التكافؤ ودرجات النحاس. يعتبر النحاس من أكثر العناصر الكيميائية وفرة في الطبيعة، حيث يحتل المرتبة الخامسة والعشرين بين أكثر العناصر وفرة.
يتواجد النحاس بشكل طبيعي في اللون الأحمر الذهبي ويمكن أن يكون قزحي الألوان ؛ هذا يعني أنه يعكس ألوانًا مثل ألوان قوس قزح عندما يسقط الضوء عليها
نحاس
- يختلف النحاس عن المعادن الأخرى في عدم وجوده باللون الفضي أو الرمادي عندما يتواجد في الطبيعة مثل المعادن الأخرى، وللعنصر النحاس خصائص عديدة ؛ وأهمها قدرتها الكبيرة على توصيل الحرارة وتوصيل الكهرباء.
- بالإضافة إلى ذلك، يعتبر النحاس معدنًا ناعمًا ومرنًا، لذلك يسهل تشكيله دون أن ينكسر، مما يجعله أحد المعادن الرئيسية التي استخدمها الإنسان منذ القدم.
- يعتبر من أوائل المعادن التي يتم تعدينها واكتشافها، ولا تزال تلعب دورًا كبيرًا في تنمية المجتمع.
أنظر أيضا: نتيجة خلط النحاس بالقصدير
خواص النحاس
الخواص الكيميائية
من أهم الخصائص الكيميائية لعنصر النحاس ورمزه الكيميائي Cu هو أن العدد الذري للعنصر هو 29 ووزنه الذري هو 63.55، بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية التالية:
- يقع النحاس في المجموعة 11 من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
- النحاس في الفترة 4 من الجدول الدوري للعناصر.
- توزيع الإلكترون: (Ar) 4s1 3d10
- يصنف هذا العنصر على أنه معدن انتقالي.
- يحتوي هذا العنصر على 28 نظيرًا.
وفقًا لخصائصه الكيميائية، يفقد النحاس الإلكترونات عندما يتفاعل مع الماء أو الهواء، ويعرف هذا التفاعل باسم تفاعل الأكسدة.
نتيجة للتفاعل، يغير أكسيد النحاس لونه الأصلي إلى اللون الأخضر الباهت، ولكن في حالة عدم وجود هواء نحاسي، لا يتأثر بأي نوع من الأحماض غير المجمعة المخففة أو غير المؤكسدة.
إذا كان النحاس موجودًا في الهواء، فإنه يتفاعل بسهولة مع حامض الكبريتيك وحمض النيتريك، مما يؤدي إلى ذوبانه. يذوب أيضًا في محلول مائي من الأمونيا وفي سيانيد البوتاسيوم في وجود الأكسجين.
عندما يتفاعل النحاس مع الأكسجين في وجود الحرارة، فإنه ينتج CuO.
عندما تكون درجة الحرارة عالية، يتكون أكسيد النحاس، Cu2O، وعندما يتفاعل النحاس مع الكبريت في وجود الحرارة، تكون النتيجة كبريتيد النحاس، Cu2S.
الخصائص الفيزيائية للنحاس
من أهم الخواص الفيزيائية التي تميز النحاس يمكننا أن نبرز:
- نقطة انصهاره هي 1083.45 درجة مئوية.
- نقطة الغليان: 2567 درجة مئوية.
- لون النحاس: أحمر-بني.
- المظهر: ناعم ومرن.
- نصف القطر الذري: 128 بيكومتر.
- الحجم الذري: 7.1 سم 3 / مول.
- نصف القطر التساهمي: 117 بيكومتر.
- نصف القطر الأيوني: 72 (e2 96 (+1 e +)).
- كثافة النحاس: 8.96 جم / سم 3.
- السعة الحرارية النوعية: 0.385 جول / (جرام. سلزيوس).
- حرارة الانصهار: 13.01 كيلوجول / مول.
- حرارة التبخير: 304.6 كيلوجول / مول.
- درجة حرارة ديباي: 42 درجة مئوية.
- رقم بولينج الكهربية: 1.90.
- طاقة التأين الأولى: 745.0 كيلوجول / مول.
- درجات الأكسدة: 2.1.
- الهيكل البلوري: مكعب محوره الوجه.
- الحالة في درجة حرارة الغرفة: صلبة.
تعدين النحاس ومعالجته
- تبدأ مراحل تعدين النحاس بتحديد موقعه. يمكن أن يتواجد بالقرب من سطح الأرض أو في أعماقها. إذا كان بالقرب من سطح الأرض، فإن طريقة التعدين السطحي هي الأنسب للتعدين بكميات كبيرة.
- وهكذا، تقوم قطعة كبيرة من الآلات بحفر الخام وتفجيره، ثم يتم نقل الخام المكسور الناتج عن الانفجار إلى مصانع خاصة.
- في حالة تعدين النحاس تحت الأرض، يتم وضع قضبان عملاقة رأسياً على بعد أكثر من كيلومتر تحت الأرض لعمل نفق لمرور المواد الخام من خلاله.
- ثم يتم نقلها إلى مصانع خاصة للمعالجة والتخلص، أو يمكن تفجير الأرض، ثم يتم نقل المواد الخام إلى سطح الأرض.
بمجرد الحصول على الخام، يتم استخلاص النحاس منه على ثلاث مراحل رئيسية، وهي كالتالي:
- معالجة المعادن: في هذه الخطوة، يتم فصل النحاس عن طريق إزالة المواد الأخرى الموجودة مثل السيليكا والحجر الجيري والبيريت، وهنا يجب أن يحتوي الخام على ما بين 20٪ و 30٪ من النحاس.
- الصهر والتصفية: تزيل هذه الخطوة نسبة كبيرة من الشوائب المختلفة غير المرغوب فيها مثل الحديد.
- التكرير: في هذه الخطوة، يتم إزالة الشوائب المتبقية والعناصر غير المرغوب فيها، ويتم الحصول على النحاس أخيرًا في صورة نقية جدًا تصل إلى 99.99٪.
معلومات عامة عن النحاس
تتضمن المعلومات الأخرى المتعلقة بهذا العنصر ما يلي:
- يتكون معظم تمثال الحرية من النحاس، حيث يحتوي على 28122.73 كيلوجرامًا من النحاس، ونتيجة للتعرض والتفاعل مع الأكسجين في الهواء لأكثر من 20 عامًا، تحول لونه إلى اللون الأخضر الباهت بسبب صدأ النحاس أو الزنجار.
- تم استخراج النحاس النقي تمامًا في الولايات المتحدة من بحيرة سوبيريور في 4000 قبل الميلاد، واستخدم في تصنيع العديد من الأسلحة والأدوات.
- تأتي كلمة النحاس من الكلمة اللاتينية cyprium aes، والتي تعني المعدن، من قبرص لأنه، وفقًا للمؤرخ الهولندي بيتر فان دير، أنتجت قبرص معظم النحاس في ذلك الوقت.
- وفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي، تحتوي الصخور النارية البركانية على ما يقرب من ثلثي نحاس الأرض، بينما تحتوي الصخور الرسوبية على حوالي الربع.
- تحتوي جبال الأنديز على نسبة عالية جدًا من النحاس، حيث تم استخراج 45 ٪ من النحاس المتاح في العالم منها في عام 2007 م.
- النحاس متوفر في جميع دول العالم.
اقرأ أيضًا: كيفية تلميع النحاس في المنزل
أنواع النحاس
هناك ثلاثة أنواع من النحاس وهي كالتالي:
- نحاس عالي التوصيل: يتميز هذا النوع بقدرة عالية على توصيل الكهرباء بغض النظر عما إذا كان ساخنًا أو باردًا.
- لذلك فهي مناسبة للاستخدام في التطبيقات الكهربائية والكابلات والأسلاك، بالإضافة إلى أنها تتميز بمرونة كبيرة، مما يسمح بتشكيلها بسهولة إلى أسلاك رفيعة.
- من أشهر أنواع النحاس هو النحاس (ETP) كما هو معروف في أمريكا الشمالية، أو النحاس الكهربائي (الكهربائي) كما هو معروف في الدول الأخرى، حيث تتراوح موصليةته من 100٪ إلى 101.5٪، و هذا وفقًا للمعايير الدولية لصلابة النحاس.
- استعادة النحاس: في هذا النوع، يتم استخراج الأكسجين من النحاس.
- بإضافة نسبة من الفوسفور المنصهر إليها.
- أو يضاف البورون في حالة السبائك.
- ينتج مادة صلبة قوية تقاوم التآكل عند تعرضها للهيدروجين.
- لذلك، فهي مناسبة للعديد من الأغراض.
- كنظم للتدفئة المركزية والغاز وامدادات المياه.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام ورق التسقيف أيضًا في البناء.
تم توسيع استخدامه في المباني الآن ليشمل الكسوة الخارجية وألواح الجدران والمزيد.
- سبائك النحاس: هي غير حديدية أي لا تحتوي على الحديد.
- يمكن أن يتشكل النحاس مع مجموعة واسعة من المعادن الأخرى.
- يتم الحصول على سبائك مختلفة مثل الزنك والنيكل والقصدير والألمنيوم.
مزايا وعيوب النحاس
- يتمتع النحاس بموصلية كهربائية عالية، ويحتل المرتبة الثانية بعد الفضة.
- في قائمة المعادن الأكثر موصلة للكهرباء وكميتها الكبيرة في الطبيعة
- كما أنه غير مكلف، بالإضافة إلى كونه معدنًا له خصائص مضادة للميكروبات.
- مما يقلل من الحمل البكتيري على الأشياء والأسطح.
- كل هذا يعتبر من المزايا التي ميزته كمعدن يستخدم في كثير من المهام اليومية.
- ومع ذلك، فإن عيب النحاس هو تأكسده، مما يجعله يتحول إلى اللون الأخضر.
- عند التعرض للهواء أو الماء مما يؤثر على جودة مظهر النحاس.
أنظر أيضا: نقطة انصهار النحاس الأحمر
في هذا المقال شرحنا لكم الكثير من المعلومات حول النحاس وخصائصه والمراحل التي يمر بها في استخراجه، آملين أن تفيدكم.