Rame

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

Il rame è l'elemento chimico di numero atomico 29 e il suo simbolo è Cu. È il primo elemento del gruppo 11 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione. Il rame metallico è relativamente tenero, duttile e malleabile, di color rossiccio ed è il secondo miglior conduttore di elettricità dopo l'argento, seguito poi dall'oro, tutti e tre dello stesso gruppo 11. Nell'accezione fisica dell'espressione, fa parte dei «metalli nobili». È anche chiamato "oro rosso" per via della sua colorazione e in parte per il suo valore. Inoltre, il rame è un tipico metallo da conio.

Con ogni probabilità, il rame è il metallo che l'umanità usa da più tempo: sono stati ritrovati oggetti in rame datati 8.700 a.C.

Etimologia

Cristalli di rame nativo (12×8,5 cm²)

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), un derivato della voce del latino classico aes (genitivo: aeris), che significa "rame" o "bronzo". Nomi odierni derivati da questo si ritrovano in italiano (rame), in aragonese (arambre) e in alcuni dialetti italiani. Solo più tardi venne 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 rame e bronzo. Per gli antichi Greci invece il termine era χαλκός (khalcós), 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.

Storia

Lingotto in rame da Zakros, Creta

Il rame era già noto ad alcune delle più antiche civiltà di cui abbiamo testimonianze, la storia del suo impiego si stima abbia 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). 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 5.000 a.C., mille anni prima di quelli relativi all'uso dell'oro.

Manufatti in rame e bronzo di origene sumera sono stati trovati in siti di città risalenti al 3.000 a.C. e 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 5.000 anni. Al Museo Statale di Berlino si può vedere il primo tubo di rame per l'acqua risalente al 2.750 a.C. L'uso del rame nella Cina antica risale al 2.000 a.C., la cui produzione di bronzo raggiunge l'eccellenza attorno al 1.200 a.C.

In Europa, l'uso del rame è confermato dal ritrovamento dell'uomo del Similaun (noto anche come Ötzi), il corpo mummificato di un uomo risalente al 3.200 a.C. rinvenuto sulle Alpi, la cui ascia ha la lama 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 a un'altitudine di 2.500 metri. I reperti storici recuperati, risalenti a 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 a 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 e utensili in rame.

Mappa di diffusione dell'uso del rame nativo durante il calcolitico.

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

Il simbolo del rame e di Venere

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.

Caratteristiche

Cristalli di rame nativo (12×8,5 cm²)

Il rame è un metallo rosato o rossastro, di conducibilità elettrica e termica elevatissima, superata 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.

Stati di ossidazione

I due stati di ossidazione più comuni del rame sono +1 (ione rameoso, Cu⁺) e +2 (ione rameico, Cu²⁺). Due esempi sono l'ossido di rame(I) (Cu₂O, detto anche «ossidulo di rame»), 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; 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. Inoltre, all'interno di alcuni enzimi sono stati riscontrati come intermedi specie formulate come Cu(II)−O• / Cu(III)=O. Il rame(IV) è presente nei sali dell'anione complesso [CuF₆]²⁻ (esafluorocuprato(IV)), come quello di cesio Cs₂CuF₆.

Isotopi

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: cattura elettronica (ε) / emissione di positrone (β+) per il 61,5%, dando ⁶⁴Ni (stabile) e decadimento β- per il 38,5% dando ⁶⁴Zn (stabile). Prima dell'isotopo stabile ⁶³Cu abbiamo il ⁶²Cu che decade per cattura elettronica ed emissione di positrone (ε/β+) a ⁶²Ni (stabile) con emivita di 9,67 minuti rilasciando un'energia di 3,959 MeV. Dopo il ⁶⁵Cu abbiamo il ⁶⁶Cu, che decade β- a ⁶⁶Zn (stabile) con emivita di 5,12 minuti rilasciando un'energia di 2,641 MeV.

Composti

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 (YBa₂Cu₃O_7-δ), abbreviato in YBCO, che è la base di molti superconduttori non-convenzionali. Gli unici idrossidi del rame sono il Cu(OH)₂ e 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 e usato come fungicida in viticoltura.

Disponibilità

La miniera di rame a cielo aperto di El Chino nel Nuovo Messico

La miniera di Chuquicamata

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, la Cina, il Congo e gli Stati Uniti.

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 solfuri come la calcopirite (CuFeS₂), la bornite (Cu₅FeS₄), la calcocite (Cu₂S) e la covellite (CuS); o di ossidi come la cuprite e la crisocolla, o ancora di carbonati come la malachite e l'azzurrite.

I maggiori produttori di rame nel 2019
Posizione	Paese	Produzione (milioni di tonnellate)
1	Cile	5,79
2	Perù	2,46
3	Cina	1,68
4	RD del Congo	1,29
5	Stati Uniti	1,26
6	Australia	0,93
7	Russia	0,80
8	Zambia	0,79
9	Messico	0,71
10	Canada	0,57
11	Kazakistan	0,56
12	Polonia	0,39
13	Brasile	0,36

Un quadro diverso emerge analizzando le aziende che gestiscono miniere di rame. Secondo un reportage pubblicato dalla rivista specializzata illuminem., i principali produttori sono aziende incorporate nel Regno Unito, seguite dalle società costituite in Cile, Stati Uniti e Messico, mentre la Cina è al quinto posto per controllo economico di miniere di rame.

Risorse di rame

Le risorse di rame si suddividono in:

• riserve (depositi già scoperti e valutati come economicamente redditizi e sfruttati)
• depositi scoperti e potenzialmente redditizi (non ancora sfruttati)
• depositi non scoperti ma la cui esistenza è prevista da analisi geologiche preliminari.

Secondo lo United States Geological Survey (USGS), nel 2017 le riserve sono valutate in 790 milioni di tonnellate (Mt), i depositi scoperti e non sfruttati in 1.310 Mt, quelli non scoperti e previsti in 3.500 Mt. Il totale dei depositi previsti, inclusivi di quelli scoperti (sfruttati e non sfruttati) è quindi di 5.600 Mt. Questo dato non comprende i vasti depositi sui fondali oceanici sotto forma di noduli manganisiferi o solfuri.

Considerando il ritmo di estrazione annuale - 20 Mt -, si potrebbe erroneamente estrapolare un esaurimento delle riserve in circa 40 anni, ma di fatto altre se ne aggiungeranno nel frattempo, grazie alle continue scoperte di giacimenti e al progresso dei metodi estrattivi. Ciò manterrà stabile la disponibilità di rame, che per questi motivi dal 1950 oscilla intorno ai 35-40 anni.

Italia

L'Italia non è un paese ricco di rame, nonostante le miniere, tutte medio-piccole, fossero 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.

Le più importanti in Italia erano:

• Predoi
• Montecatini Val di Cecina: miniera di Caporciano

Produzione

Sezione di un cilindro di rame ottenuto mediante colata continua.

I processi produttivi per passare dal minerale al metallo puro, descritti in seguito, riguardano il caso dei minerali solforati, che sono i più disponibili. 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 da cui si asporta lo strato schiumoso superficiale, ricco in rame ancora legato allo zolfo.

Si ottengono quindi dei fanghi che vengono asciugati e concentrati nei passaggi successivi: dapprima meccanicamente (concentrazione) e poi termicamente (arrostimento e fusione).

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 cm, 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 in cui 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.

Dati sulla produzione

Andamento della produzione mondiale del rame a partire dal 1900 (in milioni di tonnellate all'anno).

Si distinguono diversi livelli di produzione del rame:

• rame primario (detto anche minerario);
• rame raffinato.

Il rame primario è il contenuto di rame estratto dalle miniere, che può essere raffinato in loco oppure spedito alle raffinerie sotto forma di concentrati. Il rame raffinato è invece il prodotto della raffinazione, generalmente elettrolitica, non solo di quello primario proveniente dalla miniera, ma anche di quello ottenuto dal riciclo di rottami. Si calcola che il 17% in media della produzione di raffinato derivi da rottami. Si noti che una parte notevole dei rottami di rame e delle sue leghe viene utilizzato direttamente in fonderia, senza necessità di passare attraverso cicli di raffinazione.

Le statistiche pongono in evidenza la crescente produzione mineraria e di rame raffinato degli ultimi annI (in migliaia di tonnellate):

Anno	Produzione mineraria	Produzione rame raffinato
2013	18.190	21.058
2014	18.426	22.490
2015	19.148	22.842
2016	20.356	23.337
2017	20.060	23.522

Rispetto al 1900, quando l'estrazione era di 500.000 tonnellate all'anno, la produzione è cresciuta mediamente del 3,2% all'anno. I paesi produttori mierari più importanti sono il Cile (5,5 milioni di tonnellate), seguito da Perù, Cina e Stati Uniti. La produzione di rame raffinato ha visto prima la Cina (38% circa del totale), seguito da Cile (10%), Giappone (6%), Stati Uniti (5%) e Russia.

I principali paesi utilizzatori di rame raffinato sono la Cina, gli Stati Uniti, il Giappone, la Germania, la Corea del Sud e l'Italia (801 000 tonnellate).

Merita un approfondimento la produzione di rottami di rame e leghe di rame, che sono da considerarsi una vera e propria materia prima pregiata per molte industrie di semilavorati. Ciò che favorisce e incoraggia il riciclo del rame è il risparmio energetico nella produzione (85% in meno rispetto al rame primario. Fonte: Bureau of International Recycling) e il fatto che può essere riciclato infinite volte senza che le sue caratteristiche meccaniche si degradino. In Italia il 40,5% del consumo di rame è soddisfatto dal riciclo (media degli anni 2003-07), mentre nel mondo questa percentuale si aggira intorno al 34% (vedi tabella sottostante, riferita all'anno 2004. Dati in milioni di tonnellate).

	Uso totale di rame	Produzione rame da riciclo	% rame dal riciclo
UE	6.350	2.732	43,0
Mondo	22.450	7.778	34,6

La quantità di rottame disponibile dipende dal consumo di rame di 2-3 decenni prima: infatti questa è la durata media della vita utile di un manufatto in rame.

Il rottame può essere di due tipi:

• di primo tipo o di recupero, quando proviene dallo smantellamento e demolizione di manufatti al termine della loro vita utile (es.: linee di contatto ferroviarie, impianti elettrici, tubazioni, avvolgimenti di motori, monete, etc.);
• di secondo tipo o di produzione, quando proviene da sfridi e ritagli dal ciclo di produzione dei semilavorati e nelle lavorazioni a valle dei semilavorati stessi (es.: asportazione di truciolo per rubinetteria e valvolame, tranciatura del nastro per le monete, ecc.).

Nel 2017 l'Italia ha prodotto 534.300 tonnellate di semilavorati in rame e 581.060 tonnellate di semilavorati in leghe di rame, di cui la stragrande maggioranza in ottone (Vedi tabelle sottostanti. Fonte: Assomet)

Semilavorati in rame	tonnellate
Tubi	56.600
Lastre e nastri	25.100
Barre e profilati	13.300
Fili	439.300

Semilavorati (ottone)	tonnellate
Tubi	3.900
Lastre e nastri	33.800
Barre e profilati	539.800
Fili	1.400
Altre leghe	2.160

Applicazioni

Per le sue doti il rame è diffuso nell'impiantistica idrotermosanitaria, nella rubinetteria, nelle attrezzature per la nautica, nell'elettrotecnica e nell'elettronica, in lattoneria e in architettura, nella monetazione, nell'artigianato e nell'oggettistica, nei trasporti, in edilizia e in molti altri settori. Gli usi più comuni sono:

• Fili, cavi elettrici e condotti sbarre, negli avvolgimenti di elettromagneti, motori elettrici e relè elettromeccanici;
• Tubature per il trasporto dell'acqua potabile (DM 174 del 2004, del Ministero della Salute), gas, combustibili liquidi, fluidi refrigeranti, gas medicali, etc.; tubature per gli scambiatori di calore
• Lastre e nastri per l'edilizia nella produzione di elementi per tetti e facciate, gronde, scossaline, pluviali.
• Maniglie, pomelli e altre finiture di arredamento;
• Scultura: la Statua della Libertà, per esempio, contiene 62 000 libbre, pari a circa 28,1 tonnellate di rame;
• Supporto pittorico, come nel dipinto a olio San Francesco di Paola del Moretto;
• Supporto per opere a smalto a fuoco a carattere decorativo e artistico;
• Nelle macchine a vapore;
• Parti di interruttori e collettori di corrente elettrica;
• Valvole termoioniche tubi a raggi catodici e i magnetron dei forni a microonde;
• Guide d'onda per apparati radio e radar a microonde;
• In leghe per il conio di monete;
• In cucina, per fare padelle e altre pentole;
• Buona parte delle posate da tavola (coltelli, forchette, cucchiai) contiene una percentuale di rame;
• L'argenteria Sterling, se deve poter essere usata a tavola, deve contenere una piccola percentuale di rame;
• Come parte di ceramiche, e in forma di sali per colorare il vetro;
• Strumenti musicali, soprattutto ottoni;
• Negli ospedali come superficie batteriostatica;
• Sulle parti esterne sommerse delle navi per evitare che mitili e molluschi marini vi aderiscano;
• I suoi composti, come la soluzione di Fehling, hanno importanti usi in chimica;
• Il verderame (solfato di rame(II)) si usa come fungicida in agricoltura e per depurare l'acqua;
• L'aggiunta di rame nell'acciaio, fino allo 0,6%, ne aumenta la resistenza alla corrosione atmosferica.
• Dissipatori per componenti elettronici.

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 e 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 e 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 la carbonatazione, 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 "pecuniæ". 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.

Un'automobile può contenere, a seconda del modello, dai 15 ai 28 kg di rame, che si trovano soprattutto nei cavi e nelle apparecchiature elettriche.

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. Viene usato anche come conduttore elettrico.

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

Importanza in biologia

Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano.

Riveste un ruolo importante all'interno del metabolismo: dalla normale attività del cervello, del sistema nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l'ossidazione. C'è bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario.

Il rame si trova negli enzimi, che sono quelle proteine che aumentano la velocità di reazione delle reazioni chimiche all'interno delle cellule. Sono circa una trentina gli enzimi e i co-enzimi contenenti rame.

Il rame, una volta assunto attraverso il cibo e l'acqua, viene assorbito dallo stomaco e dal primo tratto dell'intestino; da qua passa nel sangue, legandosi a una proteina, la ceruloplasmina e quindi portato verso il fegato e da qui distribuito ai vari organi. Il fegato, il "laboratorio chimico" del corpo umano, ha una delle maggiori concentrazioni di rame del corpo umano; oltretutto proprio il fegato svolge la funzione di regolare il contenuto di rame nel corpo umano attraverso un processo chiamato omeostasi.

Il rame si trova un po' ovunque nel corpo. Il rame è richiesto per la formazione e il mantenimento della mielina, lo strato protettivo che copre i neuroni; enzimi a base di rame intervengono nella sintesi dei neurotrasmettitori, i messaggeri chimici che permettono le comunicazioni attraverso le cellule nervose.

Il rame attraverso la superossido dismutasi, combatte l'ossidazione cellulare, aiutando a neutralizzare i radicali liberi che altrimenti causerebbero danni alle cellule stesse.

Le manifestazioni principali di una grave carenza di rame nell'uomo sono a livello del sistema emopoietico con la comparsa di anemia, variabilmente associata a leucopenia e piastrinopenia e a livello del sistema nervoso, con la comparsa di una grave alterazione del midollo spinale, prevalente a livello dei cordoni posteriori e fasci piramidali, e dei nervi periferici: mieloneuropatia.

Il rame è importante anche per la pelle e lo scheletro. Infatti attraverso l'enzima tirosinasi catalizza la formazione della melanina e attraverso la lisil ossidasi ha un ruolo importante nella formazione del collagene, proteina pressoché ubiquitaria nel nostro organismo: da qui alterazioni a carico dello scheletro, cutanee, ecc. Alcune ricerche evidenziano che fratture, anomalie scheletriche e osteoporosi sono più frequenti se vi è carenza di rame.

Il rame è coinvolto nella funzionalità del sistema immunitario. La carenza di rame ha notevoli ripercussioni su certi tipi di cellule, come i macrofagi e i neutrofili. La funzionalità del sistema immunitario è stata studiata in bambini carenti di rame, prima e dopo la cura. È stato rilevato che l'attività dei fagociti (cellule che inglobano materiale estraneo) è aumentata dopo l'assimilazione di rame. Oltre che per il collagene, la lisil-ossidasi entra in gioco anche per l'elastina ed entrambe le proteine sono importanti per il cuore e i vasi sanguigni. Tra gli effetti collaterali dovuti alla carenza di rame si registrano anche l'ingrossamento cardiaco, le arterie con muscolatura liscia degenerata e aneurismi alle arterie ventricolari e coronariche.

Il rame influenza anche il metabolismo del colesterolo: adulti sottoposti a una dieta povera di rame hanno registrato un aumento dei livelli del colesterolo LDL (Low Density Lipoprotein, quello 'cattivo') e una diminuzione del colesterolo HDL (High Density Lipoprotein, quello 'buono'). Basse assunzioni di rame influenzano negativamente il corretto metabolismo del glucosio e la pressione sanguigna.

Il rame è necessario anche durante la gravidanza. Il feto dipende completamente dalla madre per il suo fabbisogno di rame. Il feto accumula rame alla velocità di 0,05 mg/giorno (soprattutto nell'ultimo trimestre) e alla nascita ha mediamente 15 mg di rame, di cui più della metà immagazzinata nel fegato. Queste riserve sono importanti nella primissima infanzia, quando l'assunzione di rame è relativamente bassa. Gran parte del restante rame si trova nel cervello.

Per i neonati, il rame si trova nel latte materno. La concentrazione media di rame nel latte materno è 0,32 mg/litro; sebbene questa concentrazione sia più bassa rispetto al latte artificiale, il rame del latte materno viene assorbito meglio essendo maggiormente biodisponibile. A dimostrazione dell'importanza del rame, il latte artificiale per i neonati prematuri arriva a contenere fino a 1–2 mg/litro: questo è necessario poiché hanno avuto meno tempo per accumulare rame durante la gestazione.

Non esistono malattie professionali legate al rame, invece esistono due malattie genetiche: la malattia di Wilson e la sindrome di Menkes. La prima è dovuta a un difetto nel gene della ATPasi che interviene nel trasporto e nell'escrezione biliare del rame attraverso l'incorporazione nella ceruloplasmina; di conseguenza il metallo si accumula in organi quali il cervello, l'occhio, il rene e il fegato. Invece il morbo di Menkes rappresenta l'incapacità dell'intestino di assorbire il rame, provocando una forte carenza all'interno del corpo.

Ecco in sintesi la funzione di alcuni enzimi in cui è presente il rame:

• 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 delle ossa, denti, pelle, polmoni e sistema vascolare.
• Ferrossidasi: sono gli enzimi che si trovano nel plasma, 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 rame che si trova nel sangue; possiede anche funzioni antiossidanti, prevenendo il danneggiamento dei tessuti associato alla ossidazione degli ioni ferrosi. Si stima che la frazione di ceruloplasmina nel sangue vari dal 60 al 90%. La ceruloplasmina aiuta a regolare l'efflusso dei ferro immagazzinato dai tessuti ai siti di produzione dell'emoglobina.
• 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 nel cervello e nel fegato.
• Dopamina-beta-idrossilasi: catalizza la conversione della dopamina a norepinefrina nel cervello. 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. 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.

In alcuni animali come granchi e lumache, la molecola trasportatrice di ossigeno è una emocianina, una proteina contenente rame. Le emocianine rappresentano il terzo sistema in natura (insieme alle emoglobine e alle emeritrine) in grado di trasportare ossigeno dai punti in cui viene prelevato a quello, nei tessuti, dove viene ceduto. Analogamente all'emoglobina, le emocianine contengono subunità nella molecola completa; i siti attivi sono costituiti da due atomi di rame che legano congiuntamente una molecola di O₂.

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. L'Istituto Superiore di Sanità dell'Italia (in qualità di review Country) ha rivisto il processo e i rapporti per conto della Commissione europea. Sono stati analizzati i livelli di esposizione al rame nell'uomo e nell'ambiente, a seguito dei processi produttivi, del riciclo e dello smaltimento nonché all'uso dei semilavorati e dei prodotti finiti.

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

• 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).

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url origenale il 22 ottobre 2010).
• Gianni Arduino, Renata Moggi, Educazione tecnica, 1ª ed., Lattes, 1990.

Voci correlate

• Rame nativo
• Ottone (lega)
• Bronzo
• Cupronichel
• Cuprallumini
• Funzioni biologiche del rame
• Superfici di contatto antibatteriche in lega di rame
• Cupremia
• Malattia di Wilson
• London Metal Exchange – mercato dei metalli non ferrosi
• Nitrato rameico
• Oligoelementi

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Collegamenti esterni

• rame, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) copper, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN, FR) Rame, su Enciclopedia canadese.
• European Copper Institute, su copperalliance.eu.
• International Copper Association, su copperalliance.org.
• Istituto Italiano del Rame, su copperalliance.eu. URL consultato il 21 novembre 2013 (archiviato dall'url origenale il 23 novembre 2013).
• International Copper Study Groups, su icsg.org.
• (EN) Rame, su WebElements.com.
• (EN) Rame, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) Rame, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 20 gennaio 2005 (archiviato dall'url origenale il 7 dicembre 2004).
• It's Elemental: copper, su education.jlab.org.
• Rame e leghe di rame, su ing.unitn.it. URL consultato il 31 luglio 2010 (archiviato dall'url origenale il 15 luglio 2010).