Proprietà generali

Il rame: proprietà generali e applicazioni

Il rame racchiude in sè molte proprietà utili, che vengono sfruttate nella vita di tutti i giorni.

Il rame:

  • è un conduttore di elettricità
  • è un conduttore di calore
  • resiste alla corrosione
  • combatte i batteri
  • è resistente
  • si lavora facilmente
  • è colorato
  • è riciclabile

Di seguito puoi trovare alcuni esempi in cui vengono appllcate queste proprietà.

Conduzione elettrica

ll rame ha la migliore conducibilità elettrica di qualsiasi metallo, ad eccezione dell’argento.

Per far scorrere una corrente elettrica attraverso un metallo, è necessario fornire energia, per esempio attraverso una batteria. La corrente infatti non fluisce spontaneamente e in più esiste una certa resistenza al suo passaggio: ma tanto minore è questa resistenza, tanto più bassa è l’energia che dobbiamo fornire per far passare la corrente. Il rame ha una bassissima resistenza elettrica (o, in altre parole, una altissima conducibilità elettrica) ed è questo il motivo per cui lo si impiega come materiale per i fili nella maggior parte delle applicazioni domestiche e industriali. Il rame vieneutilizzato anche nei parafulmini: in questo caso ha uno spessore più grande, in modo che possa portare una corrente molto elevata, senza fondersi.
Il filo di rame può essere avvolto in un bobine, in cui viene generato un campo magnetico. Se le bobine sono fatte in rame, verrà usata meno energia elettrica per vincere la resistenza rispetto agli altri materiali. Le bobine di rame possono trovarsi in:

  • Elettromagneti
  • Motori
  • Dinamo
  • Trasformatori

Come fa il rame a condurre?

Possiamo paragonare il rame – e ogni altro metallo – ad un insieme di atomi disposti ordinatamente secondo un reticolo, circondati dai loro elettroni che si muovono in continuazione tra gli atomi stessi.
Gli elettroni possono muoversi liberamente attraverso il metallo. Per questo motivo, essi sono conosciuti come elettroni liberi o di conduzione.
Colleghiamo gli estremi di un filo di rame a una batteria e ad un interruttore, creando un circuito chiuso. Normalmente, gli elettroni liberi si muovono casualmente nel metallo, ma quando chiudiamo l’interruttore, li facciamo scorrere attraverso il filo in una direzione ben precisa, in questo caso verso il polo positivo della batteria: infatti gli elettroni hanno una carica negativa. Questo spostamento di elettroni è la corrente elettrica (attenzione però: per convenzione si usa indicare il verso della corrente come quello delle cariche positive, e quindi opposto al verso del moto degli elettroni)

Conduzione del calore

Gli atomi di rame vibrano intorno alla posizione che occupano nel reticolo. A differenza degli elettroni, che possono passare da un atomo all’altro, questi ultimi occupano sempre una posizione stabilita. Quando forniamo energia sotto forma di calore ad un materiale, la vibrazione dei suoi atomi aumenta e si trasmette ai loro vicini “più freddi”, i quali a loro volta si riscaldano e trasmettono la vibrazione acquisita agli atomi intorno a loro, e così via. Questo processo può essere più o meno efficiente: se poniamo una fonte di calore all’estremità di un materiale, la vibrazione degli atomi si trasmette verso l’altra estremità più velocemente nel caso dei metalli (che perciò sono buoni conduttori) rispetto alla plastica o al legno (che perciò sono isolanti). Il rame è un materiale estremamente efficiente nel trasmettere la vibrazione e quindi il calore (e analogamente, nel sottrarlo): per questo lo si usa negli scambiatori di calore, nei collettori solari, nei dispersori di calore come i radiatori delle automobili e nei circuiti di raffreddamento, ecc.

Alta resistenza alla corrosione.

Il rame ha una bassa reattività chimica, cioè tende a corrodersi con più difficoltà rispetto ad altri metalli. Nella tavola periodica degli elementi, è nella stessa colonna dell’oro e dell’argento, che sono metalli nobili: con essi condivide la resistenza chimica, anche se non raggiunge i loro livelli.

In più, il rame può combinarsi con l’ossigeno dell’aria o dell’acqua, formando un sottile strato superficiale estremamente resistente che protegge il metallo sottostante. Per questi motivi il rame viene impiegato nelle tubazioni, sui tetti, nelle statue, nelle monete e in tutti gli oggetti che sono pensati per durare nel tempo. La prova sta negli oggetti, come monete e nei monili dell’antichità che sono giunti fino a noi: lo sapevi che l’ascia di Otzi, l’uomo di Similaun vissuto 5300 anni fa, è fatta in rame ed è perfettamente conservata?
Come detto, il rame è in grado di resistere in ambienti particolarmente “aggressivi” e difficili. Per esempio, l’acqua e l’aria marina mettono a duraprova  molti materiali, ma il rame e le sue leghe mostrano anche qui la loro resistenza. Per esempio, la Statua della Libertà è rivestita di lastre di rame: il rame infatti resiste all’atmosfera industriale e marina di New York; il suo colore verde è dato dal sottile strato protettivo – detto patina – che si è formato naturalmente nel corso dei decenni.

Facilità di formare leghe

Il rame si combina facilmente con altri metalli, per formare leghe. Quando si aggiunge un elemento ad un metallo, si ottiene spesso un nuovo materiale, la lega, appunto, con caratteristiche migliorate rispetto al materiale puro originale. Per esempio, aggiungendo lo zinco al rame otteniamo l’ottone, che ha una migliore resistenza meccanica e alla corrosione, oltre che ad un peculiare colore giallo. Se aggiungiamo invece lo stagno, otteniamo il bronzo, anch’esso con un’ottima resistenza alla corrosione e all’usura. In tantissimi casi al rame vengono aggiunti due o più elementi, per modulare al meglio le caratteristiche volute: è il caso delle leghe rame-nickel, in cui oltre al nickel c’è un certo tenore di ferro e manganese.

Si stima che in tutto il mondo vi siamo in commercio oltre 400 leghe di rame. L’importanza delle leghe di rame è tale che ad un’era della storia dell’uomo è stato dato il nome di una di esse: l’Età del Bronzo.

Lavorabile

Il rame è un materiale facilmente lavorabile e gli si può dare un gran numero di forme diverse: dai tubi per gli impianti ai fili per l’elettricità, fino alle lastre impiegate in architettura. Gli artisti e gli artigiani conoscono bene questa capacità del rame e lo lavorano piegandolo, stampandolo, martellandolo, incidendolo, per dargli forme ed effetti estetici secondo la loro sensibilità artistica.

Il rame può essere piegato con raggi di curvatura molto piccoli, senza che subisca cricche o rotture e può essere applicato per ricoprire superfici con forme e curvature molto complesse.

Incombustibile

Il rame è un materiale incombustibile, cioè non brucia, non propaga gli incendi e non emette gas nocivi se posto a contatto con le fiamme. Dal punto di vista della resistenza al fuoco, il rame è classificato come A1, la classe più sicura. Anche per questo motivo il rame viene usato per il trasporto dei gas combustibili, come quelli che alimentano le caldaie o gli scaldabagno.

Forte e resistente

Anche se duttile e malleabile, il rame e le sue leghe sono materiali con una notevole resistenza meccanica, tanto che vengono utilizzati in strumenti e oggetti usati nella vita di tutti i giorni o in ambito industriale. Le gronde e i pluviali in rame con i loro sostegni, le maniglie e i rubinetti in ottone, le eliche in bronzo o le monete in cupronickel: sono solo alcuni esempi di oggetti che non potrebbero compiere la loro funzione se non fossero sufficientemente resistenti e affidabili.

Inoltre, il rame non corre il rischio di diventare fragile alle basse temperature: l’edificio più alto d’Europa, la Capanna Regina Margherita – a quota 4554 m sul Monte Rosa – è rivestita da lastre di rame, per non parlare dei tubi di rame che vengono usati nell’industria del freddo.

Amagnetico

Il rame è un materiale non magnetico: se si avvicina una calamita ad esso, non ne viene attratto. Questa sua capacità viene sfruttata per strumenti di precisione e applicazioni militari.

Colorato

Il rame e le sue leghe presentano una gamma di colori che non trova eguali in altri materiali naturali e che viene apprezzata da artistiarchitetti designer.

Il rame naturale è rosso, il bronzo è rossiccio, l’ottone è giallo, il rame-nickel è bianco-argenteo. Inoltre lo stesso rame cambia il suo colore col passare del tempo: a contatto con l’aria e gli agenti atmosferici, perde il rosso brillante originale per acquisire una patina marrone prima e verde poi.

A molti prodotti – soprattutto in ottone – viene applicato un trattamento superficiale, per dare sfumature ed effetti differenti all’aspetto della lega originale: un esempio sono le bruniture per l’ottone, soprattutto in ambito architettonico e nell’arredamento di interni.

Riciclabile

Un metallo, al termine della sua vita utile, può essere recuperato e riciclato: verrà così rifuso, solidificato e sagomato per dare vita ad un altro oggetto.

Bisogna notare che il rame può essere riciclato infinite volte senza che perda le sue caratteristiche meccaniche e fisiche originali: in altre parole il rame “nuovo” proveniente da miniera è indistinguibile dal rame “vecchio” ottenuto dal riciclo. E’ estremamente probabile che una parte del rame negli oggetti intorno a noi possa provenire da monili o altri oggetti prodotti per la prima volta secoli fa.

Attualmente, più del 40% del fabbisogno europeo di rame viene soddisfatto dal riciclo, grazie anche all’efficiente sistema di raccolta di rottami: questo permette di diminuire il volume dei rifiuti delle discariche, fa risparmiare energia (per produrre rame dal riciclo è necessaria l’85% in meno di energia rispetto a quella per il minerale estratto in miniera) e diminuisce la necessità delle importazioni (infatti l’Italia non ha proprie miniere di rame).

Indispensabile per la salute

l rame è indispensabile per un buono stato di salute, poiché fa parte di enzimi e coenzimi, che sono quelle molecole  che accelerano la velocità delle reazioni chimiche che avvengono nel nostro organismo. Il rame è necessario per il nostro sistema nervoso, lo sviluppo delle ossa, la pelle e il sistema immunitario, nonché per la crescita del feto.
Ma come facciamo a prendere il rame necessario per il nostro corpo? Semplice, attraverso i cibi e l’acqua, che ne contengono in piccole quantità.