IL RAME Il rame lelemento chimico di numero

IL RAME Il rame è l'elemento chimico di numero atomico 29. Il suo simbolo è Cu.

IL RAME NELLA STORIA I primi metalli devono essere stati rinvenuti sotto forma di pepite. Deve essersi trattato di pezzi di rame o di oro, dato che questi rientrano nel numero limitato dei metalli che si incontrano talvolta in natura allo stato libero. I primi uomini che lavoravano il rame avevano scoperto che poteva essere facilmente modellato in lastre e che le lastre a loro volta potevano essere piegate e sagomate modellate in forme complesse. Inoltre, le lame di rame, una volta smussate, potevano venire affilate di nuovo molto più facilmente che non i bordi taglienti degli strumenti di pietra. Soltanto la rarità del rame ne impediva l'utilizzazione su vasta scala negli utensili, oltre che negli ornamenti. Il rame divenne meno raro, tuttavia, quando si scoprì che non occorreva trovarlo necessariamente sotto forma di rame: era possibile ottenerlo partendo dalla pietra. Il rame e le sue leghe principali come bronzo e ottone sono sempre state molto di più che un semplice abbellimento decorativo. Sebbene il ferro divenne il metallo più importante della civiltà occidentale dall'antica Roma in poi, erano il rame e le sue leghe che venivano impiegate dove era richiesta una combinazione di forza e durata. La resistenza alla corrosione assicurava che rame, bronzo e ottone fossero sia funzionali che decorativi sia nel Medioevo che nei secoli successivi, anche durante la Rivoluzione industriale e i giorni nostri.

ORIGINE DEL NOME Presso i Greci e i Romani il rame veniva usato per fabbricare armi, utensili, ornamenti ed anche nell’edilizia. Grandi quantità di rame venivano estratte dall’isola di Cipro, in latino Cyprum: dal cui nome derivò aes cuprum, da cui il simbolo Cu e il nome stesso del metallo in gran parte delle lingue moderne occidentali (copper, cuivre, kupfer, cobre, koppar, . . ). Il simbolo biologico della donna (il cerchio con una croce in basso, detto “specchio” di Venere) è lo stesso usato dagli alchimisti per indicare il rame: questo perché, secondo la leggenda, la Dea nacque dalla schiuma delle acque dell’isola di Cipro.

LE LEGHE Le leghe del rame più comunemente utilizzate nella saldatura sono: rame-zinco (ottone); rame-stagno (bronzo); rame-silicio; rame-alluminio; rame-nichel e altre leghe per trattamenti termici come rame-cromo e rame-berillio. L'OTTONE Nel rame fuso lo zinco si scioglie con qualsiasi concentrazione formando una soluzione omogenea. In fase solida invece l'omogeneità è garantita solo per contenuti in rame non inferiori al 60% circa. La fase solida omogenea dell'ottone con 70% rame e 30% zinco è denominata fase alfa (a). Se la percentuale di zinco viene incrementata fino al 40% circa, si forma un secondo costituente microstrutturale denominato fase beta (ß) che appare più rossastro del primo. La fase beta è dura e innalza la resistenza a trazione dell'ottone diminuendone però la duttilità. L'ottone è un metallo dorato che può essere facilmente fuso, forgiato, rullato, pressato e lavorato con utensile. Possiede inoltre una buona resistenza ad ambienti corrosivi come l'acqua marina e trova quindi applicazioni in parti esposte a queste condizioni. IL BRONZO (allo stagno) Il bronzo è una lega rame-stagno con caratteristiche simili a quelle dell'ottone. Molte armi, soprattutto le pistole, sono fatte di bronzo con una piccola percentuale di zinco (88% rame, 10% stagno, 2% zinco). Questo tipo di bronzo è usato quando si richiedono contemporaneamente resistenza meccanica e resistenza alla corrosione. Nel bronzo fuso viene largamente impiegato il fosforo per le sue spiccate proprietà riducenti, e quindi, per rendere il metallo più puro.

PROPRIETA’ Il Rame e le sue leghe sono alcuni dei più versatili materiali da costruzione disponibili. La combinazione delle proprietà del rame come la resistenza alla trazione, la conducibilità, la resistenza alla corrosione, la lavorabilità e la duttilità rendono questo metallo adatto ad una vasta gamma di applicazioni. Queste proprietà rame possono essere ulteriormente migliorate con opportune variazioni nella composizione e nei metodi di produzione. Conducibilità elettrica: il rame ha la più alta conducibilità dei metalli da costruzione. Elementi come l'argento o altri possono essere aggiunti per aumentarne o diminuirne la resistenza o altre proprietà, senza grave perdita di conduttività. Conducibilità termica: questa proprietà è simile alla conduttività elettrica. Le leghe di rame possono essere utilizzate per questa specifica proprietà, in cui una buona resistenza alla corrosione compensa la perdita di conducibilità all'aumentare della percentuale di lega. Resistenza alla corrosione: Tutte le leghe di rame resistono alla corrosione da acqua dolce e vapore. In atmosfere più rurali, marine e industriali le leghe di rame sono anche resistenti alla corrosione. Il rame è resistente alle soluzioni saline, ai terreni, ai minerali non ossidanti, agli acidi organici e soluzioni caustiche. Ammoniaca, alogeni, solfuri, soluzioni contenenti ioni di ammoniaca e acidi ossidanti, come l'acido nitrico, attaccano il rame. La Duttilità può essere ripristinata tramite ricottura: Questo può essere fatto sia da uno specifico processo di ricottura o da ricottura incidentale attraverso procedure di saldatura o brasatura. Tempra / Incremento di Resistenza: Ci sono quattro modi comuni per indurire (rafforzare) il rame come l'incrudimento, la tempra in soluzione solida, l'indurimento per precipitazione e il rafforzamento per dispersione. La quinta, la decomposizione spinodale, è attualmente utilizzata a fini commerciali, ma solo in alcune leghe di rame-nichel-stagno.

APPLICAZIONI Elettrotecnica ed elettronica Il rame è il migliore conduttore di elettricità dopo l’argento, ma ovviamente è di gran lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere. Oltre a queste considerazioni economiche e tecniche, il rame è apprezzato anche per la sua duttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione. E’ quindi possibile ottenere fili molto sottili, compatibili con tutti i moderni materiali isolanti, per esempio gli smalti, utilizzati negli avvolgimenti. Inoltre è sufficientemente forte e flessibile da sopportare avvolgimenti molto stretti senza rompersi. Non deve stupire allora che il 50% di tutto il rame viene impiegato nella produzione, nel trasporto ed utilizzo dell’energia elettrica. Il rame e le sue leghe sono utilizzate nelle schede dei circuiti stampati e nei connettori per elettronica: è sempre più richiesto nel campo dell’informatica per la produzione di microchips, aumentando la potenza e consentendo un ulteriore miniaturizzazione. I dissipatori di calore in rame consentono il raffreddamento dei microprocessori ad alta frequenza e dei dispositivi logici. Tra gli usi più innovativi si ricordano i cavi a isolamento minerale che sono costituiti da uno o più conduttori di rame che corrono all’interno di una guaina continua anch’essa in rame, isolati tra loro e dalla guaina con ossido di magnesio altamente compresso.

Architettura e lattoneria Il rame viene largamente usato per coperture di tetti, grondaie, scossaline, pluviali ecc. Infatti questo metallo racchiude in se un insieme ineguagliabile di pregi che lo rendono praticamente unico nel campo dell’edilizia. Innanzitutto il rame è l’unico metallo oltre all’oro ad essere colorato; inoltre, esposto agli agenti atmosferici acquisisce diverse colorazioni successive. I prodotti dell’esposizione all’atmosfera sono protettivi, quindi resistono nel tempo alle insidie della corrosione. Ma un altro vantaggio che il rame presenta è quello di essere facilmente lavorabile: essendo un metallo relativamente tenero e deformabile, può essere piegato e lavorato per ottenere dettagli architettonici complicati. Non subisce infragilimenti dovuti a basse temperature. Inoltre un tetto in rame costruito a regola d’arte non richiede praticamente manutenzione o opere di pulizia. L’uso del rame è molto apprezzato anche nel campo della bioedilizia poiché è riciclabile, naturale, non emette sostanze nocive o pericolose nell’ambiente ed è intrisencamente sano. Il rame e le sue leghe sono usate anche per decorazione di interni e per rivestimenti di facciate.

Impiantistica idrotermosanitaria Il rame è caratterizzato da una versatilità ineguagliabile: con un’unica tipologia di tubo si possono realizzare differenti impianti: Gas, acqua potabile e riscaldamento. Anche la gamma di raccordi a disposizione offre una versatilità senza paragoni. • Impianti di riscaldamento: come è noto il rame è il materiale di gran lunga più utilizzato in Italia e nel mondo per le sue ineguagliabili doti di affidabilità, sicurezza e scambio termico, sia negli impianti tradizionali che nei pannelli radianti. • Impianti sanitari: Il rame ha una qualità pressoché unica per un materiale destinato al trasporto dell’acqua potabile: la batteriostaticità. In altre parole non permette sulla superficie la proliferazione di batteri nocivi, questo contribuisce a preservare la purezza e l’igienicità dell’acqua potabile. • Gas Domestico: la resistenza al fuoco e alla pressione, il punto di fusione sopra i 1000° C, l’impermeabilità ai gas e la tenuta delle giunzioni, la bassissima affinità con l’ossigeno e il non invecchiamento all’esposizione agli UV, costituiscono una garanzia per l’intero impianto • Impianti di condizionamento: il tubo di rame, per le sue proprietà di scambio termico e caratteristiche meccaniche, è quello più idoneo e utilizzato in questo campo. Anche la raccorderia è un punto di forza di un impianto fatto in rame: è possibile usare quattro tipi di raccordi, senza la dipendenza di sistemi esclusivi e vincolanti.

FUNZIONI DEL RAME NEL CORPO UMANO Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano. Gioca un ruolo importante all'interno del metabolismo: dalla normale attività del cervello, del sistema nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l'ossidazione. C'è bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario. Il rame si trova negli enzimi, che sono quelle proteine che aumentano la velocità di reazione delle reazioni chimiche all'interno delle cellule. Sono circa una trentina gli enzimi (e i co-enzimi che sono altre proteine che aiutano gli enzimi) contenenti rame. Il rame, una volta assunto attraverso il cibo e l'acqua, viene assorbito dallo stomaco e dal primo tratto dell'intestino; da qua passa nel sangue, legandosi ad una proteina, la ceruloplasmina e quindi portato verso il fegato e da qui distribuito ai vari organi. Si noti che il fegato (il "laboratorio chimico" del corpo umano) ha una delle maggiori concentrazioni di rame del corpo umano; oltretutto proprio il fegato svolge la funzione di regolare il contenuto di rame nel corpo umano attraverso un processo chiamato omeostasi. Il rame si trova un po' ovunque nel corpo ed è richiesto per la formazione e il mantenimento della mielina, lo strato protettivo che copre i neuroni; enzimi a base di rame intervengono nella sintesi dei neurotrasmettitori, i messaggeri chimici che permettono le comunicazioni attraverso le cellule nervose. Il rame attraverso la superossido dismutasi, combatte l'ossidazione cellulare, aiutando a neutralizzare i radicali liberi che altrimenti causerebbero danni alle cellule stesse. Il rame è necessario anche durante la gravidanza. Il feto dipende completamente dalla madre per il suo fabbisogno di rame. Il feto accumula rame alla velocità di 0, 05 mg/giorno (soprattutto nell'ultimo trimestre) e alla nascita ha mediamente 15 mg di rame, di cui più della metà immagazzinata nel fegato. Queste riserve sono importanti nella primissima infanzia, quando l'assunzione di rame è relativamente bassa. Gran parte del restante rame si trova nel cervello. Per i neonati, il rame si trova nel latte materno.

PROBLEMI LEGATI ALLA CARENZA DI RAME Le manifestazioni principali di una grave carenza di rame nell'uomo sono a livello del sistema emopoietico con la comparsa di anemia, variabilmente associata a leucopenia e piastrinopenia e a livello del sistema nervoso, con la comparsa di una grave alterazione del midollo spinale (prevalente a livello dei cordoni posteriori e fasci piramidali) e dei nervi periferici: mieloneuropatia. Il rame è importante anche per la pelle e lo scheletro. Infatti attraverso l'enzima tirosinasi catalizza la formazione della melanina e attraverso la lisil ossidasi ha un ruolo importante nella formazione del collagene, proteina pressoché ubiquitaria nel nostro organismo: da qui alterazioni a carico dello scheletro, cutanee ecc. Alcune ricerche evidenziano che fratture, anomalie scheletriche e osteoporosi sono più frequenti se vi è carenza di rame. Il rame è coinvolto nella funzionalità del sistema immunitario. La carenza di rame ha notevoli ripercussioni su certi tipi di cellule, come i macrofagi e i neutrofili. La funzionalità del sistema immunitario è stata studiata in bambini carenti di rame, prima e dopo la cura. È stato rilevato che la attività dei fagociti (cellule che inglobano materiale estraneo) è aumentata dopo l'assimilazione di rame. Oltre che per il collagene, la lisil ossidasi entra in gioco anche per l'elastina ed entrambe le proteine sono importanti per il cuore e i vasi sanguigni. Tra gli effetti collaterali dovuti alla carenza di rame si registrano anche l'ingrossamento cardiaco, le arterie con muscolatura liscia degenerata e aneurismi alle arterie ventricolari e coronariche. Il rame influenza anche il metabolismo del colesterolo. Il rame è necessario anche durante la gravidanza. Si noti che non esistono malattie professionali legate al rame. Esistono invece solo due malattie genetiche, la malattia di Wilson e la sindrome di Menkes. La prima è dovuta ad un difetto nel gene della ATPasi che interviene nel trasporto e nell'escrezione biliare del rame attraverso l'incorporazione nella ceruloplasmina; di conseguenza il metallo si accumula in organi quali il cervello, l'occhio, il rene e il fegato. Il morbo di Menkes invece rappresenta l'incapacità del rame di essere assorbito dall'intestino, provocando una forte carenza all'interno del corpo.

ESPERIMENTO OSSIDAZIONE: In chimica, si dice che un elemento chimico subisce ossidazione quando subisce una sottrazione di elettroni, che si traduce nell'aumento del suo numero di ossidazione. Una lamina di zinco viene immersa in una soluzione di solfato di rame di colorazione azzurra, prima versata in un becher. Dopo un po' di tempo, che la lamina è immersa, osserviamo che questa si è ricoperta di uno strato di rame metallico di colore rossiccio. Dal punto di vista atomico, si verifica che un atomo di zinco perde due elettroni per formare lo ione Zn 2+. i due elettroni ceduti vengono acquistati da uno ione Cu 2+. Questo ione si trasforma in rame metallico rossiccio che si deposita sulla lamina di zinco.