IL RAME, LE LEGHE E I BATTERI

Il rame (Cu) è l'elemento numero 29 della tavola periodica degli elementi.
Esso, assieme a oro ed argento, fa parte della speciale categoria dei metalli da conio, così denominati poiché utilizzati sin dai tempi antichi nella fabbricazione delle monete.
Tutti i metalli da conio risultano estremamente duttili, malleabili e resistenti alla corrosione, oltre ad essere magnifici conduttori di elettricità (per i cavi elettrici si usano infatti grandi quantità di rame) e calore.
Il rame, in particolare, è un materiale davvero fantastico.
Tantissimi elementi chimici, per quanto utili e straordinari, nascondono dei lati oscuri, degli aspetti negativi, come l'elevata tossicità o esplosività.
Il rame, invece, non ha praticamente alcun difetto: diventa tossico soltanto se si ingeriscono, ad esempio, ingenti quantità di solfato di rame (CuSO₄), oppure se si ha l'abitudine di mangiare cibi acidi conservati a lungo in contenitori di rame.
Il rame è poi simultaneamente abbastanza morbido da poter essere lavorato con attrezzi a mano e abbastanza duro da esser sfruttato per fabbricare oggetti utili, soprattutto quando è in lega con lo stagno o lo zinco per dar vita, rispettivamente, al bronzo e all'ottone.

Drago di bronzo

Bronzi di Riace

A proposito di ottoni:







Ma precisamente, cos'è una lega?
Una lega è semplicemente una miscela di un metallo "base" con uno o più elementi (metallici o non metallici) detti "alliganti".
La presenza dell'alligante, anche in piccolissime percentuali, va a modificare, migliorandole, le proprietà fisiche e meccaniche del metallo di base.
Per esempio, l'acciaio (lega ferro-carbonio) possiede caratteristiche fisiche e meccaniche di gran lunga superiori a quelle del ferro puro.
In generale, le leghe vengono preparate in 2 modalità differenti:

1) per fusione degli elementi costitutivi, fusione seguita da solidificazione per raffreddamento della massa fusa omogenea;
2) per sinterizzazione, ovvero sottoponendo una miscela di metalli in polvere ad elevate pressioni, ad alte temperature. 

Quest'ultimo metodo, in particolare, viene sfruttato quando gli elementi che andranno a costituire la lega presentano punti di fusione assai elevati.
Trattasi del caso, ad esempio, di leghe a base di carburi di tungsteno (W), titanio (Ti) e tantalio (Ta).
Anche l'oro dei gioielli è, in verità, una lega.
L'oro che viene acquistato usualmente in gioielleria non è puramente oro, cioè oro a 24 carati, bensì appunto una lega costituita dall'oro per una determinata frazione, come, per esempio, 18/24, 14/24 o 9/24.
Dunque, la parola "carati" si riferisce alla quantità effettiva di oro che costituisce il dato gioiello.
Il cosiddetto oro "giallo" a 18 K (simbolo dei carati) è infatti formato per 18/24 da oro, mentre i rimanenti 6/24 non sono altro che rame o argento.
Sussiste un'altra fondamentale classificazione da illustrare relativamente alle leghe.
Infatti, le leghe binarie (formate da 2 elementi) si possono suddividere in 3 classi generali:

1) soluzioni solide;
2) miscele eterogenee;
3) composti intermetallici.

SOLUZIONI SOLIDE:

Nelle soluzioni solide un elemento risulta generalmente visto alla stregua di "soluto" e l'altro come "solvente".
Così come accade nelle soluzioni di liquidi, gli atomi del soluto vengono dispersi in modo casuale e uniforme all'interno del solido (solvente) affinché la struttura risultante risulti omogenea.
Le soluzioni solide vengono infatti chiamate anche leghe omogenee.
Ne sono esempi l'ottone, il bronzo e le varie leghe da conio.
Esistono però delle differenze non insignificanti rispetto alle soluzioni liquide.
Infatti, per le soluzioni solide, sussistono delle limitazioni sulla quantità relativa di atomi del solvente e del soluto dovute al fatto che, per formare una soluzione, gli atomi del soluto devono essere incorporati nella struttura (la quale deve essere conservata) del cristallo originale di metallo solvente.
In particolare, le soluzioni solide si possono generare in 2 modalità:

1) con gli atomi del soluto come atomi interstiziali;
2) con gli atomi del soluto come atomi sostituzionali nel reticolo cristallino.

Ebbene, nelle leghe interstiziali gli atomi del soluto occupano delle particolari cavità, ossia le minuscole "buche" tra un atomo del solvente e l'altro.
Affinché gli atomi del soluto riescano ad occupare tali posizioni, essi devono risultare ovviamente più piccoli degli atomi del metallo solvente che costituiscono il reticolo.
La seguente immagine rende tutto più chiaro:

Al contrario, nelle leghe di sostituzione gli atomi del soluto vanno semplicemente a sostituire alcuni atomi del solvente nel reticolo cristallino.
Per far sì che ciò effettivamente si verifichi, gli atomi del soluto e del solvente devono avere dimensioni molto simili.
Ed ecco l'immagine illustrativa pure del suddetto caso:

MISCELE ETEROGENEE:

Se le condizioni inerenti alle dimensioni degli atomi non risultano soddisfatte, allora è probabile che la lega formi una miscela eterogenea.
Le leghe eterogenee, come quelle dei saldatori, a base di stagno e piombo, oppure come l'amalgama di mercurio usato per le otturazioni delle carie dentali (ne abbiamo parlato qui), sono caratterizzate appunto da una miscela di fasi cristalline di varia composizione.

COMPOSTI INTERMETALLICI:

I composti intermetallici sono composti con un rapporto stechiometrico ben definito (generalmente insolito e differente dal rapporto basato su regole di legame chimico) tra alligante e metallo base, rapporto così preciso che tali leghe presentano una formula bruta.
Esempi di composti intermetallici sono CuAl₂, Mg₂Pb e AuCu₃.

Dopo questo interessante excursus sulle leghe metalliche, ritorniamo al nostro protagonista: il rame.
Il rame è stato sicuramente uno dei primi metalli utilizzati sin dall'antichità: sono infatti stati rinvenuti oggetti in rame datati 8700 a.C.
Trattasi, nello specifico, di piccole biglie di rame ritrovate nelle regioni settentrionali dell'Iraq.
La sua denominazione latina è cuprum o cyprium, quella da cui deriva il simbolo Cu.
Essa è giustificata dal fatto che in epoca romana la maggior parte del rame era estratta dall'isola di Cipro.
Il suo nome italiano, invece, deriva dal latino parlato aramen (termine già attestato nel 950).
Il rame rappresenta l'unico metallo ragionevolmente economico a non possedere una colorazione sul grigio.
Un fatto piuttosto rilevante, dato che tutti quanti gli elementi metallici, un centinaio circa, sono di colore grigio opaco o argenteo, ad esclusione del cesio, dell'oro e appunto del rame.
Non deve pertanto sorprendere il suo largo utilizzo fin dall'antichità per i gioielli, visto che il suo unico svantaggio è che si ossida lentamente, mentre l'oro, come ben noto, ha un costo nettamente maggiore e il cesio esplode a contatto con la pelle.
Inoltre, come abbiamo constatato nel post "I minerali: gli elementi nativi", il rame è anche uno splendido minerale.

 



  





Ma cosa diavolo c'entra con i batteri?
Ebbene, il rame è molto utile contro un particolare batterio chiamato Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), in parole povere, batterio resistente agli antibiotici.

Staphylococcus aureus resistente alla meticillina

Gli ospedali sono luoghi afflitti dalla diffusione di questi tipi di batteri, nonostante le precauzioni date dalla pulizia e dall'isolamento dei malati infetti.
Dei ricercatori dell'Università di Southampton, tuttavia, hanno trovato un metodo non invasivo per contrastare il problema delle infezioni contratte in ospedale.
I test hanno infatti mostrato che il rame e le sue leghe possiedono proprietà antimicrobiche, in grado di uccidere i germi che si depositano sulla superficie.
Sull'acciaio inossidabile, i batteri del tipo MRSA rimangono attivi per giorni, mentre sull'ottone gli stessi batteri muoiono entro circa 5 ore e sul rame addirittura entro mezz'ora.
Degli ulteriori studi hanno mostrato che il rame funziona bene pure contro il batterio Clostridium difficile, un altro germe che affligge gli ospedali.

Clostridium difficile

Ma l'uso del rame in medicina ha origini molto più antiche.
Gli Egizi lo mischiavano all'aceto per produrre acetato di rame (Cu(CH₃COO)₂), anche noto come verderame, che utilizzavano per curare le infezioni agli occhi.

Acetato di rame

In epoca romana, Plinio il Vecchio raccomandava l'uso dell'ossido di rame per purificare lo stomaco ed eliminare i vermi intestinali.
Probabilmente il trattamento suggerito dal filosofo funzionava, ma c'era sicuramente un effetto collaterale: i composti del rame, assunti in un dosaggio non corretto, possono risultare notevolmente tossici.
Un'ultima curiosità sul rame: un particolare composto, il solfato di rame, viene utilizzato nella cosiddetta poltiglia bordolese, cioè un fungicida che viene sfruttato al fine di controllare i funghi che si sviluppano sui grappoli d'uva.

Solfato di rame

Concludiamo il post con 2 ottimi video inerenti al rame.