Il rame
Rame
Il rame è stato il primo metallo utilizzato dall’uomo in oriente, probabilmente intorno ai 4000 anni a.C., mentre in Occidente, in pieno periodo neolitico, o “della pietra nuova”, si levigava la selce. Il rame però ebbe scarsa diffusione, poiché non si prestava a sostituire la durissima selce e quando si scoprì lo stagno, usato in lega con il rame, per la formazione del bronzo, si cominciò a sviluppare la metallurgia. Con l’uso della scrittura, contemporaneamente alla scoperta del bronzo, i popoli orientali entrarono da allora nella storia.
Il rame è un metallo, che allo stato nativo si trova in minime quantità in natura.
Rame nativo
Allo stato combinato si rinviene nei seguenti minerali: la cuprite, ossido di rame rosso (Cu2O) e quello detto nero anch’esso sotto forma di ossido, (CuO); la calcopirite, solfuro di rame e ferro (CuFe S2); la calcosina, solfuro di rame (Cu2S); la malachite e l’azzurrite (carbonati basici), usate, come pietre ornamentali, rinvenute soprattutto nei ricchi giacimenti in Russia.
cuprite calcopirite calcosina malachite azzurrite
Proprietà del rame
Il rame è un metallo generalmente rosso, duttile, malleabile, tenero, tenace ed è un buon conduttore termico ed elettrico. Non si scioglie negli acidi, se non ossidato. E’ quasi inalterabile all’aria secca. All’umidità e con l’anidride carbonica si riveste di uno strato verde, formando un carbonato basico alquanto idratato (idrossicarbonato), detto verderame. Il rame fonde a circa 1100° e il suo peso specifico è circa 9. Si può riciclare ripetutamente poiché le sue proprietà restano inalterate.
Estrazione del rame
E’ estratto soprattutto dalla calcopirite e dall’erubescite (solfuro di rame e ferro). L’arricchimento dei minerali si ottiene con la cernita e con la flottazione per eliminare gli inerti. Con la torrefazione volatilizzano sia lo zolfo, sotto forma di anidride solforosa, sia l’antimonio e l’arsenico, mentre il ferro contenuto nei minerali, trasformato in ossido ferrico (Fe2 O3), è poi riscaldato fino a fusione con sabbia silicea in forni ad aria compressa, dove si riduce a ossido ferroso e si combina con la silice formando silicato di ferro (Si O2), scoria eliminabile. La metallina ottenuta contiene il 50% di rame circa, oltre a sostanze estranee e metalli nobili che sono poi recuperati e il cui valore ammortizza le spese di raffinazione del rame. Nei convertitori, con l'immissione di aria, si eliminano altre impurezze, mentre il rame raccogliendosi sul fondo, si separa secondo la seguente reazione, poiché il solfuro di rame si trasforma in ossido e si combina con altro solfuro:
Per ottenere il rame puro al 99,9 % si usa il metodo elettrolitico. In una soluzione acida di solfato di rame s’immergono gli elettrodi, di cui uno di rame impuro (anodo) e altri di sottili lamine di rame purissimo (catodo). Con l’elettrolisi si regola il potenziale in modo che i metalli più ossidabili del rame (Fe, Ni, As) restano in soluzione e non si possono depositare al catodo, mentre i metalli meno ossidabili precipitano sul fondo delle celle e non possono passare in soluzione, giacché soltanto il rame può passare dall’anodo al catodo. Nella soluzione il solfato di rame si dissocia:
Gli ioni Cu++ al passaggio della corrente vanno a depositarsi al catodo e quelli SO4-- -- all’anodo, dove i primi acquistano due cariche negative e due positive i secondi con formazione di Cu e SO4. Reagendo con l’acqua i gruppi SO4 formano acido solforico e ossigeno (SO4 + H2O = H2SO4 + O). L’ossigeno ossida il rame anodico (Cu + O = Cu O). L’ossido di rame e l’acido solforico, reagendo, formano solfato di rame e acqua (CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O). Il solfato di rame si scioglie e si dissocia (Cu++ ed SO4++). Il rame anodico, impuro, come già precisato, solubilizza e quindi passa puro al catodo.
Il rame è utilizzato per fili elettrici ed elettromagneti, tubi negli impianti di acqua potabile e pannelli radianti, monete, utensili da cucina, ecc. Le pentole di rame devono essere continuamente ripulite perché in esse si forma il verderame, oppure si stagnano internamente: molti acidi organici degli alimenti, infatti, reagiscono con il verderame, dando sali solubili molto tossici. Il rame ostacola inoltre la vita di alghe e molluschi, funghi e batteri e quindi il diffondersi di malattie ed è usato per questa ragione per maniglie, che sono continuamente a contatto delle mani. In alte concentrazioni è tossico per la vita umana. Negli impianti idrici, soltanto per il ferro e lo stagno non sono stati riconosciuti problemi legati alla salute umana. Nel rame il rilascio di metalli pesanti per ossidazione, è minore solo rispetto ad altri due metalli: l’oro e l’argento. Ferro e rame nell'organismo umano sono catalizzatori importanti. Producono, infatti, i radicali liberi che regolano importanti funzioni dell’organismo e che sono neutralizzati dagli antiossidanti quando in eccesso, al contrario, lo danneggiano. Secondo le ultime ricerche nel corpo umano il ferro passa per ossidazione dallo stato ferroso a quello ferrico, formando placche nell’endotelio venoso, con particelle di LDL (low density lipoprotein). Il problema, credo, non nasca, quindi, dal ferro, bensì dalla mancata difesa degli antiossidanti all’attacco ossidante dell’ossigeno. Dopo i cinquant’anni, perciò, alimenti, troppo ricchi di rame e ferro aumentano il pericolo di contrarre malattie, legate a questa età. Nel corpo umano il fabbisogno di rame, che è un oligoelemento, si può calcolare intorno ai mg.1 - 2 per gli adulti e in 0,05 per Kg. di peso nei bambini. Quello del ferro è di mg. 10 – 12 negli adulti e nelle gestanti sale fino a mg.15.