rame

Lessico

sm. [sec. XIV; latino tardo aerāmen, dal classico aes aeris, rame, bronzo].

1) Elemento chimico di simbolo Cu, peso atomico 63,546 e numero atomico 29.

2) Per estensione, paiolo, utensile da cucina di rame, spesso al pl.: i rami appesi in cucina luccicavano; anche incisione su rame: un rame di Bartolini. Anche agg., biondo rame, biondo tendente al rossiccio.

Chimica: generalità

Il rame è un elemento relativamente scarso nella litosfera dato che ne costituisce appena lo 0,01%, ma si rinviene per la maggior parte concentrato in giacimenti relativamente ricchi, ciò che ne facilita l'estrazione. I minerali del rame più importanti dal punto di vista tecnico sono quelli solforati, nei quali il metallo è contenuto sotto forma di calcopirite, di bornite e di calcosina, sempre mescolate con forti quantità di pirite e di altri solfuri di metalli pesanti. Una quota minore del rame prodotto viene estratta dai giacimenti di minerali ossidati del Cile, dell'Australia e dell'ex URSS, nei quali lo si rinviene sotto forma di cuprite, di malachite, di azzurrite, di atacamite e di brochantite.

Chimica: i processi di estrazione

L'estrazione del rame dai suoi minerali è sempre relativamente complicata e presenta caratteristiche diverse secondo la natura del minerale di partenza. I minerali solforati vengono dapprima arricchiti per flottazione, poi sottoposti a un arrostimento ad alta temperatura e in corrente d'aria che fornisce un concentrato con un tenore in rame prossimo al 20%. Il concentrato viene poi trattato in un forno a tino trasformandolo in una metallina costituita principalmente da solfuro di rame e solfuro di ferro; un successivo trattamento ossidante in un convertitore Bessemer elimina la maggior parte dello zolfo e del ferro, fornendo il cosiddetto rame nero, puro al 96-99%. I minerali ossidati vengono trasformati in metallina trattandoli in forno a riverbero ad alta temperatura, oppure direttamente con metodi elettrolitici. Le ceneri di pirite, che non raramente presentano un contenuto in rame dello 0,5-1%, tale da consentirne convenientemente l'estrazione, vengono per lo più arrostite previa aggiunta di una certa quantità di sale marino, trasformando così il rame in cloruro solubile che viene lisciviato; dalla soluzione di cloruro di rame così ottenuta il rame viene precipitato sotto forma di metallo grezzo aggiungendo del rottame di ferro. Il rame grezzo ottenuto attraverso questi diversi procedimenti viene raffinato mediante un trattamento in forno a riverbero che porta al cosiddetto rame rosetta, con un titolo del 99,5-99,9%. Questo può venire in genere utilizzato direttamente per la produzione delle leghe, mentre per le applicazioni elettrotecniche, che rappresentano l'impiego principale del rame, si richiede un metallo più puro, con un titolo del 99,99%: quantità anche molto ridotte di impurezze ne abbassano infatti fortemente la conducibilità elettrica. Il rame con questo titolo si ottiene purificando il metallo per via elettrolitica: l'elettrolita è costituito da una soluzione concentrata di solfato di rame addizionata di acido solforico che ne aumenta la conducibilità elettrica e facilita l'attacco degli anodi, costituiti da lastre del metallo da raffinare. Questo passa gradualmente in soluzione sotto forma di solfato di rame, mentre sui catodi, costituiti inizialmente da una lamina di rame puro, si deposita la quantità corrispondente di metallo raffinato: le impurezze del metallo grezzo in parte restano indisciolte nell'attacco degli anodi, sotto i quali si raccolgono a formare i cosiddetti fanghi anodici, e in parte restano disciolte nell'elettrolita, che di tempo in tempo viene rigenerato mediante opportuni trattamenti. Tra le impurezze insolubili figurano quantità più o meno elevate di metalli preziosi, per cui i fanghi anodici vengono raccolti e lavorati per ricavarne l'oro, il platino e altri metalli della sua famiglia che vi sono contenuti.

Chimica: il rame puro

Il rame puro è un metallo dal caratteristico colore rosso, assai duttile e malleabile, con un peso specifico di 8,945; fonde a 1083 ºC. Dal punto di vista chimico è relativamente inerte e in assenza di aria viene attaccato solo dagli acidi ossidanti, come per esempio l'acido nitrico, e dagli acidi organici; gli agenti atmosferici lo possono però lentamente attaccare e trasformare nel cosiddetto verderame, costituito da un carbonato basico di rame. Gli impieghi più importanti del rame sono quelli in elettrotecnica e in termotecnica (serpentine, caldaie, scambiatori di calore, ecc.), nella preparazione di molte sue leghe, quali gli ottoni, i bronzi, i bronzi di alluminio, ecc., e nella produzione di suoi composti, come il solfato di rame largamente usato quale anticrittogamico. Il rame è ancora usato per rivestimenti e oggetti artistici; abbandonato è invece l'uso di pentole e vasellame da cucina, che poteva dar luogo a intossicazioni più o meno gravi a causa della possibile solubilizzazione del rame da parte di acidi organici contenuti negli alimenti.

Chimica: i composti del rame

Nei suoi composti chimici il rame si comporta quasi sempre come elemento monovalente o bivalente. I sali del rame monovalente, rame (I), denominati in passato rameosi, sono per lo più di colore bianco e in genere poco stabili perché tendono a ossidarsi anche per opera dell'ossigeno atmosferico a composti del rame bivalente, rame (II), o rameici. Il più importante è il cianuro, CuCN, il quale si discioglie nelle soluzioni dei cianuri alcalini formando le soluzioni di cianuri complessi del tipo Na₂Cu(CN)₃ che vengono usate come elettroliti dei bagni di ramatura alcalina. Il cloruro, CuCl, anch'esso di colore bianco e poco solubile in acqua, si può ottenere riducendo il cloruro di rame (II), CuCl₂, con rame metallico: si discioglie in ammoniaca formando le soluzioni di un sale complesso che vengono tra l'altro utilizzate nell'analisi dei gas per assorbire l'ossido di carbonio. L'ossido di rame (I), denominato anche ossidulo di rame, è un solido insolubile in acqua, di colore dal giallo al rosso secondo le modalità seguite nella sua preparazione. Si forma per azione di vari riducenti sulle soluzioni alcalinizzate dei sali di rame (II) e per ossidazione anodica del rame metallico in condizioni adatte; trova impiego in agricoltura quale anticrittogamico. Tra i composti del rame (I) l'ossido CuO, di colore nero, è l'ossido che si forma riscaldando ad alta temperatura il rame all'aria. Aggiungendo una base forte alla soluzione di un sale di rame (II), precipita l'idrossido, Cu(OH)₂, di colore azzurro intenso ma che riscaldando la soluzione verso i 100 ºC annerisce, eliminando acqua e trasformandosi nell'ossido CuO. Le soluzioni acquose diluite dei sali di rame (II) sono di un caratteristico colore azzurro chiaro, che è il tipico colore dello ione pentaidrato Cu⁺⁺·5H₂O; il medesimo colore presentano anche i sali di rame (II) allo stato solido quando cristallizzano con cinque o più molecole di acqua, come per esempio il solfato pentaidrato CuSO₄·5H₂O; se però si elimina la loro acqua di cristallizzazione per azione del calore o di un disidratante, il colore vira al bianco. Il sale di rame (II) più importante dal punto di vista tecnico è il solfato pentaidrato, il comune solfato di rame del commercio, che si presenta in bei cristalli del sistema triclino, facilmente solubili in acqua. Lo si prepara attaccando il rame metallico, preventivamente fuso in pallotti cavi all'interno in modo da presentare una grande superficie attaccabile, con acido solforico diluito a caldo in presenza di aria che funge da ossidante; si cristallizza poi il sale dalla soluzione così ottenuta. Mescolando il solfato di rame con del latte di calce si forma per doppio scambio la miscela di gesso e idrossido di rame usata come anticrittogamico in viticoltura con il nome di poltiglia bordolese. Aggiungendo alla soluzione di un sale di rame un carbonato alcalino precipitano dei carbonati basici di rame, di colore verde intenso e di composizione simile a quella della malachite naturale. I solfuri alcalini e il solfuro di idrogeno provocano invece la precipitazione del solfuro, CuS, altamente insolubile e di colore nero. Lo ione Cu⁺⁺ presenta un'elevata tendenza a formare ioni complessi. Così, l'aggiunta di ammoniaca alla soluzione acquosa di un sale di rame provoca la precipitazione dell'idrossido, Cu(OH)₂: questo facilmente si discioglie in un eccesso di ammoniaca formando una soluzione dall'intenso colore blu violaceo nella quale il rame è presente sotto forma di catione cupriammonio [Cu(NH₃)₆]⁺⁺. Tale soluzione, che si indica con il nome di reattivo di Schweizer, è capace di disciogliere la cellulosa; trattando con un acido la soluzione così ottenuta, lo ione cupriammonico viene distrutto ripristinando un sale di rame (II) e la cellulosa disciolta precipita: su questi fenomeni si basa il processo per la produzione del rayon detto appunto al cupriammonio o processo Bemberg.

Biochimica

Il rame è presente nella struttura di numerosi enzimi ossidativi (citocromo-ossidasi, uricasi, tirosinasi, ascorbico-ossidasi) e costituisce un elemento essenziale per l'uomo. Esso interviene nei processi dell'osteogenesi, nell'eritropoiesi, nell'assorbimento intestinale e nel metabolismo del ferro. L'uomo assume giornalmente con la dieta 2,5-5 mg di rame, quantità sufficiente a mantenere l'equilibrio metabolico. Il contenuto totale di rame nell'organismo umano è valutato nell'ordine di 140-210 mg. Le concentrazioni più elevate si hanno nel cervello, nel cuore, nel fegato e nel rene. I livelli ematici del rame variano da 0,7 a 1,6 mg/l e aumentano notevolmente nel corso della gravidanza. Non si conosce una sindrome da carenza di rame nell'uomo, dato che qualsiasi tipo di dieta garantisce l'assunzione di questo elemento in quantità sufficienti per il fabbisogno giornaliero. Nell'animale di laboratorio tenuto a dieta priva di rame compaiono rapidamente alterazioni gravi: anemia, ritardo della crescita, difetti della pigmentazione del pelo, alterazioni ossee, disturbi cardiaci e intestinali. La degenerazione epatolenticolare, o morbo di Wilson, è una rara malattia umana dovuta all'eccessiva deposizione di rame nei tessuti conseguente al deficit congenito di ceruloplasmina. Vari composti di rame vengono adoperati come pesticidi, in particolare contro gli insetti e i funghi infestanti le piante. I sali di rame possiedono una potente azione emetica e ciò riduce notevolmente i pericoli di intossicazione acuta in seguito alla loro assunzione per via orale.

Economia: produzione

Fra i metalli non ferrosi più usati nel mondo, il rame viene al secondo posto dopo l'alluminio, sopravanzando largamente zinco, piombo, nichel e stagno. Di tutto il rame impiegato nel mondo solo il 60% proviene dalle miniere; il restante 40% è ricavato dal riciclo dei rottami. I giacimenti da cui si estrae il metallo hanno un tenore medio dell'1,5%; sono quindi necessarie grandi operazioni di scavo, di concentrazione e di arricchimento. Il rame allo stato puro contribuisce solo per l'1% alla produzione mondiale, che si aggira (1997) sui 10,5 milioni di t. I principali giacimenti e le riserve note sono localizzati in pochi Paesi. Sette di essi (Cile, USA, Canada, Indonesia, Australia, Perù e Cina) contribuiscono per oltre il 70% alla produzione mondiale. Al primo posto figura il Cile (3,5 milioni di t), con i giacimenti principali a Chuquicamata, El Teniente, El Salvador. Al secondo posto gli USA (1,8 milioni di t), con giacimenti che si estendono lungo le catene montuose occidentali negli stati del Montana, del Nevada, dell'Utah e soprattutto dell'Arizona. Il Canada (0,65 milioni di t), sfrutta le miniere localizzate nelle province di Manitoba, Québec, e Columbia Britannica. Seguono l'Indonesia (0,6 milioni di t), l'Australia (0,54 milioni di t), il Perù (0,5 milioni di t) e la Cina (0,49 milioni di t). Per quanto riguarda il metallo, accanto ai produttori di materia prima, compaiono vari paesi dotati di un'importante industria di raffinazione. Fra principali produttori, dopo gli USA, vi sono Cile, Russia, Giappone, Canada e Germania. L'industria del rame presenta una struttura varia: Stati Uniti e Canada posseggono grandi società multinazionali che controllano tutte le fasi, dall'estrazione della materia prima alla distribuzione del prodotto finito. Cile, Perú, Zambia e Zaire (Paesi che sul rame fondano in maggiore o minor misura la loro economia) si sono uniti formando un consorzio di esportazione (CIPEC), che controlla quasi la metà del commercio mondiale, allo scopo di garantirsi un'equa remunerazione delle materie prime fornite. Anche in questo settore si è ormai infranto il precedente equilibrio poggiato su condizioni molto favorevoli per gli importatori, mentre gli esportatori potevano godere solo in minima parte della ricchezza prodotta. Il mercato non ha ancora assunto posizioni stabili; sono sempre molto potenti le grandi multinazionali statunitensi. Il commercio internazionale del metallo è piuttosto vivace; i principali importatori sono Germania, Gran Bretagna, Francia, Giappone, Italia, Belgio; i principali esportatori sono Zambia, Cile, Canada, Zaire, USA. L'andamento del mercato del rame può esser preso come termometro della situazione politico-economica internazionale, ma risente notevolmente anche di manovre speculative. Il prezzo infatti è influenzato non solo dal tenore del minerale e dai costi d'impianto, ma anche dalla situazione politica internazionale. Inoltre a periodi di scarsa disponibilità seguono periodi in cui le scorte si accumulano. § In Italia esistevano varie miniere con minerali di scarso tenore e perciò poco e saltuariamente coltivate come a Ollomont, Chialamberto, Traversella, Massa Marittima, Funtana Raminosa e Sa Duchessa, Alagna Valsesia, Predoi; sono state tutte abbandonate negli anni Ottanta.

Arte

Metallo estremamente duttile e assai diffuso (in Europa, nell'Oriente e nei vari Paesi dell'America del Sud), il rame, come l'oro, si rinviene spesso allo stato nativo quasi puro, ciò che permette di lavorarlo anche senza ricorrere alla fusione. La sua utilizzazione per finalità pratiche (utensili e armi) ebbe inizio nell'Asia anteriore, forse tra il V e il IV millennio a. C. Dall'Oriente antico queste prime esperienze metallurgiche presto si irradiarono verso le civiltà del Caucaso e dell'Asia centrale, che svolsero un importante ruolo di tramite tra le grandi civiltà dei metalli siberiana e cinese. Già tra il 4500 e il 4200 a. C. la lavorazione del rame era praticata dall'Egitto che sfruttava i ricchi giacimenti del Sinai. Alla lavorazione del rame mediante martellatura si sostituì prima in Mesopotamia (IV millennio), poi in Egitto, la tecnica della fusione di percentuali di stagno con altre di rame (bronzo). I ricchi giacimenti di rame a Cipro diedero al Mediterraneo la supremazia nello sfruttamento e lavorazione di questo metallo, chiamato cyprium dai Romani che, come gli Etruschi, ma in modo più limitato dei Greci, lo utilizzarono per la produzione di strumenti connessi alle pratiche religiose, anche se già nell'età classica il bronzo finì col soppiantare l'uso del rame puro. Ampio e intenso fu lo sfruttamento delle proprietà del rame presso le oreficerie medievali, che lo sostituirono spesso all'oro e all'argento sia per l'inalterabilità del colore sia per la duttilità della lavorazione, disponibile alle tecniche della martellatura, dell'incisione, della damaschinatura, ecc.; dal sec. XII la lastra di rame costituì il supporto per eccellenza degli smalti mosani e limosini. Nell'arte islamica dei metalli il rame trovò infinite utilizzazioni (sbalzato, inciso, cesellato, incrostato d'oro e d'argento). Famose sono le produzioni delle scuole iraniche del Fārs e del Khorāsān, dell'Egitto e della Siria nel corso dei sec. XII-XIV (brocche, cofanetti, candelieri, scrittoi, piatti, bacili, bruciaprofumi, strumenti). Va anche ricordata la produzione di Venezia, dove già dalla fine del Quattrocento erano attive botteghe musulmane. Grande tradizione ebbero nella valle della Mosa gli artigiani di Dinant, i cosiddetti dinandiers, specializzati nella produzione di oggetti d'uso sacro. Nel Rinascimento il rame conobbe nuove fortune grazie alla messa a punto di nuove tecniche decorative che associavano il metallo puro ad altri in lega; nel Seicento l'orientamento del gusto verso il peltro limitò l'impiego del rame a oggetti di uso domestico, dando inizio a una produzione semipopolare soprattutto italiana e iberica. Nel Settecento l'uso del rame tornò in auge in Inghilterra grazie all'elaborazione della tecnica dello Sheffield plate, che conferiva al rame, per particolari procedimenti di fusione in associazione con l'argento, suggestivi effetti propri di quest'ultimo metallo. Nel sec. XIX l'introduzione di nuove soluzioni tecniche scaturite dai modi di lavorazione industriale (per esempio la galvanoplastica) ripropose la produzione di oggetti in rame di perfetta esecuzione, copie di raffinati esemplari di oreficeria; nella seconda metà dell'Ottocento, tuttavia, il rilancio del manufatto artigianale favorì anche la diffusione dell'oggetto decorativo o dell'utensile domestico tutto costruito in rame. L'oggetto in rame è ancor oggi ricercato quale elemento decorativo anche nel contesto dei più aggiornati e sofisticati arredamenti moderni della casa. § Il rame è stato inoltre sfruttato fin dal sec. XIII nella statuaria (figure di angeli sui campanili delle cattedrali di Parma, 1294, e di Piacenza, 1341; statua di Bonifacio VIII nel Museo Civico di Bologna; gigantesca statua di S. Carlo Borromeo presso Arona, 1626).