IL RAME

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Il rame è il metallo che l'umanità usa da più tempo: sono stati ritrovati oggetti in rame datati 8700 a.C. I pelasgi lo chiamavano pacur (o bacur). Il suo nome italiano invece deriva dal latino parlato aramen (parola già attestata nel 950) per il tardo aeramen, un derivato della voce latina aes che significa "rame" o "bronzo", nomi conservati in altre lingue di origine indoeuropea.

Solo più tardi viene sostituito (Plinio) dalla parola cuprum, da cui deriva il simbolo chimico dell'elemento. In epoca romana la maggior parte del rame era estratta dall'isola di Cipro, realtà che veniva sottolineata con il termine aes Cyprium, "rame o bronzo di Cipro".

In epoca romana infatti non si faceva differenza tra il rame puro e il bronzo, la sua lega più importante ottenuta con l'aggiunta di stagno.

Il rame era già noto ad alcune delle più antiche civiltà di cui abbiamo testimonianze, la storia del suo impiego si stima vecchia di almeno 10 000 anni.

Un pendente in rame nativo datato attorno al 9500 a.C. è stato trovato in una grotta dei monti Zagros, in Iraq. In Turchia sono stati ritrovati altri oggetti in rame risalenti al 7000 a.C. Segni di attività del raffinamento del rame a partire dai suoi ossidi minerali (la malachite e l'azzurrite) risalgono al 5000&nbsp:a.C., mille anni prima di quelli relativi all'uso dell'oro.

Manufatti in rame e bronzo di origine sumera sono stati trovati in siti di città risalenti al 3000 a.C. ed alla stessa epoca risalgono pezzi prodotti con lega di rame e stagno dagli antichi egizi. Una piramide ospita un sistema di tubi di scarico in lega di rame vecchia di circa 5000 anni. Al museo Statale di Berlino si può vedere il primo tubo di rame per l'acqua risalente al 2750 a.C. L'uso del rame nella Cina antica risale al 2000 a.C., la cui produzione di bronzo raggiunge l'eccellenza attorno al 1200 a.C.

In Europa, l'uso del rame è confermato dal ritrovamento dell'uomo del Similaun (noto anche come Ötzi), il fossile di un uomo risalente al 3200 a.C. rinvenuto sulle Alpi, la cui ascia ha una punta costituita da rame puro al 99,7%. L'elevato tenore di arsenico trovato nei suoi capelli fa presumere che tra le attività dell'uomo rientrasse anche quella di produrre il rame. Verso la fine del III millennio a.C., a Saint-Véran (Francia) era nota la tecnica per staccare un pezzo del minerale, batterlo e scaldarlo presso una miniera di rame ad un'altitudine di 2500 metri. I reperti storici recuperati, risalenti ad una fase avanzata dell'Età del bronzo (inizio II millennio a.C.), comprendono ugelli in ceramica e strutture in pietra a secco, interpretabili come un forno metallurgico preistorico.

L'uso del bronzo, lega di rame e stagno, è stato talmente diffuso nella storia da dare il nome ad uno stadio dell'evoluzione della civiltà umana: l'età del bronzo. Il periodo di transizione tra il precedente neolitico e l'età del bronzo è chiamato calcolitico ed è contraddistinto dalla compresenza di utensili in pietra ed utensili in rame.

L'ottone, una lega di rame e zinco, era già noto agli antichi greci e fu ampiamente utilizzato dai romani.

Il rame è stato associato alla dea Venere nella mitologia e nell'alchimia per via del suo aspetto lucente, del suo uso nella produzione di specchi e per la sua principale zona estrattiva, l'isola di Cipro. Il simbolo usato dagli alchimisti per rappresentare il rame è identico a quello impiegato dagli astrologi per rappresentare il pianeta Venere.

II rame è il miglior conduttore dell’elettricità dopo l’argento, ma ovviamente è di gran lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere. Oltre a considerazioni sui costi e sulla conduttività elettrica, il rame è apprezzato 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.

La generazione, la trasmissione e l'uso dell'energia elettrica in maniera efficiente è reso possibile dal rame, per questo si trova negli apparecchi intorno a noi: TV, lettori DVD, iPad, lampade, cellulari, lavatrici, frigoriferi, computer, automobili, bus,ecc....

Il rame impiegato nelle automobili e in tutti gli altri veicoli è molto più di quanto si creda,una automobile media contiene circa un km di cavi, che servono a trasportare l'elettricità dalla battera alle luci, a computer di bordo, al sistema di navigazione, alla chiusura elettrica dei finestrini, al sistema di bloccaggio delle portiere. I motori elettrici presentano avvolgimenti con fili di rame.

Il rame è il miglior conduttore di calore dopo l’argento: pertanto offre il miglior compromesso tra caratteristiche tecnologiche e il risparmio economico. La sua conduttività è circa 30 volte più alta dell'acciaio inox e 1,5 dell'alluminio.  Anche per questo motivo il rame è il materiale di gran lunga più apprezzato per gli impianti che trasportano fluidi caldi: come negli scambiatori di calore, nei pannelli solari, nel riscaldamento civile (ad esempio nei pannelli radianti); il rame non teme improvvisi innalzamento della temperatura, poiché fonde a 1083°C: l’acqua bollente non lo rammollisce! Oltretutto il suo basso coefficiente di dilatazione termica dà meno problemi alle strutture murarie e lo avvantaggia rispetto ad altri materiali alternativi.

Il rame è un metallo rosato o rossastro, di conducibilità elettrica e termica elevatissime, superate solo da quelle dell'argento; è molto resistente alla corrosione (per via di una patina aderente che si forma spontaneamente sulla superficie, prima di colore bruno e poi di colore verde o verde-azzurro) e non è magnetico. È facilmente lavorabile, estremamente duttile e malleabile, ma non è idoneo a lavorazioni con asportazione di truciolo, perché ha una consistenza piuttosto pastosa; può essere facilmente riciclato e i suoi rottami hanno un alto valore di recupero; si combina con altri metalli a formare numerose leghe metalliche (si calcola che se ne usino almeno 400), le più comuni sono il bronzo e l'ottone, rispettivamente con lo stagno e lo zinco; tra le altre, anche i cupronichel e i cuprallumini (detti anche bronzi all'alluminio). I suoi impieghi possono essere per motori elettrici, rubinetti in ottone e per campane di bronzo.

Inoltre il rame è batteriostatico, cioè combatte la proliferazione dei batteri sulla sua superficie.

I due più comuni stati di ossidazione del rame sono +1 (ione rameoso, Cu+) e +2 (ione rameico, Cu2+). Due esempi sono il suo ossido di rame(I) (Cu2O) ed ossido di rame(II) (CuO).

Esistono inoltre due stati rari di ossidazione, +3 e +4 che formano ioni detti cuprati dove il rame(III) o il rame(IV) coordinano atomi più elettronegativi andando a formare ioni come [CuO2]− (dove il rame ha valenza +3), [CuF6]2- (Dove il rame ha valenza +4), i cui sali sono solitamente usati per magneti superconduttori (YBa2Cu2O7) e sali complessi (Cs2CuF6), oltre a composti organometallici (R2[Cu+3]−) osservabili all'interno di alcune proteine.

Esistono due isotopi stabili del rame, 63Cu e 65Cu: tutti gli altri sono instabili e molto radioattivi. Gran parte di essi ha una emivita di un minuto o meno; il meno instabile è il 64Cu, con semivita di 12,7 ore, che può decadere in due modi diversi dando vita a due prodotti separati.

Gli ossidi stabili del rame sono due, l'ossido di rame(II) (o ossido rameico) CuO e l'ossido di rame(I) (o ossido rameoso) Cu2O. Gli ossidi di rame sono impiegati nella produzione dell'ossido misto di ittrio, bario e rame (YBa2Cu3O7-δ), abbreviato in YBCO, che è la base di molti superconduttori non-convenzionali. Gli unici idrossidi del rame sono il Cu(OH)2 ed il Cu2(OH)3Cl.

I sali di rame(II) hanno un tipico colore verde-azzurro; la reazione con l'anidride carbonica atmosferica produce il carbonato di rame(II), responsabile della patina verde che copre i tetti e le superfici di rame esposte all'aria.

Tra gli altri composti si annovera il solfato di rame(II), noto anche come verderame ed usato come fungicida in viticoltura.

Il rame si trova quasi sempre sotto forma di minerali e molto più raramente allo stato nativo sotto forma di pepite. Le principali miniere sono situate lungo la Cordigliera delle Ande e le Montagne Rocciose: i principali Paesi estrattori sono il Cile, il Perù, gli Stati Uniti, l'Indonesia, l'Australia; altre importanti miniere si trovano in Papua Nuova Guinea, Zambia, Canada, Paesi ex-URSS, Polonia e Finlandia.

Alcune tra le principali miniere sono a cielo aperto. Le rocce che contengono rame hanno un tenore che varia tra lo 0,6 e il 2,0% in peso di rame; i minerali sono a base di zolfo come la calcopirite (CuFeS2), la bornite (Cu5FeS4), la calcocite, la covellite (CuS); o di ossigeno come la cuprite (Cu2O), la malachite e l'azzurrite.

I giacimenti minerari fornitori di rame sono del tipo "porphyry copper". Questi tipi di giacimenti sono legati all'intrusione, nella parte più superficiale della crosta terrestre d'immensi plutoni magmatici di composizione granitica. Il tenore di rame nella roccia è molto basso (inferiore a 1%) ma la quantità di roccia lavorabile è elevatissima (superiore al miliardo di tonnellate). Le miniere di rame sono tra le più impressionanti al mondo, la più grande produzione avviene nella Miniera di Bingham Canyon negli Stati Uniti, e la più grande si trova in Cile, la miniera a cielo aperto (open pit) di Chuquicamata. Vanno ricordati inoltre i giacimenti della Penisola di Keweenaw, nella Penisola superiore del Michigan (USA).

L'Italia non è un paese ricco di rame, però le miniere, tutte medio piccole, sono presenti su tutto il territorio dello stato. Solitamente in queste cave il rame era in sottili venature, e i minerali estratti non ne contenevano molto. È ben da ricordare che le miniere di rame, come tutte le altre, hanno da sempre influenzato la vita dei minatori e delle persone che vivevano nella zona.

Dopo l'estrazione in miniera, i minerali vengono frantumati e macinati per ottenere una granulometria adatta agli stadi successivi, in cui si separano gli inerti dalle frazioni ricche in rame. Attraverso la flottazione le polveri emulsionate con liquidi tensioattivi vengono immesse in grandi vasche dalle quali si asporta lo strato schiumoso superficiale, ricco in rame ancora legato allo zolfo. Si ottengono quindi dei fanghi, i quali vengono asciugati e concentrati nei passaggi successivi: dapprima meccanicamente (concentrazione) e poi termicamente (arrostimento).

Nel forno, attraverso insufflaggio di aria o ossigeno, si ottiene la formazione di SO2 gassosa che si separa dal metallo liquido; contemporaneamente l'aggiunta di silicio permette l'eliminazione del ferro presente: la scoria, composta da silicati, galleggia e viene asportata. La raffinazione termica prosegue attraverso ulteriore insufflaggio di ossigeno o aria; poiché si ossida parzialmente anche il bagno, si procede con il pinaggio, che consiste nell'inserire un tronco verde di pino che, bruciando, sprigiona gas riducenti e vapore.

Per ottenere la massima purezza del rame, è necessario fare una raffinazione elettrolitica: il rame ottenuto viene dissolto in una vasca contenente una soluzione conduttrice e viene depositato selettivamente su un catodo: i metalli meno nobili presenti restano in soluzione, quelli più nobili precipitano. I catodi ottenuti sono costituiti da rame puro al 99,95%, in lastre di 96×95×1 cm³, dal peso di circa 100 kg; sono una materia prima commerciabile nelle borse merci di New York, Londra e Shanghai. La specifica chimica per il rame elettrolitico è ASTM B 115-00. Il rame elettrolitico così ottenuto non è ancora pronto per essere lavorato direttamente, deve essere rifuso per farne billette, placche o vergelle, da cui si ottengono per lavorazione plastica i vari semilavorati come fili, tubi, barre, nastri, lastre, ecc.

Bisogna aggiungere che una percentuale sempre più consistente di rame viene estratto dalle miniere sfruttando le biotecnologie. Le rocce contenenti il minerale, infatti, vengono messe in vasche nelle quali viene pompata acqua arricchita di batteri, i thiobacillus ferroxidans e i thiobacillus thiooxidans. Questi microrganismi ossidano il solfuro di rame (insolubile in acqua) trasformandolo in solfato (solubile), ottenendo energia per le loro funzioni vitali. Questo sistema permette un notevole risparmio di energia rispetto all'estrazione tradizionale (fino al 30%) e non libera in atmosfera gas nocivi.

Il rame, puro e ridotto in fili, trova la sua maggiore applicazione per la produzione e l'utilizzo dell'energia elettrica (ma non per il trasporto: i cavi sospesi degli elettrodotti a media ed alta tensione non sono di rame ma di alluminio, per via del minor peso specifico di questo metallo; il compito di sostegno del cavo è affidato a una fune d'acciaio che ne costituisce l'anima) e nella manifattura dei circuiti stampati per elettronica.

In architettura il rame è impiegato per eseguire tetti e coperture, gronde, scossaline, pluviali ed altri elementi di lattoneria. Questo metallo è apprezzato per il suo colore, che cambia nel tempo se esposto agli agenti atmosferici: prima imbrunisce, fino a diventare marrone scuro, poi con l'ossidazione diventa gradualmente verde.

I tubi di rame vengono usati per trasportare acqua potabile, gas combustibili, gas medicali, acqua per il riscaldamento e fluidi per condizionamento e refrigerazione; infatti il rame è impermeabile ai gas, è facilmente piegabile, resiste alla corrosione e non invecchia se esposto alla radiazione solare. Grazie alla sua eccellente conduttività termica è uno dei materiali che rende più efficiente lo scambio di calore: per questo lo si utilizza negli scambiatori di calore, nei pannelli solari e nei pannelli radianti a parete e a pavimento.

Il rame è molto usato dagli artigiani, dagli artisti e dai designer per il suo colore e la sua facile lavorabilità che lo rendono adatto per molti usi ornamentali: si può facilmente ricavarne piastre, cornici, medaglie e oggetti da arredamento.

Il rame è usato per coniare monete fin dall'antichità: già Servio Tullio (IV secolo a.C.) ordinò di coniare monete di rame, le "pecuniae". Al giorno d'oggi le monete da 10, 20 e 50 centesimi e da 1 e 2 euro sono in lega di rame, mentre quelle da 1, 2 e 5 centesimi sono semplicemente di acciaio ramato esternamente.

Il rame, insieme ad alluminio e zinco, viene utilizzato anche in applicazioni tecnologicamente avanzate, come per esempio nelle leghe a memoria di forma, che assumono due forme diverse a seconda se sono al di sopra o al di sotto di una certa temperatura. Un'altra applicazione particolare è nel campo della superconduzione; nei materiali superconduttori ad alta temperatura la superconduzione è spesso dovuta all'esistenza di piani atomici paralleli di rame e ossigeno.

Nonostante sia presente in quantità molto limitate nell'organismo (da 50 a 120 mg), il rame è un elemento essenziale per la specie umana. Nei vari tessuti agisce soprattutto come cofattore di numerosi enzimi, a loro volta coinvolti in svariate funzioni fisiologiche. Il rame è contenuto anche in alcune proteine, come l'albumina ed il fattore V della coagulazione.
Una volta introdotto con gli alimenti che lo contengono (soprattutto fegato, molluschi, cioccolato e noci), il rame viene assorbito nell'intestino tenue e da qui, grazie al legame con l'albumina, viene veicolato al fegato. Gli epatociti sintetizzano a loro volta un complesso costituito dal rame e dal suo trasportatore (celuroplasmina), che viene poi secreto per essere distribuito ai vari tessuti. Eventuali eccessi sono eliminati soprattutto per via biliare ed in minima parte escreti con le urine.
Grazie alla sua capacità di passare dalla forma ridotta (Cu+) a quella ossidata (Cu2+), il rame entra in numerose vie metaboliche che necessitano di un intervento ossidoriduttivo. La sua azione è importante per la mineralizzazione dello scheletro e per la formazione di nuovi globuli rossi e di tessuto connettivo. Il rame partecipa anche alla catena respiratoria, alla sintesi di melanina e a sistemi di protezione contro lo stress ossidativo e l'eccesso di ammine biogene.
Il fabbisogno procapite di rame per la popolazione italiana adulta è stato fissato ad 1,2 mg al giorno; solo per le nutrici tale quota sale ad 1,5 mg/die.
Gli alimenti più ricchi di rame sono le ostriche, i granchi e le aragoste, l'agnello, l'anatra il maiale ed il manzo (soprattutto fegato e rene); è contenuto in buone quantità anche nel regno vegetale, soprattutto nelle mandorle, nelle nocciole, nei semi di girasole e di soia, nel germe di grano, nel lievito, nell'olio di mais, nella margarina, nei funghi e nella crusca. Dal momento che tali alimenti sono piuttosto comuni nella dieta umana, non sussiste alcun pericolo di incorrere in sindromi associate a carenze di rame. Alcuni casi si sono comunque registrati in bambini sottoposti a severi stati di malnutrizione, in neonati prematuri tenuti a dieta lattea e in pazienti nutriti a lungo esclusivamente per via parenterale. La sintomatologia associata comprende problemi di mineralizzazione ossea fino all'osteoporosi, anemie, depigmentazione di pelle e capelli, maggiore suscettibilità alle infezioni, fragilità vasale e cutanea.

In alcuni casi una dose di "soli" trenta grammi di solfato di rame si è dimostrata letale; in ogni caso l'assunzione di simili quantità, per errore o a scopo suicida, ha un potente effetto emetico che favorisce una rapida eliminazione degli eccessi attraverso il vomito. I sintomi associati ad una grave intossicazione sistemica comprendono coma, oliguria, necrosi epatica, collasso e morte.
Gli istituti americani (Food and nutrition Board 2001) hanno fissato la soglia di tossicità a 10 mg/die; casi di intossicazione dovuti alla sola dieta sono comunque estremamente rari.



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