تكافؤ النحاس ودرجاته يعد النحاس من أكثر العناصر الكيميائية توافراً بالطبيعة، حيث إنه بالمرتبة الخامسة والعشرين من بين أكثر العناصر وفرةً.
ويوجد النحاس بالطبيعة باللون الأحمر الذهبي ويمكن أن يتواجد قزحي الألوان؛ بمعنى أنه يعكس ألوان كألوان قوس قزح عند سقوط الضوء عليه
النحاس
- النحاس يتميز عن غيره من المعادن بأنّه لا يتواجد باللون الفضيّ أو الرماديّ عند وجوده في الطبيعة كباقي المعادن، ويمتاز عنصر النحاس بالكثير من الخصائص؛ وأهمها قدرته الكبيرة في توصيل الحرارة والتوصيل الكهربي.
- بالإضافة إلى أن النحاس معدن لين وقابل للطرق فيسهل تشكيله بدون أن يكسر، مما يجعل منه من المعادن الرئيسية التي استفاد منها الإنسان منذ قديم الأزل.
- فهو يعتبر من أوائل المعادن التي تم استخراجها واكتشافها، ولازال له دور هائل بتطور المجتمعات.
شاهد أيضًا: نتيجة خلط النحاس مع القصدير
خصائص النحاس
الخصائص الكيميائية
ومن الخصائص الكيميائية المهمة التي يتميز بها عنصر النحاس ورمزه الكيميائي Cu، أن العدد الذري للعنصر هو 29، ووزنه الذري 63.55، وأيضاً الخصائص الكيميائية التالية:
- يقع النحاس في المجموعة 11 بالجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
- يقع النحاس في الدورة 4 بالجدول الدوري للعناصر.
- التوزيع الإلكتروني: (Ar) 4s1 3d10
- يتم تصنيف ذلك العنصر على أنه معدن انتقالي.
- يوجد لذلك العنصر 28 نظيراً.
بناءً على خصائصه الكيميائية فإن النحاس يفقد إلكترونات عند تفاعله مع الماء أو الهواء ويعرف ذلك التفاعل باسم تفاعل الأكسدة.
وينتج عن التفاعل أكسيد النحاس، فيتغير لونه الأصلي ليكون أخضر باهت، أما بغياب الهواء عن النحاس فإنه لا يتأثر بأية نوع من الأحماض غير المركبة المخففة أو الأحماض غير المؤكسدة.
في حالة كان هناك نحاس في الهواء فإنه يتفاعل بسهولة في حمض الكبريتيك وحمض النيتريك مما يسبب في ذوبانه، كما أنه يذوب في كلاً من محلول الأمونيا المائي وسيانيد البوتاسيوم في حالة وجود الأكسجين.
أما إذا تفاعل النحاس مع الأكسجين بوجود الحرارة فسينتج عن ذلك أكسيد النحاس الثنائي Cu O.
وفي حالة كانت درجة الحرارة كبيرة فسينتج أكسيد النحاس الأحادي Cu2O، وإذا تفاعل النحاس مع الكبريت بوجود حرارة يصبح الناتج كبريتيد النحاس Cu2S.
الخصائص الفيزيائية للنحاس
من أهم الخصائص الفيزيائية التي تميز النحاس 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 السالبية الكهربائية: 1.90.
- طاقة التأين الأولى: 745.0 كيلو جول/مول.
- حالات الأكسدة: 2.1.
- البنية البلورية: مكعب مركزي الوجه.
- الحالة في درجة حرارة الغرفة: الصلبة.
استخراج النحاس ومعالجته
- تبدأ خطوات تعدين النحاس بتحديد مكانه، فقد يتواجد بالقرب من سطح الأرض أو في أعماقها، ففي حال وجوده بالقرب من سطح الأرض فإن طريقة التعدين السطحي هي الأنسب لاستخراجه بكميات كبيرة.
- بحيث تقوم آليات كبيرة بعمل حفر وتفجير الخام، ثم يتم نقل الخامات المكسورة الناتجة عن التفجير لمصانع خاصة.
- أمّا في حال استخراج النحاس من أعماق الأرض، فيتم وضع قضبان عملاقة بصورة عمودية لأكثر من كيلومتر تحت الأرض، وهذا لصنع نفق لتمرير المواد الخام عن طريقها.
- ثم يتم نقلها للمصانع الخاصة ليتم معالجتها والاستفادة منها، أو قد يتم تفجير باطن الأرض ثم يتم نقل المواد الخام مكسرة لسطح الأرض.
عند الحصول على الخام فإنه يتم استخراج النحاس منه بثلاث خطوات رئيسية، وهي كالتالي:
- معالجة المعادن: في تلك الخطوة يتم فصل النحاس من خلال إزالة المواد الأخرى الموجودة، مثل: السيليكا، الحجر الجيري، والبيريت وهنا يجب أن يحتوي الخام على 20% إلى 30% من النحاس.
- الصهر والترشيح: وفي تلك الخطوة يتم إزالة نسبة عالية من الشوائب المختلفة الغير مرغوب بها كالحديد.
- التكرير: وفي تلك الخطوة يتم إزالة ما بقي من شوائب وعناصر غير مرغوب بها، وبالنهاية يتم إنتاج النحاس بشكل نقي جداً يصل إلى 99.99%
معلومات عامة عن النحاس
من المعلومات الأخرى المرتبطة بهذا العنصر ما يلي:
- يتكون معظم تمثال الحرية من النحاس، حيث يحتوي على مقدار 28122.73 كيلو جرام من النحاس، ونتيجة تعرضه للأكسجين في الهواء الجوي وتفاعله معه لأكثر من 20 سنة فقد تحول لونه إلى الأخضر الباهت بسبب صدأ النحاس أو الباتينا.
- تم استخراج النحاس النقي تماماً في الولايات المتحدة من بحيرة سوبيريور سنة 4000 ق.م، وقد استخدم في صنع الأسلحة والأدوات المتنوعة.
- كلمة نحاس (Copper) اشتقت من العبارة اللاتينية (Cyprium aes) ومعناها معدناً من قبرص، وهذا لأن أغلبية كميات النحاس التي كانت تستخرج كانت من قبرص في هذا الوقت، وذلك وفقًا للمؤرخ الهولندي بيتر فإن دير.
- الصخور البركانية النارية تحتوي على ما يقرب من ثلثي النحاس بالكرة الأرضية، أما تحتوي الصخور الرسوبية على حوالي الربع، وهذا وفقاً لوكالة المسح الجيولوجي الأمريكية.
- جبال الأنديز تحتوي على نسبة عالية جداً من النحاس، حيث تم استخراج النحاس منها بنسبة 45% من النحاس الموجود بالعالم سنة 2007م.
- يتوافر النحاس في كافة بلدان العالم.
شاهد أيضًا: كيفية تلميع النحاس في المنزل
أنواع النحاس
وهناك ثلاث أنواع من النحاس، وهي كالتالي:
- النحاس عالي الموصلية: ويتميز ذلك النوع بقدرته العالية في التوصيل الكهربي سواء بحال السخونة أو البرودة.
- وبالتالي يصلح للاستخدام في التطبيقات الكهربية، والكابلات والأسلاك، إضافةً إلى هذا فهو يتميز بمرونة كبيرة مما يسهل في تشكيله على شكل أسلاك رفيعة.
- ومن أشهر أنواع النحاس هو نحاس (ETP) كما هو معلوم بأميركا الشمالية، أو النحاس الكهربي (electro) كما هو معلوم في غيره من البلدان، إذ يصل موصليته من 100% إلى 101.5% وهذا حسب معيار صلابة النحاس الدولية.
- النحاس المختزل: في ذلك النوع يتم انتزاع الأكسجين من النحاس.
- من خلال إضافة نسبة من الفسفور المنصهر له.
- أو إضافة البورون في حال السبائك.
- فينتج مادة قوية صلبة تقاوم التآكل في حال ملامسة الهيدروجين لها.
- وبالتالي فهي مناسبة للعديد من الاستعمالات.
- كأنظمة التدفئة المركزية، وإمدادات الغاز والمياه المنزلية.
بالإضافة لاستخدامه في تشييد المباني وورق التسقيف.
كما توسع استخداماته في المباني في الوقت الحالي لتتضمن الكسوة الخارجية، وألواح الجدران، وغيره.
- سبائك النحاس: هي سبائك غير حديدية أي أنها لا تحتوي على حديد.
- فقد يتشكل فيها النحاس مع مجموعة كبيرة من المعادن الأخرى.
- كالزنك، والنيكل، والقصدير، والألومنيوم، ويتم الحصول على سبائك مختلفة.
مزايا النحاس وعيوبه
- إن الموصلية الكهربية الكبيرة لمعدن النحاس والذي يأتي في المرتبة الثانية يلي الفضة.
- بقائمة المعادن الأكثر موصلية، ووفرته بالطبيعة.ز
- وأيضاً انخفاض تكلفته، وبالإضافة إلى كونه معدن يحمل خصائص مضادة للميكروبات.
- وهو الأمر الذي يعمل على التقليل من العبء الجرثومي للأجسام، والأسطح.
- كل هذا يعتبر من المزايا التي رشحته ليكون معدناً مستخدماً في العديد من شؤون الحياة اليومية.
- إلا أن العيوب الموجودة بمعدن النحاس هو أكسدته التي تتسبب في تحويل لونه إلى الأخضر.
- عندما يتعرض للهواء أو المياه مما يؤثر على جودة مظهر النحاس.
شاهد أيضًا: درجة انصهار النحاس الاحمر
