IL RAME
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SAMUELE APRILI
PIETRO CATANIA
NICCOLÒ DEGL’INNOCENTI
GIACOMO PASQUARIELLO
***
Prof.ssa GALLINA
Classe II^C- a.s. 2014/15
Il rame nella storia
La lavorazione del rame affonda le sue radici nella preistoria: il più antico oggetto di rame a noi noto è un piccolo
pendaglio ottenuto col minerale non lavorato, scoperto nella grotta di Shanidar in Kurdistan e risalente a ben
12.000 anni fa. Esso attesta un primo uso del rame, ma invece a circa 10.000 anni fa risalgono i primi utensili
prodotti col rame lavorato: dei punteruoli scoperti in Anatolia e Mesopotamia. In Italia abbiamo le prime tracce
del suo utlizzo solo alcuni millenni più tardi, a partire da 6.000 anni fa.
L'evoluzione delle tecniche di lavorazione del rame durò diversi millenni.
La più antica, nota in Mesopotamia ed in Anatolia già 10.000 anni fa, consisteva nel martellamento a freddo del
rame puro proveniente da filoni o pepite. Circa mille anni dopo fu inventata la tecnica del martellamento a caldo,
che consisteva nel riscaldare il metallo allo scopo di ammorbidirlo prima di lavorarlo. Poi 8.000 anni fa gli abili
artigiani del Vicino e del Medio Oriente riuscirono finalmente a raggiungere con i loro forni la temperatura
necessaria alla fusione del rame, cioè 1.083°C; questo permise loro di ottenere sia fili e lamine da ribattere, che
direttamente oggetti di ogni forma.
Il rame aprì una nuova era dell' umanità: finì l'età della pietra (paleolitico e neolitico) ed iniziò l'età dei metalli. L'età
del rame è chiamata da alcuni studiosi anche Calcolitico, dalle parole greche che significano rame (khalkòs) e
pietra (lìthos). Fu una vera e propria rivoluzione tecnologica e sociale. Basti pensare che fino ad allora per
produrre utensili erano noti essenzialmente solo due materiali inorganici: la pietra, resistente ma dura da lavorare,
e l'argilla, che al contrario era facile da lavorare ma non era adatta a tutti gli usi, perché gli oggetti con essa
prodotti (ad esempio vasi di terracotta) erano troppo fragili. Il rame invece riuniva in sé i pregi di entrambi i
materiali già noti, eliminandone i difetti: una volta fuso si poteva infatti plasmare in mille forme come l'argilla, ma
quando si raffreddava diventava più resistente della pietra. La scoperta del rame provocò inoltre molte
trasformazioni sociali: per procurarselo infatti si dovevano affrontare pericolosi viaggi in luoghi lontani, cosa che
favorì i contatti fra le civiltà. Una "mezzina" toscana prodotta secondo i disegni originali del '700
Gli oggetti di rame costituivano un bene di lusso.
Nell'antichità infatti i metalli erano in genere usati solo quando era indispensabile, altrimenti si preferivano
materiali più economici, poiché i giacimenti noti erano pochi ed il processo di estrazione costoso. Ad esempio il
vasellame ed il pentolame domestico della gente comune erano di terracotta, mentre solo in pochi potevano
permettersi di possederne di rame o di altri metalli. I vasi, le pentole e tutti gli altri oggetti di rame diventarono
perciò uno status simbol delle aristocrazie antiche.
La disponibilità di rame e di altri metalli favorì il fiorire di grandi civiltà: per esempio la civiltà etrusca in Italia centrale
e quella nuragica in Sardegna devono il loro rapido sviluppo e la loro ricchezza allo sfruttamento delle miniere di
rame e di altri metalli. Con la produzione ed il commercio del rame questi popoli entrarono in contatto con altre
civiltà più ricche come quella greca o quella fenicia, i cui mercanti venivano a scambiare il metallo con i loro
raffinati prodotti. Grazie a questi contatti le popolazioni italiche si arricchirono sia materialmente che
culturalmente.
Qualche curiosità storica sul nome RAME.
La parola italiana "rame" deriva dal latino tardo "aeramen" che a sua volta deriva dal latino classico "aes". In molte
lingue europee invece la parola che indica il rame deriva dal latino "cuprum" (es. inglese "copper", francese
"cuivre", spagnolo "cobre", tedesco "kupfer", svedese "koppar", danese "kobber"). La parola "cuprum" però in
origine non aveva nulla a che fare col rame, ma era un aggettivo riferito a Cipro. In epoca Greco-Romana le miniere
di Cipro diventarono famose per la qualità e la quantità di rame che vi si estraeva e l'isola diventò il maggior
produttore di rame dell'epoca, così "cuprum" passò a significare rame.
La scoperta delle leghe.
Fin dai primi tempi i metallurghi fecero esperimenti cercando di combinare il rame con altri metalli. La scoperta
più importante fu la lega derivata dalla combinazione di rame e stagno: il bronzo. È interessante il fatto che, al
contrario di noi, gli antichi non fecero mai distinzioni fra il rame puro e le leghe derivate dalla sua combinazione
con altri metalli. Ne è prova il fatto che quasi tutte le lingue antiche a noi note (ad es. il greco, il latino, l'ebraico
ecc.) usano la stessa parola per indicare sia il rame che il bronzo. Il bronzo aprì una nuova epoca e venne utilizzato
per la produzione di vasellame, utensili e soprattutto armi, poi in età classica anche nell'arte, ad esempio per
realizzare le statue. Durante tutta l'antichità si continuò però ad usare anche il rame puro, ad esempio anche per
coniare le monete.
Sfortunatamente non si sono conservati fino ai nostri giorni molti oggetti antichi di rame, ma dal poco che
sappiamo possiamo intuire quale doveva essere la loro bellezza e il loro splendore.
Il rame è un metallo rosso chiaro e lucente, molto duttile e malleabile, con
elevate conducibilità termica ed elettrica, (che è inferiore solo a quella
dell'argento). A temperatura ambiente non è particolarmente reattivo:
all'aria secca si ossida solo molto lentamente, non viene attaccato
dall'acqua, dagli acidi organici, dagli idrossidi alcalini e dagli acidi
inorganici non ossidanti (in assenza di ossigeno) quali gli acidi cloridrico,
solforico e fosforico diluiti. All'aria umida e anche a freddo, il rame si
ricopre rapidamente di un sottile strato di ossido rameoso, che poi
lentamente si trasforma in una patina protettiva verdastra di solfato basico
di rame e carbonato basico di rame. Reagisce invece facilmente (anche a
freddo) con gli alogeni e con il solfuro di idrogeno, viene disciolto dagli
acidi ossidanti (acido nitrico, acido cromico ecc.), da quelli non ossidanti se
in presenza di acqua ossigenata, nonché dalle soluzioni acquose di
ammoniaca e sali di ammonio o cianuri alcalini. A temperature elevate si
ossida velocemente all'aria, formando (a seconda della temperatura)
ossido sia rameoso sia rameico, reagisce facilmente con lo zolfo e
il selenio, e con molti ossidi acidi come per esempio il diossido di zolfo.
Non reagisce invece con il carbonio e con gli idrocarburi, a eccezione
dell'acetilene: con quest'ultimo infatti forma, anche a freddo, acetiluri con
caratteristiche esplosive.
Utilizzo
Data la sua ottima conducibilità elettrica, il rame è largamente
utilizzato in elettrotecnica per fili e cavi di ogni tipo in alternatori,
dinamo, motori, trasformatori e altre apparecchiature. Data la sua
elevata conducibilità termica e resistenza alla corrosione, il rame
(come tale o in leghe soprattutto con zinco, nichel e stagno) è
largamente utilizzato in campo sia civile sia industriale per
scambiatori di calore, radiatori, collettori solari. Oltre il 50% del
rame prodotto viene assorbito nella fabbricazione di leghe. Nella
scala dei consumi mondiali di prodotti metallurgici il rame e le sue
leghe sono al terzo posto, dopo gli acciai e le leghe di alluminio.
I principali consumi delle leghe di rame si hanno nell'edilizia (tubazioni,
elementi architettonici), in conduttori elettrici e nelle linee di
trasporto dell'energia, nei macchinari e negli impianti industriali,
nei mezzi di trasporto e ancora in prodotti di consumo di varia
destinazione, inclusi quelli artistici.
Produzione
La produzione del rame prevede varie fasi di lavorazione e un notevole dispendio di energia che
aumenta continuamente perché sempre più poveri risultano i minerali disponibili. I processi
estrattivi variano secondo la natura del minerale trattato e si possono ricondurre a tre tipi
fondamentali:
a) i minerali contenenti rame nativo vengono arricchiti, previa macinazione, mediante cernita meccanica
e successiva flottazione, fino a giungere a un tenore del 25-35% del metallo. Il materiale viene poi
riscaldato fino a fusione del metallo, che si separa così dalla ganga.
b) i minerali solforati, arricchiti per flottazione, vengono sottoposti ad arrostimento in presenza di silice
e carbone (con cui si elimina una parte dello zolfo come S02) e successivamente a fusione; il ferro,
in parte ossidato, si combina con la silice formando una scoria che galleggia e si stratifica sopra la
cosiddetta "metallina", miscela di solfuri di ferro e rame. La metallina viene rifusa e introdotta in
convertitori tipo Bessemer, nei quali viene insufflata aria fino alla quasi totale eliminazione dello
zolfo: il solfuro di ferro si trasforma in ossido che viene a sua volta scorificato in forma di silicato; in
questa operazione il solfuro di rame viene trasformato in rame e in ossidi di rame (II) e di rame (III).
Questo miscuglio di rame e dei suoi ossidi viene infine sottoposto a reazione di riduzione per
trasformare gli ossidi di rame in rame metallico. Il rame grezzo così ottenuto viene colato in
lingottiere, le scorie ferrose riciclate.
c) i minerali ossigenati possono essere direttamente sottoposti a riduzione mediante carbone coke con
procedimenti analoghi a quelli usati per i minerali di ferro. In particolare, se si tratta di minerali
poveri (meno dell'1% di rame) si ricorre alla lisciviazione con acido solforico diluito; gli ossidi
vengono trasformati in solfato di rame e dalla soluzione si ottiene il metallo per via elettrolitica o
per cementazione.
Una vasta gamma di utilizzi
Talvolta la presenza del rame è visibile (come per esempio nelle coperture tetti o nell’oggettistica),
talvolta invece il componente in rame non è visibile all’utente finale in quanto nascosto (“inglobato”)
nel prodotto finale (come per esempio nel caso dell’industria automobilistica o dell’aria condizionata).
Rame, materiale sostenibile
Il rame è una materia prima interamente riciclabile e quindi una RISORSA RINNOVABILE per il nostro futuro
La durata ossia la pratica indistruttibilità del rame ne consente il riciclo integrale al termine della vita utile dei prodotti che lo
contengono, senza alcuna perdita in termini prestazioni.
Al termine della vita utile dei prodotti in rame, il metallo in essi contenuto mantiene infatti perfettamente integre le proprie
caratteristiche chimico-fisiche e può essere quindi interamente riciclato diventando nuova risorsa, con notevoli vantaggi in termini di
economia delle risorse naturali mondiali.
Si stima che circa l’80% del rame estratto da sempre sia, dopo essere stato ri-fuso e lavorato più volte, tutt’ora in uso, con evidenti
vantaggi in termini di sfruttamento non aggressivo delle risorse minerarie potenzialmente disponibili.
Per sottolineare l’importanza del riciclo occorre ricordare che:
Il rame è un metallo riciclabile al 100%.
L’ottima organizzazione esistente per il riciclo dei prodotti in rame (con una rete capillare di punti di raccolta), coniugata all’elevato
valore del materiale riciclato, contribuisce al successo del recupero e riutilizzo del rame, che è tra i metalli più riciclati in assoluto. In
Europa, la percentuale di rame che viene recuperato dai vari prodotti al termine della loro vita utile e re-immesso nel processo
produttivo, è pari a circa il 70% del totale potenzialmente disponibile.
Il rame riciclato ha le stesse le stesse caratteristiche chimico-fisiche e tecnologiche del rame primario,
non subisce pertanto limitazioni di utilizzo o diminuzione di valore e non deve subire alcun trattamento prima del suo ri-utilizzo.
Dal riciclo arriva in media il 50% dell’intera produzione europea di semilavorati in rame:
Il rottame costituisce una componente fondamentale nella produzione di semilavorati rame: escludendo la vergella, in media il suo
peso nella produzione dei vari semilavorati rame è paragonabile a quello della materia prima vergine (catodi), circa il 50%, ma in
alcuni settori è molto più elevato e, nel caso della barra ottone, può raggiungere l’80-90% del totale della materia prima usata.
Il rottame è una banca d’energia:
riciclare rame significa risparmiare il l’85% dell’energia necessaria a produrre il metallo primario (fonte. Bureau of International
Recycling)
Riciclare aiuta l’ambiente, perché significa anche ridurre le emissioni legate ai processi di estrazione e raffinazione del rame
primario, il volume dei rifiuti solidi e i costi e i problemi legati al loro smaltimento.
Il rottame è la “vera miniera di rame” europea, in grado di ridurre la dipendenza della nostra industria dall’importazione di materie
prime. Nei prodotti che utilizziamo ogni giorno sono presenti milioni di tonnellate di rame; al termine del ciclo di vita di questi
prodotti, i metalli in essi contenuti vengono riciclati e diventano nuove risorse, disponibili per il nostro futuro.
Il rottame riciclato crea sinergie.
Il rottame riciclato, proveniente non dal recupero del contenuto metallo nei beni “dimessi”, ma proveniente dai residui/sfridi di
lavorazione delle industrie utilizzatrici dei semilavorati, stabilisce una forte relazione sinergica tra produzione di semilavorati e
industria utilizzatrice, garantendo una maggior competitività all’intero sistema.
Rame: composti
Come tutti gli elementi della serie di transizione, il rame forma composti sia inorganici sia organici corrispondenti a diversi suoi stati di
ossidazione, in particolare 0, +1, +2, +3, +4, questi due ultimi per altro poco stabili.
L'ossido rameoso, Cu2O (monossido di dirame), che costituisce il minerale cuprite, è un solido cristallino di colore dal giallo-rosso al bruno a
seconda delle dimensioni dei granuli, insolubile in acqua, solubile negli acidi con formazione dei corrispondenti sali, e solubile nelle
soluzioni di ammoniaca (e dei cianuri alcalini) con formazione di ioni complessi. Può essere ottenuto per riduzione a caldo con rame
metallico (o altri riducenti) di una soluzione di solfato rameico; per riscaldamento in aria (a seconda della temperatura) può ossidarsi a
ossido rameico o dissociarsi a metallo e ossigeno. Ha avuto applicazioni come pigmento per smalti e vernici e, essendo un
semiconduttore e un fotoconduttore, viene utilizzato in elettronica.
L'ossido rameico, CuO (monossido di rame), può essere preparato per calcinazione del nitrato o dell'idrossido rameico a circa 300°C; è una
polvere nera, del tutto insolubile in acqua ma solubile nelle soluzioni ammoniacali e di cianuri alcalini, che ha applicazioni come
pigmento nell'industria dei vetri e degli smalti. Ad alta temperatura può essere facilmente ridotto a metallo.
L'idrossido rameico, Cu(OH)2, può essere ottenuto come precipitato azzurro aggiungendo idrossidi alcalini a una soluzione di un sale rameico.
Si discioglie in ammoniaca acquosa con formazione di ioni complessi.
Il cloruro rameoso, CuCl (allo stato gassoso la molecola è trimera, Cu3Cl3), può essere preparato per riduzione con rame metallico di una
soluzione acquosa di cloruro rameico acida per acido cloridrico. È un solido cristallino a struttura covalente, di colore bianco, insolubile
in acqua, solubile in acido cloridrico concentrato.
Lo ioduro rameoso, CuI,si ottiene per reazione tra soluzioni di solfato rameico e ioduro di potassio.
Il cloruro rameico, CuCl2, si forma per reazione diretta tra gli elementi; può essere anche preparato per dissoluzione in acido cloridrico
dell'idrossido rameico.
Il solfuro rameoso, Cu2S, che costituisce il minerale calcosina, può essere preparato per reazione diretta tra gli elementi, oppure per azione
del solfuro di idrogeno sulle soluzioni dei sali rameosi o sull'ossido rameoso.
Il solfuro rameico, CuS, che costituisce il minerale covellite, può essere ottenuto come precipitato nero per azione del solfuro di idrogeno
sulle soluzioni acquose dei sali rameici. Del tutto insolubile in acqua e negli acidi diluiti, si discioglie invece facilmente nelle soluzioni dei
cianuri alcalini.
L'acetato rameico monoidrato, Cu(CH3COO)2·H2O, può essere preparato per dissoluzione a caldo del rame in una soluzione di acido acetico
contenente acido nitrico come ossidante. Ha avuto un tempo applicazioni in tintoria e in pittura con il nome di verderame.
Il solfato rameico CuSO4 è il composto più importante del rame. Il sale pentaidrato CuSO4·5H2O viene generalmente utilizzato per la
preparazione di composti di rame, in agricoltura, come anticrittogamico, e nella preparazione di pigmenti.
Carbonati. Sono noti molti carbonati basici a struttura ben definita, tra i quali due presenti in natura: la malachite, di colore verde smeraldo
con formula chimica CuCO3·Cu(OH)2, e l'azzurrite, di formula chimica 2CuCO3·Cu(OH)2. La malachite ha impieghi in gioielleria e
l'azzurrite come pigmento azzurro; entrambe si decompongono per riscaldamento formando ossidi di rame.
Composti di coordinazione. In tutti i suoi stati di ossidazione il rame ha notevole tendenza alla formazione di complessi con numerosi leganti
sia inorganici sia organici, carichi o neutri. Nello stato di ossidazione +1 il rame forma complessi, generalmente incolori, corrispondenti a
coordinazione 2, 3 e soprattutto 4: tra questi ricordiamo gli anioni clorocuprati (I) [CuCl2]-, [CuCl3]2- e [CuCl4]3- (che si formano
disciogliendo il cloruro rameoso in soluzioni contenenti ioni cloruro), e i cationi ammino-rame (I) [Cu(NH3)2]+ e [Cu(NH3)4]+ (che si
formano disciogliendo i sali rameosi in soluzioni ammoniacali, in assenza di aria). Nello stato di ossidazione +2 si formano complessi
(spesso intensamente colorati) con numero di coordinazione soprattutto 4, ma anche 5 e 6. Per esempio alcuni sali rameici si
disciolgono in acqua formando lo ione esaquorame (II) [Cu(H2O)6]2+, leggermente colorato in azzurro; per trattamento con ammoniaca
di queste soluzioni si formano (a seconda delle concentrazioni) ioni del tipo [Cu(NH3)(H2O)5]2+ oppure [Cu(NH3)4(H2O)2]2+,
intensamente colorati in azzurro-blu.
Leghe metalliche
La suddivisione delle leghe di rame in famiglie è fatta di solito in base alla composizione:
Ottoni. Rappresentano il gruppo delle leghe di rame in cui lo zinco è il principale elemento di
alligazione; sono suddivisi in ottoni binari, ottoni al piombo e ottoni speciali; dal punto di vista dei
consumi e da quello delle applicazioni sono la più importante famiglia di leghe.
Bronzi. Teoricamente i bronzi dovrebbero essere leghe di rame con lo stagno quale principale elemento
alligante, però nella pratica odierna si sono identificati come bronzi anche leghe di rame contenenti
elementi diversi dallo stagno, purché non si tratti di zinco (altrimenti sarebbero ottoni).
Alpacche. Denominate spesso in altri modi (argentina, argentone, packfong, nickel silver), sono leghe di
rame (55-65% di Cu) contenenti 8-18% di nichel e 17-27% di zinco, con limitati tenori di ferro e di
piombo; per la loro composizione possono essere definite ottoni ad alto tenore di nichel; le
alpacche sono impiegate per oggetti artistici e ornamentali (il colore è simile all'argento, con
sfumatura di giallo), per strumenti scientifici e musicali, per componenti di macchine fotografiche,
per targhe; spesso gli oggetti di alpacca, specie la posateria e il vasellame, vengono sottoposti ad
argentatura galvanica.
Leghe per impieghi specifici:
a) Costantana : sotto questo nome è compreso un gruppo di leghe a base di rame-nichel, con tenori di
Cu varianti tra il 50 e il 65%, contenenti inoltre piccole quantità di ferro, cobalto e manganese; la
lega comunemente usata ha il 42-43% di Ni. La costantana è facilmente laminabile e trafilabile, ha
una buona resistenza meccanica e alla corrosione.
b) Manganino: sono leghe a base di rame-manganese (tra cui anche il Telcuman), contenenti
generalmente anche nichel, la cui composizione è 67-87% di Cu, 10-27% di Mn e 0-20% di Ni.
c) Incramute: oltre al rame, ha il 39,7% di manganese e il 2,25% di alluminio; ha proprietà di
smorzamento paragonabili a quelle di molte materie plastiche e nettamente superiori a quelle della
ghisa grigia.
d) Mallory: nome commerciale di un gruppo di leghe di rame contenenti manganese o alluminio oppure
entrambi; hanno elevate caratteristiche meccaniche e si possono ritenere dei bronzi privi di stagno.
