خصائص عنصر النحاس

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:٢٥ ، ٤ مايو ٢٠٢٠
خصائص عنصر النحاس

عنصر النحاس

يعد النحاس أحد العناصر الانتقالية والذي يرمز له بالرمز Cu وينتمي إلى المجموعة 11 من الجدول الدوري، وهو معدن ذو لون برتقالي محمر قابل للسحب والطرق، كما يعد أحد المعادن التي تتواجد بالطبيعة بشكل قابل للاستخدام مباشرة، ولذلك تم استخدام هذا العنصر في وقت مبكر جدًا في العديد من المناطق في العالم منذ حوالي 8000 سنة قبل الميلاد، ولقد كان هذا العنصر أول معدن تم استخراجه من خامات الكبريتيد، كما كان أول المعادن التي تم صبها على شكل قالب وأول المعادن التي تم مزجها مع معادن أخرى لتحقيق غاية ما، وتعد أملاح النحاس من المركبات الشائعة التي يتم العثور عليها، ويمكن أيضًا استخدام مركبات النحاس كمبيدات فطريات ومواد حافظة للأخشاب، ويعد هذا العنصر معدن غذائي مهم لجميع الكائنات الحية، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن بعض خصائص عنصر النحاس.[١]

أنواع النحاس

تعود عملية إعادة تدوير النحاس وسبائكه لآلاف السنين، ولقد كان هذا الأمر طبيعيًا بسبب القيمة الاقتصادية المرتفعة للنحاس وخصائصه المميزة، ولكن قبل الحديث عن خصائص عنصر النحاس سيتم الحديث عن أنواعه، إذ للنحاس ثلاثة أنواع رئيسة تستخدم في العديد من المجالات، وفي ما يأتي ذكر لهذه الأنواع:[٢]

  • النحاس عالي الموصلية: بحيث يستخدم هذا النوع في تطبيقات الهندسة الكهربائية وتوصيلات الكهرباء للمنازل بسبب مرونته وإمكانية تشكيله وموصليته العالية للحرارة والكهرباء، وهنالك عدد من الأنواع الفرعية التي تندرج تحت هذا النوع، مثل؛ النحاس المكرر كهربائيًا عالي الموصلية، النحاس منزوع الأكسجين عالي الموصلية.
  • النحاس منزوع الأكسجين: بحيث يستخدم هذا النوع في التطبيقات البنائية وأنظمة التدفئة المركزية وأنابيب تمديد الغاز والمياه وفي صناعة ألواح التسقيف وغيرها بسبب سهولة لحمها وعدم تأثرها بوجود الهيدروجين وطبقة الحماية الجمالية التي تصنعها عند تعرضها لعوامل التجوية.
  • سبائك النحاس: بحيث يشكل النحاس عددًا كبيرًا من السبائك مقارنةً بالمعادن الأخرى، وعادةً ما يدخل الألمنيوم والقصدير والزنك والنيكل في هذه السبائك، بحيث يتم إضافة هذه المعادن أو غيرها إلى النحاس لتطوير خصائص عنصر النحاس، بحيث تصبح أكثر ملائمة للصناعات المختلفة كصناعة الإلكترونيات.

كيفية استخراج النحاس وطرق معالجته

قبل الحديث عن خصائص عنصر النحاس سيتم الحديث عن كيفية استخراج هذا العنصر وطرق معالجته، إذ يتواجد النحاس في العديد من الخامات بالإضافة إلى وجوده منفردًا في الطبيعة، بحيث تحتكر 7 دول ما يقارب 70% من احتياطات العالم من النحاس؛ بيرو، تشليلي، زامبيا، الولايات المتحدة، روسيا، الكونغو، والمكسيك، وعادةً ما يتم استخدام طريقتين لاستخراج النحاس؛ تدعى الطريقة الأولى بالحفرة المفتوحة، والتي يتم من خلالها استخراج النحاس القريب من سطح الأرض من خلال تفجير المواد الخام ومن ثم نقلها لأماكن معالجتها، أما الطريقة الثانية فتستخدم لاستخراج النحاس الموجود تحت سطح الأرض، بحيث يتم إدخال أعمدة إلى عمق يعادل 1000 متر تحت الأرض، ومن ثم تُحفر الأنفاق لتمتد إلى المواد الخام، بحيث يتم رفع المواد المتكسرة أو المتفجرة إلى السطح لمعالجتها لاحقًا.[٣] هنالك ثلاث خطوات رئيسة عادةً ما يتم تطبيقها لمعالجة النحاس بعد استخراجه؛ بحيث تشمل الخطوة الأولى تحرير النحاس من الصخور والمعادن الأخرى التي تحويها، وفي الخطوة الثانية يتم إزالة نسب كبيرة من الشوائب، وأما الخطوة الثالثة فيتم من خلالها إزالة آخر الشوائب للحصول على منتج نحاسي نقي بنسبة 99.99%، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن بعض طرق معالجة النحاس التي تستخدم في هذه الخطوات:[٣]

  • الطحن: بحيث يتم من خلال هذه الطريقة تصغير حجم المواد الخام إلى ما يضمن تحرير النحاس من الخام ليتم استخدامه في الطرق الأخرى.
  • التعويم: بحيث يتم خلط المواد الخام المطحونة مع الماء وبعض الكواشف بواسطة أجهزة ميكانيكية أو هوائية، بحيث تعمل الكواشف على خلق جاذبية بين النحاس والفقاعات الهوائية التي تحمله معها إلى السطح ليتم تجميع النحاس لاحقًا.
  • التحميص: يتم رفع درجات حرارة النحاس المجمع من التعويم إلى 590 درجة مئوية للتخلص من بعض الشوائب كالزرنيخ والزئبق وبعض الكبريت، ومن ثم يتم رفع درجة الحرارة إلى 1230-1300 درجة مئوية بحيث تتفاعل بعض المواد كالكبريت لتغادر الخليط.
  • الصهر: بحيث يتم ضخ كمية كبيرة من الأكسجين مع المواد الخام المركزة، مما يؤدي إلى إحداث تفاعلات طاردة للطاقة ناشئة من تأكسد الحديد والكبريت، بحيث تكفي هذه الطاقة لصهر الخليط والتخلص من بعض الشوائب.
  • التحويل: فبعد عملية التحميص أو الصهر يتم التخلص من الحديد والكبريت عن طريق ضخ الأكسجين وتحريكه مع المصهور الناجم من *التحميص أو الصهر ليكون أكاسيد الحديد والكبريت التي تغادر المحول تاركةً ورائها نحاس نقي بنسبة 98.5% - 99.5%.
  • التكرير بالنار: بحيث يتم التخلص من الكبريت والأكسجين المتبقي في الخليط في فرن لتصل نسبة نقاوة النحاس إلى 99.5%.
  • الترشيح: يتم استخدامه بدلًا من الصهر أحيانًا، بحيث يتم خلط المواد الخام المطحونة مع محلول مرشح يعمل على تذويب النحاس ليتم استخلاصه لاحقًا للصهر مجددًا أو لعملية التكرير الكهربائية حسب درجة نقاوته.
  • التكرير الكهربائي: إذا كان الناتج من المعالجة نحاسًا صلبًا؛ فيتم استخدامه كمصعد وتمرير تيار كهربائي ليكون طبقة نحاس نقية بنسبة 99.9% على المهبط، بحيث تترسب الشوائب في قاع الخلية الكهربائية، أما إذا كان الناتج محلولًا؛ فيتم استخدامه مع مصعد من الرصاص لتشكيل طبقة نحاس نقية (99.9%) على المهبط.

خصائص عنصر النحاس

تم اكتشاف عنصر النحاس منذ عصور ما قبل التاريخ، حيث تم استخدام معدن النحاس منذ 9000 سنة قبل الميلاد في الشرق الأوسط، كما تم تعدين هذا العنصر لأكثر من 5000 سنة[٤]، وفي ما يأتي سيتم ذكر بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية لعنصر النحاس.

خصائص عنصر النحاس الفيزيائية

بحيث تعرف الخصائص الفيزيائية بكونها الخصائص التي يتم قياسها وملاحظتها من دون تغيير مكونات المادة الكيميائية؛ بحيث تشمل اللون والوزن الجزيئي والحجم وغيرها، ولكن من الممكن أن يصعب على الشخص تمييز هذه الخصائص عن الخصائص الكيميائية[٥]، وهي كما يأتي[٤]:

  • العدد الذري للنحاس = 29.
  • الوزن الذري للنحاس = 63.546.
  • كثافة النحاس = 8.96 غ / سم مكعب.
  • نقطة انصهار النحاس = 1356.6 كلفن.
  • درجة غليان النحاس = 2849 كلفن.
  • نصف القطر الذري للنحاس = 128 بيكومتر.
  • الحجم الذري للنحاس = 7.1 سم مكعب / مول.
  • الحرارة النوعية للنحاس عند درجة حرارة 20 سيليسيوس = 0.385 جول / غ* مول.
  • الطاقة المؤينة الأولى للنحاس = 745.0 كيلو جول / مول.
  • حالات الأكسدة للنحاس = 1 أو 2.
  • شكل الهيكل الشبكي للنحاس: مكعب متمحور حول الوجه.

خصائص عنصر النحاس الكيميائية

عند الحديث عن خصائص عنصر النحاس الكيميائية لا بد من معرفة ما هي الخصائص الكيميائية لأي عنصر، إذ لا يمكن ملاحظة هذه الخصائص إلا من خلال إحداث تغييرات كيميائية على المادة، ولذلك فإن الطريقة الوحيدة لمعرفة هذه الخصائص هي من خلال إجراء تفاعلات كيميائية لها، بحيث تشمل هذه الخصائص القابلية للاشتعال والأكسدة وقابلية المادة للتفاعل[٥]، وفي ما يأتي بعض خصائص عنصر النحاس الكيميائية[٦]:

  • يعد النحاس مقاومًا جيدًا للتآكل.
  • لا يتفاعل النحاس مع الماء.
  • يتفاعل النحاس ببطئ مع الأكسجين الجوي.
  • يتآكل النحاس عند تعرضه للكبريتيدات.

استخدامات عنصر النحاس

بعد التعرف على خصائص عنصر النحاس سيتم الحديث عن استخدامات هذا العنصر، حيث يدخل النحاس في العديد من الاستخدامات المختلفة في العديد من المجالات، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن بعض استخدامات النحاس[٧]:

  • الكهرباء: يعد النحاس أحد أكثر العناصر موصلية للكهرباء، ويعرف بمقاومته الجيدة للتآكل وقابليته للطرق، وبالتالي فهو مناسب للأسلاك الكهربائية، كما دخل استخدام النحاس بشكل كبير في تكنولوجيا الكمبيوتر والتلفزيونات والهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية المحمولة.
  • أعمال البناء: يدخل استخدام النحاس في أنظمة مياه الشرب والتدفئة في معظم البلدان المتقدمة، كما يتم استخدامه في تزيين قباب وأبراج العديد من الكنائس، وبالإضافة للزخرفات الخارجية يتم استخدام النحاس في الديكور الداخلي للمباني كمقابض الأبواب والأقفال وغيرها العديد.
  • النقل: يدخل استخدام النحاس بشكل أساسي في مكونات الطائرات والقطارات والسيارات والقوارب، كما يستخدم النحاس في أنظمة الملاحة في الطائرات، ويستخدم أيضًا على شكل أسلاك لأنظمة تذويب الثلوج عن زجاج السيارات وفي الخطوط الهيدروليكية وغيرها.
  • استخدامات أخرى: يدخل استخدام النحاس في تصنيع العديد من الأدوات مثل؛ الساعات، أدوات الطهي، العملات المعدنية، الآلات الموسيقية، والأعمال الفنية.

المراجع[+]

  1. "Copper", www.wikiwand.com, Retrieved 28/04/2020. Edited.
  2. "Introduction to Copper: Types of Copper", www.copper.org, Retrieved 04-05-2020. Edited.
  3. ^ أ ب "Copper processing", www.britannica.com, Retrieved 28-04-2020. Edited.
  4. ^ أ ب "Copper Facts: Chemical and Physical Properties", www.thoughtco.com, Retrieved 28/04/2020. Edited.
  5. ^ أ ب "Difference Between Physical and Chemical Properties", www.thoughtco.com, Retrieved 28/04/2020. Edited.
  6. "What are the chemical properties of copper and what makes these properties useful?", www.quora.com, Retrieved 28/04/2020. Edited.
  7. "Copper and Its Common Uses", www.thoughtco.com, Retrieved 28/04/2020. Edited.