O cobre é um elemento químico do grupo 11 (metais de transição) que pertence ao quarto período da tabela periódica.
O cobre tem um elétron s externo, além de um nível d completo. Apresenta estrutura cristalina cúbica de empacotamento compacto. Conduz bem a eletricidade e o calor, e tende a ser pouco reativo. O íon simples que pode ser encontrado em solução (além de íons complexos) é Cu2+. O cobre é obtido em larga escala, tendo sido utilizadas 11 milhões de toneladas em 1992, principalmente como metal puro e em ligas. O cobre é biologicamente importante, sendo encontrado em diversas enzimas do grupo das oxidases, nos transportadores de oxigênio em certos invertebrados e no sistema fotossintético. Há um grande interesse em torno dos diversos óxidos mistos de cobre, que possuem propriedades supercondutoras.
Pepitas de cobre naturais (isto é, pedaços de metal) eram antigamente encontradas, mas essa fonte está praticamente esgotada. O minério mais comum é a calcopirita CuFeS2.
O metal é utilizado na indústria elétrica, por causa da sua elevada condutividade, e em tubulações de água, por causa de sua inércia química. Existem mais de 1000 ligas diferentes de cobre. Podem ser citados o bronze (Cu/Zn com 20-50% de zinco), a liga conhecida como “prata alemã” (55-65% de cobre, 10-18% de níquel e 17-27% de zinco), o “bronze de fósforo” (cobre com 1,25-10% de estanho e 0,35% de fósforo) e várias ligas usadas na fabricação de moedas. Diversos compostos de cobre são utilizados da agricultura.
Existe um enorme interesse pelos óxidos mistos de cobre do tipo La(2-x)BaxCuO(4-y), pois eles apresentam propriedades supercondutoras a temperaturas inferiores a 50 K.
Estado de oxidação
O elemento cobre pode ser encontrado nos estados de oxidação (+I), (+II) e (+III). O íon hidratado simples estável em solução aquosa é Cu2+. O íon monovalente Cu+ se desproporciona em água, e por isso só pode existir na forma de compostos insolúveis ou complexos. Cu (+III) é um oxidante tão forte que consegue oxidar a água. Assim, só ocorre quando estabilizado na forma de complexos ou como compostos insolúveis.
Propriedades Gerais
O cobre apresenta grande condutividade elétrica e térmica. É um metal estrutural extremamente maleável e dúctil.. Essas propriedades estão relacionadas à sua estrutura de empacotamento cúbico compacto. Quando uma força suficientemente grande é aplicada, um plano pode ser forçado a se deslocar sobre outro. A estrutura é muito simples, de modo que mesmo quando ocorre esse deslizamento, a estrutura cúbica regular de empacotamento compacto é preservada.
O átomo de cobre tem um elétron s no seu orbital mais externo. Essa é a mesma configuração eletrônica de valência encontrada nos metais do Grupo 1. Apesar disso, há poucas semelhanças com eles, além da estequiometria formal dos compostos do elemento no estado de oxidação (+I) e da elevada condutividade elétrica exibida pelos dois grupos de metais.
O cobre difere dos elementos do Grupo 1 por ter o penúltimo nível contendo 10 elétrons d. A fraca blindagem propiciada pelos elétrons d faz com que o tamanho dos átomos dos elementos do Grupo seja bem menor. Em consequência, o cobre é mais denso e duro. Sua energia de ionização é maior e seus compostos são mais covalentes.
No cobre, os elétrons d participam da ligação metálica. Portanto, os pontos de fusão e as entalpias de sublimação são muito maiores que os dos metais do Grupo 1.
As maiores entalpias de sublimação e maiores energias de ionização são responsáveis pela baixa reatividade do cobre, isto é, pelo seu caráter “nobre”. Os metais do Grupo 1 têm potenciais padrão de redução (valores de Eo) muito negativos, e se situam no topo da série eletroquímica. O cobre possui valores positivos de Eo e se situa abaixo do hidrogênio na série eletroquímica. Portanto, não reage com água nem reage com ácidos liberando H2. O caráter nobre aumenta do cobre para a prata, e da prata para o ouro. O cobre não reage com ácidos não-oxidantes, mas reage com HNO3 e H2SO4 concentrados.