Faptele despre cupru

Ce este cuprul?

Cuprul este un element metalic maro-roșcat deschis cu simbolul „Cu” și numărul atomic 29 pe tabelul periodic al elementelor. Numele de cupru este derivat din cuvântul Cipru, insula unde romanii își obțineau aprovizionarea cu cupru. A fost primul metal folosit pe scară largă de oameni.

Cuprul pur natural este numit „cuprul nativ”. Cuprul se găsește și în natură amestecat cu alte elemente într-o serie de compuși, mulți distingându-se prin culoarea lor albastru-verde. Turcoazul, malachitul și azuritul sunt trei compuși de cupru colorați strălucitor, utilizați ca pietre prețioase. Sulfatul de cupru și oxidul de cupru sunt doi compuși importanți ai cuprui utilizați în industrie și agricultură. Cuprul poate fi amestecat cu alte metale pentru a forma aliaje, cum ar fi bronzul (cuprul și staniul) și alama (cuprul și zincul).

Cuprul oxidat, sau cuprul care a fost expus la aer, dezvoltă o acoperire verde sau „patină” care poate fi văzută pe bănuți de cupru vechi, Statuia Libertății și acoperișurile de cupru.

Unde se găsește cuprul?

Cuprul este prezent în mod natural în rocă, fie în formă pură, fie în compuși. Procesele geologice, meteorologice și biologice dispersează cuprul în aer, sol și apă, precum și în organisme.

Cele mai mari zăcăminte de minereu de cupru cunoscute din lume se află în Chuquicamata, în Anzii din Chile, iar cel mai mare zăcământ de cupru nativ se află în Peninsula Superioară a Michigan. Principalii producători de cupru sunt Chile, care furnizează 35% din cuprul mondial și Statele Unite, care produc aproximativ 11%. Canada, țările din fosta Uniune Sovietică, Zambia, China, Polonia și Republica Democratică Congo sunt, de asemenea, națiuni producătoare de cupru.

Activitatea umană reprezintă o mare parte din cuprul care se găsește astăzi în aer, sol și apă. Operațiunile industriale precum topitorii, turnătorii, centralele electrice, incineratoarele și alte surse de ardere emit cupru în atmosferă, unde se poate întoarce pe pământ în precipitații. Topitoriile și alte instalații de producție de cupru emit concentrații mari de cupru în aerul și solul din jur. Minele de cupru pot fi o sursă semnificativă de poluare. Cuprul și alte minerale prezente în steril - deșeurile rămase după ce minereul a fost extras din rocă - își fac drum în sol și în căile navigabile. Apa poate fi poluată și de o serie de alte surse de cupru, inclusiv scurgerile agricole de la fermele care utilizează pesticide pe bază de cupru.

Cuprul este un element esențial pentru toate organismele vii, prin urmare este prezent în alimentele pe care le consumăm - fie că sunt vegetale sau animale - și în țesuturile umane.

Care sunt utilizările cuprului?

Oamenii folosesc cuprul de aproape zece mii de ani. Din cele mai vechi timpuri, cuprul a fost folosit singur și în combinație cu alte metale pentru a face arme, unelte, obiecte de uz casnic și lucrări de artă.

Conductivitatea ridicată a cuprului a făcut din acesta metalul de alegere în dezvoltarea ingineriei electrice în secolele al XVIII-lea și al XIX-lea. Cuprul este al treilea cel mai consumat metal la nivel global - după oțel și aluminiu. Astăzi, construcțiile reprezintă cel mai mare consum de cupru. Cuprul este utilizat în construcția de case și alte clădiri, fabricarea de mașini și avioane și pentru conducte sanitare. Industria de produse electrice și electrice este următorul cel mai mare consumator de cupru. Cuprul este folosit și în telecomunicații. O cantitate semnificativă de cupru folosită în Statele Unite provine din deșeuri reciclate și resturi rămase din producția de cupru.

Un penny din aliaj de cupru din SUA din 1936, un penny din oțel zincat din 1943 și un penny modern din 2004 cu zinc acoperit cu cupru. Credit foto: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Banii americani au fost fabricați din cupru pur din 1793 până în 1837. În anii următori, au fost fabricați din diferite aliaje de cupru, inclusiv bronz și alamă. În 1943, când livrările de cupru au fost direcționate către efortul de război al celui de-al Doilea Război Mondial, majoritatea bănuților bătuți erau din oțel placat cu zinc. Din 1982, bănuții conțin doar 2,5 la sută cupru - sunt zinc cu un strat subțire de cupru.

Sulfatul de cupru, o sare de cupru naturală și fabricată, este folosit ca fungicid pe culturi, ca pesticid pentru a ucide melci și melci și ca tratare a apei pentru a ucide vegetația acvatică. Această substanță chimică are o toxicitate cronică gravă, cu implicații pentru muncitorii agricoli și pentru mediu.

Bratari moderne din cupru sau aliaj de cupru din Zimbabwe. Credit foto: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Compușii de cupru sunt utilizați și pentru conservarea lemnului și ca substanțe chimice pentru tăbăcirea pielii și mordant (fixativ) în vopsirea textilelor. Cuprul este folosit și astăzi pentru lucrări de artă și bijuterii din întreaga lume. În unele părți ale Africii, brățările și lucrările de artă din cupru sunt realizate din sârmă și resturi de cupru aruncate. În multe părți ale Asiei de Sud și de Sud-Est, cuprul, alama și bronzul sunt utilizate pe scară largă în vase de gătit, vase, statui religioase și lucrări de artă. Navajo și alte națiuni tribale din sud-vestul SUA folosesc uneori cuprul în bijuterii.

Avem nevoie de cupru pentru sănătate?

Alimente care conțin cupru. Credit foto: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Cuprul este un nutrient esențial pentru toate ființele vii. Cuprul este o componentă a mai mult de 30 de enzime din corpul uman, inclusiv unele implicate în sinteza colagenului. La oameni, cuprul este necesar pentru dezvoltarea sănătoasă a țesutului conjunctiv, a învelișurilor nervoase și a oaselor. De asemenea, este implicat atât în ​​metabolismul fierului, cât și în cel energetic. Deficiența de cupru, deși rară, poate provoca anemie și anomalii ale țesutului conjunctiv, oaselor și ale sistemului nervos.

Orientările privind consumul de referință alimentar (DRI), stabilite în 2001 de Consiliul pentru alimentație și nutriție din SUA al Institutului de Medicină al Academiilor Naționale, stabilesc atât dozele alimentare recomandate (RDA), cât și cele superioare nivelurile de aport pentru cupru. Recomandarea grupului este de 0,9 miligrame de cupru pe zi pentru adulți, mai mult pentru femeile care alăptează (1,3 miligrame) și mai puțin pentru copii (0,34 miligrame pentru copiii de până la trei ani și 0,44 miligrame pentru copiii între patru și opt ani). ). Limita superioară este de 10 miligrame pe zi pentru adulții sănătoși. Deoarece organismul nu sintetizează cuprul, acest nivel esențial de cupru trebuie să provină din nutriție.

Surse bune de cupru dietetic sunt ficatul și alte organe, stridiile, nucile, semințele, ciocolata neagră și cerealele integrale. O parte din cupru este prezentă și în cartofi, stafide, ciuperci, năut și alte leguminoase. Apa potabilă furnizată în conductele de cupru poate contribui la aportul de cupru.

Excesul de zinc alimentar poate cauza deficit de cupru.

Poate cuprul să prezinte un risc pentru sănătate?

Așa cum puțin cupru este esențial pentru o sănătate bună, prea mult poate fi dăunător. Un om sănătos poate excreta puțin cupru în exces. Cu toate acestea, dozele mari, expunerea pe termen lung și anumite căi de expunere pot copleși procesele biologice care excretă excesul de cupru din organism.

Inhalarea prafului și fumului de cupru (de la instalațiile de producere și procesare a cuprului) poate afecta tractul respirator, provocând tuse, strănut și durere în piept. De asemenea, poate afecta negativ tractul gastrointestinal provocând greață și diaree. Funcțiile hepatice și endocrine pot fi, de asemenea, afectate. Unele studii au arătat modificări ale sângelui, inclusiv scăderea hemoglobinei și a numărului de eritrocite după expunerea la cupru prin inhalare. Praful și vaporii de cupru pot provoca iritații ale ochilor, dureri de cap și dureri musculare.

Ingerarea unor cantități mari de compuși de cupru (cum ar fi sulfatul de cupru) poate provoca moartea prin insuficiență a sistemului nervos, a ficatului și a rinichilor. Unele studii au arătat că ingerarea de cupru poate fi, de asemenea, implicată în bolile coronariene și hipertensiunea arterială, deși alte studii au arătat că deficiența de cupru poate juca un rol în bolile coronariene. Nivelurile ridicate de cupru din apa potabilă pot provoca vărsături, dureri abdominale, greață, diaree și a fost raportată la persoanele care beau apă din conducte de cupru.

Zincul și agenții de chelare pot fi utilizați pentru a îndepărta excesul de cupru din organism.

Nu se știe că cuprul joacă un rol în cancer sau malformații congenitale.

Cine este expus riscului de vătămare din cauza otrăvirii cu cupru?

Dozele mari de compuși care conțin cupru, cum ar fi sulfatul de cupru, sunt otrăvitoare chiar și pentru cei cu un ficat sănătos. Cu toate acestea, unii oameni sunt expuși unui risc mai mare de toxicitate cuprului. Persoanele cu anumite boli hepatice și cele cu o incapacitate moștenită de a metaboliza cuprul sunt deosebit de sensibile la toxicitatea cuprului, cum ar fi persoanele cu boala Menkes, aceruloplasminemie ereditară și boala Wilson.

Penicilamina, a cărei structură chimică este prezentată aici, este folosită ca agent de chelare în tratamentul bolii Wilson. Credit foto: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Persoanele cu boala Wilson, o incapacitate ereditară recesivă de a elimina cuprul din organism, prezintă un risc deosebit de a dezvolta niveluri toxice de cupru în țesuturile lor, în special în ficat și creier. Netratată, această afecțiune poate duce la insuficiență hepatică, probleme neurologice sau psihiatrice severe și deces.

Boala Wilson poate fi tratată eficient folosind acetat de zinc, care blochează absorbția cuprului. Agenții de chelare sunt, de asemenea, eficienți prin legarea de cupru din organism și permițând acestuia să fie excretat prin urină. Ambele tipuri de tratament trebuie să fie continuu pe toată durata vieții pacientului. Reducerea cuprului alimentar poate reduce, de asemenea, simptomele, deși acesta singur nu este un tratament eficient. Purtătorii bolii - persoanele cu o copie a genei defectuoase - nu vor dezvolta boala, dar pot avea metabolismul cuprului ușor anormal. Deși boala Wilson se găsește doar la unul din 30,000 oameni din întreaga lume, până la unul din 100 de oameni pot avea gena bolii. Există mai multe metode de diagnosticare a bolii, cum ar fi analiza urinei și biopsia hepatică. Nu există încă un screen genetic disponibil pentru a identifica persoanele care sunt expuse riscului, deoarece boala este cauzată de oricare dintre cele 200 de mutații.

Există și alte condiții care implică toxicitatea cuprului care par să aibă o legătură genetică. Ciroza infantilă indiană, care afectează copiii din țările din Asia de Sud, pare a fi rezultatul unei predispoziții genetice față de sensibilitatea la cupru combinată cu o expunere ridicată la cupru (adesea din lapte fiert în tigăi de cupru sau alamă). Condiții similare la copii au apărut în alte părți ale lumii, unde apa conținea niveluri ridicate de cupru. Din nou, acești copii par să aibă o predispoziție genetică spre metabolismul slab al cuprului.

Oamenii care locuiesc în apropiere sau lucrează în instalații de producție de cupru, cum ar fi mine, topitorii sau instalații de rafinare, sau în producția de cupru, prezintă un risc crescut de expunere la cantități excesive de cupru. Expunerea poate apărea prin inhalarea prafului de cupru și a fumului de cupru.

Este cuprul din mediu un risc pentru sănătate?

Răspunsul la această întrebare este complex. Cuprul este un nutrient necesar și se găsește în mod natural în mediul înconjurător în roci, sol, aer și apă. Venim în contact cu cuprul din aceste surse în fiecare zi, dar cantitatea este de obicei mică. O parte din acest cupru, în special în apă, poate fi absorbită și utilizată de organism. Dar o mare parte din cuprul cu care venim în contact este strâns legat de alți compuși, făcându-l nici util, nici toxic. Este important de reținut că toxicitatea unei substanțe se bazează pe cât de mult este expus un organism și pe durata și calea de expunere.

Există surse de cupru în mediu care prezintă un risc pentru sănătate. Aproximativ jumătate din locurile de deșeuri periculoase de pe Lista de priorități naționale a EPA sunt cunoscute că conțin cupru. Aerul și solul din apropierea instalațiilor de prelucrare a cuprului, cum ar fi topitoriile, au de obicei niveluri mult mai ridicate de cupru decât cele din alte zone. Scurgerile agricole pot conține pesticide pe bază de cupru. Acestea pot prezenta un risc pentru sănătatea oamenilor. Totuși, cuprul se leagă foarte ușor de compușii din sol și apă, reducându-și biodisponibilitatea pentru oameni.

O sursă potențială de expunere excesivă la cupru la oameni este apa potabilă transferată prin țevi de cupru și prin corpurile de chiuvetă din alamă. Cantități mici de cupru de la instalații sanitare se scurg în apă, în special apă fierbinte și apă care a stat în conducte de câteva ore sau peste noapte. Apa acidă (pH scăzut) va leși mai mult cupru decât apa mai bazică (pH ridicat). Este posibil ca apa moale să conțină mai mult cupru decât apa dură, deoarece nu conține mineralele care formează un strat protector pe interiorul țevilor, împiedicând scurgerea cuprului. Petele de apă albastru-verde de sub robinete sunt un indicator al cuprului în apă. Unii oameni care beau apă cu niveluri ridicate de cupru pot prezenta greață, vărsături, dureri abdominale și diaree. Cantitatea de cupru care se găsește în mod obișnuit în apa de la instalațiile sanitare din cupru nu este de obicei o amenințare pentru sănătate.

Utilizarea numai a apei de la robinetul rece pentru băut și prepararea alimentelor poate reduce cantitatea de cupru care se scurge din instalații sanitare. Rularea apei până când devine foarte rece după ce a stat țevile peste noapte sau pentru mai mult de șase ore va reduce și nivelul de cupru. Asigurarea că niciun aparat electric nu este împământat la instalațiile sanitare poate reduce coroziunea țevilor. Filtrele de apă pot elimina și cuprul din apă. Verificați eticheta producătorului filtrului pentru a vedea dacă cuprul este unul dintre substanțele chimice filtrate.

Există orientări sau standarde federale privind cuprul?

În conformitate cu Legea federală pentru apă potabilă sigură, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (EPA) limitează cantitatea de cupru din sursele publice de apă potabilă la 1,3 mg pe litru. Conform Superfund Act, EPA consideră că 5,000 livre de cupru sau 10 livre de sulfat cupric într-o zonă sunt o „substanță periculoasă”.

Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) nu permite mai mult de 1 mg cupru per litru de apă îmbuteliată. Institutul Național pentru Securitate și Sănătate în Muncă (NIOSH) și Administrația pentru Securitate și Sănătate în Muncă (OSHA) au fiecare propriile standarde pentru cantitatea de cupru și fum de cupru permisă la locul de muncă.

Unde pot afla mai multe despre cupru?

Agenția pentru Substanțe Toxice și Registrul Bolilor (ATSDR) a Centrelor pentru Controlul și Prevenirea Bolilor din SUA are o declarație excelentă de sănătate publică pe internet despre cupru, disponibilă la Agenția pentru Substanțele Toxice și Registrul Bolilor.

Agenția pentru Substanțe Toxice și Registrul Bolilor (ATSDR) a Centrelor pentru Controlul și Prevenirea Bolilor din SUA are un profil toxicologic aprofundat asupra cuprului la Agenția pentru Registrul Substanțelor Toxice și Bolilor.