Fatti sul rame

Il rame lucido e rossastro è stato il primo metallo manipolato dagli esseri umani e oggi rimane un metallo importante nell'industria. 

Il più antico oggetto di metallo trovato in Medio Oriente è costituito dal rame; era un minuscolo punteruolo risalente al 5100 a.C. E il penny degli Stati Uniti era originariamente fatto di rame puro (anche se, al giorno d'oggi, è il 97,5% di zinco con una sottile pelle di rame).

Il rame è il terzo metallo industriale più consumato al mondo, dopo ferro e alluminio, secondo l'US Geological Survey (USGS). Circa tre quarti di quel rame è destinato alla produzione di cavi elettrici, cavi per telecomunicazioni ed elettronica. 

A parte l'oro, il rame è l'unico metallo sulla tavola periodica la cui colorazione non è naturalmente argento o grigio.

Descrizione chimica

• Numero atomico (numero di protoni nel nucleo): 29
• Simbolo atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Cu
• Peso atomico (massa media dell'atomo): 63,55
• Densità: 8,92 grammi per centimetro cubo
• Fase a temperatura ambiente: solido
• Punto di fusione: 1.984,32 gradi Fahrenheit (1.084,62 gradi Celsius)
• Punto di ebollizione: 5.301 gradi F (2.927 gradi C)
• Numero di isotopi (atomi dello stesso elemento con un diverso numero di neutroni): 35; 2 stabile
• Isotopi più comuni: Cu-63 (69,15% di abbondanza naturale) e Cu-65 (30,85% di abbondanza naturale)

Storia e caratteristiche

La maggior parte del rame si trova nei minerali e deve essere fuso, o estratto dal suo minerale, per la purezza prima di poter essere utilizzato. Ma le reazioni chimiche naturali a volte possono rilasciare rame nativo, secondo il sito del database di chimica Chemicool.

Gli esseri umani producono oggetti in rame da almeno 8000 anni e hanno capito come fondere il metallo intorno al 4500 a.C. Il salto tecnologico successivo fu la creazione di leghe di rame aggiungendo stagno al rame, che creava un metallo più duro delle sue singole parti: il bronzo. Lo sviluppo tecnologico ha inaugurato l'Età del Bronzo, un periodo che va dal 3300 al 1200 a.C. circa, e si distingue per l'uso di strumenti e armi in bronzo, secondo la Storia.

Manufatti in rame sono sparsi in tutta la documentazione storica. Gli archeologi hanno scoperto un minuscolo punteruolo, o strumento appuntito, risalente al 5100 a.C., sepolto con una donna di mezza età in un antico villaggio in Israele. Il punteruolo rappresenta il più antico oggetto di metallo mai trovato in Medio Oriente. Il rame probabilmente proveniva dalla regione del Caucaso, situata nella regione montuosa che copre la Russia sud-orientale, l'Armenia, l'Azerbaijan e la Georgia a più di 600 miglia (1.000 chilometri) di distanza, secondo l'articolo del 2014 pubblicato su PLOS ONE. Nell'antico Egitto, le persone usavano leghe di rame per realizzare gioielli, compresi gli anelli dei piedi. I ricercatori hanno anche scoperto enormi miniere di rame del X secolo a.C. in Israele.

Secondo l'USGS, circa due terzi del rame sulla Terra si trova nelle rocce ignee (vulcaniche) e circa un quarto nelle rocce sedimentarie. Il metallo è duttile e malleabile e conduce bene il calore e l'elettricità: ragioni per cui il rame è ampiamente utilizzato nell'elettronica e nel cablaggio.

Il rame diventa verde a causa di una reazione di ossidazione; cioè, perde elettroni quando è esposto ad acqua e aria. L'ossido di rame risultante è di un verde opaco. Questa reazione di ossidazione è la ragione per cui la Statua della Libertà placcata in rame è verde anziché rosso-arancio. Secondo la Copper Development Association, uno strato di ossido di rame esposto alle intemperie di soli 0,005 pollici (0,127 millimetri) di spessore riveste Lady Liberty, e il rivestimento pesa circa 80 tonnellate (73 tonnellate metriche). Il passaggio dal color rame al verde avvenne gradualmente e fu completato nel 1920, 34 anni dopo che la statua fu dedicata e svelata, secondo la New York Historical Society. 

Chi lo sapeva? 

Ecco alcuni fatti interessanti sul rame:

• Secondo Peter van der Krogt, uno storico olandese, la parola "rame" ha diverse radici, molte delle quali derivano dalla parola latina cuprum che è stato derivato dalla frase Cyprium aes, che significa "un metallo di Cipro", in quanto gran parte del rame utilizzato all'epoca veniva estratto a Cipro.
• Se tutto il cablaggio in rame di un'auto media fosse disposto, si estenderebbe per 1,5 km, secondo l'USGS. 
• La conduttanza elettrica (quanto prontamente una corrente può fluire attraverso il metallo) del rame è seconda solo a quella dell'argento, secondo il Jefferson Laboratory.
• I penny furono fatti di rame puro solo dal 1783 al 1837. Dal 1837 al 1857 i penny furono fatti di bronzo (il 95% di rame, con il restante 5% di stagno e zinco). Nel 1857, la quantità di rame in centesimi scese all'88 percento (il restante 12 percento era nichel) e tornò alla sua ricetta precedente nel 1864. Nel 1962, il contenuto di un penny cambiò al 95 percento di rame e al 5 percento di zinco. Dal 1982 ad oggi, i penny sono il 97,5% di zinco e il 2,5% di rame. 
• Le persone hanno bisogno di rame nella loro dieta. Il metallo è un minerale traccia essenziale che è cruciale per la formazione dei globuli rossi, secondo la Biblioteca Nazionale di Medicina degli Stati Uniti. Fortunatamente, il rame può essere trovato in una varietà di alimenti, inclusi cereali, fagioli, patate e verdure a foglia verde.
• Troppo rame, tuttavia, è una cosa negativa. L'ingestione di alti livelli di metallo può causare dolore addominale, vomito e ittero (una sfumatura giallastra della pelle e del bianco degli occhi che può indicare che il fegato non funziona correttamente) a breve termine. L'esposizione a lungo termine può portare a sintomi come anemia, convulsioni e diarrea che sono spesso sanguinolente e possono essere blu.
• Occasionalmente, si riscontrano maggiori livelli di rame nella rete idrica a causa di vecchi tubi di rame. Ad esempio, nell'agosto 2018, il sistema scolastico pubblico di Detroit ha chiuso tutta l'acqua potabile nelle scuole pubbliche per precauzione a causa degli alti livelli di rame e ferro presenti nell'acqua, secondo il Seattle Times.
• Il rame ha proprietà antimicrobiche e uccide batteri, virus e lieviti a contatto, secondo un documento del 2011 sulla rivista Applied and Environmental Microbiology. Di conseguenza, il rame può anche essere tessuto in tessuti per realizzare indumenti antimicrobici, come calze che combattono i funghi del piede.
• Il rame è anche incluso in alcuni tipi di dispositivi intrauterini (IUD) utilizzati per il controllo delle nascite, secondo la Mayo Clinic. Il cablaggio in rame crea una reazione infiammatoria tossica sia per lo sperma che per gli ovuli, al fine di prevenire la gravidanza. C'è, con qualsiasi procedura medica, il rischio di effetti collaterali. Anche se la tossicità del rame non sembra essere una di queste, secondo un articolo del 2017 pubblicato su Medical Science Monitor.

Ricerca attuale

Medicinale: Le proprietà antimicrobiche del rame lo hanno reso un metallo popolare in campo medico. Diversi ospedali hanno sperimentato il rivestimento di superfici toccate di frequente, come sponde del letto e pulsanti di chiamata, con rame o leghe di rame nel tentativo di rallentare la diffusione delle infezioni contratte in ospedale. Il rame uccide i microbi interferendo con la carica elettrica delle membrane cellulari degli organismi, ha detto Cassandra Salgado, professore di malattie infettive ed epidemiologa ospedaliera presso la Medical University of South Carolina..

Nel 2013, un team di ricercatori guidato da Salgado ha testato superfici in unità di terapia intensiva (ICU) in tre ospedali, confrontando stanze modificate con superfici in rame attaccate a sei oggetti comuni che sono sottoposti a molte mani a stanze non modificate con rame. Gli scienziati hanno scoperto che, nelle stanze degli ospedali tradizionali (quelle senza superfici in rame), il 12,3% dei pazienti ha sviluppato infezioni resistenti agli antibiotici come la meticillina resistente Staphylococcus aureus (MRSA) e resistente alla vancomicina Enterococcus (VRE). In confronto, nelle stanze modificate con il rame, solo il 7,1% dei pazienti ha contratto una di queste infezioni potenzialmente devastanti.

"Sappiamo che se metti il ​​rame nella stanza di un paziente, ridurrai il carico microbico", ha detto Salgado. "Penso che sia qualcosa che è stato dimostrato più e più volte. Il nostro studio è stato il primo a dimostrare che ci potrebbe essere un beneficio clinico in questo".

I ricercatori non hanno cambiato nient'altro sulle condizioni di terapia intensiva oltre al rame; medici e infermieri si lavavano ancora le mani e le pulizie procedevano come al solito. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nel 2013 sulla rivista Infection Control and Hospital Epidemiology.

Salgado e il suo team hanno anche testato il rivestimento in rame sugli stetoscopi, secondo un articolo del 2017 pubblicato sull'American Journal of Infection Control, dove i ricercatori hanno scoperto che c'erano molti meno batteri sugli stetoscopi rivestiti di rame e il 66% degli stetoscopi erano completamente gratuiti. di batteri. Ulteriori ricerche stanno continuando per testare l'idea della placcatura in rame in altri reparti medici, in particolare nelle aree in cui i pazienti sono più mobili che in terapia intensiva. È inoltre necessaria un'analisi costi-benefici che ponga la spesa per l'installazione del rame rispetto ai risparmi ottenuti prevenendo costose infezioni, ha affermato.. 

Elettronica: Il rame svolge anche un ruolo enorme nell'elettronica e, a causa della sua abbondanza e del prezzo basso, i ricercatori stanno lavorando per integrare il metallo in un numero crescente di dispositivi all'avanguardia. 

In effetti, il rame può aiutare a produrre carta elettronica futuristica, biosensori indossabili e altra elettronica "morbida", ha detto Wenlong Cheng, professore di ingegneria chimica alla Monash University in Australia. Cheng ei suoi colleghi hanno utilizzato nanofili di rame per creare un "monolite di aerogel", un materiale altamente poroso, molto leggero e abbastanza forte da reggersi in piedi da solo, simile a una spugna da cucina asciutta. In passato, questi monoliti di aerogel erano realizzati in oro o argento, ma il rame è un'opzione più economica. 

Mescolando nanofili di rame con piccole quantità di alcol polivinilico, i ricercatori hanno creato monoliti di aerogel che potrebbero trasformarsi in una sorta di gomma modellabile e affettabile che conduce l'elettricità. I ricercatori hanno riportato i loro risultati nel 2014 sulla rivista ACS Nano. Il risultato finale potrebbe essere un robot dal corpo morbido o un sensore medico che si fonde perfettamente con la pelle curva, ha detto Cheng. Lui e il suo team stanno attualmente lavorando per creare sensori di pressione sanguigna e temperatura corporea da monoliti di aerogel di rame, un altro modo in cui il rame potrebbe aiutare a monitorare la salute umana.

Fisica: In un esperimento del 2014, un pezzo di rame è diventato il metro cubo più freddo (35,3 piedi cubi) sulla Terra quando i ricercatori lo hanno raffreddato a 6 millikelvin, o sei millesimi di grado sopra lo zero assoluto (0 kelvin). Questa è la sostanza più vicina a questa massa e volume che sia mai arrivata allo zero assoluto.

I ricercatori dell'Istituto Nazionale Italiano di Fisica Nucleare hanno messo il 880 libbre. (400 chilogrammi) cubo di rame all'interno di un contenitore chiamato criostato appositamente progettato per mantenere gli oggetti estremamente freddi. Questo è il primo criostato, o dispositivo per mantenere le cose a basse temperature, in grado di mantenere le sostanze così vicine allo zero assoluto.

La costruzione del criostato per temperature estreme è solo il primo passo di un nuovo esperimento in cui il criostato agirà come un rilevatore di particelle. I ricercatori sperano che il rilevatore, che è in fase di messa in servizio in base a un aggiornamento di stato del 2018, rivelerà di più sulle particelle subatomiche chiamate neutrini e sul perché c'è così tanto più materia che antimateria nell'universo..

agricoltura: I ricercatori della Cornell University hanno studiato gli effetti delle carenze di rame nelle colture, in particolare nel grano. Il grano è uno degli alimenti di base più importanti al mondo e le carenze di rame possono portare sia a una resa del raccolto inferiore che a una minore fertilità del raccolto.

I ricercatori hanno studiato il modo in cui le piante assorbono ed elaborano il rame. Secondo il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, hanno trovato due proteine ​​all'interno del grano, AtCITF1 e AtSPL7, che sono vitali per l'assorbimento e la consegna del rame agli organi riproduttivi del grano..

I primi test hanno dimostrato che quando il rame e altri nutrienti vengono arricchiti nel terreno e poi assorbiti dal grano, i raccolti aumentano fino a sette volte. Sebbene la conoscenza del rame e di altri minerali sia nota per essere benefica per la salute e la fertilità delle colture, il come e il perché del fatto non sono ben compresi. La conoscenza del motivo per cui il rame è benefico e di come funziona all'interno della crescita e della riproduzione di una pianta può essere ulteriormente utilizzata su colture come riso, orzo e avena e può introdurre queste colture con un fertilizzante ricco di minerali, che include il rame, nel terreno che una volta era inadatto all'agricoltura.

Risorse addizionali

• L'American Cancer Society esamina la ricerca sul rame e afferma che potrebbe avere un ruolo nella prevenzione o nel trattamento del cancro.
• L'Environmental Protection Agency fornisce informazioni sull'esposizione ad alti livelli di rame e sugli effetti della corrosione del rame nei tubi domestici.
• La struttura Thomas Jefferson National Accelerator (Jefferson Lab) esplora la storia e gli usi del rame.

Questo articolo è stato aggiornato il 12 settembre 2018 dalla collaboratrice Rachel Ross.