Proprietà

Il metallo della civilizzazione

Il rame è essenziale per la nostra vita. Porta elettricità e acqua potabile alle nostre case e da un notevole contributo allo sviluppo sostenibile. E cosa più importante, è essenziale per la vita stessa.

In questa sezione puoi esplorare le speciali caratteristiche che rendono il metallo rosso indispensabile per la vita moderna.

Il rame è…

Il rame è intrecciato con la storia e il progresso dell’umanità.
Il rame gioca un ruolo cruciale nelle nostre case, nell’industria, nei trasporti, nelle infrastrutture, nella salute… Quali sono le caratteristiche e le applicazioni che lo rendono così importante?

Questa pubblicazione ti aiuterà a scoprirlo.

Proprietà chimiche

Il rame è un metallo di colore rosso, simbolo Cu e numero atomico 29, con struttura reticolare cubica a facce centrate. Appartiene agli elementi di transizione della tavola periodica, nella stessa colonna di argento e oro, con cui ha molte affinità chimico-fisiche.
Possiede gli stati di ossidazione +1 e +2 (rispettivamente sali rameosi e rameici). Esistono anche gli ioni cuprati, in cui il rame raggiunge gli stati di ossidazione +3 e +4; sono sali molto rari, usati nei magneti superconduttori (YBa2Cu3O7) o sali complessi (Cs2CuF6).
E’ l’unico, tra i metalli puri di uso industriale, ad avere un potenziale elettrochimico positivo: questo gli consente di non sciogliersi negli acidi, a meno che non siano fortemente ossidanti, come HNO3 e H2SO4.

I prodotti della corrosione del rame sono spesso protettivi: per esposizione all’aria il rame sviluppa uno strato protettivo chiamato patina, la cui composizione varia al variare dei luoghi e della condizioni atmosferiche. La patina verde che ricopre i tetti in rame è un sale di stechiometria variabile, che protegge il metallo rendendolo praticamente “eterno”.

Coppia elettrochimica  Potenziale standard E0 (in V a 25°C)
Au3+/Au 1,50
Pd2+/Pd 0,987
Hg2+/Hg 0,854
Ag+/Ag 0,800
Cu+/Cu 0,521
Cu2+/Cu 0,337
 2H+/H2 0,000
Pb2+/Pb -0,126
Sn2+/Sn -0,136
Ti+/Ti -0,336
Fe2+/Fe -0,440
Cr3+/Cr -0,774
Zn2+/Zn -0,763
Al3+/Al -1,66
Mg2+/Mg -2,37

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche del rame sono determinate dalla sua durezza, forma e duttilità. Esse sono designate con la lettera H per la durezza e la lettera R per la carico di rottura. Il rame può essere così fornito nello stato fisico desiderato, ottenibile attraverso cicli termici o lavorazioni a freddo.

Il rame ricotto (H040) possiede un range di durezze che va da 40 a 65HV, un carico di rottura da 200 a 250 N/mm² (R200); un rame lavorato a freddo (H110) può raggiungere una durezza di 110HV e sopporta un carico di 360 N/mm² ( R360).

La resistenza meccanica del rame può essere incrementata aggiungendo uno o più elementi per formare una lega. La lega di rame più “forte” è quella col berillio, con un carico di rottura che arriva fino a 1500 N/mm².

Lavorabilità a freddo e a caldo

Il rame ha elevata malleabilità e duttilità, cioè la capacità di deformarsi in laminati e fili. Può essere quindi facilmente lavorato per deformazione plastica con ottimi risultati.

Proprietà fisiche

Conducibilità elettrica

II rame è il miglior conduttore dell’elettricità dopo l’argento, ma ovviamente è di gran lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere. Oltre a considerazioni sui costi e sulla conduttività elettrica, il rame è apprezzato per la sua duttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione. E’ quindi possibile ottenere fili molto sottili, compatibili con tutti i moderni materiali isolanti, per esempio gli smalti, utilizzati negli avvolgimenti. Inoltre è sufficientemente forte e flessibile da sopportare avvolgimenti molto stretti senza rompersi.

Metallo
Resistività
in Ω*mm2/m 
Conducibilità
in % (rame=100)
 Argento  0,0159  105
 Rame  0,0167  100
 Oro  0,0235  72
 Alluminio  0,0267  62
 Zinco  0,059  28
 Nickel  0,068  24
 Ferro  0,095  17
 Titanio  0,234  7
 Acciaio inox (304)  0,689  2,5

Il rame nella tecnologia moderna 

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

Automobili e veicoli

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

Conduttività termica

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

Metallo
Conduttività
in W/(m*K)
Conduttività
in % (rame=100)
Argento  418 107
Rame  390 100
Oro  300 77
Alluminio  210 54
Zinco 110 28
Nickel 90 23
Ferro 80 20
Titanio 22  6
Acciaio inox (304)  16,2  4

Attitudine alla giunzione

Il rame è caratterizzato da una elevata attitudine alla giunzione sia per saldatura sia per brasatura, che vengono usate sia per applicazioni industriali e civili (tra cui, il trasporto di gas, acqua potabile e riscaldamento) sia per quelle artistiche.

Attitudine ai metodi di giunzione
 Brasatura dolce Ottima
 Brasatura forte Ottima
 Saldatura ossiacetilenica Buona
 Saldatura ad arco con elettrodi di grafite Buona
 Saldatura ad arco in atmosfera di gas inerte Ottima
 Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti Scadente
 Saldatura a resistenza per punti e continua Mediocre
 Saldatura a resistenza di testa Buona

Amagnetismo

Il rame è praticamente amagnetico; si utilizza questa proprietà nella strumentazione, nelle tecnologie avanzate e nel campo della bio-architettura