تكافؤ النحاس ودرجاته، يعتبر النحاس واحدا من أكثر العناصر الكيميائية توافرا في الطبيعة، حيث يحتل المرتبة الخامسة والعشرون بين العناصر الأكثر وفرة.
يتواجد النحاس بشكل طبيعي بلون أحمر ذهبي، وقد يكون له توهج متعدد الألوان؛ وذلك يعني أنه يعكس الألوان كما يفعل قوس قزح عندما يسقط عليه الضوء
النحاس
- يتميز النحاس عن غيره من المعادن بعدم وجوده باللون الفضي أو الرمادي في الطبيعة كباقي المعادن، وللنحاس العديد من الخصائص المميزة، ومن أهمها قدرته الكبيرة على توصيل الحرارة والكهرباء.
- بالإضافة إلى ذلك، يتميز النحاس بأنه معدن لين وقابل للتشكيل بسهولة دون أن يتكسر، مما يجعله أحد المعادن الرئيسية التي استفاد منها الإنسان منذ العصور القديمة.
- إنها واحدة من أولى المعادن التي تم اكتشافها واستخراجها، ولاتزال لها دور هام في تطور المجتمعات.
شاهد أيضًا: نتيجة خلط النحاس مع القصدير
خصائص النحاس
الخصائص الكيميائية
ومن الخصائص الكيميائية المهمة التي يتميز بها النحاس، ورمزه الكيميائي Cu، أن عدده الذري هو 29 ووزنه الذري 63.55، وأيضا الخصائص الكيميائية التالية:
- النحاس يقع في المجموعة 11 في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية
- يتواجد النحاس في المجموعة الرابعة في الجدول الدوري للعناصر
- التوزيع الإلكتروني: (Ar) 4s1 3d10
- يتم تصنيف هذا العنصر كمعدن انتقالي
- يوجد لذلك العنصر 28 نظيراً.
بناء على الخصائص الكيميائية للنحاس، فإنه يفقد الإلكترونات عند تفاعله مع الماء أو الهواء، ويعرف هذا التفاعل باسم عملية الأكسدة.
نتيجة للتفاعل، يتكون أكسيد النحاس ويتغير لونه من اللون الأصلي إلى اللون الأخضر الفاتح، وفي حالة غياب الهواء عن النحاس، لا يتأثر بأي أحماض غير مركبة أو غير مؤكسدة.
إذا تعرض النحاس للهواء، فإنه يتفاعل بسهولة مع حمض الكبريتيك وحمض النيتريك، مما يؤدي إلى ذوبانه، كما أنه يذوب في محلول الأمونيا المائية وسيانيد البوتاسيوم عند وجود الأكسجين.
عندما يتفاعل النحاس مع الأكسجين تحت تأثير الحرارة، يتكون أكسيد النحاس الثنائي Cu O.
إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة، سيتكون أكسيد النحاس الأحادي Cu2O، وإذا تفاعل النحاس مع الكبريت تحت تأثير الحرارة، ستتكون كبريتيد النحاس Cu2S.
الخصائص الفيزيائية للنحاس
من الخصائص الفيزيائية المميزة للنحاس، يمكن ذكرها كالتالي
- درجة انصهاره: 1083.45 درجة مئوية.
- درجة غليانه: 2567 درجة مئوية.
- لون النحاس: لون بني محمر.
- المظهر الخارجي: لين، مرن.
- نصف القطر الذري: 128 بيكو متر.
- الحجم الذري: 7.1 سم3/مول.
- نصف القطر التساهمي: 117 بيكو متر.
- نصف القطر الأيوني: 72 (e2 96 (+1 e+) (.
- كثافة النحاس: 8.96 جرام/سم3.
- الحرارة النوعية: 0.385 جول/ (جرام. درجة مئوية)
- حرارة الانصهار: 13.01كيلو جول/مول.
- حرارة التبخر: 304.6 كيلو جول/مول.
- درجة حرارة ديباي: 42 درجة مئوية.
- رقم باولنج السالب أو السالبة الكهربائية: 1.90.
- طاقة التأين الأولى: 745.0 كيلو جول/مول.
- حالات الأكسدة: 2.1.
- البنية البلورية: مكعب مركزي الوجه.
- حالة درجة حرارة الغرفة: صلبة
استخراج النحاس ومعالجته
- يبدأ عملية استخراج النحاس بتحديد مكانه، حيث يمكن أن يتواجد سطحيا أو في أعماق الأرض. إذا كان متواجدا سطحيا، يكون التعدين السطحي هو الأسلوب المناسب لاستخراج كميات كبيرة منه.
- حيث تقوم آليات كبيرة بحفر وتفجير الخام، ثم يتم نقل الخامات المكسرة التي نتجت عن التفجير إلى مصانع خاصة.
- في حالة استخراج النحاس من أعماق الأرض، يتم وضع قضبان عملاقة بشكل عمودي لأكثر من كيلومتر تحت الأرض، وذلك لإنشاء نفق يستخدم لنقل المواد الخام.
- ثم يتم نقلها إلى المصانع الخاصة ليتم معالجتها واستغلالها، أو يمكن تفجيرها في باطن الأرض ثم نقل المواد الخام المكسرة إلى سطح الأرض.
عند استخراج النحاس من الخام، تتم ثلاث خطوات رئيسية كالتالي:
- في معالجة المعادن، يتم في هذه الخطوة فصل النحاس عن طريق إزالة المواد الأخرى مثل السيليكا والحجر الجيري والبيريت. وفي هذه الحالة يجب أن يحتوي الخام على نسبة تتراوح بين 20% و 30% من النحاس
- في عملية الصهر والترشيح، يتم إزالة نسبة عالية من الشوائب المختلفة غير المرغوب فيها مثل الحديد
- عملية التكرير: في هذه المرحلة، يتم إزالة الشوائب والعناصر غير المرغوب فيها، وفي النهاية يتم إنتاج النحاس النقي جدا بنسبة تصل إلى 99.99%
معلومات عامة عن النحاس
من المعلومات الأخرى المرتبطة بهذا العنصر يوجد ما يلي:
- يتكون معظم تمثال الحرية من النحاس، حيث يحتوي على حوالي 28122.73 كيلو جرام من النحاس. نتيجة تعرضه للأكسجين في الهواء وتفاعله معه على مدار أكثر من 20 سنة، أصبح لونه أخضرا باهتا بسبب تأكسد النحاس أو تشكل الباتينا
- تم استخراج النحاس النقي تماما في الولايات المتحدة من بحيرة سوبيريور سنة 4000 ق.م، وتم استخدامه في صنع الأسلحة والأدوات المتنوعة
- تعود كلمة النحاس (Copper) إلى العبارة اللاتينية (Cyprium aes) وتعني معدن قبرص، وذلك لأن معظم كميات النحاس التي تم استخراجها كانت من قبرص في ذلك الوقت، وفقا للمؤرخ الهولندي بيتر فان دير.
- تحتوي الصخور البركانية النارية على نحو ثلثي كمية النحاس الموجودة في الكرة الأرضية، بينما تحتوي الصخور الرسوبية على حوالي الربع، وفقا لوكالة المسح الجيولوجي الأمريكية
- تحتوي جبال الأنديز على نسبة مرتفعة جدا من النحاس، حيث تم استخراج 45% من إجمالي النحاس الموجود في العالم منها في عام 2007م
- يتواجد النحاس في جميع بلدان العالم
شاهد أيضًا: كيفية تلميع النحاس في المنزل
أنواع النحاس
وهناك ثلاثة أنواع من النحاس، وهي كالتالي:
- النحاس عالي الموصلية: يتميز هذا النوع بقدرته العالية على التوصيل الكهربائي سواء في الحرارة أو البرودة.
- وبالتالي يصلح للاستخدام في التطبيقات الكهربائية، والكابلات والأسلاك، بالإضافة إلى ذلك، يتميز بمرونة كبيرة مما يسهل تشكيله على شكل أسلاك رفيعة.
- من بين أنواع النحاس المشهورة هو نحاس ETP كما هو معروف في أميركا الشمالية، أو النحاس الكهربائي (electro) كما يعرف في دول أخرى. تصل موصلية هذا النوع من النحاس من 100% إلى 101.5% وفقا لمعايير صلابة النحاس العالمية
- نحاس مختزل: في هذا النوع يتم إزالة الأكسجين من النحاس.
- عن طريق إضافة نسبة من الفوسفور المنصهر له.
- أو إضافة البورون في حال السبائك.
- عند تعرضها للهيدروجين، تتكون مادة صلبة قوية تقاوم التآكل بشكل فعال.
- وبالتالي فهي مناسبة للعديد من الاستخدامات.
- مثل أنظمة التدفئة المركزية وتوريدات الغاز والمياه المنزلية.
بالإضافة إلى استخدامه في بناء المباني وتغطية الأسقف بورق.
وتتوسع استخداماته في المباني في الوقت الحالي لتشمل الواجهات الخارجية وألواح الجدران وغيرها.
- سبائك النحاس: هي سبائك غير حديدية، أي أنها لا تحتوي على الحديد.
- يمكن أن يتشكل النحاس فيه بالاشتراك مع مجموعة واسعة من المعادن الأخرى.
- مثل الزنك والنيكل والقصدير والألومنيوم، ويتم الحصول على سبائك مختلفة
مزايا النحاس وعيوبه
- تتمتع المعدنة النحاس بموصلية كهربائية عالية، وهي ثاني أعلى المعادن توصيلا بعد الفضة.
- في قائمة المعادن الأكثر توصيلا، وهي متوفرة في الطبيعة
- بالإضافة إلى كونه معدنا يحمل خصائص مضادة للميكروبات، فإنه أيضا ذو تكلفة منخفضة.
- وهذا يعمل على تقليل العبء الجرثومي على الأجسام والأسطح.
- تعد كل هذه المزايا من الخصائص التي جعلته يصبح مادة مستخدمة في العديد من شؤون الحياة اليومية.
- ومع ذلك، تكمن العيوب في المعدن النحاس في أكسده، مما يؤدي إلى تحول لونه إلى اللون الأخضر.
- عندما يتعرض للهواء أو الماء، يؤثر ذلك على جودة مظهر النحاس
شاهد أيضًا: درجة انصهار النحاس الاحمر
من خلال هذا المقال، قدمنا لكم معلومات حول النحاس وخصائصه، وأطوار استخراجه، على أمل أن يكون لكم استفادة منها.
