Le cuivre est l'élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu. Le corps simple cuivre est un métal.
Généralités et corps simple Le cuivre est un élément du groupe 11, de la , un élément du bloc d métal de transition chalcophile.
Dans le tableau périodique des éléments, le cuivre est de la même famille que l'argent et l'or, parce que tous possèdent une orbitale s occupée par un seul électron sur des sous-couches p et d totalement remplies, ce qui permet la formation de liaisons métalliques (configuration électronique Ar 3d 4s). Les trois métaux de ce « groupe du cuivre » ont un caractère de noblesse et de rareté accru, du cuivre semi-noble à l'or véritablement noble, le premier caractère s'expliquant par leur rayon atomique faible et leur compacité d'empilement atomique, leur potentiel d'ionisation plus important à cause des sous-couches d, leur point de fusion relativement élevé et leur faible réactivité ou relative inertie chimique.
Naturellement présent dans la croûte terrestre, le cuivre (à faible dose) est essentiel au développement de toute forme de vie. Il est majoritairement utilisé par l'Homme sous forme de métal. Le cuivre pur est un des seuls métaux colorés avec l'or et le césium. Il présente sur ses surfaces fraîches une teinte ou un éclat métallique rose saumon : ce « métal rouge » apprécié en orfèvrerie et en bijouterie, par exemple comme support de pièces émaillés ou émaux rares, était dédié à la déesse de la beauté Aphrodite et aux artistes. On le désigne parfois sous le nom de cuivre rouge par opposition aux laitons (alliages de cuivre et de zinc) improprement nommés « ». Métal ductile, il possède des conductivités électrique et thermique particulièrement élevées qui lui confèrent des usages variés. Il intervient également comme matériau de construction et entre dans la composition de nombreux alliages, les cupro-alliages.
Le cuivre, aujourd'hui métal usuel, est le plus ancien métal utilisé par l’HommeLire en ligne, Futura-Sciences.. Le point de fusion n'est pas trop élevé, et la facilité de réduction de l'oxyde de cuivre, souvent par un simple feu de bois, est remarquable.
Les plus anciennes traces de fusion du cuivre dans des fours à vent ont été découvertes dans le plateau iranien sur le site archéologique de daté de la première moitié du — il y a donc près de sept mille ans. Il y a l'extraction de minerai pour en tirer du cuivre est commune en quelques endroits de l'Eurasie et de l'Afrique, à l'instar de la malachite du Sinai pour l'Égypte antique dont les mines sont exploitées vers 4500 vignette|gauche|Panoplie de casseroles en cuivre.
L'histoire méditerranéenne antique du cuivre est intimement liée à l'île de Chypre qui se nomme tardivement en grec ancien : c'est en effet sur cette île que furent exploitées les mines de cuivre et cuivre natif, qui permirent à des civilisations humaines méconnues de prospérer, bien avant les civilisations minoenne, mycénienne et phénicienneIl ne faut pas déplacer la découverte du cuivre à Chypre de manière exagérée, les archéologues raisonnables estiment que l'île devient une ressource en cuivre à partir de avant notre ère. Se référer aux travaux de Jean Guilaine et son cours au Collège de France sur la protohistoire ancienne de la Méditerranée (îles et continents). De nombreux sites continentaux seraient plus anciens.. Ces diverses civilisations issues de Méditerranée orientale organisèrent le commerce antique du métal rouge en Méditerranée, si bien que les Romains l’appelèrent d'une manière générique le cuivre et divers alliages aes cyprium (littéralement « métal de Chypre »), cyprium (du grec ancien ) désignant l'île. Le terme s'est transformé au fil du temps pour devenir « cuprum » en latin pour donner le mot « cuivre » en français.
Allié principalement à l’étain et parfois à d'autres métaux, il donne lieu à une révolution technologique, « l'âge du bronze », aux alentours de avant notre ère. Les bronzes sont plus durs, plus aisément fusibles et aptes à être coulés dans un moule, plus résistants à la corrosion atmosphérique que le cuivre natif ou purifié. La fabrication d'ustensiles et d'armes, d'objets d'art et de statues massives, de cloches ou clochettes, de timbres ou cymbales, de chandeliers ou de grands vases éventuellement sacrés ou d'offrandes, de médailles et de monnaie peut se développer. La maîtrise de cette matière métallique alliée est telle qu'elle permet l'érection du colosse de Rhodes, une statue-phare de Helios-Apollon de de haut au
Une série d'articles de la revue Science en , de nature transdisciplinaire, regroupant des équipes d'historiens, d'archéologues, de physico-chimistes et de glaciologues, a permis de replacer globalement en rapport avec les variations de production artisanale et proto-industrielle, des mesures par analyse spectrométrique de particules et poussières de cuivre métal et ses dérivés, piégées dans les échantillons de glaces extraits de la calotte glaciaire du GroenlandHong, S. ; Candelone, J.-P. ; Patterson, C. C. et Boutron, C. F. (1996), History of Ancient Copper Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recorded in Greenland Ice, Science, 272: 246–249.. Les pics historiques de production de cuivre, par exemple l'introduction de la monnaie, les guerres de la République et de l'Empire Romain, l'ouverture de mine suédoise de Falun ont pu être grossièrement retrouvés, en prenant une base à -5000 et en considérant des pertes atmosphériques de l'ordre de 15 % au début de la métallurgie généralisée dans l'œkoumène vers -2500 , réduite seulement à 0,25 % vers 1750 par le progrès des procédés chimiques. La production annuelle mondiale de cuivre, stimulé par le monnayage, aurait atteint un sommet longtemps inégalé de au début du de l'ère chrétienne. Le chiffre moyen de la production annuelle de cuivre estimée bon an mal an en Europe occidentale et centrale de la fin de l'Empire Romain à l'aube du est de l'ordre de par ce biais. L'essor de la métallurgie chinoise permettrait de justifier une production de au et .
Les adjectifs « cuivreux » et « cuprifère » qualifient de manière générique les matériaux à base de cuivre ou la matière contenant du cuivre. Le premier adjectif reste ambigu dans un emploi étendu, puisqu'il désigne précisément pour les chimistes le cuivre au degré d'oxydation (I), alors que le second est employé de manière courante, en particulier en géosciences.
L'adjectif « cuivrique », outre un sens étendu analogue à « cuivreux », désignait surtout l'état d'oxydation II du cuivre le plus commun, surtout en solution aqueuse. Les adjectifs « cuprique » et « cupreux » sont les équivalents savants de cuivrique et cuivreux. Le radical latin cupro- ou cupr- désignant le cuivre se retrouve dans de nombreuses appellations techniques ou chimiques.
Isotopes
Le cuivre possède 29 isotopes connus, de nombre de masse variant de 52 à 80, ainsi que sept isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, deux sont stables, Cu et Cu, et constituent l'ensemble du cuivre naturel dans une proportion d'environ 70/30. Ils possèdent tous les deux un spin nucléaire de 3/2Audi, G. (2003), Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties, Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3, .. La masse atomique standard du cuivre est de .
Les 27 autres isotopes sont radioactifs et ne sont produits qu’artificiellement. Le plus stable des radioisotopes d'entre eux est Cu avec une demi-vie de . Le moins stable est Cu avec une demi-vie d'environ . La plupart des autres ont une demi-vie inférieure à une minute.
Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie, gîtes et gisements Le cuivre est un élément dont le clarke s'élève à Alain Foucault, . Il est parfois abondant en certains sites miniers.
Le cuivre est un des rares métaux qui existent à l'état natif, ce qui en a fait l'un des premiers métaux utilisés par les humains. Il apparaît cependant majoritairement dans des minéraux, en particulier sous forme de sulfure, du fait de son caractère chalcophile (attirance pour l'élément soufre).
À l'état natif, il se présente comme un polycristal de structure cubique à faces centrées. Il se trouve aussi parfois sous la forme d'un monocristal, le plus grand mesurant environ Rickwood, P. C. (1981), The largest crystals, American Mineralogist, 66, 885, lire en ligne.. Les cristaux bien formés sont rares. Dans les quelques sites où il peut être observé (son occurrence à l'état natif est faible), il se trouve sous forme de fils dentritiques, d'assemblages de feuilles ou de recouvrements d'imprégnation plus ou moins massifs. Au Néolithique, le métal ainsi récupéré était ensuite facilement mis en forme par un léger martelage. vignette|Cristaux d'azurite et de malachite sur cuivre natif. Sous forme minérale, le cuivre apparaît le plus fréquemment sous forme de sulfure ou de sulfosel dans des minéraux comme la chalcopyrite (), la bornite (), la cubanite () et surtout la covelline (CuS) et la chalcosine (). Il se trouve également dans des carbonates tels que l'azurite () et la malachite (), ainsi que dans un oxyde, la cuprite ()..
Les minéraux contenant l'élément cuivre ont souvent un bel aspect coloré, à l'instar de la pierre d'Eilat.
Cuivre natif
Les gisements de cuivre natif attestent le plus souvent d'un hydrothermalisme très actif et de roches magmatiques basiques.
vignette|Cristaux de cuivre natif de . On trouve le cuivre natif : dans des zones poreuses des basaltes : les réactions entre solution hydrothermale et minerais ferrifères génèrent le cuivre des principaux gisements de ce minéral. Dans la presqu'île de Keweenaw aux États-Unis, les couches de basalte alternent avec des grès et des conglomérats, les cavités sont emplies par le cuivre associé à la calcite, l'épidote, des minéraux cuprifères, des zéolites, un peu d'argent ; d'importantes masses de cuivre natif jusqu'à environ y ont été rencontrées, en particulier dans l'État du Michigan, où les géologues estiment parmi des amas de forte puissance au bord du lac Supérieur un bloc à caractère fractal interne et externe au moins à de cuivre ; dans des grès et des schistes, où le cuivre était probablement d'origine hydrothermale ; en petites quantités dans les météorites.
Quelques gisements remarquables de cuivre natif sont : en Bolivie : Coro-Coro, Province de Pacajes, Département de La PazJ. T. Singewald et Edward Berry (1922). ; au Canada : Rouyn-Noranda, Mine Normandie, Saint-Joseph-de-Coleraine, Les Appalaches RCM, Chaudière-Appalaches, QuébecCanadian Museum of Nature collection. ; aux États-Unis : Presqu'île de Keenawa, et Lac –Supérieur, Comté de Keweenaw, MichiganMineralogy of Michigan (2004), Heinrich & Robinson, Rocks & Minerals 84:298-323. ; en France : Les Clausis, Saint-Véran, Hautes-AlpesRoland Pierrot, Paul Picot et Pierre-André Poulain, Inventaire minéralogique de la France - Hautes-Alpes, Éditions du BRGM, 1972, présentation imagée., Pélites Permiennes du Dôme de Barrot, Alpes-Maritimes, Chessy, RhôneRoger De Ascenção Guedes, « Les Minéraux et les minéralogistes de Chessy-les-Mines », Le Règne Minéral, hors série (9), 2003, ., Saint-Jean-de-Jeannes, Mont Roc, et le Burc, TarnInventaire minéralogique du Tarn, BRGM. ; en Pologne : Bassin de Lubin (Basse-Silésie).
Minéraux
Sulfures La chalcopyrite : CuFeS : (CuS, FeS). La bornite : CuFeS : (5CuS, FeS). La covelline ou covellite: CuS. La chalcocite : α CuS. vignette|Cuivre gris, extrait de la mine alsacienne d'Urbeis. La carrollite : Cu (Co,Ni)S. La stannite : . La germanite : CuFeGeS. La kësterite : Cu (Zn,Fe)Sn S.
Cuivres gris Les cuivres gris sont des sulfures complexes où le cuivre accompagne l'arsenic et/ou l'antimoine… Ainsi la tennantite, la tétraédrite, la freibergite.
Sulfo-sel L’énargite : CuAsS ou (3CuS, AsS). La ménéghinite : PbCuSbS. La lengenbachite : (Ag,Cu)PbAsS.
Oxydes Le cuivre s'oxyde : ion cuivreux Cu, ou ion Cu(I) : cuprite CuO ; ion cuivrique Cu, ou ion Cu(II) : ténorite CuO.