y la fácil reducción de minerales como la
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El cobre como mineral en Mindat. Fotos de cobre nativo en FMF. Información básica sobre el cobreen la RSCSi el oro es el rey de los metales, sería justo decir que el cobre, y no la plata, es el príncipe. El cobrees uno de los elementos más antiguos conocidos y utilizados por los humanos. Su importanciatecnológica y económica ha sido enorme desde que aprendieron a utilizar la gran distribución yabundancia de cobre elemental en la Naturaleza para fabricar instrumentos, armas, abalorios ycomo moneda; Una gran revolución tecnológica surgió cuando los humanos descubrieron lametalurgia del cobre, surgiendo el periodo calcolítico, y la fácil reducción de minerales como lamalaquita, y que, formando aleaciones con estaño o zinc, podían modular sus propiedades,obteniendo el bronce y el latón. El uso del cobre, trabajado a partir de cobre nativo, fue unainnovación tecnológica clave; el descubrimiento de la metalurgia del cobre fué el siguiente granavance y el descubrimiento del bronce fue tan decisivo en el desarrollo de antiguas civilizaciones,debido a la superioridad de las espadas y materiales de bronce sobre el cobre, como lo fue eldesarrollo de las armas nucleares en el siglo XX.Un ejemplo de uso temprano del cobre fue el que le dieron los nativos americanos de la zona de losGrandes Lagos. Las ricas minas de cobre de Michigan, distribuidas por los condados de Keweenaw,Ontonagon y Houghton ya fueron conocidas hace de 4000 a 6000 años, cuando las tribus localescomenzaron a extraer y utilizar el abundante cobre nativo de éstos yacimientos para la fabricaciónde objetos útiles y para el comercio, dando lugar a la “cultura del cobre”. Así, objetos de cobre de lasminas de Michigan se han encontrado en yacimientos arqueológicos en toda Norteamérica.
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Cobre nativo de Houghton Co., Michigan. Esta pieza de 23 cm de cobre tiene la particularidad deque fue encontrada en el curso del estudio arqueológico de antiguas explotaciones indias dedicadasa la extracción y trabajo del cobre. Parece que, por poco (tal vez por su forma), este ejemplar sesalvó de ser convertido en puntas de flecha, de lanza u otros objetos.Desde mediados del siglo XIX, las minas de cobre de Michigan comenzaron a ser explotadas conmedios modernos, dando lugar a minas famosas como Quincy o Calumet. Las enormes masas decobre nativo de Michigan son famosas mundialmente.
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Ejemplar de cobre nativo de la mina Quincy (Houghton Co., Michigan) que perteneció al SeamanMineral Museum, en Michigan Tech. Este ejemplar pesa 4.5 kg y puede considerarse pequeño, dadoque proviene de uno de los lugares más prolíficos del mundo en presencia de cobre nativo, de dondese han obtenido masas como esta desde cientos de kg a varias toneladas.No está claro el origen de la palabra “cobre” (cuprum en latín). Se dice que proviene de la palabragriega “kyprios” que designaba tanto al cobre como a la isla de Chipre, cuyas minas de cobre, juntocon las de Michigan, son de las más antiguas del mundo. La Península Ibérica tuvo, y aún tiene, unagran riqueza en éste elemento. Los yacimientos de sulfuros masivos de la Faja Pirítica Ibérica llevanen explotación continuada por su contenido en cobre y plata desde tiempos pre-romanos y,actualmente, continúan en explotación dos ricas minas de cobre, que extraen cada año más cobreque el extraído durante toda la Hispania romana: Neves Corvo y Las Cruces.
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Planchas de cobre electrolítico de muy alta calidad, obtenido en la metalurgia de la mina Las Cruces(Gerena, Sevilla) listo para expedir. Cada “paquete” pesa más de dos toneladas.
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Compárese el moderno cobre obtenido por hidrometalurgia con éste gran régulo de cobre, tal comolo obtenían los romanos en las minas de la Faja Pirítica. Este (unos 200 kilos de cobre) fuérecuperado del naufragio frente a la costa alicantina de una galera romana que transportaba uncargamento de cobre metálico desde las minas de romanas de la zona de Riotinto. Los años bajo elmar han alterado superficialmente el cobre, cubriéndolo de sales verde azuladas. Actualmente estáen el Museo Etnográfico de Jávea.En la mina de Las Cruces se explota un enorme depósito de sulfuro de cobre secundario de muy altaley. Es interesante que, en nuestras investigaciones, no hemos observado cobre nativo (pero si platanativa). De hecho, por las características de los yacimientos, el cobre nativo no es común en la FajaPirítica, excepto en uno, la mina de Herrerías, donde formó interesantes cristalizaciones muyapreciadas por los coleccionistas.
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Cobre nativo. Mina de Herrerías, Puebla de Guzmán (Huelva, España)
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El mineral de cobre por excelencia: la calcopirita (sulfuro de cobre y hierro). Esta muestra procedede la mina de Neves Corvo, en la parte portuguesa de la Faja Pirítica Ibérica.
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davDiversos especímenes de cobre nativo procedentes de Oumjrane, Marruecos (izquierda), Itauz,Kazakhstan (centro) y Michigan (derecha)El color del cobreEl cobre, oro y cesio son los únicos metales de la tabla periódica que tienen color. El cobre tiene sucaracterístico color rojo, el oro amarillo y el cesio tiene un color dorado pálido (otros colores quepresentan a veces los metales, como los azulados en el bismuto, se deben a capas de oxidaciónsuperficiales, a veces monoatómicas).
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El bonito color del cobre puro. Cobre electrolítico recién depositado, mostrando el colorcaracterístico del metal. Para esta imagen se usó como ánodo un fragmento de calcosina (Cu2S) ycomo cátodo un alambre de oro, realizándose una lenta electrodeposición a 1.1 V. Así se obtuvocobre muy puro.Entender el origen del color del cobre requiere un conocimiento bastante profundo de la química delos metales y la física del estado sólido. Simplificando, la causa del color se debe, en primer lugar, ala configuración electrónica del cobre: 3d10 4s1. En segundo lugar, se debe al nivel de Fermi delcobre, que podría definirse intuitivamente como la superficie de un “mar” de electrones (que en unmetal forman un “líquido de Fermi”) Los electrones no pueden saltar por encima de ésta superficie ala temperatura del cero absoluto, aunque a temperaturas superiores “saltan”, ascendiendo a nivelesenergéticos por encima del nivel de Fermi. El nivel de Fermi está justo por encima de las bandas 3d.A temperaturas normales, los electrones del cobre “saltan” de los niveles 3d a niveles vacíos 4s. Esla transición 3d->4s. Este “salto” y la distribución de estados energéticos convierte al cobre en unbuen conductor. Pues bien, el salto mínimo desde los niveles 3d al nivel de Fermi se correspondejustamente con la energía de la luz verde, a 560 nm. Por tanto el cobre absorbe toda la luz verde y
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azul, que invierte en transiciones energéticas, y por ello nosotros lo vemos de color rojo anaranjado,debido a que refleja la luz que no absorbe. La plata, con configuración 4d10 5s1, tiene un saltodesde los niveles 4d al nivel de Fermi en la energía de ultravioleta, por ello no absorbe luz visible yse ve de color blanco plateado muy brillante. El oro, siguiendo la misma tendencia según su posiciónen la Tabla Periódica, debería ser plateado, ya que su transición al nivel de Fermi debería requeriraún más energía que en la plata. La razón por la que el oro es amarillo implica otro fenómeno quetiene que ver con Einstein y que también explica su gran resistencia química.
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Cristales de cobre (muy pequeños, el campo de visión de la imagen es 2 mm) formados porreducción con un alambre de hierro. Muestra creada por Antonino Bueno
Diagrama de densidad de estados energéticos del cobre. Ef: nivel de Fermi. La luz verde tiene
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energía suficiente para la transición desde la banda 3d a la banda 4s al nivel de Fermi. Por ello, elcobre absorbe el verde y azul, reflejando todo el rojo y naranja.
Cobre nativo con su vistoso color. Un recuerdo de un viaje a Arizona. Es de la mina New Cornelia, enPima Co. (AZ, USA)
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Pero, si el cobre metálico es rojo anaranjado, ¿por qué las sales de Cu(II) son azules o verdes?. Elprecioso color en el rango del verde agua al azul marino intenso de las sales de cobre tiene unaexplicación aún más compleja.
Acetato de cobre (hoganita), mostrando el azul intenso de los complejos de cobre (II).La razón del intenso color azul de éstas sales de cobre tiene que ver también con su configuraciónelectrónica y con la formación de complejos octaédricos de coordinación del ión Cu2+ con ligandos,como moléculas de agua, acetato y otras. La coordinación octaédrica del cobre sufre una distorsióndebida al efecto Jahn Teller, por el que un sistema molecular energéticamente degenerado, es decir,en el que todos los orbitales tienen la misma energía, sufrirá una distorsión de modo que se reduzcala simetría y se separe del estado de degeneración. Por éste efecto, al coordinar el cobre conmoléculas como el agua o el acetato, aparecen en los orbitales d del átomo de cobre una serie detransiciones energéticas. Estas transiciones energéticas absorben luz en la región del color amarilloanaranjado al rojo, de ahí que los complejos de cobre (y las soluciones de sales de cobre) se vean conla luz que no absorben, es decir, verde azulado a azul intenso. Cuando el cobre no está coordinado,los orbitales entran en estado degenerado energéticamente y se pierden las transiciones. Esta es larazón por la que la calcantita deshidratada (CuSO4) tiene color blanco o verde pálido, al perderselos complejos cobre-agua, mientras que la calcantita hidratada (CuSO4.5H2O) es azul intensa, yaque posee complejos octaédricos cobre-agua, distorsionados por efecto Jahn-Teller.
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Azurita de intenso color azul, procedente de Toussit (Marruecos)
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La alteración del cobre en vivo: oxidación de una superficie de sulfuro de cobre I (Cu2S), generandocristales de sulfato de cobre II (CuSO4-5H2O).
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Cristales intensamente azules de hoganita (sintética). Los complejos orgánicos de cobre intensificanel color azulNecesitas cobre para respirarEl cobre es un elemento esencial para la vida. Se requiere en pequeñas cantidades para elmantenimiento de muchas funciones celulares (el cobre en exceso es tóxico). Para nosotros, y engeneral para todos los animales, el cobre es necesario para algo tan básico como respirar aire. Elproceso de respiración culmina en las “centrales energéticas” de las células, las mitocondrias, dondetiene lugar la transformación del oxígeno en agua, gracias a los electrones cedidos por las moléculasorgánicas de las que nos alimentamos. Este proceso produce una gran cantidad de energía, que seusa en mantenernos vivos. El consumo del oxígeno que respiramos tiene lugar en una estructurallamada citocromo c oxidasa o complejo IV de la cadena respiratoria. Es en éste punto donde elcobre tiene un papel esencial, sin el cual no podríamos respirar el oxígeno. Gracias a los átomos decobre en la estructura, el oxígeno puede convertirse en agua y se puede generar la energía que
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necesitamos.
La “intimidad” de la respiración: complejos metálicos en la citocromo c oxidasa, en la que heocultado la parte proteica para verlos bien. Los electrones, que provienen de las moléculasorgánicas de las que nos alimentamos, se transfieren a través de una serie de complejos de hierro(grupos hemo) y átomos de cobre al oxígeno, que se transforma en agua. La razón por la que elcobre es necesario es compleja: se debe a las propiedades redox del cobre y el potencial eléctrico dela transformación Cu(I) a Cu(II). Imagen: C.Menor Salvan/Chimera UCSF a partir de PDB 5iy5.En este punto también se generan los famosos “radicales libres”, a partir de la transformarciónparcial del oxígeno. La formación de radicales libres es un proceso bioquímico necesario, aunque sise producen en exceso pueden dañar la célula. En la imagen anterior también reside la causa de lagran toxicidad del cianuro, que se coloca fuertemente en lugar del oxígeno y se une a los átomos dehierro y cobre, bloqueando su función e impidiendo la respiración.A partir de ahora, cuando veas el cobre, recordarás cómo hace posible que respires y, junto con susotras propiedades únicas y su historia, te hará pensar que éste elemento es, no ya el príncipe, sino elverdadero rey de los metales.No todo el mundo llega leyendo hasta aquí, así que gracias por ello.Spread the science