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El Cobre y sus aleaciones

Basta hojear un libro que hable de la restauración de los metales para encontrar cualquier artículo sobre el bronce, donde el cobre solo se menciona en relación a esta unión. En este artículo queremos resaltar algunas características del “noble” cobre y de su facilidad de unirse con muchos metales, no solo con el estaño.  

El cobre pertenece a los grupos de los metales nobles, como el oro y la plata. El adjetivo “noble”, se refiere a estos metales son poco propensos a reaccionar con el ambiente que los rodea (se encuentran en la naturaleza en el estado elementario con elevada pureza), a su conductibilidad eléctrica y térmica, a la facilidad de trabajo, ya que son dúctiles y maleables. El cobre, en este terceto, es aquel con características inferiores por lo que se refiere a la resistencia a la corrosión, que permanece de todas formas, más elevada respecto a metales como el hierro, el estaño, el plomo, etc. Esta característica, única a la facilidad de extracción y a la posibilidad de reciclaje, lo hace todavía uno de los metales de mayor uso en la industria.
Los objetos de cobre están entre los más antiguos encontrados justos por la posibilidad de encontrar este metal en pepitas inmediatamente trabajables. El uso del metal se remite al siglo IX a.C. para objetos de uso cotidiano, ornamental y pequeñas armas. Las propiedades mecánicas del cobre puro, como la resistencia a tracción y la dureza, no son elevadas, y deben ser incrementadas notablemente mediante elaboraciones plásticas a frío como la impresión, el laminado y el trefilado. En el periodo histórico que ve el nacimiento de una primera forma de metalurgia (edad del cobre) las técnicas de trabajo eran limitadas por los escasos conocimientos en materia y el cobre a menudo se juntaba con la piedra, único material trabajado anteriormente (neolítico).
Las limitaciones de uso de este metal, como se ha comentado, hacen que los encuentros arqueológicos significativos de objetos exclusivamente de cobre sean raros. Además, muchos manufacturados se han hecho con la fusión del estaño, a partir del periodo protohistórico que toma el nombre de la primera unión de cobre intencionadamente creada por el hombre: el bronce (edad del bronce). Todavía hoy las uniones de cobre están entre las más importantes a nivel comercial y se pueden subdividir en tres clases:
-  Bronce: con esto término se identifican principalmente las uniones cobre-estaño, usadas de finales del siglo V a.C. en las estatuas pero también para producir armas (cañones) y campanas. EL bronce así dicho, “de fundición”, o bien el que se encuentra en las obras, tiene un porcentual de estaño variable entre el 4 al 10%. Hoy existen bronces con aluminio (cobre-aluminio llamados también cubrealuminios), bronces silicios (cobre-silicio), bronces al berilo (cobre-berilo) y bronces que siempre contienen estaño, pero con adicción de fósforo (bronces fosforados). Los bronces modernos se usan en muchísimos campos (naval, aéreo, en sustitución de los aceros endurecidos, etc.) mientras el bronce de fundición usado para las estatuas modernas conserva sustancialmente la misma composición química.
-  Latones: unión de cobre-zinc. Según el tanto por ciento de los dos componentes el color varía del amarillo rojizo al dorado. El latón se encuentra todavía en objetos de imitación del oro (vajillas, manillas, acabados de instrumentos musicales, etc.) incluso en chapados en oro y bisutería. Se pueden definir latones incluso las uniones terciarias cobre-zinc-estaño usadas en la bisutería y en la relojería, como por ejemplo el “princisbecco”, una unión así llamada por el nombre del relojero inglés, Christopher Pinchbeck (1670-1732), de color similar al oro.
-  Alpaca: la alpaca propiamente dicha, es una unión cobre-níquel-zinc inventada por China con el nombre “plata alemana” o “alpaca”. Toma el nombre comercial de Alpaca una específica unión terciaria cobre-níquel-zinc, muy similar a la plata y difundida en los primeros treinta años del 1800 en adelante. Hoy las alpacas se usan en objetos económicos de imitación de plata, a veces con placas (silver plated), partes de mecanismos de relojes, bisutería, etc. El cobre níquel y el monel, sin embargo son uniones binarias cobre-níquel que a veces se clasifican como “alpacas”, usadas por su elevada resistencia a la corrosión incluso en ambientes marinos para partes de mecanismos, condensadores, etc. Un campo en el cual estas uniones binarias y terciarias son muy usadas es la fabricación de monedas: nuestras monedas de 1 y 2 Euros son un ejemplo.    

La gran propensión del cobre al entrar en unión con otros elementos metálicos y no (manganeso, hierro, cobalto, silicio, etc.) hace que existan innumerables uniones altamente específicas para determinados fines industriales. En el ámbito de los Bienes Culturales, las dos uniones más interesantes son el bronce y el latón, a los cuales nos referiremos en futuros artículos. Pero ahora queremos prestar atención exclusivamente sobre el cobre que es el principal elemento de unión (varía del 70% al 96%) y sobre el mecanismo con el que procede hacia la formación del esmalte. El cobre se oxida por soluciones oxidantes y fuertemente alcalinas, mientras se pasiva en soluciones neutras o blancamente alcalinas. El primer estadio de la corrosión lleva a la formación de compuestos de cobre al estado de oxidación +1. La unión puede suceder en ausencia de humedad (corrosión en seco), o bien como fenómeno electroquímico, en presencia de agua. El segundo fenómeno es el más común y lleva a la formación de dos principales productos:
-  Cuprite: Cu₂O, oxido de cobre de color que va del rojo intenso al amarillo dorado. El producto más difundido de corrosión del cobre y de sus ramas parece ser el primer estadio de oxidación hacia la formación de carbonatos básicos y sulfatos. A veces se llama oxiduelo de cobre y se encuentra en compuestos intermetálicos en el cobre nativo.
-  Nantokite: CuCl, cloruro de cobre de color amarillo pálido de aspecto ceroso. En presencia de humedad y oxígeno puede transformarse en cuprite y paratakamite con formación de eflorescencias superficiales y disgregaciones progresivas del esmalte.  

Los compuestos de cobre se oxidan posteriormente, incluso por simple exposición al aire, en los compuestos de cobre más estables. En los esmaltes se encuentran sobre todo tres clases de compuestos de cobre:   
-  Sulfatos: los más difundidos sobre todo en áreas urbanas, en las que están presentes lluvias ácidas a causa de la ya tristemente conocida reacción:  
                                                                                              2 SO₂ + O₂ --> 2 SO₃
                                                                                      SO₃ + H₂O --> H₂SO₄ (acido sulfúrico)  

El principal producto de reacción es la brochantita (Cu₄(SO₄)(OH)6), que estropea la cubierta de techos en cobre y monumentos, acoplada a las antlerite (Cu₃(SO₄)(OH)4). La transformación de estos óxidos en sulfatos solubles lleva a una corrosión progresiva y constante.
-  Carbonatos: malaquita (Cu₂(OH)2CO₃) y azurita (Cu₃(OH₂)CO₃), incluso estos muy difundidos y entre los óxidos más dañinos a nivel estético. La malaquita forma a veces un estado liso y compacto, de color verde oscuro sobre la superficie mientras la azurita, en cristales azul intenso, es bastante más rara. Para mayores informaciones sobre la química de estos óxidos, usados incluso como pigmentos, os recomendamos nuestro artículo del Boletín 13.3 Más información – «NEL BLU DIPINTO DI BLU». Siendo de cualquier manera estable, producen un daño principalmente estético para la pérdida de lectura de la obra.
-  Cloruros: la clase de óxidos más dañina a causa de la elevada solubilidad y la notable conductibilidad iónica (recordamos que los esmaltes de pasivación, por tanto estables, no deben presentar estas dos características como ya se ha señalado en el artículo sobre el hierro o 15.3 Más información – Las edades del hierro). Los principales son Ia atacamita (Cu₂(OH)3Cl) y su alótropo paratacamita, junto a la ya citada nantokite. Se encuentran sobre todo en ambientes marinos, pero dada la amplia difusión de los cloruros en el ambiente, se puede decir que están prácticamente omnipresentes.  

En particulares situaciones ambientales se encuentran también otros compuestos de corrosión como fosfatos, nitratos, etc., de la que se volverá a hablar en futuros artículos, también en relación a la composición química de una particular unión que puede influenciar, incluso de manera sustancial, la morfología y la composición de los esmaltes.