Cuivre

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Données  v · d · m
Nickel - Cuivre - Zinc - Cu Ag         29 Cu                                                                                                                                                                                                                                           Table complète - Table étendue
Général
Nom, Symbole, Numéro	Cuivre, Cu, 29
Série chimique	métaux de transition
Groupe, Période, Bloc	11, 4, d
Masse volumique	8920 kg/m3
Couleur	Cuivré, métallique
Propriétés atomiques
Masse atomique	63,536 u
Rayon atomique (calc)	135 (145) pm
Rayon de covalence	138 pm
Rayon de van der Waals	140 pm
Configuration électronique	[Ar]3d10 4s1
Électrons par niveau d'énergie	2, 8, 18, 1
État(s) d'oxydation	2, 1
Oxyde	faiblement basique
Structure cristalline	Cubique face centrée
Propriétés physiques
État ordinaire	solide
Température de fusion	1357,6 K
Température de vaporisation	2840 K
Énergie de fusion	13,05 kJ/mol
Énergie de vaporisation	300,3 kJ/mol
Volume molaire	7,11×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur	0,0505 Pa à 1358 K
Vélocité du son	3570 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,9
Chaleur massique	380 J/(kg·K)
Conductivité électrique	59,6×106 S/m
Conductivité thermique	401 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation	745,5 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation	1957,9 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation	3555 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation	5536 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD 63Cu 69,17% stable avec 34 neutrons 64Cu {syn.} 12,705 h ε (41%) 1,675 64Ni 64Cu {syn.} 12,705 h β- (40%) 0,578 64Zn 64Cu {syn.} 12,705 h β+ (19%) PA 0,511 (38%) EA 0,00031 (36%) EA 0,00114 (16,8%) RG 1,346 (0,473%) 64Zn 65Cu 30,83% stable avec 36 neutrons 67Cu {syn.} 61,9 h β- 0,6 67Zn
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29.

Sommaire 1 Caractéristiques 2 Minerai de cuivre 2.1 Sulfures 2.2 Sulfo-sel 2.3 Oxydes 2.4 Carbonates 2.5 Silicates 2.6 Sulfate et chlorure 3 Propriétés biologiques et écotoxiques 4 Toxicologie 5 Applications en construction mécanique et électrique 6 Symbolique 7 Économie 7.1 Liens internes 7.2 Références 7.3 Liens externes

[modifier] Caractéristiques

Métal de couleur rougeâtre, il possède une haute conductivité thermique et électrique (à température ambiante, le seul métal pur ayant une meilleure conductivité électrique est l'argent). Sa couleur rougeâtre le diffère au même titre que l'or par la couleur généralement grise des métaux. Le cuivre pourrait bien être le premier métal à avoir été utilisé, étant donné que des pièces datant de 8700 avant J.-C. ont été trouvées.

• Dureté : 3.5-4.5
• Densité : 8.93
• Clivage : absent
• Fracture : écailleuse
• Rupture : ductile (peu d'impuretés ou impuretés insolubles) ou cassante (impuretés solubles comme le Phosphore)
• Couleur de la poudre : rouge métallisé
• Éclat : métallique
• Fluorescence : aucune
• Classe : élément
• Système cristallin : cubique à face centrée

[modifier] Minerai de cuivre

Le cuivre est un des rares métaux qui existe à l'état natif. Ce fait d'ailleurs expliquant probablement qu'il fut le premier métal utilisé par les hommes. L'occurrence du cuivre natif est cependant assez faible. On le trouve le plus fréquemment sous forme de sulfure ou de sulfo-sel.

[modifier] Sulfures

• La chalcopyrite : Cu₂S, Fe₂S₃
• La bornite : 3Cu₂S, Fe₂S₃
• La covelline : CuS
• La chalcocite : Cu₂S

Souvent utilisé pour faire des instruments de cuisines et parfois certains sous vêtements peuvent avoir des fibres de cuivre véritables

[modifier] Sulfo-sel

• l’énergite 3Cu₂S, As₂S₅

[modifier] Oxydes

• Mélancolise ou ténorite CuO
• Oxyde cuivreux ou Cuprite : Cu₂O

[modifier] Carbonates

• Azurite : 2CuCO₃, Cu(OH) ₂
• Malachite : CuCO₃, Cu(OH) ₂

[modifier] Silicates

• Chrysocolle : SiO₄Cu,2 H₂O

[modifier] Sulfate et chlorure

• Brochantite : Cu₄(SO₄)(OH) ₆
• Atacamite : Cu₂Cl(OH) ₃

[modifier] Propriétés biologiques et écotoxiques

Le cuivre, à très faible dose est un oligo-élément indispensable à la vie. Il est notamment nécessaire à la formation de l'hémoglobine et remplace même le fer pour le transport de l'oxygène chez une espèce d'arthropode, la limule, dont le sang est bleu^[1]. Chez l'homme et les mammifères, régulé par le foie, le cuivre intervient dans la fonction immunitaire (démontré chez le rat) et contre le stress oxydant. Il est stocké, excrété via la bile ou distribué vers les organes.

Bien que le porc n'ait pas besoin de plus de 6 mg/kg d'aliment (NRC, 1998), du cuivre est ajouté à son alimentation car il s'est montré un puissant facteur de croissance s'il est associé à une supplémentation en Zinc (à 150 à 250 ppm de Cu en post-sevrage dans l'alimentation des porcelets, soit 30 fois leur besoin normal est une pratique courante, qui explique l'augmentation de la charge de cuivre polluante des lisiers. Le mouton serait, lui, tué par le cuivre dès 15 mg de Cu par kg d'aliment ; la mort survenant après une phase hémolytique lorsque le taux de Cu dans le foie dépasse 350 à 1000 ppm de matière sèche (selon Bremner 1998, Underwood et Suttle 1999). Le mouton semble être le mammifère le plus sensible, parmi ceux dont les réactions au cuivre ont été étudiées.

Le cuivre est aussi - à dose plus élevée et sous ses formes oxydées (vert-de-gris, oxyde cuivreux) - un puissant poison pour l'Homme, comme - à des doses parfois infimes - pour de nombreux organismes (algues, mousses, microorganismes marins, champignons microscopiques). Ce fait connu depuis l'antiquité a justifié son utilisation comme pesticide (ex : Bouillie bordelaise) ou comme biocide, notamment dans les antifoulings.

Ses vertus bactéricides et antifongiques et sa ductilité ont aussi, comme pour le plomb (qui est lui bien plus toxique) justifié son utilisation dans les canalisations d'eau et dans certains pays pour les toitures et gouttières (ni mousse ni plantes ne s'y installent, mais l'eau s'y charge de cuivre). Le cuivre a été utilisé pour les cuves et tuyauteries de fabrication de la bière et de distillation d'alcool, pour les marmites à confiture et pour la fabrication de fromages à pâte cuite. Sa résistance à la corrosion et sa toxicité empêchant la prolifération et la fixation d'algues et d'organismes marins a encouragé ses usages dans la marine, sous forme de cuivre ou plus souvent de laiton (clous, hublots, serrures, charnières, etc). Les sels de cuivre, comme le sulfate ou l'oxychlorure, présentent des propriétés fongicides mises à profit pour la viticulture et l'agriculture. Un simple fil de cuivre tendu sur le faite d'une toiture tue toutes les mousses et algues qui pourraient y pousser, bien que la pluie ne s'y charge que d'une quantité infime de molécules de cuivre.

L'oxyde cuivreux des peintures antifouling récentes, pour certaines volontairement érodables pour libérer plus longtemps leurs biocides, tuent les bernacles et bien d'autres espèces dès leur stade larvaire, mais en relâchant du cuivre qui contamine à cette occasion les eaux environnantes. Le cuivre utilisé sur les vignes n'étant pas dégradable, il finit par s'accumuler dans les points bas où il atteint des taux préoccupants dans le sol et l'eau, pouvant localement provoquer la mort d'animaux qui y sont sensibles, comme le mouton.

[modifier] Toxicologie

Le cuivre est un oligo-élément pour l'Homme, mais Holland et White ont montré expérimentalement, in vitro, en 1988 que le cuivre provoque une immobilisation non réversible du sperme in vitro (suite à inhalation provoquée chez des rats mâles d'un aérosol de chlorure de cuivre). Des changements histomorphologiques, et dans la mobilité du sperme sont observés corrélativement à une modification du poids des testicules et des taux d'hormones sexuelles après 4 mois d'exposition à 19,6 mg/m3 de cuivre (Gabuchyan, 1987). Les auteurs remarquent que cette toxicité pourrait expliquer l'efficacité contraceptive des stérilets en cuivre. Pour en savoir plus, voir le rapport INERIS sur le cuivre

[modifier] Applications en construction mécanique et électrique

Le cuivre est rarement utilisé pur, sauf pour les conducteurs électriques et dans le cas où l'on souhaite une grande conductivité thermique. Le cuivre pur est très ductile (élongation à la rupture élevée).

• les pièces de conduction : Il est montré que la conductivité thermique et électrique du cuivre sont liées très fortement. Cela résulte du mode de transmission de la chaleur et de l'électricité dans les métaux qui se fait majoritairement par déplacement d'électrons. On notera à ce titre que le cuivre servant dans ce domaine doit être extrêmement pur (couramment 99,999% Cu). Les impuretés solubles dans la matrice de cuivre telles que le phosphore (même en très faible proportion) diminue très fortement la conductivité. A l'heure actuelle, le cuivre est souvent écarté au profit de l'aluminium. Ce dernier présente de fait un rapport conductivité sur densité bien plus favorable. Plus aucun radiateur d'automobile n'est aujourd'hui en cuivre. Quand on sait également que l'aluminium est beaucoup moins cher que le cuivre, on comprend pourquoi il en est de même pour les câbles électriques HT.

• Le cuivre est couramment utilisé en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur poudres. La raie Kα du cuivre a pour longueur d'onde moyenne 1,54182 Å.

Les alliages de cuivre, par contre, sont très largement utilisés dans de nombreux domaines. Les alliages les plus célèbres sont certainement le laiton (Cu-Zn) et le bronze (Cu-Sn) qui ont été élaborés bien avant qu'on ne fasse les premières coulées de cuivre pur. Les Fonts baptismaux de la collégiale St Barthélémy de Liège ont fasciné les chercheurs à ce niveau. Il a fallu se rendre à l'évidence que le laiton est plus facilement élaborable que le cuivre pur et le zinc pur séparés. Cela résulte simplement de la thermodynamique des solutions, produire un métal impur à partir d'un minerai impur est plus facile qu'extraire un métal pur d'un minerai impur.

• pièces mécaniques : le cuivre pur ou légèrement allié présente des propriétés mécaniques satisfaisantes mais il n'est généralement pas utilisé en raison de sa densité élevée (comparé au magnésium et à l'aluminium ou même au fer), sa rareté et son coût d'élaboration (et donc d'achat) limite fortement son utilisation. Actuellement, la présence de cuivre dans certains alliages est plus pour son caractère semi-noble que mécanique pur.
• pièces de frottement et d'usure : voir l'article tribologie
• pièces devant résister à la corrosion, l'oxyde de cuivre est stable à température ambiante et recouvre généralement par une fine couche isolante les pièces en cuivre. Il est assez semblable à l'aluminium à ce niveau.
• ...

[modifier] Symbolique

Les noces de cuivre symbolisent les 32 ans de mariage dans le folklore français.

Traditionnellement, le cuivre est associé à la planète Vénus. Les alchimistes utilisaient le symbole ♀ pour le représenter. C'est donc un métal associé à la féminité, la jeunesse et l'amour. Des miroirs anciens, symbole de narcissisme, étaient fait de cuivre.

[modifier] Économie

En 2004, la production mondiale de cuivre est de 16,015 millions de tonnes. Les principaux producteurs sont le Chili (37,3 %), les États-Unis (8 %, dont 62 % en Arizona), le Pérou (7,1 %) et l'Indonésie (5,7 %). En Europe, le principal producteur est la Pologne avec 585 000 tonnes/an.

En avril 2006, le cours du cuivre est à environ 6300 euros/tonne, en forte hausse par rapport à 2005, due principalement à une forte demande asiatique. Sur les 8 premiers mois de l'année 2006, la hausse s'est montée à 69 %.

Le premier consommateur de cuivre est la Chine, qui absorbe 22 % de la production mondiale (3 Mt).

La production mondiale de cuivre secondaire à partir du recyclage s'est élevée à 2 Mt en 2005, soit 13 % de la production totale de ce métal.

[modifier] Liens internes

• Les cuivres en tant qu'instruments de musique
• Âge du cuivre
• Âge du bronze
• Cuivre (musique)
• Alliages de cuivre
  • Laiton (allié au zinc)
  • Bronze (allié à l'étain)
  • Cuproaluminium (allié à l'aluminium)
  • Cupronickel (allié au nickel)
  • Maillechort (allié au nickel et au zinc)
  • Zamak (alliage de zinc, aluminium et magnésium auquel le cuivre est parfois associé)

[modifier] Références

[modifier] Liens externes

• Le Centre d'Information du Cuivre, Laitons et Alliages
• Rapport INERIS sur le cuivre