Rame

Il rame è l'elemento chimico con simbolo è Cu.^[1] È anche chiamato "oro rosso" per via della sua colorazione e in parte per il suo valore.^[2][3]

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Rame
29 Cu                                                                                                                                                                                                                                               nichel ← rame → zinco
Aspetto
Aspetto dell'elemento Rame nativo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	rame, Cu, 29
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	11, 4, d
Densità	8,92 g/cm³
Durezza	3,0
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2S1/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	63,546 u
Raggio atomico (calc.)	135(145) pm
Raggio covalente	138 pm
Raggio di van der Waals	140 pm
Configurazione elettronica	[Ar]3d104s1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 1
Stati di ossidazione	+1, +2, +3, +4 (debolmente basico)
Struttura cristallina	cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (diamagnetico)
Punto di fusione	1 357,6 K (1 084,4 °C)
Punto di ebollizione	2 840 K (2 570 °C)
Volume molare	7,11×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	300,3 kJ/mol
Calore di fusione	13,05 kJ/mol
Tensione di vapore	50,5 mPa a 1 358 K
Velocità del suono	3570 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-50-8
Elettronegatività	1,9 (Scala di Pauling)
Calore specifico	385 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	59,6×106S/m
Conducibilità termica	390 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	745,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 957,9 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 555 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	5 536 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 63Cu 69,17% Cu è stabile con 34 neutroni 64Cu sintetico 12,7 ore ε β− 1,675 0,579 64Ni 64Zn 65Cu 30,83% Cu è stabile con 36 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Rame
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	Cu
Numero CAS	7440-50-8
Numero EINECS	231-159-6
PubChem	23978
DrugBank	DBDB09130
SMILES	[Cu]
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico

Storia ed etimologia

Etimologia

Il nome deriva dal latino parlato aramen (parola già attestata nel 950) per il tardo aeramen, e questo da aeramentum (piatto o utensile in bronzo o rame),^[4][5] un derivato della voce del latino classico aes (genitivo: aeris), che significa "rame" o "bronzo".^[6] Nomi odierni derivati da questo si ritrovano in italiano (rame), in aragonese (arambre) e in alcuni dialetti italiani.^[7] Solo più tardi venne sostituito (Plinio) dalla parola cuprum, da cui deriva il simbolo chimico dell'elemento. Cupra, molto simile a kypros soprannome di venere, è una divinità adorata nel territorio Piceno e legata al commercio oltre che alla fertilità. Diversi studi locali la rendono derivante dagli influssi arcaici provenienti da Cipro.^[8] In epoca romana la maggior parte del rame era estratta dall'isola di Cipro, realtà che veniva sottolineata con il termine aes Cyprium, "rame o bronzo di Cipro".^[9][10] In epoca romana, infatti, non si faceva differenza tra rame e bronzo. Per gli antichi Greci invece il termine era χαλκός (khalcós),^[11] dal quale derivano i nomi di alcuni minerali del rame, come la calcopirite e la calcocite, ma anche il nome generico degli elementi del gruppo 16, i calcogeni.^[12]

Storia

Con ogni probabilità, il rame è il metallo che l'umanità usa da più tempo: sono stati ritrovati oggetti in rame datati 8.700 a.C.

Il rame era già noto ad alcune delle più antiche civiltà di cui abbiamo testimonianze, la storia del suo impiego si stima abbia almeno 10 000 anni.

Un pendente in rame nativo datato attorno al 9.500 a.C. è stato trovato nella grotta Šhanidar nei monti Zagros (Iraq).^[13][14] In Turchia sono stati ritrovati altri oggetti in rame risalenti al 7000 a.C.^[13] Segni di attività del raffinamento del rame a partire dai suoi ossidi minerali (la malachite e l'azzurrite) risalgono al 5.000 a.C., mille anni prima di quelli relativi all'uso dell'oro.

Manufatti in rame e bronzo di origine sumera sono stati trovati in siti di città risalenti al 3.000 a.C. e alla stessa epoca risalgono pezzi prodotti con lega di rame e stagno dagli antichi egizi. Una piramide ospita un sistema di tubi di scarico in lega di rame vecchia di circa 5.000 anni. Al Museo Statale di Berlino si può vedere il primo tubo di rame per l'acqua risalente al 2.750 a.C. L'uso del rame nella Cina antica risale al 2.000 a.C., la cui produzione di bronzo raggiunge l'eccellenza attorno al 1.200 a.C.

In Europa, l'uso del rame è confermato dal ritrovamento dell'uomo del Similaun (noto anche come Ötzi), il corpo mummificato di un uomo risalente al 3.200 a.C. rinvenuto sulle Alpi, la cui ascia ha la lama costituita da rame puro al 99,7%. L'elevato tenore di arsenico trovato nei suoi capelli fa presumere che tra le attività dell'uomo rientrasse anche quella di produrre il rame. Verso la fine del III millennio a.C., a Saint-Véran (Francia) era nota la tecnica per staccare un pezzo del minerale, batterlo e scaldarlo presso una miniera di rame a un'altitudine di 2.500 metri.^[15] I reperti storici recuperati, risalenti a una fase avanzata dell'Età del bronzo (inizio II millennio a.C.), comprendono ugelli in ceramica e strutture in pietra a secco, interpretabili come un forno metallurgico preistorico.

L'uso del bronzo, lega di rame e stagno, è stato talmente diffuso nella storia da dare il nome a uno stadio dell'evoluzione della civiltà umana: l'età del bronzo. Il periodo di transizione tra il precedente neolitico e l'età del bronzo è chiamato calcolitico ed è contraddistinto dalla compresenza di utensili in pietra e utensili in rame.

L'ottone, una lega di rame e zinco, era già noto agli antichi greci e fu ampiamente utilizzato dai romani.

Il rame è stato associato alla dea Venere nella mitologia e nell'alchimia per via del suo aspetto lucente, del suo uso nella produzione di specchi e per la sua principale zona estrattiva, l'isola di Cipro. Il simbolo usato dagli alchimisti per rappresentare il rame è identico a quello impiegato dagli astrologi per rappresentare il pianeta Venere.

Chimica nucleare

Caratteristica[1][16]
Numero atomico	29
Massa atomica relativa	63 ma/kg
Massa molecolare	63,55 g/mol
Massa monoisotopica	62,929597 u
Volume atomico	1,182 10-29 m3

Isotopi

Esistono due isotopi stabili del rame, ⁶³Cu e ⁶⁵Cu: tutti gli altri sono instabili e molto radioattivi.^[17] Gran parte di essi ha una emivita di un minuto o meno; il meno instabile è il ⁶⁴Cu, con semivita di 12,7 ore, che può decadere in due modi diversi: cattura elettronica (ε) / emissione di positrone (β⁺) per il 61,5% complessivo, dando ⁶⁴Ni (stabile) e decadimento β⁻ per il 38,5% dando ⁶⁴Zn (stabile). Prima dell'isotopo stabile ⁶³Cu abbiamo il ⁶²Cu, che decade per cattura elettronica ed emissione di positrone (ε/β⁺) a ⁶²Ni (stabile) con emivita di 9,67 minuti rilasciando un'energia di 3,959 MeV.^[18] Dopo il ⁶⁵Cu abbiamo il ⁶⁶Cu, che decade β⁻ a ⁶⁶Zn (stabile) con emivita di 5,12 minuti rilasciando un'energia di 2,641 MeV.^[18]

Abbondanza e disponibilità

Disponibilità

Il rame è un metallo che si trova naturalmente nell'ambiente, nelle rocce, nel suolo, nell'acqua e nell'aria.^[19] Il rame si trova inoltre anche come metabolita del stipite batterico K12 dell'E. coli.^[20] Il rame è stato rilevato in A. salina, C. prolongata e T. cacao.^[21] In natura lo si trova generalmente associato allo zolfo.^[22]

Il rame si trova quasi sempre sotto forma di minerali e molto più raramente allo stato nativo sotto forma di pepite.

Le principali miniere sono situate lungo la Cordigliera delle Ande e le Montagne Rocciose: i principali Paesi estrattori sono il Cile, il Perù, la Cina, il Congo e gli Stati Uniti.

Alcune tra le principali miniere sono a cielo aperto. Le rocce che contengono rame hanno un tenore che varia tra lo 0,6 e il 2,0% in peso di rame. I minerali sono a base di solfuri come la calcopirite (CuFeS₂), la bornite (Cu₅FeS₄), la calcocite (Cu₂S) e la covellite (CuS); o di ossidi come la cuprite e la crisocolla, o ancora di carbonati come la malachite e l'azzurrite.

I maggiori produttori di rame nel 2019[23]
Posizione	Paese	Produzione (milioni di tonnellate)
1	Cile	5,79
2	Perù	2,46
3	Cina	1,68
4	RD del Congo	1,29
5	Stati Uniti	1,26
6	Australia	0,93
7	Russia	0,80
8	Zambia	0,79
9	Messico	0,71
10	Canada	0,57
11	Kazakistan	0,56
12	Polonia	0,39
13	Brasile	0,36[24]

Un quadro diverso emerge analizzando le aziende che gestiscono miniere di rame. Secondo un reportage pubblicato dalla rivista specializzata illuminem., i principali produttori sono aziende incorporate nel Regno Unito, seguite dalle società costituite in Cile, Stati Uniti e Messico, mentre la Cina è al quinto posto per controllo economico di miniere di rame^[25].

Risorse di rame

Le risorse di rame si suddividono in:

• riserve (depositi già scoperti e valutati come economicamente redditizi e sfruttati)
• depositi scoperti e potenzialmente redditizi (non ancora sfruttati)
• depositi non scoperti ma la cui esistenza è prevista da analisi geologiche preliminari.

Secondo lo United States Geological Survey (USGS), nel 2017 le riserve sono valutate in 790 milioni di tonnellate (Mt), i depositi scoperti e non sfruttati in 1.310 Mt, quelli non scoperti e previsti in 3.500 Mt. Il totale dei depositi previsti, inclusivi di quelli scoperti (sfruttati e non sfruttati) è quindi di 5.600 Mt. Questo dato non comprende i vasti depositi sui fondali oceanici sotto forma di noduli manganisiferi o solfuri.

Considerando il ritmo di estrazione annuale - 20 Mt -, si potrebbe erroneamente estrapolare un esaurimento delle riserve in circa 40 anni, ma di fatto altre se ne aggiungeranno nel frattempo, grazie alle continue scoperte di giacimenti e al progresso dei metodi estrattivi. Ciò manterrà stabile la disponibilità di rame, che per questi motivi dal 1950 oscilla intorno ai 35-40 anni.^[26][27]

Italia

L'Italia non è un paese ricco di rame, nonostante le miniere, tutte medio-piccole, fossero presenti su tutto il territorio dello Stato. Solitamente in queste cave il rame era in sottili venature, e i minerali estratti non ne contenevano molto.

Le più importanti in Italia erano:

• Predoi
• Montecatini Val di Cecina: miniera di Caporciano

Caratteristiche atomiche

È il primo elemento del gruppo 11 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione e un metallo pesante.^[28]

Allotropi

Metodi di preparazione

Lo stesso argomento in dettaglio: Metallurgia del rame.

Il rame puro viene generalmente prodotto attraverso un processo in più fasi, che inizia con l'estrazione e la concentrazione di minerali di rame a bassa qualità contenenti solfuri di rame. Successivamente, si procede con la fusione e la raffinazione elettrolitica per ottenere un catodo di rame puro. Una quota crescente di rame viene prodotta mediante lisciviazione acida di minerali ossidati.^[29]

Sezione di un cilindro di rame ottenuto mediante colata continua.

Dati sulla produzione

Andamento della produzione mondiale del rame a partire dal 1900 (in milioni di tonnellate all'anno).

Si distinguono diversi livelli di produzione del rame:

• rame primario (detto anche minerario);
• rame raffinato.

Il rame primario è il contenuto di rame estratto dalle miniere, che può essere raffinato in loco oppure spedito alle raffinerie sotto forma di concentrati. Il rame raffinato è invece il prodotto della raffinazione, generalmente elettrolitica, non solo di quello primario proveniente dalla miniera, ma anche di quello ottenuto dal riciclo di rottami. Si calcola che il 17% in media della produzione di raffinato derivi da rottami. Si noti che una parte notevole dei rottami di rame e delle sue leghe viene utilizzato direttamente in fonderia, senza necessità di passare attraverso cicli di raffinazione.

Le statistiche pongono in evidenza la crescente produzione mineraria e di rame raffinato degli ultimi annI (in migliaia di tonnellate):^[30]

Anno	Produzione mineraria	Produzione rame raffinato
2013	18.190	21.058
2014	18.426	22.490
2015	19.148	22.842
2016	20.356	23.337
2017	20.060	23.522

Rispetto al 1900, quando l'estrazione era di 500.000 tonnellate all'anno, la produzione è cresciuta mediamente del 3,2% all'anno. I paesi produttori mierari più importanti sono il Cile (5,5 milioni di tonnellate), seguito da Perù, Cina e Stati Uniti. La produzione di rame raffinato ha visto prima la Cina (38% circa del totale), seguito da Cile (10%), Giappone (6%), Stati Uniti (5%) e Russia.

I principali paesi utilizzatori di rame raffinato sono la Cina, gli Stati Uniti, il Giappone, la Germania, la Corea del Sud e l'Italia (801 000 tonnellate).^[31]

Merita un approfondimento la produzione di rottami di rame e leghe di rame, che sono da considerarsi una vera e propria materia prima pregiata per molte industrie di semilavorati. Ciò che favorisce e incoraggia il riciclo del rame è il risparmio energetico nella produzione (85% in meno rispetto al rame primario. Fonte: Bureau of International Recycling) e il fatto che può essere riciclato infinite volte senza che le sue caratteristiche meccaniche si degradino. In Italia il 40,5% del consumo di rame è soddisfatto dal riciclo (media degli anni 2003-07), mentre nel mondo questa percentuale si aggira intorno al 34% (vedi tabella sottostante, riferita all'anno 2004. Dati in milioni di tonnellate).

	Uso totale di rame	Produzione rame da riciclo	% rame dal riciclo
UE	6.350	2.732	43,0
Mondo	22.450	7.778	34,6

La quantità di rottame disponibile dipende dal consumo di rame di 2-3 decenni prima: infatti questa è la durata media della vita utile di un manufatto in rame.

Il rottame può essere di due tipi:

• di primo tipo o di recupero, quando proviene dallo smantellamento e demolizione di manufatti al termine della loro vita utile (es.: linee di contatto ferroviarie, impianti elettrici, tubazioni, avvolgimenti di motori, monete, etc.);
• di secondo tipo o di produzione, quando proviene da sfridi e ritagli dal ciclo di produzione dei semilavorati e nelle lavorazioni a valle dei semilavorati stessi (es.: asportazione di truciolo per rubinetteria e valvolame, tranciatura del nastro per le monete, ecc.).

Nel 2017 l'Italia ha prodotto 534.300 tonnellate di semilavorati in rame e 581.060 tonnellate di semilavorati in leghe di rame, di cui la stragrande maggioranza in ottone (Vedi tabelle sottostanti. Fonte: Assomet)

Semilavorati in rame	tonnellate
Tubi	56.600
Lastre e nastri	25.100
Barre e profilati	13.300
Fili	439.300

Semilavorati (ottone)	tonnellate
Tubi	3.900
Lastre e nastri	33.800
Barre e profilati	539.800
Fili	1.400
Altre leghe	2.160

Caratteristiche chimico-fisiche

Il rame è un solido metallico inodore, di colore rossastro, malleabile^[32] e duttile.^[17] Viene commercializzato anche in forma liquida o cristallina.^[33] Assume un colore verdastro, dovuto alla formazione di un carbonato basico, se esposto per lungo tempo all'umidità.^[34]

Risulta insolubile in acqua,^[32] lentamente solubile in una soluzione di ammoniaca e acqua, nonché lievemente solubile in acidi diluiti.^[35] Il coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua è pari a -0.57.^[36]

Non risulta combustibile ad eccezione di quando si trova sottoforma di polvere.^[37]

di conducibilità elettrica e termica elevatissima, superata solo da quelle dell'argento; è molto resistente alla corrosione (per via di una patina aderente che si forma spontaneamente sulla superficie, prima di colore bruno e poi di colore verde o verde-azzurro) e non è magnetico. È facilmente lavorabile, estremamente duttile e malleabile, ma non è idoneo a lavorazioni con asportazione di truciolo, perché ha una consistenza piuttosto pastosa; può essere facilmente riciclato e i suoi rottami hanno un alto valore di recupero; si combina con altri metalli a formare numerose leghe metalliche (si calcola che se ne usino almeno 400), le più comuni sono il bronzo e l'ottone, rispettivamente con lo stagno e lo zinco; tra le altre, anche i cupronichel e i cuprallumini (detti anche bronzi all'alluminio). I suoi impieghi possono essere per motori elettrici, rubinetti in ottone e per campane di bronzo.

Il rame metallico è relativamente tenero, duttile e malleabile, di color rossiccio^[38] ed è il secondo miglior conduttore di elettricità dopo l'argento, seguito poi dall'oro, tutti e tre dello stesso gruppo 11.^[39] Nell'accezione fisica dell'espressione, fa parte dei «metalli nobili».^[40]

Informazioni strutturali

Caratteristica
Numero di coordinazione[37]	2, 4
Stati di ossidazione[41]	+1, +2
Raggio atomico[42]	1,96 Å
Raggio covalente	1,22 Å
Gruppo spaziale	O h 5 - Fm3m
Reticolo cristallino	cubico a facce centrate
Parametri reticolari a 293K	3,6147 x 10-10 m
Vettore di Burgers	2,556 x 10-10 m
Raggio metallico	1,28 x 10-10 m
Numero di atomi per unità[16]	4

Caratteristiche elettroniche

Caratteristica
Configurazione elettronica	[Ar] 3d104s1
Energia di ionizzazione[43]	7,72638 eV
Elettronegatvità	1,90
Affinità elettronica[44]	1,236 ± 0,033 eV
Energia di 1° ionizzazione[42]	745,482 kJ/mol
Energia di 2° ionizzazione	1.957,919 kJ/mol
Energia di 3° ionizzazione	3.554,616 kJ/mol
Energia di 4° ionizzazione	5.536,33 kJ/mol
Energia di 5° ionizzazione	7.699,5 kJ/mol
Energia di 6° ionizzazione	9.938 kJ/mol
Energia di 7° ionizzazione	13.411 kJ/mol
Energia di 8° ionizzazione	16.017 kJ/mol
Energia di Fermi[16]	7,0 eV
Coefficiente di Hall	- 5,12 x 10-11 m3/(A .S)
Stato magnetico	diamagnetico

Spettro atomico del rame^[45]

Elemento	Isoel. Seq	Guscio fondamentale	Stato fondamentale	Energia di ionizzazione (eV)	Incertezza (eV)
Cu	Cu	[Ar]3d104s	2S1/2	7.726380	0.000004
	Ni	[Ar]3d10	1S0	20.29239	0.00006
	Co	[Ar]3d9	2D5/2	36.841	0.012
	Fe	[Ar]3d8	3F4	[57.38]	0.05
	Mn	[Ar]3d7	4F9/2	[79.8]	0.7
	Cr	[Ar]3d6	5D4	[103.0]	1.0
	V	[Ar]3d5	6S5/2	[139.0]	1.2
	Ti	[Ar]3d4	5D0	(166.0)	2.1
	Sc	[Ar]3d3	4F3/2	(198.0)	2.2
	Ca	[Ar]3d2	3F2	[232.2]	0.5
	K	[Ar]3d	2D3/2	265.33	0.25
	Ar	[Ne]3s23p6	1S0	[367.0]	0.9
	Cl	[Ne]3s23p5	2P°3/2	[401.0]	0.3
	S	[Ne]3s23p4	3P2	[436.0]	0.6
	P	[Ne]3s23p3	4S°3/2	[483.1]	0.9
	Si	[Ne]3s23p2	3P0	[518.7]	1.2
	Al	[Ne]3s23p	2P°1/2	[552.8]	2.1
	Mg	[Ne]3s2	1S0	[632.5]	0.6
	Na	[Ne]3s	2S1/2	[670.608]	0.020
	Ne	1s22s22p6	1S0	[1 690.5]	0.9
	F	1s22s22p5	2P°3/2	[1 800]	3
	O	1s22s22p4	3P2	[1 918]	4
	N	1s22s22p3	4S°3/2	[2 044]	6
	C	1s22s22p2	3P0	[2 179.4]	1.5
	B	1s22s22p	2P°1/2	[2 307.3]	1.0
	Be	1s22s2	1S0	[2 479.1]	2.2
	Li	1s22s	2S1/2	(2 586.954)	0.007
	He	1s2	1S0	(11 062.4309)	0.0011
	H	1s	2S1/2	(11 567.6237)	0.0005

Spettroscopia rotazionale e vibrazionale

Caratteristiche termodinamiche

Caratteristica[17][46]
Punto di ebollizione	2.595 °C
Punto di fusione	1.083 °C
Entalpia di vaporizzazione	1150 cal/g
Entalpia standard di formazione del gas	337,60 kJ/mol
Entalpia standard di formazione del liquido	11,86 kJ/mol
Entalpia di fusione	48,9 cal/g
Entropia standard di formazione	166,40 J/mol*K a 1 bar
Entropia del liquido in condizioni standard	41,62 J/mol*K
Entropia del solido in condizioni standard	33,17 J/mol*K
Capacità termica (solido)	0,092 cal/g/deg C a 20 °C
Capacità termica (liquido)	0.112 cal/g/deg C

Stato gassoso

Caratteristica
Pressione di vapore[47]	1 Torr a 1.628 °C

Stato solido

Caratteristica
Gravità specifica[48]	8,9
Durezza (scala di Mohs)[17]	3,0
Durezza (scala di Rockwell)[49]	F	54 min
	T	15 min
Densità[42]	8,96 g/cm3
Modulo di taglio[42]	48,3 GPa
Modulo di elasticità	129,8 GPa
Modulo di compressibilità	137,8 GPa
Resistenza alla trazione	32.000 psi min

Proprietà di trasporto

Caratteristica
Resistività elettrica[17]	1,673 microohm/cm
Conducibilità termica[49]	226 BTU/Sq Ft/Ft/Hr °C a 20°C
Coefficiente di dilatazione termica	9,8 x 10-6/°C da 20°C a 300°C

Caratteristiche chimiche

Stati di ossidazione

I due stati di ossidazione più comuni del rame sono +1 (ione rameoso, Cu⁺) e +2 (ione rameico, Cu²⁺) che partecipano alla formazione di due serie di sali. Entrambi i tipi di valenza formano ioni complessi che sono stabili.^[41] Due esempi sono l'ossido di rame(I) (Cu₂O, detto anche «ossidulo di rame»^[50][51]), un semiconduttore di colore rosso rosato, e l'ossido di rame(II) (CuO), di colore nero.

Esistono inoltre due stati di ossidazione più rari, +3 e +4. Il rame(III) forma l'ossoanione [CuO₂]⁻, i cui sali con vari ioni metallici sono noti come cuprati, ad esempio KCuO₂;^[52] il rame (III) è presente anche, insieme a Cu(II), negli ossidi superconduttori ad alta temperatura, tra cui i cuprati di ittrio e bario, non esattamente stechiometrici e formulabili idealmente come YBa₂Cu₃O₇.^[53] Inoltre, all'interno di alcuni enzimi sono stati riscontrati come intermedi specie formulate come Cu(II)−O• / Cu(III)=O.^[54] Il rame(IV) è presente nei sali dell'anione complesso [CuF₆]²⁻ (esafluorocuprato(IV)), come quello di cesio Cs₂CuF₆.^[55]

Reattività

Reagisce lentamente con acido cloridrico freddo e con acido solforico diluito, mentre reagisce facilmente con acido nitrico, acido solfidrico e acido bromidrico.^[17]

Ossidazione

Il processo di ossidazione che conferisce al rame la sua caratteristica patina verde è il risultato dell'esposizione a un'atmosfera acida. Questo processo è più rapido in alcune aree metropolitane, marine e industriali, dove sono presenti concentrazioni più elevate di inquinanti. Quando l'umidità acida entra in contatto con le superfici di rame esposte, reagisce con il rame formando solfato di rame. Durante la reazione con il rame, l'acido viene neutralizzato. La patina alla fine ricopre la superficie e vi aderisce saldamente, fornendo uno strato protettivo contro ulteriori intemperie.^[49]

Corrosione

Poiché il rame ha uno dei numeri galvanici più alti tra i metalli nobili, non subirà danni dal contatto con nessuno di essi. Tuttavia, provocherà la corrosione degli altri metalli se a contatto diretto. La soluzione consiste nel prevenire tale contatto diretto utilizzando materiali di separazione, come vernici specifiche o guarnizioni. Non è necessario isolare il rame dal piombo, dallo stagno o dall'acciaio inossidabile nella maggior parte delle circostanze. I principali metalli da considerare in termini di contatto diretto sono l'alluminio e lo zinco. Ferro e acciaio non rappresentano generalmente un problema, a meno che la loro massa non sia simile o inferiore a quella del rame.^[49]

Un altro tipo di corrosione che colpisce il rame è causato dal flusso di acqua acida concentrato su una piccola area. Questo fenomeno, spesso chiamato "corrosione da erosione", si verifica quando la pioggia cade su un tetto non in rame, come tegole, ardesia, legno o asfalto. L'acqua acida non viene neutralizzata mentre scorre sul materiale inerte. Quando l'acqua raccolta su una superficie ampia viene deviata o raccolta da un piccolo rivestimento o grondaia in rame, il rame può deteriorarsi prima che sviluppi una patina protettiva.

Un altro tipo di corrosione si verifica ai bordi di scolo dei materiali di copertura inerti che convogliano l'acqua in una grondaia. Se le tegole sono direttamente a contatto con il rame, l'effetto corrosivo è amplificato poiché l'umidità viene trattenuta lungo il bordo per azione capillare, provocando la "corrosione lineare".^[49]

Composti

• Acetato rameico
• Aspirinato di rame
• Bromuro di rame(I)
• Bromuro di rame(II)
• Carbonato rameico
• Cianuro di rame(I)
• Cloruro rameico
• Cloruro rameoso
• Cuprato
• Esafluorofosfato di tetrakis(acetonitrile)rame(I)
• Idrossido carbonato rameico
• Idrossido di rame (II)
• Ioduro rameoso
• YBCO
• Modulo fotovoltaico CIGS
• Nitrato rameico
• Ossicloruro di rame
• Ossido di ittrio bario e rame
• Ossido di rame bario e terre rare
• Ossido rameico
• Ossido rameoso
• Perossido di rame
• Plastocianina
• Reattivi di Gilman
• Reattivo di Schweizer
• Seleniuro di rame indio e gallio
• Solfato rameico
• Solfato rameoso
• Solfuro rameico
• Verde di Parigi
• Verde di Scheele

Applicazioni

Il rame è utilizzato per realizzare molti tipi di prodotti, come fili, tubi idraulici e lamiere. I centesimi statunitensi prodotti prima del 1982 sono fatti di rame, mentre quelli realizzati dopo il 1982 sono solo rivestiti in rame. Il rame viene anche combinato con altri metalli per creare tubi e rubinetti in ottone e bronzo. I composti del rame sono comunemente usati in agricoltura per trattare malattie delle piante come la muffa, per il trattamento delle acque e come conservanti per legno, pelle e tessuti.^[19]

Grazie alle sue proprietà, sia singolarmente che in combinazione, di elevata duttilità, malleabilità, conducibilità termica ed elettrica e resistenza alla corrosione, il rame è diventato un metallo industriale di grande importanza, classificandosi al terzo posto dopo il ferro e l'alluminio per quantità consumate. Gli utilizzi elettrici del rame rappresentano circa i tre quarti dell'uso totale del rame. La costruzione edilizia è il mercato singolo più grande, seguita da elettronica e prodotti elettronici, trasporti, macchinari industriali e prodotti per i consumatori e di uso generale. I sottoprodotti del rame provenienti dalla produzione e da prodotti obsoleti vengono facilmente riciclati e contribuiscono in modo significativo alla fornitura di rame.^[29]

Medicina

Il rame è utilizzato:

• nei contraccettivi intrauterini
• nella nutrizione parenterale totale^[56]
• come integratore alimentare^[57]
• in medicina veterinaria^[58]
• come agente batteriostatico^[59]
• nella PET
• nel tracciamento radioimmunologico
• nella radioterapia^[60]

Cosmetica

Il rame viene utilizzato nel settore cosmetico come colorante.^[61][62]

Industria alimentare

Il rame viene utilizzato nell'industria alimentare come colorante alimentare.^[63]

Agricoltura

Il rame è impiegato nel settore agricolo come alghicida e antimicrobico.^[59]

Metallurgia

Lo stesso argomento in dettaglio: Metallurgia del rame e Leghe di rame.

Elettronica ed elettrotecnica

Il rame viene impiegato per la trasmissione e la generazione di energia, il cablaggio degli edifici, le telecomunicazioni e i prodotti elettrici ed elettronici.^[29]

Industria automobilistica

Il rame viene utilizzato nei radiatori e negli scambiatori di calore delle auto, nonché nei tubi dei freni idraulici.^[64]

Edilizia e architettura

Il rame più comunemente utilizzato per applicazioni di fogli e strisce è conforme alla norma ASTM B370. È composto dal 99,9% di rame ed è disponibile in sei gradi di durezza indicati dalla norma ASTM B370 come: 060 (morbido), H00 (laminato a freddo), H01 (laminato a freddo, alta resa), H02 (semi-duro), H03 (tre quarti duro) e H04 (duro). Il rame a tempra morbida è estremamente malleabile e più adatto per applicazioni come lavori ornamentali intricati. Storicamente è stato utilizzato nella costruzione di edifici. A causa della sua bassa resistenza, era necessario utilizzare materiale di spessore elevato. Di conseguenza, l'uso del rame a tempera morbida non è raccomandato per la maggior parte delle applicazioni edilizie.^[49]

Con lo sviluppo del rame laminato a freddo, lo spessore del materiale può essere ridotto senza compromettere la bassa manutenzione e lunga durata. La tempra laminata a freddo è meno malleabile rispetto al rame a tempra morbida, ma è molto più resistente. È di gran lunga il tipo di rame più popolare attualmente utilizzato nella costruzione. I tetti in rame offrono un'ideale protezione contro i fulmini, a condizione che il tetto, le grondaie e i discendenti siano elettricamente interconnessi e adeguatamente collegati a terra.^[49]

Una delle caratteristiche del rame è la sua elevata conducibilità elettrica. Questa proprietà, combinata con altre caratteristiche fisiche come la duttilità, la malleabilità e la facilità di saldatura, lo rende un materiale ideale per la schermatura elettromagnetica. Il rame in fogli può essere modellato in praticamente qualsiasi forma e dimensione e collegato elettricamente a un sistema di messa a terra per creare una schermatura elettromagnetica efficace.^[49]

Il rame viene inoltre utilizzato nelle serrature, nelle maniglie, pomelli e altre finiture d'arredamento, nonché nei rivestimenti protettivi.^[49]

Altre applicazioni

Altri usi comuni del rame sono:

• nella produzione di padelle e altre pentole^[65]
• nella produzione di posate da tavola^[66]
• nelle vernici e supporto per opere d'arte^[67]
• nei condensatori di vapore^[68]
• nelle guide d'onda per apparati radio e radar a microonde^[69]
• nelle valvole termoioniche^[70]
• nei tubi a raggi catodici^[71]
• nei magnetron dei forni a microonde^[72]
• per il conio di monete^[73]
• nella produzione di ceramiche
• nella produzione del vetro
• negli strumenti musicali, soprattutto gli ottoni;
• com rivestimento delle parti esterne sommerse delle navi per evitare che mitili e molluschi marini vi aderiscano
• nell'industria chimica (es. la soluzione di Fehling)
• nella disinfezione dell'acqua potabile
• nei superconduttori

• 
  Stampo per budino in rame
• 
  Antico piatto in rame
• 
  Braccialetto in rame
• 
  Caldaie in rame per la cottura della birra

Importanza biologica

Lo stesso argomento in dettaglio: Rame (biologia).

Il rame è un elemento essenziale per le piante e gli animali, inclusi gli esseri umani, pertanto deve essere assorbito attraverso il cibo, l'acqua e la respirazione.^[19] Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano.^[74] È importante per il funzionamento di molti enzimi, inclusi la citocromo c ossidasi, la ammino ossidasi e la superossido dismutasi.^[56]

Ecco in sintesi la funzione di alcuni enzimi in cui è presente il rame:

• Diammina-ossidasi: inattiva l'istidina rilasciata durante le reazioni allergiche e le poliammine coinvolte nella proliferazione cellulare.
• Monoamina-ossidasi: è importante per la degradazione della serotonina e per catecolammine come la epinefrina, la norepinefrina e la dopamina.
• Lisil-ossidasi: usa la lisina e l'idrossilisina che si trovano nel collagene e nell'elastina per produrre le reticolazioni necessarie per lo sviluppo dei tessuti connettivi di ossa, denti, pelle, polmoni e sistema vascolare.
• Ferrossidasi: sono gli enzimi che si trovano nel plasma sanguigno, con la funzione di ossidare gli ioni ferrosi e facilitare il legame del ferro alla transferrina (la molecola che lega e trasporta il ferro). Tra questi ricordiamo:
• Ceruloplasmina: è il principale enzima a base di rame che si trova nel sangue; possiede anche funzioni antiossidanti, prevenendo il danneggiamento dei tessuti associato alla ossidazione degli ioni ferrosi. Si stima che la frazione di ceruloplasmina nel sangue vari dal 60 al 90%. La ceruloplasmina aiuta a regolare l'efflusso dei ferro immagazzinato dai tessuti ai siti di produzione dell'emoglobina.
• Ferrossidasi II: anch'essa catalizza l'ossidazione del ferro(2+).
• Citocromo-C-ossidasi: presente nei mitocondri, catalizza la riduzione dell'ossigeno ad acqua, permettendo la sintesi dell'adenosin trifosfato (ATP). L'attività della citocromo-C-ossidasi è massima nel cuore ed è alta anche nel cervello e nel fegato.
• Dopamina-beta-idrossilasi: catalizza la conversione della dopamina a norepinefrina nel cervello. Pertanto, la carenza di rame può portare a bassi livelli di norepinefrina in uomini e animali.
• Rame/zinco Superossido-dismutasi (Cu/Zn SOD): presente nella maggior parte delle cellule del corpo umano, protegge i composti intracellulari dai danni ossidativi. È presente in alte concentrazioni alte nel cervello, nella tiroide e nel fegato.
• Tirosinasi: catalizza la conversione della tirosina in dopamina e l'ossidazione della dopamina a dopachinone, intermedi nella sintesi della melanina.
• PAM (Peptidoglicina Alpha-amilante Monoossigenasi): necessaria per la bioattivazione dei peptidi.
• Fattori di coagulazione V (proaccelerina) e VIII (Fattore antiemofilico A): sono componenti non enzimatici del processo di coagulazione del sangue.

In alcuni animali come granchi e lumache, la molecola trasportatrice di ossigeno è una emocianina, una proteina contenente rame. Le emocianine rappresentano il terzo sistema in natura (insieme alle emoglobine e alle emeritrine) in grado di trasportare ossigeno dai punti in cui viene prelevato a quello, nei tessuti, dove viene ceduto. Analogamente all'emoglobina, le emocianine contengono subunità nella molecola completa; i siti attivi sono costituiti da due atomi di rame che legano congiuntamente una molecola di O₂.

Effetti sull'uomo e sull'ambiente

Nel quadro normativo dell'Unione europea e del regolamento REACH, nel 2000 l'Industria del rame ha dato il via a una valutazione volontaria dei rischi (VRA, Voluntary Risk Assessment)^[75] connessi al rame e a quattro suoi composti: l'ossido rameico, l'ossido rameoso, il solfato di rame(II) pentaidrato e l'ossicloruro di rame. L'Istituto Superiore di Sanità dell'Italia (in qualità di review Country) ha rivisto il processo e i rapporti per conto della Commissione europea. Sono stati analizzati i livelli di esposizione al rame nell'uomo e nell'ambiente, a seguito dei processi produttivi, del riciclo e dello smaltimento nonché all'uso dei semilavorati e dei prodotti finiti.

Le principali conclusioni raggiunte dalla Commissione europea e dagli esperti degli Stati Membri, contenute in un dossier di 1800 pagine, sono le seguenti^[76]:

• L'utilizzo dei prodotti di rame risulta, in generale, sicuro per l'ambiente e per la salute dei cittadini dell'Europa.
• Per l'acqua potabile, il valore soglia perché si verifichino effetti acuti è di 4,0 mg/l, mentre il livello cui il grande pubblico è in generale esposto risulta di 0,7 mg/l. Ciò è coerente con il livello guida del rame di 2,0 mg/l, stabilito dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.
• Per gli adulti, l'assunzione minima giornaliera di rame attraverso la dieta è di 1 mg, con una soglia massima di 11 mg. L'assunzione media reale si colloca tra 0,6 e 2 mg, suggerendo così che un aspetto problematico possa essere quello di una carenza.
• Il rame non è un materiale CMR (cancerogeno, mutageno, dannoso per la riproduzione) o PBT (persistente, bio-accumulante, tossico).

Curiosità

Nel 1886, la Statua della Libertà rappresentava la singola struttura realizzata con il maggior quantitativo di rame (62.000 libbre).^[77] Per costruirla, circa 80 tonnellate di lastre di rame furono tagliate e martellate fino a raggiungere uno spessore di circa 2,3 mm (3/32 di pollice), equivalente a quello di due monete statunitensi sovrapposte.^[78]