Rame

Il rame è l'elemento chimico con simbolo è Cu.^[1] È anche chiamato "oro rosso" per via della sua colorazione e in parte per il suo valore.^[2][3]

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Rame
29 Cu                                                                                                                                                                                                                                               nichel ← rame → zinco
Aspetto
Aspetto dell'elemento Rame nativo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	rame, Cu, 29
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	11, 4, d
Densità	8,92 g/cm³
Durezza	3,0
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2S1/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	63,546 u
Raggio atomico (calc.)	135(145) pm
Raggio covalente	138 pm
Raggio di van der Waals	140 pm
Configurazione elettronica	[Ar]3d104s1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 1
Stati di ossidazione	+1, +2, +3, +4 (debolmente basico)
Struttura cristallina	cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (diamagnetico)
Punto di fusione	1 357,6 K (1 084,4 °C)
Punto di ebollizione	2 840 K (2 570 °C)
Volume molare	7,11×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	300,3 kJ/mol
Calore di fusione	13,05 kJ/mol
Tensione di vapore	50,5 mPa a 1 358 K
Velocità del suono	3570 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-50-8
Elettronegatività	1,9 (Scala di Pauling)
Calore specifico	385 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	59,6×106S/m
Conducibilità termica	390 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	745,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 957,9 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 555 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	5 536 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 63Cu 69,17% Cu è stabile con 34 neutroni 64Cu sintetico 12,7 ore ε β− 1,675 0,579 64Ni 64Zn 65Cu 30,83% Cu è stabile con 36 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Rame
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	Cu
Numero CAS	7440-50-8
Numero EINECS	231-159-6
PubChem	23978
DrugBank	DBDB09130
SMILES	[Cu]
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico

Storia ed etimologia

Etimologia

Il nome deriva dal latino parlato aramen (parola già attestata nel 950) per il tardo aeramen, e questo da aeramentum (piatto o utensile in bronzo o rame),^[4][5] un derivato della voce del latino classico aes (genitivo: aeris), che significa "rame" o "bronzo".^[6] Nomi odierni derivati da questo si ritrovano in italiano (rame), in aragonese (arambre) e in alcuni dialetti italiani.^[7]

Solo più tardi venne sostituito (Plinio) dalla parola cuprum, da cui deriva il simbolo chimico dell'elemento. Cupra, molto simile a kypros soprannome di venere, è una divinità adorata nel territorio Piceno e legata al commercio oltre che alla fertilità. Diversi studi locali la rendono derivante dagli influssi arcaici provenienti da Cipro.^[8]

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".^[9][10] In epoca romana, infatti, non si faceva differenza tra rame e bronzo. Per gli antichi Greci invece il termine era χαλκός (khalcós),^[11] dal quale derivano i nomi di alcuni minerali del rame, come la calcopirite e la calcocite, ma anche il nome generico degli elementi del gruppo 16, i calcogeni.^[12]

Storia

Il rame era noto ad alcune delle civiltà più antiche registrate e ha una storia d'uso di almeno 10.000 anni. Un pendente in rame nativo datato attorno al 9.500 a.C. è stato trovato nella grotta Šhanidar nei monti Zagros (Iraq).^[13][14]

Esistono reperti derivanti dalla fusione del rame datati prima del 5.000 a.C. ottenuti dalla raffinazione del rame a partire da composti semplici come la malachite o l'azzurrite. Tra i siti archeologici in Anatolia, Çatalhöyük (~6000 a.C.) presenta manufatti di rame e perline di piombo fuso, ma non rame fuso. Tuttavia, Can Hasan (~5000 a.C.) aveva accesso a rame fuso. Questo sito ha prodotto il più antico manufatto conosciuto di rame fuso, una testa di mazza in rame.^[15] In Turchia sono stati ritrovati altri oggetti in rame risalenti al 7000 a.C.^[13]

La fusione del rame sembra essere stata sviluppata indipendentemente in diverse parti del mondo. Oltre al suo sviluppo in Anatolia intorno al 5000 a.C., è stata sviluppata in Cina prima del 2800 a.C., nelle Ande intorno al 2000 a.C., in America Centrale intorno al 600 d.C., e nell'Africa Occidentale intorno al 900 d.C.^[15]

Il rame è presente in molti manufatti della Civiltà della Valle dell'Indo intorno al terzo millennio a.C. In Europa, Ötzi, l'Uomo del Ghiaccio, un maschio ben conservato datato al 3200 a.C., è stato trovato con un'ascia con punta di rame il cui metallo era puro al 99,7%. Alti livelli di arsenico nei suoi capelli suggeriscono che fosse coinvolto nella fusione del rame.^[15]

Ci sono manufatti di rame e bronzo provenienti dalle città sumeriche datate al 3000 a.C., e manufatti egiziani di rame e leghe rame-stagno quasi altrettanto antichi. In una piramide, è stato trovato un sistema idraulico di rame vecchio di 5000 anni. Gli Egizi scoprirono che aggiungendo una piccola quantità di stagno il metallo diventava più facile da fondere, così le leghe di bronzo furono trovate in Egitto quasi subito dopo la scoperta del rame.^[15]

In America, la produzione nel Complesso del Vecchio Rame, situato nell'attuale Michigan e Wisconsin, è stata datata tra il 6000 e il 3000 a.C.^[16]

Entro il 2000 a.C., l'Europa utilizzava leghe rame-stagno o bronzo. L'uso del bronzo divenne così diffuso in un certo periodo (≈2500 a.C. - 600 a.C.) che è stato chiamato Età del Bronzo. Il periodo di transizione in alcune regioni tra il precedente periodo Neolitico e l'Età del Bronzo è chiamato Calcolitico ("pietra di rame"), con alcuni utensili di rame di elevata purezza usati accanto agli strumenti di pietra. L'ottone era noto ai Greci, ma divenne un supplemento significativo al bronzo solo durante l'impero romano.^[15]

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 a un'altitudine di 2.500 metri.^[17]

Durante l'Età del bronzo, il rame veniva estratto in diverse miniere in Gran Bretagna e Irlanda, in particolare nella zona sud-occidentale della contea di Cork, nella Scozia occidentale e settentrionale, sull'isola di Anglesey, nella contea di Cheshire, nelle Staffordshire Moorlands e sull'Isola di Man.^[18]

L'estrazione del rame negli Stati Uniti ebbe inizio con lavorazioni marginali da parte dei nativi americani e con alcuni sviluppi da parte dei primi spagnoli. Si sa che il rame veniva estratto da siti sull'Isola Royale con strumenti primitivi di pietra tra il 800 e il 1600 d.C. Gli europei estraevano rame nel Connecticut già nel 1709. La più antica miniera di rame su larga scala probabilmente fu la storica miniera Elizabeth nel Vermont. Risalente al 1700, "la Liz" produsse rame fino alla sua chiusura nel 1958. L'espansione verso ovest portò a un incremento dello sfruttamento del rame con lo sviluppo di depositi significativi nel Michigan e in Arizona durante il 1850 e poi in Montana durante il 1860.^[15]

Il rame fu estratto ampiamente nella Penisola di Keweenaw nel Michigan, con il cuore dell'estrazione presso la produttiva miniera Quincy. L'Arizona possedeva molti depositi notevoli, tra cui la Copper Queen a Bisbee e la United Verde a Jerome. La miniera Anaconda a Butte, Montana, divenne il principale fornitore di rame della nazione nel 1886. Tutt'oggi il rame viene estratto in molte altre aree degli Stati Uniti, inclusi Utah, Nevada e Tennessee.^[15]

Nel XVI secolo diventa predominante la produzione di stampe incise su matrice di rame. I primi esempi di incisione su rame sono rappresentate da mappe geografiche. Il passaggio dall'intaglio della matrice lignea all'incisione su rame diventa schiacciante però intorno alla metà del secolo. Un esempio è rappresentato dalla mappa del Piemonte di Giacomo Gastaldi riprodotta su rame da Fabio Licinio nel 1556 per l'editore Giolitto de Ferrari.^[19]

Chimica nucleare

Caratteristica[1][20]
Numero atomico	29
Massa atomica relativa	63 ma/kg
Massa molecolare	63,55 g/mol
Massa monoisotopica	62,929597 u
Volume atomico	1,182 10-29 m3

Isotopi

Esistono due isotopi stabili del rame, ⁶³Cu e ⁶⁵Cu: tutti gli altri sono instabili e molto radioattivi.^[21] 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: cattura elettronica (ε)/emissione di positrone (β⁺) (61,5%) dando ⁶⁴Ni (stabile) e decadimento β⁻ (38,5%) dando ⁶⁴Zn (stabile).^[22]

Caratteristiche degli isotopi del rame^[23][24][25]

Nuclide	Z(p)	N(n)	Massa monoisotopica (u)	Emivita	Spin
	Energia di eccitazione
52Cu	29	23	51.99718(28)#		(3+)#
53Cu	29	24	52.98555(28)#	<300 ns	(3/2-)#
54Cu	29	25	53.97671(23)#	<75 ns	(3+)#
55Cu	29	26	54.96605(32)#	40# ms [>200 ns]	3/2-#
56Cu	29	27	55.95856(15)#	93(3) ms	(4+)
57Cu	29	28	56.949211(17)	196.3(7) ms	3/2-
58Cu	29	29	57.9445385(17)	3.204(7) s	1+
59Cu	29	30	58.9394980(8)	81.5(5) s	3/2-
60Cu	29	31	59.9373650(18)	23.7(4) min	2+
61Cu	29	32	60.9334578(11)	3.333(5) h	3/2-
62Cu	29	33	61.932584(4)	9.673(8) min	1+
63Cu	29	34	62.9295975(6)	stabile	3/2-
64Cu	29	35	63.9297642(6)	12.700(2) h	1+
65Cu	29	36	64.9277895(7)	stabile	3/2-
66Cu	29	37	65.9288688(7)	5.120(14) min	1+
67Cu	29	38	66.9277303(13)	61.83(12) h	3/2-
68Cu	29	39	67.9296109(17)	31.1(15) s	1+
68mCu	721.6(7) keV			3.75(5) min	(6-)
69Cu	29	40	68.9294293(15)	2.85(15) min	3/2-
69mCu	2741.8(10) keV			360(30) ns	(13/2+)
70Cu	29	41	69.9323923(17)	44.5(2) s	(6-)
70m1Cu	101.1(3) keV			33(2) s	(3-)
70m2Cu	242.6(5) keV			6.6(2) s	1+
71Cu	29	42	70.9326768(16)	19.4(14) s	(3/2-)
71mCu	2756(10) keV			271(13) ns	(19/2-)
72Cu	29	43	71.9358203(15)	6.6(1) s	(1+)
72mCu	270(3) keV			1.76(3) µs	(4-)
73Cu	29	44	72.936675(4)	4.2(3) s	(3/2-)
74Cu	29	45	73.939875(7)	1.594(10) s	(1+,3+)
75Cu	29	46	74.94190(105)	1.224(3) s	(3/2-)#
76Cu	29	47	75.945275(7)	641(6) ms	(3,5)
76mCu	0(200)# keV			1.27(30) s	(1,3)
77Cu	29	48	76.94785(43)#	469(8) ms	3/2-#
78Cu	29	49	77.95196(43)#	342(11) ms
79Cu	29	50	78.95456(54)#	188(25) ms	3/2-#
80Cu	29	51	79.96087(64)#	100# ms [>300 ns]

Abbondanza e disponibilità

Disponibilità

Il rame è un metallo che si trova naturalmente nell'ambiente, nelle rocce, nel suolo, nell'acqua e nell'aria.^[26] Il rame si trova inoltre anche come metabolita del stipite batterico K12 dell'E. coli.^[27] In natura lo si trova generalmente associato allo zolfo.^[28]

Caratteristiche atomiche

È il primo elemento del gruppo 11 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione e un metallo pesante.^[29]

Sezione di un cilindro di rame ottenuto mediante colata continua.

Metodi di preparazione

Lo stesso argomento in dettaglio: Metallurgia del rame.

Il rame puro viene generalmente prodotto attraverso un processo in più fasi, che inizia con l'estrazione e la concentrazione di minerali di rame a bassa qualità contenenti solfuri di rame. Successivamente, si procede con la fusione e la raffinazione elettrolitica per ottenere un catodo di rame puro. Una quota crescente di rame viene prodotta mediante lisciviazione acida di minerali ossidati.^[30]

Caratteristiche chimico-fisiche

Il rame è un solido metallico inodore, di colore rossastro, malleabile^[31] e duttile.^[21] Viene commercializzato anche in forma liquida o cristallina.^[32] Assume un colore verdastro, dovuto alla formazione di un carbonato basico, se esposto per lungo tempo all'umidità.^[33]

Risulta insolubile in acqua,^[31] lentamente solubile in una soluzione di ammoniaca e acqua, nonché lievemente solubile in acidi diluiti.^[34] Il coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua è pari a -0.57.^[35] Non risulta combustibile ad eccezione di quando si trova sottoforma di polvere.^[36]

È il secondo miglior conduttore di elettricità dopo l'argento, seguito poi dall'oro, tutti e tre dello stesso gruppo 11.^[37] Nell'accezione fisica dell'espressione, fa parte dei «metalli nobili».^[38]

Informazioni strutturali

Caratteristica
Numero di coordinazione[36]	2, 4
Stati di ossidazione[39]	−2, +1, +2, +3, +4
Raggio atomico[40]	1,96 Å
Raggio covalente	1,22 Å
Raggio di Van der Walls[15]	140 pm
Gruppo spaziale	O h 5 - Fm3m
Reticolo cristallino	cubico a facce centrate
Parametri reticolari a 293K	3,6147 x 10-10 m
Vettore di Burgers	2,556 x 10-10 m
Raggio metallico	1,28 x 10-10 m
Numero di atomi per unità[20]	4

Caratteristiche elettroniche

Caratteristica
Configurazione elettronica	[Ar] 3d104s1
Energia di ionizzazione[41]	7,72638 eV
Elettronegatvità	1,90
Affinità elettronica[42]	1,236 ± 0,033 eV
Energia di 1° ionizzazione[40]	745,482 kJ/mol
Energia di 2° ionizzazione	1.957,919 kJ/mol
Energia di 3° ionizzazione	3.554,616 kJ/mol
Energia di 4° ionizzazione	5.536,33 kJ/mol
Energia di 5° ionizzazione	7.699,5 kJ/mol
Energia di 6° ionizzazione	9.938 kJ/mol
Energia di 7° ionizzazione	13.411 kJ/mol
Energia di 8° ionizzazione	16.017 kJ/mol
Energia di Fermi[20]	7,0 eV
Coefficiente di Hall	- 5,12 x 10-11 m3/(A .S)
Stato magnetico	diamagnetico

Spettro atomico del rame^[43]

Elemento	Isoel. Seq	Guscio fondamentale	Stato fondamentale	Energia di ionizzazione (eV)	Incertezza (eV)
Cu	Cu	[Ar]3d104s	2S1/2	7.726380	0.000004
	Ni	[Ar]3d10	1S0	20.29239	0.00006
	Co	[Ar]3d9	2D5/2	36.841	0.012
	Fe	[Ar]3d8	3F4	[57.38]	0.05
	Mn	[Ar]3d7	4F9/2	[79.8]	0.7
	Cr	[Ar]3d6	5D4	[103.0]	1.0
	V	[Ar]3d5	6S5/2	[139.0]	1.2
	Ti	[Ar]3d4	5D0	(166.0)	2.1
	Sc	[Ar]3d3	4F3/2	(198.0)	2.2
	Ca	[Ar]3d2	3F2	[232.2]	0.5
	K	[Ar]3d	2D3/2	265.33	0.25
	Ar	[Ne]3s23p6	1S0	[367.0]	0.9
	Cl	[Ne]3s23p5	2P°3/2	[401.0]	0.3
	S	[Ne]3s23p4	3P2	[436.0]	0.6
	P	[Ne]3s23p3	4S°3/2	[483.1]	0.9
	Si	[Ne]3s23p2	3P0	[518.7]	1.2
	Al	[Ne]3s23p	2P°1/2	[552.8]	2.1
	Mg	[Ne]3s2	1S0	[632.5]	0.6
	Na	[Ne]3s	2S1/2	[670.608]	0.020
	Ne	1s22s22p6	1S0	[1 690.5]	0.9
	F	1s22s22p5	2P°3/2	[1 800]	3
	O	1s22s22p4	3P2	[1 918]	4
	N	1s22s22p3	4S°3/2	[2 044]	6
	C	1s22s22p2	3P0	[2 179.4]	1.5
	B	1s22s22p	2P°1/2	[2 307.3]	1.0
	Be	1s22s2	1S0	[2 479.1]	2.2
	Li	1s22s	2S1/2	(2 586.954)	0.007
	He	1s2	1S0	(11 062.4309)	0.0011
	H	1s	2S1/2	(11 567.6237)	0.0005

Caratteristiche termodinamiche

Caratteristica[21][44]
Punto di ebollizione	2.595 °C
Punto di fusione	1.083 °C
Entalpia di vaporizzazione	1150 cal/g
Entalpia standard di formazione del gas	337,60 kJ/mol
Entalpia standard di formazione del liquido	11,86 kJ/mol
Entalpia di fusione	48,9 cal/g
Entropia standard di formazione	166,40 J/mol*K a 1 bar
Entropia del liquido in condizioni standard	41,62 J/mol*K
Entropia del solido in condizioni standard	33,17 J/mol*K
Capacità termica (solido)	0,092 cal/g/deg C a 20 °C
Capacità termica (liquido)	0.112 cal/g/deg C

Stato gassoso

Caratteristica
Pressione di vapore[45]	1 Torr a 1.628 °C

Stato solido

Caratteristica
Gravità specifica[35]	8,9
Durezza (scala di Mohs)[21]	3,0
Durezza (scala di Rockwell)[46]	F	54 min
	T	15 min
Densità[40]	8,96 g/cm³
Modulo di taglio[40]	48,3 GPa
Modulo di elasticità	129,8 GPa
Modulo di compressibilità	137,8 GPa
Resistenza alla trazione	32.000 psi min

Proprietà di trasporto

Caratteristica
Resistività elettrica[21]	1,673 microohm/cm
Conducibilità termica[46]	226 BTU/Sq Ft/Ft/Hr °C a 20°C
Coefficiente di dilatazione termica	9,8 x 10-6/°C da 20°C a 300°C
Velocità del suono[15]	3.810 m/s

Caratteristiche chimiche

Stati di ossidazione

I due stati di ossidazione più comuni del rame sono +1 (ione rameoso, Cu⁺) e +2 (ione rameico, Cu²⁺) che partecipano alla formazione di due serie di sali. Entrambi i tipi di valenza formano ioni complessi che sono stabili.^[39] Due esempi sono l'ossido di rame(I) (Cu₂O, detto anche «ossidulo di rame»^[47][48]), un semiconduttore di colore rosso rosato, e l'ossido di rame(II) (CuO), di colore nero.

Esistono inoltre due stati di ossidazione più rari, +3 e +4. Il rame(III) forma l'ossoanione [CuO₂]⁻, i cui sali con vari ioni metallici sono noti come cuprati, ad esempio KCuO₂;^[49] il rame (III) è presente anche, insieme a Cu(II), negli ossidi superconduttori ad alta temperatura, tra cui i cuprati di ittrio e bario, non esattamente stechiometrici e formulabili idealmente come YBa₂Cu₃O₇.^[50] Inoltre, all'interno di alcuni enzimi sono stati riscontrati come intermedi specie formulate come Cu(II)−O• / Cu(III)=O.^[51] Il rame(IV) è presente nei sali dell'anione complesso [CuF₆]²⁻ (esafluorocuprato(IV)), come quello di cesio Cs₂CuF₆.^[52]

Reattività

Il potenziale di riduzione del rame, come quello degli altri metalli del gruppo IB, è positivo, pertanto non si scioglie negli acidi non ossidanti come l'acido cloridrico e l'acido solforico,^[53] mentre reagisce facilmente con acido nitrico, acido solfidrico e acido bromidrico.^[21] Come gli altri elementi dello stesso gruppo, ha la tendenza a formare ioni complessi. Molti composti del rame sono blu perché contengono lo ione Cu(H₂O)₄²⁺ (es. solfato di rame).^[53]

Ossidazione

Il processo di ossidazione che conferisce al rame la sua caratteristica patina verde è il risultato dell'esposizione a un'atmosfera acida. Questo processo è più rapido in alcune aree metropolitane, marine e industriali, dove sono presenti concentrazioni più elevate di inquinanti. Quando l'umidità acida entra in contatto con le superfici di rame esposte, reagisce con il rame formando solfato di rame. Durante la reazione con il rame, l'acido viene neutralizzato. La patina alla fine ricopre la superficie e vi aderisce saldamente, fornendo uno strato protettivo contro ulteriori intemperie.^[46]

Corrosione

Poiché il rame ha uno dei numeri galvanici più alti tra i metalli nobili, non subirà danni dal contatto con nessuno di essi. Tuttavia, provocherà la corrosione degli altri metalli se a contatto diretto. La soluzione consiste nel prevenire tale contatto diretto utilizzando materiali di separazione, come vernici specifiche o guarnizioni. Non è necessario isolare il rame dal piombo, dallo stagno o dall'acciaio inossidabile nella maggior parte delle circostanze. I principali metalli da considerare in termini di contatto diretto sono l'alluminio e lo zinco. Ferro e acciaio non rappresentano generalmente un problema, a meno che la loro massa non sia simile o inferiore a quella del rame.^[46]

Un altro tipo di corrosione che colpisce il rame è causato dal flusso di acqua acida concentrato su una piccola area. Questo fenomeno, spesso chiamato "corrosione da erosione", si verifica quando la pioggia cade su un tetto non in rame, come tegole, ardesia, legno o asfalto. L'acqua acida non viene neutralizzata mentre scorre sul materiale inerte. Quando l'acqua raccolta su una superficie ampia viene deviata o raccolta da un piccolo rivestimento o grondaia in rame, il rame può deteriorarsi prima che sviluppi una patina protettiva.

Un altro tipo di corrosione si verifica ai bordi di scolo dei materiali di copertura inerti che convogliano l'acqua in una grondaia. Se le tegole sono direttamente a contatto con il rame, l'effetto corrosivo è amplificato poiché l'umidità viene trattenuta lungo il bordo per azione capillare, provocando la "corrosione lineare".^[46]

Composti del rame
Acetato rameico Ajoite Antlerite Aspirinato di rame Atacamite Auricalcite Azzurrite	Olivinite Ossicloruro di rame Ossido di ittrio bario e rame Ossido di rame bario e terre rare Ossido rameico Ossido rameoso	Seleniuro di rame indio e gallio Solfato rameicoSolfato rameosoSolfuro rameico	Calcantite Calcopirite Calcocite Carbonato rameico Cianuro di rame(I) Cloruro rameico Cloruro rameoso Covellite Crisocolla Cuprato Cuprite	Reattivi di Gilman Reattivo di Schweizer
Bornite Bromuro di rame(I) Bromuro di rame(II)	Esafluorofosfato di tetrakis(acetonitrile)rame(I)	Malachite Modulo fotovoltaico CIGS	Nitrato rameico	Verde di Parigi Verde di Scheele
YBCO	Idrossido carbonato rameico Idrossido di rame (II) Ioduro rameoso	Dioptasio	Perossido di rame Plastocianina	Tetraedrite Turchese

Applicazioni

Il rame è utilizzato per realizzare molti tipi di prodotti, come fili, tubi idraulici e lamiere. I centesimi statunitensi prodotti prima del 1982 sono fatti di rame, mentre quelli realizzati dopo il 1982 sono solo rivestiti in rame. Il rame viene anche combinato con altri metalli per creare tubi e rubinetti in ottone e bronzo. I composti del rame sono comunemente usati in agricoltura per trattare malattie delle piante come la muffa, per il trattamento delle acque e come conservanti per legno, pelle e tessuti.^[26]

Grazie alle sue proprietà, sia singolarmente che in combinazione, di elevata duttilità, malleabilità, conducibilità termica ed elettrica e resistenza alla corrosione, il rame è diventato un metallo industriale di grande importanza, classificandosi al terzo posto dopo il ferro e l'alluminio per quantità consumate. Gli utilizzi elettrici del rame rappresentano circa i tre quarti dell'uso totale del rame. La costruzione edilizia è il mercato singolo più grande, seguita da elettronica e prodotti elettronici, trasporti, macchinari industriali e prodotti per i consumatori e di uso generale. I sottoprodotti del rame provenienti dalla produzione e da prodotti obsoleti vengono facilmente riciclati e contribuiscono in modo significativo alla fornitura di rame.^[30]

Medicina

Il rame è utilizzato:

• nei contraccettivi intrauterini
• nella nutrizione parenterale totale^[54]
• come integratore alimentare^[55]
• in medicina veterinaria^[56]
• come agente batteriostatico^[57]
• nella PET
• nel tracciamento radioimmunologico
• nella radioterapia^[58]

Cosmetica

Il rame viene utilizzato nel settore cosmetico come colorante.^[59][60]

Industria alimentare

Il rame viene utilizzato nell'industria alimentare come colorante alimentare.^[61]

Agricoltura

Il rame è impiegato nel settore agricolo come alghicida e antimicrobico.^[57]

Metallurgia

Lo stesso argomento in dettaglio: Metallurgia del rame e Leghe di rame.

Elettronica ed elettrotecnica

Il rame viene impiegato per la trasmissione e la generazione di energia, il cablaggio degli edifici, le telecomunicazioni e i prodotti elettrici ed elettronici.^[30]

Industria automobilistica

Il rame viene utilizzato nei radiatori e negli scambiatori di calore delle auto, nonché nei tubi dei freni idraulici.^[62]

Edilizia e architettura

Il rame più comunemente utilizzato per applicazioni di fogli e strisce è conforme alla norma ASTM B370. È composto dal 99,9% di rame ed è disponibile in sei gradi di durezza indicati dalla norma ASTM B370 come: 060 (morbido), H00 (laminato a freddo), H01 (laminato a freddo, alta resa), H02 (semi-duro), H03 (tre quarti duro) e H04 (duro). Il rame a tempra morbida è estremamente malleabile e più adatto per applicazioni come lavori ornamentali intricati. Storicamente è stato utilizzato nella costruzione di edifici. A causa della sua bassa resistenza, era necessario utilizzare materiale di spessore elevato. Di conseguenza, l'uso del rame a tempera morbida non è raccomandato per la maggior parte delle applicazioni edilizie.^[46]

Con lo sviluppo del rame laminato a freddo, lo spessore del materiale può essere ridotto senza compromettere la bassa manutenzione e lunga durata. La tempra laminata a freddo è meno malleabile rispetto al rame a tempra morbida, ma è molto più resistente. È di gran lunga il tipo di rame più popolare attualmente utilizzato nella costruzione. I tetti in rame offrono un'ideale protezione contro i fulmini, a condizione che il tetto, le grondaie e i discendenti siano elettricamente interconnessi e adeguatamente collegati a terra.^[46]

Una delle caratteristiche del rame è la sua elevata conducibilità elettrica. Questa proprietà, combinata con altre caratteristiche fisiche come la duttilità, la malleabilità e la facilità di saldatura, lo rende un materiale ideale per la schermatura elettromagnetica. Il rame in fogli può essere modellato in praticamente qualsiasi forma e dimensione e collegato elettricamente a un sistema di messa a terra per creare una schermatura elettromagnetica efficace.^[46]

Il rame viene inoltre utilizzato nelle serrature, nelle maniglie, pomelli e altre finiture d'arredamento, nonché nei rivestimenti protettivi.^[46]

Altre applicazioni

Altri usi comuni del rame sono:

• nella produzione di padelle e altre pentole^[63]
• nella produzione di posate da tavola^[64]
• nelle vernici e supporto per opere d'arte^[65]
• nei condensatori di vapore^[66]
• nelle guide d'onda per apparati radio e radar a microonde^[67]
• nelle valvole termoioniche^[68]
• nei tubi a raggi catodici^[69]
• nei magnetron dei forni a microonde^[70]
• per il conio di monete^[71]
• nella produzione di ceramiche^[72]
• nella produzione del vetro^[73]
• negli strumenti musicali, soprattutto gli ottoni;
• come rivestimento delle parti esterne sommerse delle navi per evitare che mitili e molluschi marini vi aderiscano^[74]
• nell'industria chimica (es. la soluzione di Fehling)^[75]
• nei superconduttori^[76]

• 
  Stampo per budino in rame
• 
  Antico piatto in rame
• 
  Braccialetto in rame
• 
  Caldaie in rame per la cottura della birra

Importanza biologica

Lo stesso argomento in dettaglio: Rame (biologia) ed Emocianina.

Il rame è un elemento essenziale per le piante e gli animali, inclusi gli esseri umani, pertanto deve essere assorbito attraverso il cibo, l'acqua e la respirazione.^[26] Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano.^[77] Le proteine e gli enzimi contenenti rame si ritrovano in tutti i regni ad eccezione degli archea anaerobiotici.^[78]

Negli organismi, si trovano nello spazio extracellulare, ad eccezione della superossido dismutasi cellulare e delle proteine coinvolte nel trasporto del rame. Le proteine e gli enzimi del rame sono rispettivamente proteine redox o ossidoriduttasi, le cui reazioni si collocano in intervalli di potenziali redox relativamente elevati. Le proteine del rame agiscono come trasportatori di elettroni o di ossigeno. Nel trasporto del rame, operano come depositarie, trasportatori e chaperoni. Gli enzimi del rame funzionano come ossidasi, mono- e diossigenasi, enzimi che scompongono il superossido e riduttasi di ossidi di azoto (NOx).^[78]

Nei centri attivi redox, il rame è in uno stato di coordinazione permanente e cambia reversibilmente tra lo stato redox Cu(I)/Cu(II) durante i processi di catalisi e trasferimento elettronico. In base alle esigenze della reazione catalizzata, la natura ha creato diversi centri di rame mononucleari (tipo-1 e tipo-2), binucleari (tipo-3, CuA e eme-CuB), trinucleari (tipo-2/tipo-3 accoppiati) e tetranucleari (CuZ).^[78]

Ecco in sintesi la funzione di alcuni enzimi in cui è presente il rame:^[79]

• Diammina-ossidasi: inattiva l'istidina rilasciata durante le reazioni allergiche e le poliammine coinvolte nella proliferazione cellulare;
• Monoamina-ossidasi: è importante per la degradazione della serotonina e per catecolammine come la epinefrina, la norepinefrina e la dopamina;
• Lisil-ossidasi: usa la lisina e l'idrossilisina che si trovano nel collagene e nell'elastina per produrre le reticolazioni necessarie per lo sviluppo dei tessuti connettivi di ossa, denti, pelle, polmoni e sistema vascolare;
• Ferrossidasi: sono gli enzimi che si trovano nel plasma sanguigno, con la funzione di ossidare gli ioni ferrosi e facilitare il legame del ferro alla transferrina (la molecola che lega e trasporta il ferro). Tra questi ricordiamo:
  • Ceruloplasmina: è il principale enzima a base di rame che si trova nel sangue; possiede anche funzioni antiossidanti, prevenendo il danneggiamento dei tessuti associato alla ossidazione degli ioni ferrosi
  • Ferrossidasi II: anch'essa catalizza l'ossidazione del ferro(2+).
• Citocromo-C-ossidasi: presente nei mitocondri, catalizza la riduzione dell'ossigeno ad acqua, permettendo la sintesi dell'adenosin trifosfato (ATP). L'attività della citocromo-C-ossidasi è massima nel cuore ed è alta anche nel cervello e nel fegato;
• Dopamina-beta-idrossilasi: catalizza la conversione della dopamina a norepinefrina nel cervello. Pertanto, la carenza di rame può portare a bassi livelli di norepinefrina in uomini e animali;
• Rame/zinco Superossido-dismutasi (Cu/Zn SOD): presente nella maggior parte delle cellule del corpo umano, protegge i composti intracellulari dai danni ossidativi. È presente in alte concentrazioni alte nel cervello, nella tiroide e nel fegato;
• Tirosinasi: catalizza la conversione della tirosina in dopamina e l'ossidazione della dopamina a dopachinone, intermedi nella sintesi della melanina.
• PAM (Peptidoglicina Alpha-amilante Monoossigenasi): necessaria per la bioattivazione dei peptidi;
• Fattori di coagulazione V (proaccelerina) e VIII (Fattore antiemofilico A): sono componenti non enzimatici del processo di coagulazione del sangue.

Effetti sull'uomo e sull'ambiente

Nel quadro normativo dell'Unione europea e del regolamento REACH, nel 2000 l'Industria del rame ha dato il via a una valutazione volontaria dei rischi (VRA, Voluntary Risk Assessment) connessi al rame e a quattro suoi composti: l'ossido rameico, l'ossido rameoso, il solfato di rame(II) pentaidrato e l'ossicloruro di rame.^[80]

Le principali conclusioni raggiunte dalla Commissione europea e dagli esperti degli Stati Membri, contenute in un dossier di 1800 pagine, sono le seguenti^[81]:

• l'utilizzo dei prodotti di rame risulta, in generale, sicuro per l'ambiente e per la salute dei cittadini dell'Europa;
• per l'acqua potabile, il valore soglia perché si verifichino effetti acuti è di 4,0 mg/l, mentre il livello cui il grande pubblico è in generale esposto risulta di 0,7 mg/l. Ciò è coerente con il livello guida del rame di 2,0 mg/l, stabilito dall'Organizzazione Mondiale della Sanità;
• per gli adulti, l'assunzione minima giornaliera di rame attraverso la dieta è di 1 mg, con una soglia massima di 11 mg. L'assunzione media reale si colloca tra 0,6 e 2 mg, suggerendo così che un aspetto problematico possa essere quello di una carenza;
• il rame non è un materiale CMR (cancerogeno, mutageno, dannoso per la riproduzione) o PBT (persistente, bio-accumulante, tossico).

Curiosità

• nel 1886, la Statua della Libertà rappresentava la singola struttura realizzata con il maggior quantitativo di rame (62.000 libbre).^[82] Per costruirla, circa 80 tonnellate di lastre di rame furono tagliate e martellate fino a raggiungere uno spessore di circa 2,3 mm (3/32 di pollice), equivalente a quello di due monete statunitensi sovrapposte;^[83]
• il rame è il minerale simbolo dello Stato dell'Utah;^[15]
• una tonnellata di rame garantisce funzionalità a 40 automobili, alimenta 100.000 telefoni cellulari, consente operazioni in 400 computer e distribuisce elettricità a 30 abitazioni.^[84]