Kobre

Kobrea era natiboan agertzen ahal da naturan, eta zibilizazio zaharrenetako batzuek ezagutu zuten. Antza denez, urrea eta meteoritoetako burdina izan ziren kobrea baino lehen gizakiak erabili zituen metal bakarrak.[3] Kobrezko lehenbiziko objektuak K.a. 9000 aldean egin ziren, Ekialde Hurbilean,[4] baina orduko harriaren teknologia hain aurreratua zegoen ezen harrizko tresnak kobrezkoak baino hobeak baitziren erabilera gehienetan. Ondorioz, apaingarriak eta luxuzko artikuluak egiteko baliatzen zen.

Aipagarria da Aintzira Handietako eskualdeko ustiapena. Kobre natiboa erruz agertzen da Ipar Amerikako eskualde horretan, 100 kilogramorainoko aletan. Amerikar natiboek egindako 10.000 indusketa baino gehiago atzeman dira, batzuk K.a. 3000. urtekoak, eta milaka tona kobre atera zirela uste da. Kobrea erauzi eta gero, harrizko mailuekin lantzen zuten, neurri handi batean merkataritzako eta apainketako artikuluak ekoizteko.[5]

Kobre metalikoa malakitatik edo azuritatik erauzteko prozesua K.a. 5. milurtekoan garatu zen, Kobre Aroari hasiera emanez.[4] Garai hartan, Egipton, Ekialde Hurbilean eta Balkanetan kobre minerala meatzetatik ateratzen hasi ziren, ondoren, galdaketaren bitartez, metala lortzeko. Adituen arabera, kobrearen galdaketa beste hainbat lekutan ere asmatu zen Antzinatean: Thailandian K.a. 4. milurtekoan, Txinan K.a. 2800. urtea baino lehen, Andeetan K.a. 2. milurtekoan, Erdialdeko Amerikan K.a. 600 inguruan, eta Mendebaldeko Afrikan IX. mendearen aldera.[5][6] Hego Amerikako Moche kulturak ere garatu zuen kobre metalikoa ekoizteko teknika.[7]

K.a. 3500. urtetik aitzina, iparraldeko Kaukasian jatorria zuten indoeuropar herriek (kurganek) metalurgia teknologia berriak hedatu zituzten ekialdeko eta erdialdeko Europan barrena, artsenikodun kobrearen erabilera bereziki. Izan ere, kobre eta artseniko aleazioa gogorragoa eta iraunkorragoa zen kobre hutsa baino, eta oso egokia tresnak eta armak egiteko: zizelak, aizkorak, dagak, ganibetak...[8] Esate baterako, Alpeetan aurkitutako Ötzik, K.a. 3300 inguruan bizi izan zenak, aldean zeraman aizkora kobre eta artsenikozko aleazioaz egina zen (% 99,7 kobre, % 0,22 artseniko).[9]

Brontze natiboa (stannita) lehenagotik ezagutzen bazen ere,[10] gizakiak K.a. 4. milurtekoaren amaieran aurkitu zuen metal hori ekoizteko modua, kobrea eta eztainua aleatuz. Kobre-artseniko aleazioa baino gogorragoa, urtzen errazagoa eta moldagarriagoa baitzen,[11] brontzearen erabilera orokortu zen K.a. XXV. mendetik aurrera.[12] Kobrea eta eztainua eskuratzeko premiak herrien arteko harremanak eta merkataritza sustatu zituen, eta lehenbiziko koloniak eratu ziren, hala nola, feniziarrenak Mediterraneoan zehar.[13]

Arkeologoen ustez, Galesko Great Orme izan zen Brontze Aroko kobre-meategi handiena. Garai hartan zulatutako sei kilometro inguru tunelek gaur egun arte iraun dute. Tunel horiek aztertuta, adituek kalkulatu dute orotara 1.769 tona kobre erauzi zituztela.[11] Euskal Herrian, aipagarriak dira Bankako meategiak, Antzinaroan eta, bereziki, erromatar garaian ustiatu zirenak.[14]

Brontzearen gainbehera K.a. 1000 aldean hasi zen, Ekialde Hurbilean burdin meatik abiatuta burdin metalikoa lortzea ahalbidetzen zuen teknologia aurkitu zenean. Burdin Aroan, mineral hori brontzea ordezkatuz joan zen arlo gehienetan: armak, lanabesak, iltzeak... Kobrearen eta brontzearen erabilera, berriz, apaindura-objektuen eta eskulturen fabrikaziora mugatu zen.[15]

Beste aldetik, K.a. 600 aldean letoia, kobrearen eta zinkaren aleazioa, aurkitu zen. Lehenbiziko txanponak ere garai hartan egin ziren, Lidia erresuman, egungo Turkian. Txanponik baliotsuenak urrez eta zilarrez egiten ziren, eta eguneroko bizitzakoak kobrezkoak edo brontzezkoak izaten ziren.

Korrosioarekiko erresistentzia handia baitute, kobreak, brontzeak eta letoiak erabilera ugari izan zuten Erdi Arotik aitzina, apaingarrien fabrikaziotik haratago. X-XII. mendeetan, kobre eta eztainu hobi garrantzitsuak aurkitu ziren Europan, hala nola, Falungoak (Suedia), Rammelsbergekoak (Alemania) eta Joachimsthalgoak (Bohemia). Zain aberats horietatik erautzitako metalak erabili ziren katedral gotikoetako brontzezko ezkilak, ateak eta estatuak egiteko.[16] Kobrezkoak ziren, halaber, argimutilak, kriseiluak edota su-ontziak.

Horrez gain, erabilera belikoa ere izan zuen. Izan ere, Europako lehenbiziko kanoiak burdina gozozkoak izan arren, XVI. mendetik aurrera brontzezkoak gailendu ziren, iraunkorragoak eta arinagoak zirelako.[17] Nagusitasun horrek XIX. mendera arte iraun zuen. Barrokoan, XVII. eta XVIII. mendeetan, bai kobreak, bai haren aleazioek, garrantzi handia hartu zuten monumentuen eraikuntzan eta baita erloju-makinerien eta apaingarrien fabrikazioan ere.

1830eko hamarkadaren hasieran, Michael Faradayk indukzio elektromagnetikoaurkitu zuen, alegia, eroale elektriko bat eremu magnetiko batean zehar higitzean, korronte elektrikoa sortzen zela.[18] Horretaz baliaturik, lehenbiziko sorgailu elektromagnetikoa sortu zuen, Faradayren diskoa. Harrezkero, sorgailu elektrikoen eta elektrizitatearen garapenak izugarri emendatu zuen kobrearen erabilera eta, ondorioz, haren eskaria ere.[19] Estalkietan, txanponetan, dagerrotipo deritzan argazki-teknologian, eta galbanoplastian ere erabiltzen da.

XIX. mendearen erdialdetik aitzina, altzairu kopuru handiak ekoiztea ahalbidetzen zuten prozesu berriak agertu ziren, hala nola, Bessemer prozedura eta Martin-Siemens labea. Hori dela eta, altzairuak kobrea eta haren aleazioak ordezkatu zituen aplikazio jakin batzuetan. Hala ere, Industria Iraultzaren ondorengo garapen teknologikoari esker, kobrearen aleazio berriak sortu ziren. Ondorioz, metal horren aplikazio eremuak ugaritu ziren, eta horrek, hainbat herrialderen garapen ekonomikoari gehituta, eskariaren igoera ekarri zuen.

XIX. mendearen zati handi batean, Britainia Handia izan zen munduko kobre ekoizlerik handiena, baina eskaria handitu ahala meatzeen ustiapena areagotu zen beste herrialde batzuetan. 1880ko hamarkadatik 1930eko hamarkadako Depresio Handira arte, Estatu Batuek ekoitzi zuten munduko kobrearen herenaren eta erdiaren artean.[20] Butten (Montana), Bingham Canyonen (Utah) eta Morencin (Arizona) zeuden meategi nagusiak. Txileko kobre hobi handiak, berriz, XX. mendearen hasieran hasi ziren ustiatzen. Gehienak estatubatuar enpresen esku egon ziren, 1971n kongresuak nazionalizatu zituen arte.[21] Chuquicamatakoa da munduko kobre-meategirik handiena, eta urteko seiehun mila tona kobretik gora erauzten da han.[11]

Kobrearen propietate fisikoek ahalbidetzen dute aplikazio ugari izatea; hori dela eta, munduko metalik erabilienetan hirugarrena da, aluminioaren eta burdinaren atzetik. Kolore gorrixka eta distira metalikoa du, eta elektrizitatearen eta beroaren eroalerik onenetakoa ere da, zilarraren ondotik. Naturan material ugaria da; prezio eskuragarria du eta mugarik gabe birzikla daiteke. Prestazio mekanikoak hobetzeko aleazioak egin daitezke, eta korrosioarekiko eta oxidazioarekiko erresistentea da.

1913an eroankortasun elektrikoa definitu zenean, kobre purua erabili zen zeregin horretarako, eta % 100eko IACS indizea eman zitzaion. Hala ere, eroankortasun handiko kobre bereziek balio hori gainditzen dute, eta baita zilar berezi batzuek ere.[22]

Kobrea eta haren aleazioak mekanizazio errazekoak dira. Kobrea oso xaflakorra eta harikorra da, alegia, erraza da xafla eta hari mehe eta finak egitea. Metal biguna da, 3ko gogortasun-indizea Mohs eskalan, eta trakzioaren kontrako erresistentzia 210 MPa da, 33,3 MPa-ko muga elastikoarekin.[23] Deformazio-prozesuak onartzen ditu, ijezketa eta forjaketa adibidez, eta baita soldadura-prozesuak ere. Aleazioek propietate desberdinak hartzen dituzte tratamendu termikoak aplikatzen zaizkienean, hala nola tenplaketa edo suberaketa. Oro har, propietateek hobera egiten dute tenperatura baxuetan, eta horrek aukera ematen du aplikazio kriogenikoetan erabiltzeko.

Konposatu gehienetan, kobreak oxidazio-egoera baxuak ditu; ohikoena +2 izaten da, eta kasu batzuetan +1. Airearen eraginpean jarririk, jatorrizko kolore gorrizta gorri-morekara bilakatzen da, oxido kuproso (Cu₂O) eratzearen ondorioz, eta beltz geroago, oxido kuprikoa (CuO) eratzen baita.

Denbora luzez aire hezearen eraginpean egonez gero, kobre karbonatozko (CuCO₃) geruza itsaskor eta irazgaitza eratzen zaio. Kobre oxidoek azido azetikoarekin erreakzionatzen dutenean, berriz, kuprits-patina berdexkak eta urdinxkak sortzen dira, pozoitsuak, kobre azetato basikoen nahasketaz osatuak.[24] Hori dela eta, kontu handiz erabili behar dira kobrezko tresnak elikagaiak egosteko; izan ere, saltsek eta gozagarriek ezkutatzen ahal dute kupritsaren zapore txarra, eta intoxikazioak gerta daitezke.

Elementu halogenoek erraz erasotzen diote kobreari, batez ere hezetasuna dagoenean. Ingurune lehorrean kloroak eta bromoak ez diote eragiten, eta fluorrak 500 °C-tik gorako tenperaturatan besterik ez. Giro hezean, kloruro kuprosoak eta kuprikoak azido klorhidrikoa sortzen dute oxigenoarekin konbinatuta; ondorioz, atacamita eta paratacamita orbanak sortzen dira, berde argiak edo urdin berdekarak, leunak eta hauts itxurakoak. Erreakzio hau oso suntsigarria da, metala jaten baitu.[25].

Azido oxazidoek erasotzen diote kobreari. Hori dela eta, desugertzaile (azido sulfurikoa) eta distira-emaile (azido nitriko) gisa erabiltzen dira. Azido sulfurikoak kobrearekin erreakzionatzen du sulfuroa (covellita edo kalkozita) eta ura emanez. Sulfato kupriko gatzak (CuSO₄) ere sor daitezke, urdin-berde kolorekoak. Gatz horiek oso ohikoak dira automobiletako baterien anodoetan.[25]

Azido zitrikoak kobre oxidoa disolbatzen du, kobre zitratoa emanez; horregatik, kobrezko gainazalak garbitzeko eta distira emateko erabiltzen da. Kobrea azido zitrikoarekin garbitu ondoren, oihal bera berunezko gainazalak garbitzeko erabiltzen bada, beruna kobre zitratozko eta berun zitratozko geruza gorri-beltz batez estaliko da.[25]

Letoia gehienbat kobrez eta zinkez osatutako aleazioa da; beste metal batzuk ere ager daitezke proportzio txikitan. Osagaiak arragoa batean urtuz edo sufredun meak labe batean galdatuz lortzen da. Bi metalen arteko proportzioak eragin handia du aleazioaren ezaugarrietan; adibidez, dentsitatea 8.4 eta 8.7 g/cm³ artean egon daiteke. Propietateak osagaien proportzioen araberakoak izan arren, letoi guztiak hauskor bilakatzen dira urtze-tenperaturatik hurbil daudenean. Industrian erabiltzen den letoian zinkaren proportzioa % 50etik beherakoa izaten da beti.[26] Era horretan lortutako lingoteak plastikoki deformagarriak dira, eta xaflak edota hariak ekoizteko egokiak.

Kobrea baino gogorragoa izan arren, mekanizatzeko, irartzeko eta urtzeko errazagoa da. Gainera, oxidazioarekiko eta ingurune gaziekiko erresistentea  da. Horretaz gain, xaflagarria da, beti ere tenperaturaren konposizioaren arabera. Bestalde, tratamendu termiko gutxi onartzen ditu; hori dela eta, homogeneizazio eta suberaketa prozesuak baino ez zaizkio aplikatzen.

Kolore hori distiratsua du, urrearen antzekoa; horregatik, oso erabilia da bitxigintzan eta apaingarrien galbanizazio prozesuetan. Beste alor batzuetan ere baliatzen da, hala nola, armagintzan, hodien fabrikazioan, soldaduran, galdaragintzan. Baldintza gaziekiko erresistentea denez, itsasontzietako helizeetan eta arrantzako tresnerian ere agertzen da. Kolpatzen zaiolarik txinpartarik ateratzen ez baitu, gai sukoientzako ontziak, metalak garbitzeko eskuilak eta tximistorratzak egiteko ere erabiltzen da.[26]

Brontzea kobrearen eta eztainuaren arteko aleazioa da; hala ere, gaur egun brontze mota asko daude, eta bi elementu horietaz gain beste batzuk ere izan ditzakete, hala nola, silizioa, kromoa, aluminioa edota berilioa. Eztainuaren proportzioa % 2-22 bitartekoa izaten da. Letoia baino kalitate handiagokoa da, baina garestiagoa ere.

Brontzea ekoiztea ahalbidetzen zuen teknologiaren aurkikuntza eta garapena historiako gertaerarik garrantzitsuenetako bat izan zen, eta Brontze Aroari eman zion hasiera. Hori izan zen gizakiak ezagututako lehenbiziko aleazioa. Egur-ikatz labe batean eztainu- eta kobre-mineralak elkarrekin urtuz egiten zen. Egur-ikatza erretzean sortutako karbono dioxidoak mineraletako kobrea eta eztainua erreduzitzen zituen; era horretan, % 5-10 eztainu zuen brontzea lortzen zen.

Bateria elektrikoak, balbulak eta hodiak egiteko baliatzen da. Horretaz gain, korrosioarekiko erresistentzia duenez, turbinetan eta ponpa hidraulikoetan ere erabiltzen da. Azkenik, aplikazio elektrikoak ere ditu, baina murritzagoak.

Alpaka deritzon aleazioa sortzen da, kobrea, nikela eta zinka hurrengo proportzioetan nahasten direnean: % 50-70 kobre, % 13-25 nikel eta % 13-25 zink.[27] Aleazio horren propietateak, hala nola gogortasuna edo eroankortasuna, oso aldakorrak dira erabilitako metalen proportzioaren arabera. Alpakari burdina edo aluminioa kantitate txikitan gehitzen bazaizkio, korrosioarekiko erresistentzia altuko materiala lortzen da.[28]

Korrosioarekiko erresistentziagatik eta propietate mekaniko onak izateagatik hainbat alorretan erabiltzen da alpaka, besteak beste, telekomunikazioetan, ontzigintzan, elektrizitatean eta iturgintzan.

1. Minerala birrintzea. Materiala behin birrintzen da, bahe batetik pasarazten da, eta zati handienak berriro birrintzen dira. Ondoren, minerala ohotzen da boladun errota batean. Azkenik, zaborrak kentzen dira; horretarako, mineral hautsa ur-ontzi batean sartu eta eragiten zaio.
2. Txigortze partziala. Burdinak kobreak baino afinitate handiagoa du oxigenoarekiko. Hori dela eta, txigortzea aire kantitate urriarekin egiten bada, burdina soilik oxidatzen da, eta ez kobrea. Prozesu horretan burdina oxidoa, kobre sulfuroak eta burdina lortzen dira, eta baita kobre oxido eta ganga apur bat ere.
3. Mataren formazioa. Masa urtu egiten da 1100 °C-tik gorako tenperaturan; oxidatu gabeko burdina oxidatzen da, kobre (I) sulfuroarekin eta burdina (II) sulfuroarekin mata osatzen duena.
4. Mataren oxidazioa. Urturiko masa silizearekin batera bihurgailu batean isurtzen da, eta haizea ematen zaio aire-korronte batekin, sufrea eta burdina oxidatzeko. Oxido lurrunkorrak banantzen dira eta burdina oxidoa silizearekin batzen da hondakin modura. Prozesua bukatzen da kobrea oxidatzen hasten denean, une horretan uzten baitio solidotzeari. Bihurgailuaren barruan gertatzen diren erreakzio kimikoak hauek dira.Cu₂S(s) + 3O₂ (g) --> 2Cu₂O(s) + 2SO₂(g) eta 2Cu₂O(s) + Cu₂S(s) --> SO₂(g) + 6Cu(s)Kobre burbuilatsuak (horrela deritzona dituen SO₂ burbuilak direla-eta) % 93 inguruko kobre puru dauka, eta ezpurutasun batzuk; burdina, sufrea, beruna, zinka, nikela eta metal preziatuak.
5. Kobre gordinaren fintzea. Kobrearen purutasuna % 99,95eraino igotzea du helburu. Bi modutara egin daiteke: erreberberazio labe batean edo elektrolisi bidez.
   

• Erreberberazio labean. Kobre-lingoteak urtu egiten dira 1150 °C-ko tenperaturan atmosfera oxidatzaile batean. Horrela, ezpurutasunak oxidatu eta ezabatu egiten dira hondakin modura (burdina, beruna, zinka) edo lurrun gisa (sufrea). Erregaia labean erretzean askatzen den gasak kobre oxido guztia erreduzitzen du metal urtuan zehar burbuilatzen denean. Horrela trataturiko kobrea, moldetan isurtzen da anodoak sortzeko eta, geroago, elektrolisiaren bitartez fintzeko.
• Finketa elektrolitikoa. Lehen lorturiko kobre-barrak anodo gisa kokatzen dira upel elektrolitiko batean. Upel horrek kobre (II) sulfatoa eta azido sulfurikoz azidotutako disoluzio bat dauka. Katodoak brontze puruko lamina finak dira, grafitoz estaliak, anodoen artean tartekatutarik daudenak. Elektrodo horietan tentsio egokia aplikatuz, anodoen kobrea disolbatzen da eta katodoen gainean ezartzen da forma puruan. Ezpurutasunekin bi multzo bereiz daitezke: metal nobleenak (zilarra, urrea, platinoa) upelaren hondoan gelditzen dira, eta ez hain nobleak (zinka, burdina...) disolbatzen dira, eta forma ionikoan gelditzen dira disoluzioan.

Mineral birrindua azido sulfuriko diluituarekin eta burdina (III) sulfatoarekin disolbatzen da; azken horrek kobre (I) sulfuroa oxidatzen du, eta sulfato forma hartzen du. Mineralean gelditzen den burdina, sulfato ferroso bihurtzen da. Disoluzio horri burdina gehituz, kobrea hauspeatzen da:

Lorturiko kobreak % 80ko purutasuna besterik ez du. Hori dela eta, nahiago izaten da kobrearen hauspeaketa era elektrolitikoan egitea.

Elektrizitate haria da kobrearen erabilera nagusia, eroankortasun handia edukitzeaz gain, oso harikorra eta erresistentzia mekaniko handikoa baita. Halaber, kobrezko eroaleak erabiltzen dira tresna elektriko askotan, besteak beste, sorgailuetan, motorretan eta transformadoreetan. Erabilera horietan, aluminioa da kobrearen alternatiba nagusia.[29]

Telefono-kable gehienak ere kobrezkoak izaten dira eta, gainera, Interneterako sarbidea ematen dute. Telekomunikazioetarako kobrearen alternatiba nagusiak zuntz optikoa eta hari gabeko sistemak dira.[30] Bestalde, informatika eta telekomunikazio tresna guztiek kobrea dute, neurri handiagoan edo txikiagoan, adibidez, zirkuitu integratuek, transformadoreek eta barneko kableek.

Kobrea, kotxeen eta kamioien zenbait elementutan erabiltzen da. Alde batetik, erradiadoreetan erabiltzen da haren bero-eroaletasunagatik eta korrosioarekiko erresistentziagatik, horretaz gain, kableetan, konexioetan eta motore elektrikoetan ere erabiltzen da.[29]Bestetik, kobrearen aleazio desberdinak ontzigintzan erabiltzen dira daukaten korrosioarekiko erresistentziagatik.

Ura garraiatzeko sare asko kobrez edo letoiz eginda daude[31], korrosioarekiko erresistentzia eta bakterioen aurkako propietateak baitituzte. Plastikozko hodiek ez bezala, kobrezko hodiek ez dute su hartzen suteetan eta, beraz, ez dituzte toxikoak izan daitezkeen keak eta gasak askatzen[29].

Kobrea eta, batez ere, brontzea elementu arkitektoniko eta teilatu, fatxada, ate eta leihoetako estaldura gisa ere erabiltzen dira. Kobrea lokal publikoetako ateetako heldulekuetarako ere erabiltzen da askotan, bakterioen aurkako propietateek epidemiak zabaltzea saihesten baitute[29].

Eraikuntzan eta apaingarrietan brontzearen bi aplikazio klasiko estatuak eta kanpaiak dira[29].

Eraikuntzaren sektoreak gaur egun (2008) munduko kobre ekoizpenaren % 26 kontsumitzen du.

Antzinaroan txanponak egiten hasi zirenetik, kobrea haien lehengai gisa erabiltzen zen, batzuetan purua eta, maizago, brontze eta kupronikel aleazioetan.

Kobre purua barne hartzen duten txanponen adibideak:

• Euro bateko, bi zentimoko eta bost zentimoko txanponak kobrez estalitako altzairuzkoak dira[32]. Estatu Batuetako dolar bateko zentaboak kobrez estalitako zinkezkoa dia[33].

Kupronikelezko txanponen adibideak:

• Euro bateko monetaren barruko diskoa eta bi euroko txanponaren kanpoaldeko zatia[32]. Estatu Batuetako 25 eta 50 zentimoko txanponak[33]. Espainiako txanponak, 5, 10, 25, 50 eta 200 pezetakoak, 1949. urtean sortuak[34].

Kobrezko beste aleazio batzuetako txanponen adibideak:

• 10, 20 eta 50 zentimoko txanponak eskandinaviar urrezkoak dira, % 89-ko kobrea duen aleazioa[32]. Argentinako 5, 10, 25 eta 50 zentimoko txanponak, urrezko bertsioan, % 92-ko kobrea eta % 8-ko aluminioa dute.

Kobrea mota guztietako makineriaren osagai desberdin eta askotarikoen lehengaia da, besteak beste, zorroena, kojineteena, edergailuena etab. Bitxigintzako, bonbilletako eta hodi fluoreszenteetako, galdaragintzako, elektroimanetako, txanponetako, haize-instrumentuetako[35], mikrouhinetako, berokuntza-sistemetako eta aire egokituetako elementuen osagaia ere izaten da.