نحاس
عنصر كيميائي
النحاس (النحاس)، عنصر كيميائي، وهو معدن محمر شديد اللدونة من المجموعة 11 (Ib) من الجدول الدوري وهو موصل جيد بشكل غير عادي للكهرباء والحرارة. يوجد النحاس في الحالة المعدنية الحرة في الطبيعة. تم استخدام هذا النحاس الأصلي لأول مرة (حوالي 8000 قبل الميلاد) كبديل للحجر من قبل البشر في العصر الحجري الحديث (العصر الحجري الجديد). بزغ فجر علم المعادن في بلاد ما بين النهرين حيث تم صب النحاس لتشكيله في قوالب (حوالي 4000 قبل الميلاد)، وتم تحويله إلى معدن من الخامات بالنار والفحم، وتم خلطه عمدًا بالقصدير كبرونز (حوالي 3500 قبل الميلاد). جاءت إمدادات النحاس الرومانية بالكامل تقريبًا من قبرص. وكان يعرف باسمAes Cyprium"معدن قبرص" مختصر إلىسيبريوموتالفة في وقت لاحق لcuprum. أنظر أيضابرونزية.
| العدد الذري | 29 |
|---|---|
| الوزن الذري | 63.546 |
| نقطة الانصهار | 1,083 درجة (1,981 درجة فهرنهايت) |
| نقطة الغليان | 2,567 درجة (4,653 درجة فهرنهايت) |
| كثافة | 8.96 عند 20 درجة (68 درجة فهرنهايت) |
| التكافؤ | 1, 2 |
| التوزيع الإلكترون | 2-8-18-1 أو (Ar)3d104s1 |
الحدوث والاستخدامات والخصائص
نحاس
النحاس من شبه جزيرة كيويناو، ميشيغان، الولايات المتحدة
تم العثور على النحاس الأصلي في العديد من المواقع كمعدن أساسي في الحمم البازلتية وأيضًا مختزل من مركبات النحاس، مثل الكبريتيدات والزرنيخيدات والكلوريدات والكربونات. (للخصائص المعدنية للنحاس،يرىجدول العناصر المحلية.) ويتواجد النحاس متحدًا في العديد من المعادن، مثل الكالكوسيت، والكالكوبايرايت، والبورنيت، والكبريت، والملكيت، والأزوريت. وهو موجود في رماد الأعشاب البحرية، وفي العديد من الشعاب المرجانية البحرية، وفي كبد الإنسان، وفي العديد من الرخويات والمفصليات. يلعب النحاس نفس الدور في نقل الأكسجين في الهيموسيانين في الرخويات والقشريات ذات الدم الأزرق كما يفعل الحديد في الهيموجلوبين في الحيوانات ذات الدم الأحمر. يساعد النحاس الموجود في البشر كعنصر نادر على تحفيز تكوين الهيموجلوبين. يعد رواسب النحاس السماقي في جبال الأنديز في تشيلي أكبر رواسب معروفة للمعدن. بحلول أوائل القرن الحادي والعشرين، أصبحت تشيلي أكبر منتج للنحاس في العالم. ومن بين المنتجين الرئيسيين الآخرين بيرو والصين والولايات المتحدة.
كيتوي: منجم النحاس ذو الحفرة المفتوحة
منجم النحاس ذو الحفرة المفتوحة، كيتوي، زامبيا.
يتم إنتاج النحاس تجاريًا بشكل رئيسي عن طريق الصهر أو الترشيح، وعادةً ما يتبعه الترسيب الكهربي من محاليل الكبريتات. للحصول على معالجة تفصيلية لإنتاج النحاس،يرىمعالجة النحاس. يتم استخدام الجزء الأكبر من النحاس المنتج في العالم في الصناعات الكهربائية؛ يتم دمج معظم الباقي مع معادن أخرى لتشكيل السبائك. (وهو مهم أيضًا من الناحية التكنولوجية كطلاء مطلي بالكهرباء.) سلسلة مهمة من السبائك التي يعد النحاس المكون الرئيسي فيها هي النحاس الأصفر (النحاس والزنك)، والبرونز (النحاس والقصدير)، وفضة النيكل (النحاس والزنك والنيكل، لا). فضة). هناك العديد من السبائك المفيدة للنحاس والنيكل، بما في ذلك المونيل؛ المعدنان قابلان للامتزاج تمامًا. يشكل النحاس أيضًا سلسلة مهمة من السبائك مع الألومنيوم، تسمى برونزيات الألومنيوم. نحاس البريليوم (2% Be) عبارة عن سبيكة نحاسية غير عادية حيث يمكن تقويتها بالمعالجة الحرارية. النحاس جزء من العديد من معادن العملات. بعد فترة طويلة من دخول العصر البرونزي إلى العصر الحديدي، ظل النحاس المعدن الثاني من حيث الاستخدام والأهمية بعد الحديد. ومع ذلك، بحلول الستينيات، انتقل الألومنيوم الأرخص والأكثر وفرة إلى المركز الثاني في الإنتاج العالمي.
| دولة | إنتاج المناجم 2016 (طن متري)* | ٪ من إنتاج المناجم في العالم | الاحتياطيات المثبتة 2016 (طن متري)* | ٪ من الاحتياطيات العالمية الظاهرة |
|---|---|---|---|---|
| *مُقدَّر. | ||||
| **بسبب التقريب، لا يتم إضافة التفاصيل إلى الإجمالي المحدد. | ||||
| المصدر: وزارة الداخلية الأمريكية، ملخصات السلع المعدنية 2017. | ||||
| شيلي | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| بيرو | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| الصين | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| الولايات المتحدة | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| أستراليا | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| الكونغو (كينشاسا) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| زامبيا | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| كندا | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| روسيا | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| المكسيك | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| بلدان اخرى | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| العالم الإجمالي | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
الكابلات النحاسية
الكابلات الكهربائية النحاسية. بسبب الموصلية الكهربائية العالية للنحاس، فإنه يستخدم بكثرة في الصناعة الكهربائية. (المزيد)
يعد النحاس من أكثر المعادن ليونة، فهو ليس قويًا أو صلبًا بشكل خاص. يتم زيادة القوة والصلابة بشكل ملحوظ عن طريق العمل البارد بسبب تكوين بلورات ممدودة من نفس البنية المكعبة التي تركز على الوجه والموجودة في النحاس الملدن الأكثر ليونة. الغازات الشائعة، مثل الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت قابلة للذوبان في النحاس المنصهر وتؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية والكهربائية للمعدن المتصلب. المعدن النقي يأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة في التوصيل الحراري والكهربائي. النحاس الطبيعي عبارة عن خليط من نظيرين مستقرين: النحاس -63 (69.15 بالمائة) والنحاس -65 (30.85 بالمائة).
مسابقة بريتانيكا
حقائق يجب أن تعرفها: اختبار الجدول الدوري
نظرًا لأن النحاس يقع أسفل الهيدروجين في السلسلة الدافعة الكهربية، فهو غير قابل للذوبان في الأحماض مع تطور الهيدروجين، على الرغم من أنه سيتفاعل مع الأحماض المؤكسدة، مثل حمض النيتريك وحامض الكبريتيك المركز الساخن. يقاوم النحاس تأثير الغلاف الجوي ومياه البحر. ومع ذلك، فإن التعرض للهواء لفترات طويلة يؤدي إلى تكوين طبقة واقية خضراء رقيقة (الباتينا) وهي عبارة عن خليط من الهيدروكسوكاربونات والهيدروكسيسولفات وكميات صغيرة من المركبات الأخرى. النحاس معدن نبيل إلى حد ما، ولا يتأثر بالأحماض المخففة غير المؤكسدة أو غير المعقدة في غياب الهواء. ومع ذلك، فإنه سوف يذوب بسهولة في حمض النيتريك وحمض الكبريتيك في وجود الأكسجين. كما أنه قابل للذوبان في الأمونيا المائية أو سيانيد البوتاسيوم في وجود الأكسجين بسبب تكوين مجمعات السيانو المستقرة جدًا عند الذوبان. يتفاعل الفلز عند الحرارة الحمراء مع الأكسجين ليعطي أكسيد النحاسيك CuO، وفي درجات حرارة أعلى، أكسيد النحاس النحاسي Cu2O. يتفاعل عند تسخينه مع الكبريت ليعطي كبريتيد النحاس Cu2S.
المركبات الرئيسية
يشكل النحاس مركبات في حالات الأكسدة +1 و+2 في كيمياءه الطبيعية، على الرغم من إمكانية تحضير بعض مركبات النحاس ثلاثي التكافؤ في ظروف خاصة. لقد ثبت أن النحاس ثلاثي التكافؤ لا يعيش أكثر من بضع ثوانٍ في محلول مائي.
شعيرة دينية مقدسة
كوبرايت من ناميبيا.
مركبات النحاس (I) (النحاسي) جميعها ذات خصائص مغناطيسية، وعديمة اللون، مع استثناءات قليلة. من بين المركبات الصناعية الهامة للنحاس (I) أكسيد النحاسوز (Cu2O)، كلوريد النحاس (Cu2Cl2) ، وكبريتيد النحاس (Cu2س). أكسيد النحاسوز عبارة عن بلورة أو مسحوق أحمر أو بني محمر يوجد في الطبيعة على شكل معدن الكوبريت. يتم إنتاجه على نطاق واسع عن طريق اختزال خامات أكسيد النحاس المختلطة مع معدن النحاس أو عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول مائي من كلوريد الصوديوم باستخدام أقطاب النحاس. المركب النقي غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان في حمض الهيدروكلوريك أو الأمونيا. يستخدم أكسيد النحاسوز بشكل أساسي كصبغة حمراء للدهانات المضادة للحشف على الزجاج والزجاج والخزف والسيراميك وكمبيد للفطريات للبذور أو المحاصيل.
كلوريد النحاسوز هو مادة صلبة بيضاء إلى رمادية اللون تتواجد على شكل معدن النانتوكيت. يتم تحضيره عادة عن طريق اختزال كلوريد النحاس (II) مع النحاس المعدني. المركب النقي مستقر في الهواء الجاف. ويحوله الهواء الرطب إلى مركب مؤكسج مخضر، وعند تعرضه للضوء يتحول إلى كلوريد النحاس الثنائي. وهو غير قابل للذوبان في الماء ولكنه يذوب في حمض الهيدروكلوريك المركز أو في الأمونيا بسبب تكوين أيونات معقدة. يستخدم كلوريد النحاسوز كمحفز في عدد من التفاعلات العضوية، ولا سيما تخليق الأكريلونيتريل من الأسيتيلين وسيانيد الهيدروجين؛ كعامل إزالة اللون وإزالة الكبريت للمنتجات البترولية؛ كعامل نزع النتروجين للسليلوز. وكعامل تكثيف للصابون والدهون والزيوت.
يوجد كبريتيد النحاسوز على شكل مسحوق أسود أو كتل ويوجد على شكل معدن الكالكوسيت. يتم الحصول على كميات كبيرة من المركب عن طريق تسخين كبريتيد النحاسيك (CuS) في تيار من الهيدروجين. كبريتيد النحاسوز غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان في هيدروكسيد الأمونيوم وحمض النيتريك. وتشمل تطبيقاته الاستخدام في الخلايا الشمسية، والدهانات المضيئة، والأقطاب الكهربائية، وأنواع معينة من مواد التشحيم الصلبة.
تشمل مركبات النحاس (II) ذات القيمة التجارية أكسيد النحاسيك (CuO)، وكلوريد النحاسيك (CuCl2) وكبريتات النحاس (CuSO4). أكسيد النحاسيك هو مسحوق أسود يتواجد في صورة معادن التينوريت والباراميلاكونيت. يتم إنتاج كميات كبيرة عن طريق تحميص خامات أكسيد النحاس المختلطة في فرن عند درجة حرارة أقل من 1030 درجة (1900 درجة فهرنهايت). يمكن إذابة المركب النقي في الأحماض والسيانيد القلوي. يستخدم أكسيد النحاسيك كصبغة (من الأزرق إلى الأخضر) للنظارات وطلاءات الخزف والأحجار الكريمة الاصطناعية. كما أنه يستخدم كعامل لإزالة الكبريت من الغازات البترولية وكمحفز للأكسدة.
كلوريد النحاسيك هو مسحوق أصفر إلى بني يمتص الرطوبة من الهواء بسهولة ويتحول إلى هيدرات زرقاء مخضرة، CuCl2∙2H2O. يتم تحضير الهيدرات عادة عن طريق تمرير الكلور والماء في برج اتصال مملوء بالنحاس المعدني. يتم الحصول على الملح اللامائي عن طريق تسخين الهيدرات إلى 100 درجة (212 درجة فهرنهايت). مثل كلوريد النحاس، يستخدم كلوريد النحاس كمحفز في عدد من التفاعلات العضوية، على سبيل المثال، في كلورة الهيدروكربونات. بالإضافة إلى ذلك، فهو بمثابة مادة حافظة للخشب، ومثبت (مثبت) في صباغة وطباعة الأقمشة، ومطهر، ومضاف للأعلاف، وصبغ للزجاج والسيراميك.
كبريتات النحاسيك عبارة عن ملح يتكون من معالجة أكسيد النحاسيك مع حامض الكبريتيك. وهو يشكل بلورات كبيرة زرقاء لامعة تحتوي على خمسة جزيئات من الماء (CuSO4∙5H2O) ويعرف في التجارة باسم الزاج الأزرق. يتم إنتاج الملح اللامائي عن طريق تسخين الهيدرات إلى 150 درجة (300 درجة فهرنهايت). يتم استخدام كبريتات النحاس بشكل رئيسي للأغراض الزراعية، كمبيد للآفات، ومبيد للجراثيم، ومضاف للأعلاف، ومضاف للتربة. من بين استخداماته البسيطة كمادة خام في تحضير مركبات النحاس الأخرى، وككاشف في الكيمياء التحليلية، وكإلكتروليت للبطاريات وحمامات الطلاء الكهربائي، وفي الطب كمبيد للفطريات، ومبيد للجراثيم، وكمادة قابضة.
تشمل مركبات النحاس (II) المهمة الأخرى كربونات النحاس والنحاس2(أوه)2شركة3والذي يتم تحضيره بإضافة كربونات الصوديوم إلى محلول كبريتات النحاس ومن ثم تصفية المنتج وتجفيفه. يتم استخدامه كعامل تلوين. مع الزرنيخ فإنه يشكل أسيتوزرنيت النحاسي (المعروف باسم باريس الأخضر)، وهو مادة حافظة للخشب ومبيد حشري.
