire (rafforzare) il rame come
l'incrudimento, la tempra in soluzione solida, l'indurimento per precipitazione e il rafforzamento per
dispersione. La quinta, la decomposizione spinodale, è attualmente utilizzata a fini commerciali, ma solo
in alcune leghe di rame-nichel-stagno.
APPLICAZIONI
Elettrotecnica ed elettronica
Il rame è il migliore conduttore di elettricità dopo l’argento, ma ovviamente è di gran
lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere.
Oltre a queste considerazioni economiche e tecniche, il rame è apprezzato anche per
la sua duttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione. E’ quindi possibile
ottenere fili molto sottili, compatibili con tutti i moderni materiali isolanti, per
esempio gli smalti, utilizzati negli avvolgimenti. Inoltre è sufficientemente forte e
flessibile da sopportare avvolgimenti molto stretti senza rompersi.
Non deve stupire allora che il 50% di tutto il rame viene impiegato nella produzione,
nel trasporto ed utilizzo dell’energia elettrica. Il rame e le sue leghe sono utilizzate
nelle schede dei circuiti stampati e nei connettori per elettronica: è sempre più
richiesto nel campo dell’informatica per la produzione di microchips, aumentando la
potenza e consentendo un ulteriore miniaturizzazione. I dissipatori di calore in rame
consentono il raffreddamento dei microprocessori ad alta frequenza e dei dispositivi
logici.
Tra gli usi più innovativi si ricordano i cavi a isolamento minerale che sono costituiti da
uno o più conduttori di rame che corrono all’interno di una guaina continua anch’essa
in rame, isolati tra loro e dalla guaina con ossido di magnesio altamente compresso.
Architettura e lattoneria
Il rame viene largamente usato per coperture di tetti, grondaie, scossaline,
pluviali ecc.
Infatti questo metallo racchiude in se un insieme ineguagliabile di pregi che lo
rendono praticamente unico nel campo dell’edilizia.
Innanzitutto il rame è l’unico metallo oltre all’oro ad essere colorato; inoltre,
esposto agli agenti atmosferici acquisisce diverse colorazioni successive.
I prodotti dell’esposizione all’atmosfera sono protettivi, quindi resistono nel
tempo alle insidie della corrosione.
Ma un altro vantaggio che il rame presenta è quello di essere facilmente
lavorabile: essendo un metallo relativamente tenero e deformabile, può
essere piegato e lavorato per ottenere dettagli architettonici complicati.
Non subisce infragilimenti dovuti a basse temperature. Inoltre un tetto in
rame costruito a regola d’arte non richiede praticamente manutenzione o
opere di pulizia.
L’uso del rame è molto apprezzato anche nel campo della bioedilizia poiché è
riciclabile, naturale, non emette sostanze nocive o pericolose nell’ambiente
ed è intrisencamente sano. Il rame e le sue leghe sono usate anche per
decorazione di interni e per rivestimenti di facciate.
Impiantistica idrotermosanitaria
Il rame è caratterizzato da una versatilità ineguagliabile: con un’unica tipologia di tubo
si possono realizzare differenti impianti: Gas, acqua potabile e riscaldamento. Anche la
gamma di raccordi a disposizione offre una versatilità senza paragoni.
•
Impianti di riscaldamento: come è noto il rame è il materiale di gran lunga più
utilizzato in Italia e nel mondo per le sue ineguagliabili doti di affidabilità, sicurezza e
scambio termico, sia negli impianti tradizionali che nei pannelli radianti.
•
Impianti sanitari: Il rame ha una qualità pressoché unica per un materiale
destinato al trasporto dell’acqua potabile: la batteriostaticità. In altre parole non
permette sulla sua superficie la proliferazione di batteri nocivi, questo contribuisce a
preservare la purezza e l’igienicità dell’acqua potabile.
•
Gas Domestico: la resistenza al fuoco e alla pressione, il punto di fusione sopra i
1000° C, l’impermeabilità ai gas e la tenuta delle giunzioni, la bassissima affinità con
l’ossigeno e il non invecchiamento all’esposizione agli UV, costituiscono una garanzia
per l’intero impianto
•
Impianti di condizionamento: il tubo di rame, per le sue proprietà di scambio
termico e caratteristiche meccaniche, è quello più idoneo e utilizzato in questo campo.
Anche la raccorderia è un punto di forza di un impianto fatto in rame: è possibile usare
quattro tipi di raccordi, senza la dipendenza di sistemi esclusivi e vincolanti.
FUNZIONI DEL RAME NEL CORPO
UMANO
Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano.
Gioca un ruolo importante all'interno del metabolismo: dalla normale attività del cervello, del sistema
nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l'ossidazione. C'è
bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario.
Il rame si trova negli enzimi, che sono quelle proteine che aumentano la velocità di reazione delle reazioni
chimiche all'interno delle cellule. Sono circa una trentina gli enzimi (e i co-enzimi che sono altre proteine
che aiutano gli enzimi) contenenti rame.
Il rame, una volta assunto attraverso il cibo e l'acqua, viene assorbito dallo stomaco e dal primo tratto
dell'intestino; da qua passa nel sangue, legandosi ad una proteina, la ceruloplasmina e quindi portato verso
il fegato e da qui distribuito ai vari organi. Si noti che il fegato (il "laboratorio chimico" del corpo umano) ha
una delle maggiori concentrazioni di rame del corpo umano; oltretutto proprio il fegato svolge la funzione
di regolare il contenuto di rame nel corpo umano attraverso un processo chiamato omeostasi.
Il rame si trova un po' ovunque nel corpo ed è richiesto per la formazione e il mantenimento della mielina,
lo strato protettivo che copre i neuroni; enzimi a base di rame intervengono nella sintesi dei
neurotrasmettitori, i messaggeri chimici che permettono le comunicazioni attraverso le cellule nervose.
Il rame attraverso la superossido dismutasi, combatte l'ossidazione cellulare, aiutando a neutralizzare i
radicali liberi che altrimenti causerebbero danni alle cellule stesse.
Il rame è necessario anche durante la gravidanza. Il feto dipende completamente dalla madre per il suo
fabbisogno di rame. Il feto accumula rame alla velocità di 0,05 mg/giorno (soprattutto nell'ultimo trimestre)
e alla nascita ha mediamente 15 mg di rame, di cui più della metà immagazzinata nel fegato. Queste riserve
sono importanti nella primissima infanzia, quando l'assunzione di rame è relativamente bassa. Gran parte
del restante rame si trova nel cervello. Per i neonati, il rame si trova nel latte materno.
PROBLEMI LEGATI ALLA CARENZA DI
RAME
Le manifestazioni principali di una grave carenza di rame nell'uomo sono a livello del sistema
emopoietico con la comparsa di anemia, variabilmente associata a leucopenia e piastrinopenia e a
livello del sistema nervoso, con la comparsa di una grave alterazione del midollo spinale (prevalente a
livello dei cordoni posteriori e fasci piramidali) e dei nervi periferici: mieloneuropatia.
Il rame è importante anche per la pelle e lo scheletro. Infatti attraverso l'enzima tirosinasi catalizza la
formazione della melanina e attraverso la lisil ossidasi ha un ruolo importante nella formazione del
collagene, proteina pressoché ubiquitaria nel nostro organismo: da qui alterazioni a carico dello
scheletro, cutanee ecc. Alcune ricerche evidenziano che fratture, anomalie scheletriche e osteoporosi
sono più frequenti se vi è carenza di rame.
Il rame è coinvolto nella funzionalità del sistema immunitario. La carenza di rame ha notevoli
ripercussioni su certi tipi di cellule, come i macrofagi e i neutrofili. La funzionalità del sistema
immunitario è stata studiata in bambini carenti di rame, prima e dopo la cura. È stato rilevato che la
attività dei fagociti (cellule che inglobano materiale estraneo) è aumentata dopo l'assimilazione di rame.
Oltre che per il collagene, la lisil ossidasi entra in gioco anche per l'elastina ed entrambe le proteine
sono importanti per il cuore e i vasi sanguigni. Tra gli effetti collaterali dovuti alla carenza di rame si
registrano anche l'ingrossamento cardiaco, le arterie con muscolatura liscia degenerata e aneurismi alle
arterie ventricolari e coronariche. Il rame influenza anche il metabolismo del colesterolo. Il rame è
necessario anche durante la gravidanza.
Si noti che non esistono malattie professionali legate al rame. Esistono invece solo due malattie
genetiche, la malattia di Wilson e la sindrome di Menkes. La prima è dovuta ad un difetto nel gene della
ATPasi che interviene nel trasporto e nell'escrezione biliare del rame attraverso l'incorporazione nella
ceruloplasmina; di conseguenza il metallo si accumula in organi quali il cervello, l'occhio, il rene e il
fegato. Il morbo di Menkes invece rappresenta l'incapacità del rame di essere assorbito dall'intestino,
provocando una forte carenza all'interno del corpo.
ESPERIMENTO
OSSIDAZIONE:In chimica, si dice che un elemento chimico
subisce ossidazione quando subisce una sottrazione di
elettroni, che si traduce nell'aumento del suo numero di
ossidazione.
Una lamina di zinco viene immersa in una soluzione di solfato
di rame di colorazione azzurra, prima versata in un becher.
Dopo un po' di tempo, che la lamina è immersa, osserviamo
che questa si è ricoperta di uno strato di rame metallico di
colore rossiccio. Dal punto di vista atomico, si verifica che un
atomo di zinco perde due elettroni per formare lo ione Zn2+ . i
due elettroni ceduti vengono acquistati da uno ione Cu2+.
Questo ione si trasforma in rame metallico rossiccio che si
deposita sulla lamina di zinco.