Trabalho Ciência dos Materiais - Mineral Cobre

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COBRE (29)
Giovana Aguilar Duarte (29)
Resumo: O cobre foi o primeiro elemento metálico a ser utilizado pelo homem. Desde a pré-história, mais precisamente a cerca de 13.000 a.C, há registros da utilização desse mineral metálico em diversos objetos. É utilizado para vários fins, como, por exemplo, para produzir condutores elétricos. Possui uma coloração vermelha discretamente amarelada, é dúctil, maleável, resistente à corrosão, é um bom condutor elétrico e é também um mineral de fácil manejo. O símbolo do cobre é “Cu”, do latim cuprum, é um elemento classificado como metal de transição, seu número atômico é 29, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos e, tratando-se de estrutura cristalina, possui a CFC (cúbico de face centrada). 
Palavras-chave: metal de transição, pré-história, condutor.
	1. Introdução
	História
	O mineral Cobre (Cu) é um dos poucos metais que ocorrem na natureza em seu estado puro, estima-se que já o encontravam neste estado há cerca de 13.000 a.C., onde provavelmente ele era utilizado pelo homem para a confecção de objetos, armas e utensílios em geral. O cobre ocupa a 3ª posição no ranking dos metais mais utilizados em todo o mundo. Isso se deve às suas propriedades (que melhoram em baixas temperaturas) como a ductilidade, maleabilidade e também a alta condutividade elétrica e térmica que ele possui. Atualmente o cobre é utilizado principalmente para produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos) e também em ligas metálicas como o latão e o bronze.	(Wikipédia 2015)
	Nucleossíntese, Geologia e Mineralogia
	O elemento cobre foi produzido através de fusão nuclear (iniciada pelo hidrogênio) no núcleo das estrelas. Durante estas fusões há uma grande liberação de energia, visto que as massas dos núcleos produzidos são inferiores as dos núcleos iniciais. No decorrer da fusão nuclear, parte da massa é perdida e convertida em energia, de acordo com a famosa Equação de Einstein, E=mc². São estas fusões nucleares que explicam o calor e a luz do Sol que são percebidos por nós aqui da Terra. Pelo fato de ser um elemento pesado, o cobre preferiu ficar nas porções internas do planeta Terra, e possui participação nos processos endógenos. 
	Em seu estado nativo, encontra-se difundido sob a forma de filões, porém em quantidades pequenas. Os principais minerais do cobre são: calcopirita (CuFeS2) calcocita (Cu2S), covelita (UCs), bornita (Cu5FeS4), cuprita (Cu2O), azurita (2CuCO3.Cu(OH)2), malaquita (CuCO3.Cu(OH)2) e enargita (Cu3AsS4). Os principais tipos de depósitos de minério de cobre são: Pórfiro, IOCG, VHMS. Os minerais de maior interesse comercial são a calcocita (Cu2S), que possui 79,8 % de cobre, e a calcopirita (CuFeS2) com 34,5 %.
	Os principais países produtores de cobre são O Chile, Peru, China e Estados Unidos. O Brasil possui apenas 1,9% das reserva mundiais e ocupa a 15ª posição na produção de cobre. As jazidas brasileiras de minério de cobre mais importantes são: Camaquã (RS), Caraíba (BA), Carajás (PA).
	O processo de extração, de acordo com a empresa Citra do Brasil, ocorre da seguinte forma: o minério de cobre é extraído através de dois métodos básicos de mineração, a mineração a céu aberto ou a subterrânea. Primeiramente, para o minério ser removido da mina é necessário a quebra das pedras de minério em pedaços menores. O passo seguinte no processamento é chamado de beneficiação. Este é o primeiro passo para a concentração do cobre em uma forma mais utilizável. 
	Após a extração o cobre passa pelo processo de fluxo de fusão, a concentração do minério de sulfureto e de extração com solvente para a solução de lixiviação de minério de óxido. O cobre é fundido e moldado como ânodos, a solução a partir do processo de extração com solvente move-se para uma operação de revestimento. O passo final do processamento de minério de sulfato de cobre a partir da fundição é fazer com que os cátodos de cobre tenham elevada pureza. 
	2. Características Elementares e Ciência dos Materiais 
	Desde a sua descoberta, ainda na pré-história, o cobre é um dos elementos metálicos mais conhecidos que existe.
	Partículas Elementares (Modelo Padrão)
	As partículas elementares que o átomo de cobre possui, de acordo com o Modelo Padrão, são enumeradas na (Tab.1):
Tabela 1: Partículas Elementares (Modelo Padrão)
	Quarks
	Léptons
	Bósons
	Up
(u)
	Charm
(c)
	Top
(t)
	Neutrino e
(Ve)
	Neutrino µ
(Vµ)
	Neutrino Ʈ
(VƮ)
	Fóton
(Ƴ)
	Gluón
(g)
	Bóson z
(z)
	Bóson w
(w)
	Down
(d)
	Strange
(s)
	Bottom
(b)
	Elétron
(e)
	Muon
(µ)
	Tau
(Ʈ)
	
	 
 Figura.1: modelo atômico do cobre Figura.2: partículas elementares vs. modelo atômico
 Fonte: www.infoescola.com Fonte: www.igornuclear.wix.com
	
Estrutura Atômica – Conceitos Fundamentais
	O cobre possui raio atômico de 128pm, raio covalente de 132±4pm, configuração eletrônica [Ar] 3d10 4s1 , Elétrons (por nível de energia): K=2, L=8, M=18, N=1; estados de oxidação +1, +2, +3, +4 (óxido básico). Um átomo de cobre tem um elétron de valência o que faz com que ele ceda com muita facilidade esse elétron, que é um elétron livre. Seu modelo atômico juntamente com a sua transição eletrônica está representado na Fig.3.
Figura.3: Modelo atômico e transição eletrônica do cobre
	Propriedades Físicas e Químicas do átomo
Figura.4: O cobre representado na tabela periódica e seu arranjo atômico. Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Cobre
	O cobre (Cu) (do latim cuprum), é um elemento de número atômico 29 e massa atômica 63,6 u. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido. Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos (Fig.4). Suas propriedades físicas mais importantes são: cor metálica vermelho-amarelado, densidade 8920 kg/m³, 3,0, fusão a 1357,77 K e ebulição a 2835 K. O cobre forma uma rica variedade de compostos com estados de oxidação de +1 e +2. Além disso, o cobre pode se combinar com outros elementos e ser utilizado na produção de diversos objetos.
	Ligações Químicas
	O cobre realiza ligações de natureza metálica. Ele possui baixa eletronegatividade e tendência a perder elétrons da última camada, transformando-se em cátions. Os átomos estão geometricamente ordenados, por células unitárias que se repetem ao longo da cadeia formando um retículo cristalino. Os elétrons mais externos de um átomo, por estarem longe do núcleo, movimentam-se livremente, formando uma nuvem eletrônica dentro do retículo. A ligação metálica é o resultado da interação entre esses elétrons livres e os cátions fixos. Um exemplo dessa ligação é o Cobre combinado ao Zinco (Cu + Zn) que resulta no latão, que é utilizado para a fabricação de pregos, parafusos, estatuetas, entre outros objetos.
	(Globo Educação, 2015)
	Estrutura Cristalina e Minerais
	O cobre apresenta estrutura cristalina CFC, onde cada átomo dos vértices do cubo é dividido em 8 células unitárias. Já os átomos das faces pertencem somente a duas células unitárias, existem 4 átomos por célula unitária (Fig.6). O número de coordenação é 12 e o fator de empacotamento é 0,74. 
Figura.5: Estrutura cristalina e célula unitária CFC. Fonte: www.slideplayer.com.br
	3. Tecnologia e Engenharia dos Materiais
	 O cobre é normalmente usado em sua forma pura, mas também pode ser combinado com outros metais para produzir uma enorme variedade de ligas. 
	Processos
	As peças fabricadas com cobre são unidas por soldagem e/ou brasagem. Os processos utilizados na indústria são: laminação, extrusão, forjagem, fundição e metalurgia do pó. 
	Estrutura
	As estruturas são dadas pelas ligas propriamente ditas, que são: Cobre+Zinco (latão); Cobre+Estanho (bronze); Cobre + Alumínio; Cobre + Níquel (Cuproníquel) e Cobre + Ouro. 
	Propriedades
	Cada elemento adicionadoao cobre permite obter ligas com características tais como: maior dureza, resistência à corrosão, durabilidade, resistência mecânica, usinabilidade, aumentar a condutibilidade ou até para obter uma cor especial para combinar com certas aplicações. 
	Performance
	O cobre e suas ligas são utilizados na confecção de diversos objetos. São eles: fios condutores de eletricidade; moedas; objetos decorativos e domésticos; bijuterias; armação de lentes; cultivos marinhos; chaves; equipamentos de telecomunicações; soluções ácidas ou salinas; trocadores de calor e evaporadores; torneiras, varetas de soldagem, engrenagens e tubulações em geral, dentre outros.
	
	4. Conclusão
	Analisando tudo que foi dito, pode-se concluir que o Cobre é usado em larga escala no cotidiano de todos, assim como possui diversas aplicações e fez parte da evolução universal. Dessa forma, é possível classificá-lo como um elemento de alta importância em escala mundial.
	
	5. Referências Bibliográficas
	Wikipédia 2015. Cobre. Acessado em 28.06.2015 às 09:30 h, no link: http://pt.wikipedia.org/wiki/Cobre.
	César L.C.J. 2012. Cobre e suas ligas. Universidade Federal do Paraná. Curitiba.
	Infoescola 2015. Cobre. Acesso em 30.06.2015 às 12:00h, no link: http://www.infoescola.com/elem-entos-quimicos/cobre/.
	Citra 2015. Cobre e suas etapas. Acesso em 29.06.2015 às 20:12h, no link: http://www.citra.com.br
/cobre-e-suas-etapas/.