Els empèdocles moderns – L’element 29 (Cu) – coure (nilbienni, Nbe)

Aquesta sèrie, que segueix el fil conductor dels elements químics, i se centra en conseqüència en els àtoms i, especialment, en els nuclis atòmics, deixa potser sovint en un segon terme el fet que entre els àtoms hi ha quelcom més que buit. Efectivament, els àtoms, entre ells, es relacionen, es vinculen. No tan sols això és vàlid pels compostos químics, sinó també per cossos conformats per un sol element químic; i, naturalment, encara més per a la majoria de cossos naturals, que són barreges heterogènies de substàncies químiques, màxim quan també sabem que hi ha formes de matèria-energia que no són atòmiques. Si ens limitem, de totes maneres, als cossos sòlids, clàssicament s’han distingit quatre tipus d’enllaçaments entre els seus components atòmics: 1) l’enllaç covalent; 2) l’enllaç iònic; 3) l’enllaç metàl•lic; 4) l’enllaç intermolecular feble. Els sòlids que purament mostren un d’aquests tipus d’enllaços entre els seus constituents són, respectivament, sòlids covalents (p.ex. el diamant, el quars, el grafit), sòlids iònics (p.ex., la sal comuna), sòlids metàl•lics (p.ex., el coure o l’alumini) i sòlids moleculars (p.ex. la parafina). Electrònicament, els enllaços covalents són formats per “electrons compartits”; els enllaços iònics per “electrons transferits”; els enllaços metàl•lics són formats per una “mar d’electrons” en el qual se submergeixen cations; els enllaços febles resulten de forces d’atracció o repulsió “entre molècules”. Hi ha, naturalment, formes intermèdies. Els enllaços covalents on hi ha una forta polaritat entre els àtoms enllaçats presenten ja propietats iòniques; així, per exemple, els òxids metàl•lics constitueixen un continu entre els més “covalents” i els més “iònics”. Els nanotubs de carboni, constituïts per una xarxa covalent d’àtoms de carboni, poden presentar “mars d’electrons”. Els sòlids metàl•lics, en diferents graus, es caracteritzen per la cohesió que els dóna “la mar d’electrons” o “núvol d’electrons”, i les corresponents forces electromagnètiques d’atracció d’aquests electrons envers els cations metàl•lics. La força, la ductilitat, la conductivitat tèrmica, la resistivitat elèctrics, l’opacitat, el lustre, i d’altres propietats caracteritzadores dels metalls deriven d’aquesta configuració. Lligar, però, les propietats del microcosmos, descrites per la física quàntica, amb les del macrocosmos és matèria encara d’intensa recerca i modelització.

Els elements químics que, en condicions estàndards i en estat pur, constitueixen sòlids metàl•lics són els millors conductors de l’electricitat, ja que la mar d’electrons que sosté el sòlid és relativament mòbil. La major conductivitat relativa l’ofereixen l’argent (Z=47), el coure (Z=29), l’or (Z=79) i l’alumini (Z=13)

La descoberta del coure

Lingot de coure de Zakros (Creta), corresponent a l’època minoica

El coure fou probablement el primer metall treballat per la humanitat. Seguint tradicions antiquíssimes, hom ha volgut introduir un ordre precís en la prehistòria humana. El relat que trobem en Homer o en Hesíode, ens parla que, abans de la invenció i desenvolupament de la metal•lúrgia del ferro, hi havia hagut una “edat del bronze”. I, prèviament a l’“edat dels metalls” hi hauria hagut una “edat de pedra”. Aquesta visió de “tres edats” (pedra-bronze-ferro) és una esquematització, és clar, perquè també podríem introduir diferències d’acord amb els usos d’altres tipus de materials (fusta, os, etc.) en la confecció d’eines o d’acord amb l’ús de la ceràmica, o bé d’acord amb el nivell de sedentarització, de domesticació d’animals o de cultiu deliberat de plantes. En un sentit estricte, l’Edat dels Metalls no pren una forma definitiva sinó ben entrada l’Edat del Ferro. En un sentit més ample, podem fer remuntar l’Edat dels Metalls als primers usos del coure, en el qual cas ens hem de remuntar força més enrere en el temps.

La peça més antiga de coure de la qual es té notícia és una arracada de l’Alta Mesopotàmia, datada en l’any 8700 a.e.c. Diversos indicis fan suposar que abans i tot hom devia fer ús del ferro d’origen meteorític i de vetes d’or nadiu. El primer coure emprat, de manera similar, era coure nadiu. Amb més o menys esforç en l’extracció, i amb més o menys esforç en el treball “en fred” del metall, se’n feien diversos usos. Com les pedres precioses, els metalls eren un material rar i, elaborat o no, podia trobar el seu destí final a una localitat molt allunyada d’on se l’havia extret. Fins i tot molt abans que poguessin servir de font del metall, minerals de coure (atzurita, turquesa) eren cercats, extrets i aprofitats per ells mateixos per fer-ne ornaments o com a materials primers per elaborar pigments verds o blaus.

La idea d’una llarga transició entre l’Edat de Pedra (dividida al seu torn entre Paleolític i Neolític) i l’Edat de Bronze, ja era expressada en el 1881 per John Evans. Evans assenyalava que en moltes regions, abans de l’ús del bronze, hi havia hagut un ús del coure. De manera similar, Gaetano Chierici anomenava al període de transició “Eneolític” (combinació dels mots grecs per al “bronze” i per a la “pedra”), que també ha estat anomenat després com a “Calcolític” (emprant el mot grec χαλκός).

El desenvolupament de les tècniques del forn obria la possibilitat de noves transformacions metal•lúrgiques. Al treball en fred, s’hi sumà la recuita de metalls fins més enllà d’una temperatura crítica, que augmentava la ductilitat del coure. Després hi seguí la capacitat de fondre els metalls. Això obria la possibilitat d’extreure metalls de minerals, i no haver de dependre exclusivament de fonts de metall nadiu. D’altra banda, s’obria la possibilitat de fer aliatges entre metalls. Sorgiren així els “bronzes”, dels quals el més emprat l’aliatge entre el coure i l’estany, d’una fortalesa i perdurabilitat superiors al coure sense aliar. El desenvolupament de motllos de cera, sèu, reïna, quitrà o roba, permetia la producció seriada d’estris de coure o de bronze. A mitjan del VIII mil•lenni a.e.c., al sud-est d’Anatòlia hom ja disposava d’una metal•lúrgia del coure prou madura.

Bé mitjançant descobertes independents o paral•leles, o per difusió cultural, la metal•lúrgia s’estenia. Cap a l’any 6000 a.e.c, comença la metal•lúrgia del coure a la regió dels Grans Llacs de Nord-amèrica, primer centrada en l’elaboració de joieria (amb productes de coure de fins el 99% de puresa), i no emprada en la confecció d’eines fins molt més tard. Cap a l’any 5500 a.e.c., als Balcans hom feia servir un tipus de bronze obtingut a través de minerals de coure també rics en silici i arsènic. En el V mil•lenni a.e.c., a la Xina hom troba ja ús de llautó, aliatge de coure i zinc. A la mòmia de Hauslabjoch, coneguda com a Ötzi, descoberta en el 1991 i datada en el 3300 a.e.c., se li va trobar una destral de coure d’una puresa del 99,7%, mentre que els nivells relativament alts d’arsènic en el cabell han fet pensar que aquest home es dedicava a la metal•lúrgia.

A la Vall de Timna, en el Desert del Negev, hom trobat mines de crisocol•la, un mineral ciclosilicat de coure i alumini. Les mines ja haurien estat explotades en el V mil•lenni a.e.c., per tal d’extreure coure del mineral

La transició de l’Edat del Coure a l’Edat del Bronze és força boirosa, i en qualsevol cas molt heterogènia en les diferents contrades. En la cultura Vinča, hi ha trobem eines de bronze resultat de l’aliatge de coure (85-90%) i d’estany (10-15%) en el 4500 a.e.c., si bé la generalització no es produeix fins el 3500 a.e.c.. La metal•lúrgia del bronze s’aferma a Sumèria i a Egipte devers el 3000 a.e.c., quan aquestes societats abandonen ja la “prehistòria”. Ja havia difós a l’extrem occidental d’Europa vers l’any 2500 a.e.c. La metal•lúrgia del coure i del bronze fou la base de la siderúrgia, la qual comença a desenvolupar-se a l’Àsia Sud-occidental a partir del III mil•leni a.e.c.

En l’esquema que trobem a Hesíode, els metalls, de més a menys nobles, eren l’or, l’argent, el bronze i el ferro. Plató, en la seva Politeia, associa el bronze a la tercera classe de ciutadans, la formada pels mercaders i els banquers. Si l’or fou el metall monetari per excel•lència, l’argent i el coure el complementaven en les monedes de menys valor. Les necessitats creixents de metalls jugaren un paper crucial en l’extensió de xarxes comercials, com les que promogueren fenicis i grecs fins arribar als extrems, rics en mines de coure i d’altres metalls, de la Mediterrània Occidental.

Que el coure i el bronze eren, de totes formes, una novetat tecnològica ho mostra la disparitat de mots emprats per referir-s’hi. El mot grec pel coure és χαλκός, mentre que en llengües eslaves, s’utilitza la forma Měď, o en friülà se’n diu “ram”. La paraula llatina “aes” feia referència originàriament al coure i a qualsevol mena de bronze i, per extensió, a les eines fetes d’aquests materials, així com al pes d’una lliura de bronze que constituïa la base del sistema monetari romà. L’expressió “aes Cyprium” es referia específicament al coure no aliat, pel fet que en bona part procedia de les mines de coure de Xipre. Amb el temps, el mot “cuprum” es referiria al metall, i d’ací la seva associació també amb Venus, divinitat associada a l’illa. Un altre bronze reputat era l’aes Corinthiacum, procedent de l’Istme, i que se suposa que podria haver estat un aliatge de coure amb or i argent.

Estàtua de bronze que representa el conductor de carro (ηνίοχος) que va guanyar per a Poluzalos, l’home fort de Gela, el triomf en els Jocs Pítics de l’any 478 a.e.c.

Tot i que el ferro havia esdevingut el primer metall en importància, la metal•lúrgia del bronze continuava patint innovacions. La demanda de coure era en creixement. Hom calcula que la producció anual de coure en temps d’August era de 15.000 tones anuals. Aliatges com el llautó trobaven nous usos. Això es reflectia en canvis en el sistema monetari. Juli Cèsar ja havia emprat el llautó en emissions monetàries. Jugar amb els aliatges era rellevant en la política imperial, i les diverses emissions podia tindre continguts diferents de coure, de plom, d’estany, etc.

La turquesa és un mineral opac de color blau verdós constituït per un fosfat hidratat de coure i d’alumini. Com altres minerals de coure, adquirí un valor per ell mateix, d’una banda en la confecció de pigments, i de l’altra com a pedra ornamental, com demostra la cúpula de la mesquita de Til•la Kari, a Samarcanda

En les diferents tradicions “alquímiques” gregues, egípcies, siríaques, àrabs, perses, índiques, xineses, la classificació i la jerarquització dels metalls té un rol central. Com els planetes clàssics, els metalls són set: l’or-Sol, l’argent-Lluna, el coure-Venus, l’estany-Júpiter, el plom-Saturn, el ferro-Mart i l’hidrargent-Mercuri. El coure i Venus comparteixen símbol, ♀, que sovint s’interpreta com el mirall de mà, fet de bronze, de la dea.

Galeria de l’antiga mina de coure de Falun, Suècia, coneguda com “Stora Kopparberg”

L’augment de la demanda i la concentració de la producció minera, va fer del coure un metall estratègic en l’Europa del Sis-cents. El principal productor era Suècia, gràcies a la Gran Mina de Coure de Falun, que assolí el pic de producció en el 1650, amb 3000 tones de coure. Això suposava gairebé dos terços de la producció europea i era, a través de l’exportació, font d’importants rèdits per a la Corona Sueca. Així mentre en altres estats el sistema monetari es basava en l’or o en una combinació d’or i argent, el sistema monetari suec es basava en el coure. L’esgotament de la mina, que en 1710 tan sols produïa 1000 tones anuals, reflectia també la conclusió de les grans aventures continentals del Regne de Suècia.

El segle XVIII suposà un major coneixement dels minerals de coure i dels seus aliatges. S’abandonà la noció dels “set metalls” per una de més complexa i variada. El coure (“cuivre”) apareix en la llista de substàncies simples del “Traité Élémentaire de Chimie” (1789) d’Antoine Lavoisier, acompanyat de setze altres “substàncies simples metàl•liques oxidables o acidificables”.

Vers el 1800, Alessandro Volta presenta una pila alternada de discs de coure i de zinc, sucats en salmorra, com un mecanisme per a generar un corrent elèctric (galvànic).

L’arrel llatina “cuprum” era la que s’havia imposat en les llengües germàniques, inclòs l’alemany (kupfer), l’anglès (copper) i el suec (koppar). John Dalton, en “New System of Chemical Philosophy” (1808), empra com a símbol de l’element simple “copper”, la lletra C. Jöns Jacon Berzelius, en el seu sistema del 1813, dóna prioritat als “metal•loids”, de manera que la C és assignada al carboni, mentre que al “cuprum” li correspon el símbol “Cu”, que ha retingut fins els nostres dies.

Un dels químics més prestigiosos de l’època, Sir Humphry Davy treballava en la qüestió d’aplicar cobertes de coure al casc de les naus. Aquesta idea ja havia estat formulada per Charles Perry en el 1708, i la Royal Navy havia fet diversos intents d’aplicació des dels anys 1750. Calia combinar l’efecte cercat de protecció de la fusta amb la flotabilitat, i tot plegat sense elevar excessivament el cost global de la nau. La primera aplicació generalitzada es va fer en les naus de guerra, però en el 1816 ja el 18% de la flota mercant britànica era “coppered”.

La química moderna i la teoria atòmica oferiren un millor coneixement dels minerals de coure, dels seus compostos i dels seus aliatges. La massa atòmica del coure s’havia estimat en 63-64 equivalents de la del nitrogen. Per precisar-la millor, el 1830, Gottfried Osann féu esforços per obtindre pols de coure elemental. Aquest treball, a banda de determinar una massa de 63,5 (i per tant, clarament no entera), va empènyer la pulverimetal•lúrgia, l’obtenció de metalls en pols.

En el 1859, Rudolf Christian Böttger (1806-1881) aconseguí la síntesi del primer compost organo-courat conegut, l’acetilur de coure (I) (Cu-C≡C-Cu), en fer passar gas acetilè a través d’una solució de clorur de coure (I). Aquest compost explosiu no trobà aplicacions, però sí ho feren les dècades següents alguns altres compostos orgànics de coure.

Entre els intents de sistematitzar els elements químics, el de John Newlands, del 1865, es basava en la numerar els elements i assignar-los segons el mòdul de 7 del seu nombre atòmic. El coure, amb un nombre atòmic de 23, era assignat al grup 2, el del liti, sodi i potassi. El coure no lligava gaire amb aquest grup de metalls alcalins, i el parer general fou que la “llei de l’octet” era poc substanciada.

Més sòlida era la proposta de taula periòdica de Dmitri Mendeleev. En la formulació del 1869, el coure apareix indicat amb una massa atòmica de 63,4, integrat en el grup de l’hidrogen, en el qual apareixia com a element del quart període (l’argent era al cinquè, i el mercuri al sisè).

En la formulació del 1871, Mendeleev presenta una taula més compacte. Tan és així que el coure (assenyalat amb una massa atòmica de 63) comparteix casella amb el ferro (56), el cobalt (59) i el níquel (59), dins del vuitè grup d’elements i del quart període.

Mentrestant, aliatges de coure-níquel, com l’anomenat argent alemany (60% de coure, 20% de níquel i 20% de zinc) trobava nous usos en ornamentació. D’altra banda, en el 1876, obria la Norddeutsche Affinerie d’Hamburg, planta pionera en la galvanoplàstia industrial, especialment del coure: el courejat permetia donar un acabat més llustrós i resistent a peces de ferro i d’acer.

La taula periòdica dels elements, en les primeres dècades del segle XX, patí modificacions que descongestionaven la zona dels metalls de transició. El coure, ara ja amb el nombre atòmic de 29, era assignat a un grup propi, l’11, que encapçalava ell mateix en el quart període, i que compartia amb l’argent (cinquè període) i l’or (sisè període). Curiosament, doncs, l’ordre clàssic d’or-argent-coure/bronze era restaurat.

Els requeriments del coure al llarg del segle XX no feren més que augmentar. Això requerí innovacions en la producció, com el “Liekkisulatus”, procés de fossa de mineral de coure desenvolupat per Outokumpu i aplicat inicialment el 1949 en la planta de Harjavalta (Finlàndia). Els minerals de coure esdevenien com més va més un element estratègic. En el 1967, quatre dels principals països exportadors, Xile, Perú, Congo-Kinshasha i Zàmbia formaren el Consell Intergovernamental de Països Exportadors de Coure (CIPEC). El Consell deixava fora el segon productor mundial, els Estats Units. La qüestió del coure ocupà un lloc central en la política xilena dels anys 1970. La Llei de Nacionalització de la Mineria del Coure, promulgada el 1971, fou un dels punts centrals de la “via xilena al socialisme”, com assenyalà el president Salvador Allende en un discurs de l’11 de juliol del 1971. Alhora, també fou un dels motius del colp d’estat de l’11 de setembre del 1973. Vinclat Xile, el CIPEC entrà en retrocés fins a la seva dissolució formal en el 1988.

El coure: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del coure és de 63,546 uma, que resulta de la mitjana ponderada de la massa dels seus isòtops més freqüents. Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– coure-52 (⁵²Cu; 51,99718 uma). Nucli format per 29 protons i 23 neutrons. És un isòtop molt inestable. Decau, amb emissió d’un protó, a níquel-51.
– coure-53 (⁵³Cu; 52,98555 uma). Nucli format per 29 protons i 24 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 3•10^-7 s. Decau, amb emissió d’un protó, a níquel-52.
– coure-54 (⁵⁴Cu; 53,97671 uma). Nucli format per 29 protons i 25 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 7,5•10^-8 s. Decau, amb emissió d’un protó, a níquel-53.
– coure-55 (⁵⁵Cu; 54,96605 uma). Nucli format per 29 protons i 26 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,04 s. Decau bé a níquel-55 (amb emissió d’un positró) a níquel-54 (amb emissió d’un protó).
– coure-56 (⁵⁶Cu; 55,95856 uma). Nucli format per 29 protons i 27 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,093 s. Decau a níquel-56, amb emissió d’un positró.
– coure-57 (⁵⁷Cu; 56,949211 uma). Nucli format per 29 protons i 28 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1963 s. Decau a níquel-57, amb emissió d’un positró.
– coure-58 (⁵⁸Cu; 57,9445385 uma). Nucli format per 29 protons i 29 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,204 s. Decau a níquel-58, amb emissió d’un positró.
– coure-59 (⁵⁹Cu; 58,9394980 uma). Nucli format per 29 protons i 30 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 81,5 s. Decau a níquel-59, amb emissió d’un positró.
– coure-60 (⁶⁰Cu; 59,9373650 uma). Nucli format per 29 protons i 31 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1420 segons (24 minuts). Decau a níquel-60, amb emissió d’un positró.
– coure-61 (⁶¹Cu; 60,9334578 uma). Nucli format per 29 protons i 32 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,200•10⁴ s (3 hores). Decau a níquel-61, amb emissió d’un positró.
– coure-62 (⁶²Cu; 61,932584 uma). Nucli format per 29 protons i 33 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 580,4 s (10 minuts). Decau a níquel-62, amb emissió d’un positró.
– coure-63 (⁶³Cu; 62,9295975 uma). Nucli format per 29 protons i 34 neutrons. És un isòtop estable, el més freqüent, amb una abundància relativa de 69,15% (que oscil•la mostralment entre 68,983% i 69,338%). Compostos de ⁶²Cu, com el ⁶²Cu-PTSM són emprats com a traçador en tomografia axial de positrons.
– coure-64 (⁶⁴Cu; 63,9297642 uma). Nucli format per 29 protons i 35 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,5720•10⁴ s (13 hores). Decau bé a níquel-64 (61%; amb emissió d’un positró) o bé a zinc-64 (39%; amb emissió d’un electró). El coure-64 i compostos que el contenen han trobat aplicacions diagnòstiques i terapèutiques. Se’l produeix en reactors i nuclears, bé a partir de coure-63 o de zinc-64. Entre les aplicacions diagnòstiques, hi ha el seguiment de la malaltia de Wilson (desencadenada per a una acumulació excessiva de coure). Compostos orgànics que quelen ⁶⁴Cu, com ara el ⁶⁴Cu-ATSM semblen prometedors com a radiofàrmacs en oncologia.
– coure-65 (⁶⁵Cu; 64,9277895 uma). Nucli format per 29 protons i 36 neutrons. És un isòtop estable, amb una abundància relativa de 30,85% (que oscil•la entre 30,662% i 31,017%).
– coure-66 (⁶⁶Cu; 65,9288688 uma). Nucli format per 29 protons i 37 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 307,2 s (5 minuts). Decau a zinc-66, amb emissió d’un electró.
– coure-67 (⁶⁷Cu; 66,9277303 uma). Nucli format per 29 protons i 38 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,226•10⁵ s (2,6 dies). Decau a zinc-67, amb emissió d’un electró.
– coure-68 (⁶⁸Cu; 67,9296109 uma). Nucli format per 29 protons i 39 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 31,1 s. Decau a zinc-68, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (^68mCu) a 721,6 keV, que té una semivida de 225 s, per decaure majoritàriament (84%) a l’estat basal o, directament (16%) a zinc-68.
– coure-69 (⁶⁹Cu; 68,9294293 uma). Nucli format per 29 protons i 40 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 171 s (vora 3 minuts). Decau a zinc-69, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (^69mCu) a 2741,8 keV, que té una semivida de 3,6•10^-7 s.
– coure-70 (⁷⁰Cu; 69,9323923 uma). Nucli format per 29 protons i 41 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 44,5 s. Decau a zinc-70, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un (^70m1Cu) a 101,1 keV (amb una semivida de 33 s) i un altre (^70m2Cu) a 242,6 keV (amb una semivida de 6,6 s).
– coure-71 (⁷¹Cu; 70,9326768 uma). Nucli format per 29 protons i 42 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 19,4 s. Decau a zinc-71, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (^71mCu) a 2756 keV, que té una semivida de 2,71•10^-7 s.
– coure-72 (⁷²Cu; 71,9358203 uma). Nucli format per 29 protons i 43 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,6 s. Decau a zinc-72, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (^72mCu) a 270 keV, que té una semivida de 1,76•10^-6 s.
– coure-73 (⁷³Cu; 72,936675 uma). Nucli format per 29 protons i 44 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,2 s. Decau normalment (>99,9%) a zinc-73 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%), a zinc-72 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– coure-74 (⁷⁴Cu; 73,939875 uma). Nucli format per 29 protons i 45 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,594 s. Decau a zinc-74, amb emissió d’un electró.
– coure-75 (⁷⁵Cu; 74,94190 uma). Nucli format per 29 protons i 46 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,224 s. Decau majoritàriament (96,5%) a zinc-75 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (3,5%), a zinc-74 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– coure-76 (⁷⁶Cu; 75,945275 uma). Nucli format per 29 protons i 47 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,641 s. Decau majoritàriament (97%) a zinc-76 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (3%), a zinc-75 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix un estat metastable (^76mCu), que té una semivida de 1,27 s.
– coure-77 (⁷⁷Cu; 76,94785 uma). Nucli format per 29 protons i 48 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,469 s. Decau a zinc-77, amb emissió d’un electró.
– coure-78 (⁷⁸Cu; 77,95196 uma). Nucli format per 29 protons i 49 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,342 s. Decau a zinc-78, amb emissió d’un electró.
– coure-79 (⁷⁹Cu; 78,95456 uma). Nucli format per 29 protons i 50 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,188 s. Decau bé a zinc-78 (55%; amb emissió d’un neutró i d’un electró) o a zinc-79 (45%; amb emissió d’un electró).
– coure-80 (⁸⁰Cu; 79,96087 uma). Nucli format per 29 protons i 51 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau a zinc-80, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de coure conté 29 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹. És, doncs, el primer element (ja en el quart període) del grup 11, en el marc del bloc d (metalls de transició). L’estat d’oxidació més habitual és +2 (Cu²⁺, ió cúpric), encara que també pot presentar els de +4, +3, +1 (Cu¹⁺, ió cuprós) i 0. El radi atòmic és de 1,28•10^-10 m.

Peça de coure metàl•lic nadiu. El color roig ataronjat no és únicament producte de l’oxidació més o menys superficial, sinó també del mateix coure metàl•lic. Això contrasta amb la immensa majoria dels elements metàl•lics, que tenen un to grisós més o menys argentat. De fet, a banda del coure, tan sols presenten coloració pròpia tres altres metalls simples: l’or (groc), del cesi (groc) i de l’osmi (blavós)

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el coure elemental apareix com un sòlid metàl•lic (densitat de 8960 kg•m^-3), molt dúctil i molt bon conductor tèrmic (401 W•m^-1•K^-1) i elèctric (5,96•10⁷ S•m^-1). Com passa amb altres elements del grup 11 (argent i or), l’únic electró de l’orbital 4s tendeix a alimentar la mar d’electrons que manté units els cations metàl•lics. El fet que l’orbital 3d sigui complet en la configuració basal, fa que els enllaços de coure tinguin un baix caràcter covalent, la qual cosa es tradueix macroscòpicament en una duresa limitada (3,0 en l’escala de Mohs). Val a dir que les formes policristal•lines o granulades de coure mostren una duresa més elevada que no pas les formes monocristal•lines. La coloració característica del coure metàl•lic s’explica per transicions electròniques entre els orbitals 3d i 4s.

Fils de coure, sense exposar a l’aire (esquerra) i exposat (dreta). El color característic del fil de coure és el resultat de la formació d’una capa superficial d’òxid de coure damunt del cos metàl•lic

El coure no reacciona amb l’aigua pura, però sí ho fa amb l’aire atmosfèric, oxidant-se fins a formar una capa d’òxid de color bru o negre que, de fet, acaba per protegir el gros de la peça. També s’hi pot formar una capa de carbonat de coure, de color verd gris, o de sulfur, segons les condicions atmosfèrics i el temps d’exposició.

En condicions estàndards de pressió, el coure elemental fon a 1357,77 K. La densitat en aquest punt és de 8020 kg•m^-3.

El coure fos emet una incandescència taronja i posseeix un lustre rosat

En condicions estàndards de pressió, el punt d’evaporació del coure se situa a 2835 K.

L’òxid cuprós, Cu₂O, és de color vermell

Els dos principals òxids de coure, són el cuprós (Cu₂O) i el cúpric (CuO). Entre els sulfurs, hi ha també el cuprós (Cu₂S, calcocita) i el cúpric (CuS, covel•lita). Uns altres compostos binaris són els halurs de coure.

Sulfat de tetraamino-coure (II). El color blau es deu a la formació de complexos de coordinacions entre els ions amino i el coure (II)

L’abundància del coure en l’univers depèn dels processos de nucleosíntesi en les supernoves, i de la mateixa estabilitat dels isòtops de coure, níquel i zinc. Com es correspon als elements de Z senar, el coure és menys abundant que els elements que el flanquegen en la taula periòdica, tant per avall, el níquel, com per damunt, el zinc. Ara bé, més enllà del zinc, cap element de nombre atòmic superior ni tan sols s’apropa en abundància al coure. En canvi, si mirem entre els elements més lleuger, el coure supera en abundància uns quants (vanadi, escandi, bor, beril•li i liti). En el Sistema Solar, per cada milió d’àtoms de silici, hi ha vora un milers d’àtoms de coure.

En la Terra, el coure presenta una abundància atòmica de 25 ppm que, en termes de massa, es tradueix a 60 ppm. Com correspon als elements calcòfils, el coure, sobretot en combinar-se amb l’oxigen i el sofre, assoleix una abundància un xic més elevada a la litosfera, on arriba a 100 ppm. En l’escorça també trobem coure metàl•lic, habitualment formant masses policristal•lines. Els cristall senzill de coure metàl•lic més gran mai trobat mesurava 4,4×3,2×3,2 cm, mentre que en el 1857 hom trobà a la Península de Keweeenaw (Michigan) la massa més gran de coure elemental coneguda, de 420 tones. Quantitativament, però, el coure es troba formant part de minerals, siguin òxids (com la cuprita, Cu₂O), sulfurs (com la calcopirita, CuFeS₂; la calcocita, Cu₂S), carbonats (atzurita, Cu₃(CO₃)₂(OH)₂; malaquita, Cu₂CO₃(OH)₂).

Calcopirita crescuda en quars, procedent de Camp Bird Mine (Ouray, Colorado)

La presència de coure en la hidrosfera varia d’acord amb la localitat. La concentració típica en els oceans és de 0,25 mg•m^-3.

En l’atmosfera, els coure i els seus compostos només tenen presència transitòria en forma de traces.

El coure és un oligoelement essencial per a molts organismes biològics, entre ells totes les plantes i els animals pluricel•lulars. Bàsicament, el trobem en forma iònica, associat específicament a proteïnes. Els centres metàl•lics de les cuproproteïnes han estat classificats en diversos tipus:
– centres T1Cu, propis de les cupredoxines. Un únic àtom de coure es coordina en una estructura planar trigonal amb dos residus d’histidina i un de cisteïna. Encara hi ha un lligand axial, que pot ser l’àtom de sofre d’una metionina (T1Cu classe I, p.ex. amicianina, plastocianina, pseudoatzurina) o un altre residu aminoacídic (T1Cu classe II). En alguns casos, hi ha un segon lligand axial, un grup carbonil d’un residu de glicina (T1Cu classe III, p.ex. atzurina). El color blau de les cupredoxines s’explica per un pic d’absorció a 600 nm, associat a la transferència de càrrega S→Cu. El potencial de reducció (Cu²⁺→Cu⁺) és superior a 0,25 V.
– centres T2Cu. El coure s’enllaça amb una coordinació planar quadrada amb lligands de nitrogen o d’oxigen. Els trobem en cuproenzims de tipus oxidasa o oxigenasa.
– centres T3Cu. Consisteix en dos ions de coure cadascun coordinat amb tres residus d’histidina. Els trobem en cuproenzims de tipus oxidasa, i també en proteïnes de transport d’oxigen (com l’hemocianina o la tirosinasa).
– centre Cu_A: Consisteix en dos ions de coure coordinats amb dues histidines, una metionina, un grup carbonil d’un residu aminoacídic, i dos residus de cisteïna. Aquest centre el trobem en la citocrom c oxidasa i en la NO-reductasa.
– centre Cu_B: Consisteix en un àtom de coure coordinat per tres residus d’histidina en geometria trigonal piramidal. El trobem en la citocrom c oxidasa
– centre Cu_Z: Consisteix en quatre àtoms de coure coordinats per set residus d’histidina i vinculats per un àtom de sofre.

Així doncs, trobem cuproproteïnes en les cadenes de transport electrònic associades a membranes cel•lulars, mitocondrials i cloroplastidials, com és el cas de la citocrom c oxidasa o de la plastocianina. Aquestes cadenes consisteixen en una sèrie ordenada de reaccions redox, en les quals, abunden les ferroproteïnes, però on el trànsit de Cu(I) a Cu(II), i a l’inrevés, participa en la formació d’un gradient a través de la membrana biològica corresponent que es traduirà després en forma d’energia química (formació d’ATP, etc.).

Sembla, però, que la funció originària de les primeres cuproproteïnes tenia a veure amb la seva capacitat de segrestar O₂. De fet, la majoria de mol•luscs i alguns artròpods, empren com a proteïna de transport d’oxigen en la seva sang o hemolimfa, una hemocianina (el color blau de la qual es deu a que és una cuproproteïna). El coure i el zinc són els cofactors de la superòxid dismutasa de tipus I (Cu,Zn-SOD), que trobem en el citoplasma de gairebé totes les cèl•lules eucariòtiques, i que suposa un primer mecanisme enzimàtic de protecció contra les espècies reactives d’oxigen.

Les laques naturals, producte de la secreció resinosa i translúcida de diversos insectes de la família dels kerrïids, són sintetitzades per una sèrie de passes enzimàtiques, en la qual les laccases, que són cuproproteïnes, ocupen una posició central.

Alguns microorganismes tenen la capacitat de mobilitzar grans quantitats de coure sòlid, com és el cas de Chromobacterium violaceum i Pseudomonas fluorescents. En bioremediació són interessants fongs que formen micorrizes i toleren i segresten concentracions elevades d’ions de coure. És el cas d’algunes espècies de Calluna, Erica, Vacciniums o Suillus.

En el cos humà, el coure en termes de massa té una concentració típica de 1,4-2,1 ppm (0,104 ppm en termes atòmics), de manera que per a un individu de 70 kg, el contingut corporal de coure és de 72 mg. La quantitat d’ingesta diària recomanada de coure va de 0,97-3,0 mg diaris. El gros de l’absorció del coure té lloc en l’intestí prim (1 mg procedent dels aliments i 5 mg procedents de la circulació enterohepàtica), i passa a la sang associat a albúmina. Després del primer pas hepàtic, la principal proteïna transportadora de coure és la ceruloplasmina. La regulació dels nivells de coure es realitza sobretot a través de la bilis: en cas de nivells excessius l’augment de contingut de coure de la bilis permet una excreció que superi la reabsorció intestinal.

Esquema de l’estructura de la ceruloplasmina, proteïna que transporta el 95% del coure present en el torrent sanguini humà. La ceruloplasmina carregada de coure també és excretada activament en la llet.

Els baixos requeriments nutricionals de coure i la seva ubicuïtat en les fonts alimentàries, fan que la deficiència en coure sigui extremadament rara. Pot sorgir, però, com a conseqüència de problemes malabsorptius o per una intoxicació crònica amb zinc (que interfereix en l’absorció de coure). Sigui quin sigui l’origen la deficiència en coure pot provocar nombroses alteracions en la sang (anèmia, neutropènia), en els ossos (fragilitat), en la pell (hipopigmentació), en el metabolisme (hipertiroïdisme, desregulació dels nivells de glucosa i colesterol).

La contrapartida és l’acumulació excessiva de coure en els teixits. En el 1912, Samuel Alexander Kinnier Wilson (1878-1937) va descriure una malaltia hepàtica degenerativa, coneguda com a degeneració hepatolenticular o malaltia de Wilson. En el 1948, John Nathaniel Cumings remarcà que la base d’aquesta malaltia era una acumulació de coure en el fetge i en el cervell. En el 1951, Derek Denny-Brown va trobar una resposta positiva en els pacients si se’ls injectava dimercaprol, un quelant de coure. No seria fins unes dècades més tard, que hom trobaria que la causa final de la malaltia són mutacions en l’ATP7B, gen que codifica per a una proteïna que participa en l’excreció biliar del coure.

La toxicitat aguda del coure (20-70 grams) per ingesta es manifesta en trastorns gastrointestinals, probablement associats al fet que el coure, com el ferro i altres metalls, fomenta la generació d’espècies reactives d’oxigen que danyen ja d’entrada la mucosa intestinal. L’existència de mecanismes de regulació de l’absorció i de l’excreció de coure fan relativament rara la intoxicació crònica.

Esquema del metabolisme del coure en l’intestí prim (enteròcit) i en el fetge (hepatòcit)

L’economia del coure

Les necessitats econòmiques de coure se satisfan no únicament amb la producció sinó també en bona mesura amb el reciclatge. En termes de massa, únicament el ferro i l’alumini, superen el reciclatge de coure entre els metalls. Així doncs, de tot el coure que la humanitat ha extret de l’escorça terrestre, el 80% és encara en ús. El coure reciclat, independentment de si prové de materials més o menys elaborats, té les mateixes característiques que el coure “nou”. El procés d’obtenció és el mateix en els dos casos, si bé fins i tot hom pot estalviar-se algunes passes en el cas del reciclatge: electrorefinat en bany d’àcid sulfúric, fossa i fabricació de desbasts o lingots.

La producció mundial anual de coure a partir de la mineria és de 17 milions de tones. La font principal són els dipòsits a cel obert de pòrfid cuprífer, que contenen sulfurs de coure (calcopirita, calcocita), amb uns valors de 0,4-1,0% de coure. En alguns llocs, particularment a Arizona, s’extrau coure amb mètodes de recuperació in situ prèvia injecció a la roca d’àcids.

La baixa concentració de coure en aquests minerals fa necessària una fase de concentració (flotació; biolixiviació ) que els faci arribar a 10-15%. Després s’escalfa en presència de silici, per remoure el ferro en forma d’òxids de ferro. El material resultant, bàsicament Cu₂S és torrat per donar lloc a Cu_{2O, que és reduït a coure metàl•lic.}

En el segle XX, la pressió sobre les reserves de coure s’ha disparat. De fet, el 96% del coure extret i fos, ho ha estat des del 1900, i més de la meitat ho ha estat des del 1980. Encara que el contingut de coure en la capa més superficial de l’escorça (14 tones, tan sols poden considerar-se com a part de les reserves els dipòsits d’explotació econòmicament viable. Aquestes reserves, al ritme actual de creixement del consum, durarien 25-60 anys.

Evolució de la producció de coure durant el segle XX. En el 1924, Ira Joralemon ja alertava que “l’era de l’electricitat i del coure serà breu; a la taxa intensa de producció que ha d’arribar, les reserves mundials de coure duraran amb prou feines una vintena d’anys, i la nostra civilització basada en l’energia elèctrica disminuirà i es morirà”. La intensitat del reciclatge i les millores en l’extracció de coure han endarrerit força aquest “pic de coure”.

Donat el seu rol central en l’economia i la complexitat d’interrelacions, el preu del coure ha patit fortes oscil•lacions, mesurables a diferents escales temporals. En el juny del 1999 assolia un preu de 1,32 $ el kg, mínim històric desconegut des del 1939, però el maig del 2006 havia passat a 8,27 $ el kg, per caure una altra vegada fins el febrer del 2007 (5,29 $ el kg) i rebotar fins l’abril del mateix any (7,71 $). La caiguda de la demanda va fer que tornés a disminuir fins a un mínim el febrer del 2009 (3,32$ el kg), mentre que actualment balla sobre 7$ el kg.

Malgrat que hi ha unes fortes oscil•lacions del preu de coure en la darrera dècada, és evident que els preus mitjans actuals, de vora 6-7 $ el kg, constrasten amb els valors de 2-3 dels darrers anys del segle XX

Una part menor del coure (5%) es destina a la confecció d’aliatges:
– els aliatges de coure i zinc reben el nom genèric de llautons. L’anomenat bronze arquitectònic consisteix en un 57% de coure, un 40% de zinc i un 3% de plom.
– els aliatges d’estany formen el bronze per antonomàsia. La composició moderna típica és del 88% de coure i el 12% d’estany.
– els aliatges d’alumini són coneguts com a bronzes de coure i d’alumini.
– els aliatges de silici són denominats “bronze de silici”.
– els aliatges de níquel, reben el nom de cuproníquels. El denominat “bronze de bismut” consisteix en un 52% de coure, un 30% de níquel, un 12% de zinc, un 5% de plom i 1% de bismut.

Encara més minoritària, és la fracció del coure que es comercialitza en forma de compostos, per exemple com a fungicides o com a suplements nutricionals.

Així doncs, el 95% del metall de coure s’empra en estat de major o menor puresa. Quantitativament, l’aplicació més important és la confecció de fils elèctrics (60%), seguida per als usos en construcció (20%, en cobertures i en treballs de lampisteria) i de maquinària industrial (15%). Aquest desglossament també explica força que la necessitat de reciclar coure es manifesti de vegades en forma de furts de coure que afecten instal•lacions elèctriques “abandonades” (en el sentit d’insuficientment protegides).

Cables elèctrics. Els primers usos del coure en el cablejat elèctric remunten a la invenció dels electromagnets i de la telegrafia elèctrica (anys 1820). La telefonia primer i l’electrificació massiva convertiren aquest en el primer ús industrial del coure

El coure és el conductor elèctric més emprat en la immensa majoria de cablejat elèctric, tant en les plantes generadores, com en les grans línies de transmissió (per bé que en les línies suspeses s’utilitzi sovint l’alumini per comptes del coure) i, sobretot, en la distribució, afegint-hi el cablejat d’equipament elèctric (motors elèctrics), i en aplicacions electròniques i de telecomunicacions. Les raons de la tria del coure tenen a veure amb l’elevada conductivitat elèctrica, la força tènsil, la resistència a la deformació i a la corrosió, la soldabilitat i la ductilitat.

El coure fins i tot guanya aplicacions en els circuits integrats i en els circuits impresos, en detriment de l’alumini. Això val no tan sols per la connexió elèctrica, sinó també per als dispositius de dissipació i bescanvi de calor.

El Palau de Sostre de Coure de Varsòvia

Les aplicacions del coure en la construcció tenen a veure amb el fet que, una vegada oxidat superficialment, i adquirida una pàtina d’un color verd més o menys pronunciat, és un material relativament resistent a la corrosió i durador. Quan hom vol evitar aquest color verd, pot recórrer a revestiments o a altres tractaments de superfície. La facilitat relativa de soldadura fa que se l’utilitzi massivament en lampisteria.

Peces de coure per a connexions de lampisteria

Un interès creixent en la darrera dècada ha estat l’eficàcia antimicrobiana de superfície de coure o d’aliatges de coure. Com hem dit abans, el coure pot amplificar la formació d’espècies reactives d’oxigen, i això pot tindre un efecte microbicida d’ample espectre. Algunes d’aquestes estratègies han estat reconegudes com a pesticides per l’EPA.