النحاس:حقائق عن المعدن المحمر الذي استخدمه البشر منذ 8000 عام

• الوصف الكيميائي
• التاريخ
• حقائق
• البحث الحالي
• مزيد من القراءة
• قائمة المراجع

كان النحاس المحمر اللامع أول معدن يتلاعب به البشر ، ولا يزال معدنًا مهمًا في الصناعة اليوم.

أقدم قطعة معدنية وجدت في الشرق الأوسط تتكون من النحاس. كانت عبارة عن خرام صغير يعود تاريخه إلى 5100 قبل الميلاد. و الولايات المتحدة بنس كان مصنوعًا في الأصل من النحاس النقي (على الرغم من أنه في الوقت الحاضر 97.5٪ زنك بقشرة نحاسية رقيقة).

يحتل النحاس المرتبة الثالثة بين أكثر المعادن الصناعية استهلاكًا في العالم ، بعد الحديد و الألومنيوم ، وفقًا لـ الولايات المتحدة المسح الجيولوجي (يفتح في علامة تبويب جديدة) (USGS). يستخدم حوالي ثلاثة أرباع هذا النحاس في صناعة الأسلاك الكهربائية وكابلات الاتصالات السلكية واللاسلكية والإلكترونيات.

بصرف النظر عن الذهب ، النحاس هو المعدن الوحيد في الجدول الدوري الذي لا يكون لونه فضيًا أو رماديًا بشكل طبيعي.

الوصف الكيميائي للنحاس

• العدد الذري (عدد البروتونات في النواة):29
• الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر):Cu
• الوزن الذري (متوسط ​​كتلة الذرة ):63.55
• الكثافة:8.92 جرام لكل سنتيمتر مكعب
• الحالة في درجة حرارة الغرفة:صلبة
• نقطة الانصهار:1،984.32 درجة فهرنهايت (1،084.62 درجة مئوية)
• نقطة الغليان:5301 فهرنهايت (2927 درجة مئوية)
• عدد النظائر (ذرات من نفس العنصر بعدد مختلف من النيوترونات):35 ؛ 2 ـ مستقر
• أكثر النظائر شيوعًا:Cu-63 (تتوفر في الطبيعة بنسبة 69.15٪) و Cu-65 (متوفر في الطبيعة بنسبة 30.85٪)

تاريخ النحاس

يوجد معظم النحاس في الخامات ويجب صهره أو استخراجه من خامه للنقاء قبل استخدامه. ولكن يمكن للتفاعلات الكيميائية الطبيعية أحيانًا إطلاق النحاس الأصلي ، وفقًا لموقع قاعدة بيانات الكيمياء ، Chemicool (يفتح في علامة تبويب جديدة).

كان البشر يصنعون الأشياء من النحاس لما لا يقل عن 8000 عام واكتشفوا كيفية صهر المعدن بحوالي 4500 قبل الميلاد. كانت القفزة التكنولوجية التالية هي إنشاء سبائك نحاسية عن طريق إضافة القصدير إلى النحاس ، مما أدى إلى خلق معدن أقوى من أجزائه الفردية:البرونز. بدأ التطور التكنولوجي في العصر البرونزي ، وهي فترة تغطي حوالي 3300 إلى 1200 قبل الميلاد ، وتتميز باستخدام الأدوات والأسلحة البرونزية ، وفقًا لـ The History Channel (يفتح في علامة تبويب جديدة).

يتم رش القطع الأثرية النحاسية في جميع أنحاء السجل التاريخي. المخرز الصغير ، أو الأداة المدببة التي يعود تاريخها إلى 5100 قبل الميلاد. دفنت مع امرأة في منتصف العمر في قرية قديمة في إسرائيل. يمثل المخرز أقدم جسم معدني وجدت في الشرق الأوسط. ربما جاء النحاس من منطقة القوقاز ، الواقعة في المنطقة الجبلية التي تغطي جنوب شرق روسيا وأرمينيا وأذربيجان وجورجيا على بعد أكثر من 600 ميل (1000 كيلومتر) ، وفقًا لمقال نشر عام 2014 في PLOS ONE (يفتح في علامة تبويب جديدة). في مصر القديمة ، استخدم الناس سبائك النحاس لصنع المجوهرات ، بما في ذلك خواتم إصبع القدم. وجد الباحثون أيضًا مناجم نحاس ضخمة من القرن العاشر قبل الميلاد. في اسرائيل. قد يكون النحاس الملوث الأول التي أطلقها البشر على البيئة ، منذ حوالي 7000 عام.

حوالي ثلثي النحاس الموجود على الأرض يوجد في الصخور النارية (البركانية) ، ويوجد حوالي ربعها في الصخور الرسوبية ، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. المعدن مرن وقابل للطرق ، ويوصل الحرارة والكهرباء بشكل جيد - أسباب استخدام النحاس على نطاق واسع في الإلكترونيات والأسلاك.

النحاس يتحول إلى اللون الأخضر بسبب تفاعل الأكسدة. أي أنه يفقد الإلكترونات عندما يتعرض للماء والهواء. تفاعل الأكسدة هذا هو السبب في أن تمثال الحرية المطلي بالنحاس هو اللون الأخضر بدلاً من الأحمر البرتقالي. وفقًا لـ جمعية تنمية النحاس (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، طبقة مصنعة من أكسيد النحاس فقط 0.005 بوصة (0.127 ملم) سميكة معاطف ليدي ليبرتي ، ويزن الغطاء حوالي 80 طنًا (73 طنًا متريًا). حدث التغيير من اللون النحاسي إلى اللون الأخضر تدريجيًا واكتمل بحلول عام 1920 ، بعد 34 عامًا من تكريس التمثال وكشف النقاب عنه ، وفقًا لـ New York Historical Society (يفتح في علامة تبويب جديدة).

حقائق سريعة عن النحاس

فيما يلي بعض الحقائق المثيرة للاهتمام حول النحاس:

• وفقًا لـ Peter van der Krog t (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، مؤرخ هولندي ، كلمة "نحاس" لها عدة جذور ، وكثير منها يأتي من الكلمة اللاتينية cuprum التي تم اشتقاقها من العبارة Cyprium aes ، وهو ما يعني "معدن من قبرص" ، حيث تم تعدين قدر كبير من النحاس المستخدم في ذلك الوقت في قبرص.
• إذا تم وضع كل الأسلاك النحاسية في سيارة عادية ، فستمتد 0.9 ميل (1.5 كم) ، وفقًا لـ USGS (يفتح في علامة تبويب جديدة).
• الموصلية الكهربائية (مدى سهولة تدفق التيار عبر المعدن) للنحاس تأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة ، وفقًا لـ مختبر جيفرسون .
• كانت البنسات مصنوعة من النحاس النقي فقط من عام 1783 إلى عام 1837. من عام 1837 إلى 1857 صُنع بنس من البرونز (95٪ نحاس ، والباقي 5٪ مصنوع من القصدير والزنك). في عام 1857 ، انخفضت كمية النحاس في البنسات إلى 88٪ (كانت نسبة الـ 12٪ المتبقية عبارة عن نيكل). في عام 1864 ، عادت الوصفة إلى وصفتها السابقة. في عام 1962 ، تغير محتوى البنس إلى 95٪ نحاس و 5٪ زنك. من عام 1982 حتى اليوم ، تتكون البنسات من 97.5٪ زنك و 2.5٪ نحاس.
• يحتاج الناس إلى النحاس في وجباتهم الغذائية. هذا المعدن هو معدن أساسي مهم لتكوين خلايا الدم الحمراء ، وفقًا لـ الولايات المتحدة. المكتبة الوطنية للطب (يفتح في علامة تبويب جديدة). لحسن الحظ ، يمكن العثور على النحاس في مجموعة متنوعة من الأطعمة ، بما في ذلك الحبوب والفاصوليا والبطاطس والخضروات الورقية.
• الكثير من النحاس (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، مع ذلك ، يعد أمرًا سيئًا. يمكن أن يتسبب تناول مستويات عالية من المعدن في حدوث ألم في البطن وقيء ويرقان (بقعة صفراء على الجلد وبياض العين قد تشير إلى أن الكبد لا يعمل بشكل صحيح) على المدى القصير. قد يؤدي التعرض الطويل الأمد إلى ظهور أعراض مثل فقر الدم والتشنجات والإسهال الذي غالبًا ما يكون دمويًا وقد يتحول إلى اللون الأزرق.
• في بعض الأحيان ، توجد مستويات متزايدة من النحاس في إمدادات المياه بسبب الأنابيب النحاسية القديمة. على سبيل المثال ، في أغسطس 2018 ، نظام المدارس العامة في ديترويت (يفتح في علامة تبويب جديدة) أوقف تشغيل جميع مياه الشرب في المدارس العامة كإجراء احترازي بسبب المستويات العالية من النحاس والحديد الموجودة في المياه ، وفقًا لـ Seattle Times (يفتح في علامة تبويب جديدة).
• للنحاس خصائص مضادة للميكروبات و يقتل البكتيريا والفيروسات والخمائر (يفتح في علامة تبويب جديدة) عند الاتصال ، وفقًا لورقة بحثية نُشرت في عام 2011 في مجلة Applied and Environmental Microbiology. نتيجة لذلك ، يمكن نسج النحاس في الأقمشة لصنع ملابس مقاومة للميكروبات ، مثل الجوارب التي تقاوم فطريات القدم .
• يُدرج النحاس أيضًا في أنواع معينة من الأجهزة الرحمية (IUDs) المستخدمة لتحديد النسل ، وفقًا لـ Mayo Clinic (يفتح في علامة تبويب جديدة). تخلق الأسلاك النحاسية تفاعلًا التهابيًا يكون سامًا لكل من الحيوانات المنوية والبويضات ، وذلك لمنع الحمل. هناك خطر حدوث آثار جانبية مع أي إجراء طبي. (لا يبدو أن سمية النحاس واحدة ، وفقًا لمقال نُشر عام 2017 في Medical Science Monitor (يفتح في علامة تبويب جديدة) ) .

البحث الحالي

جعلت خصائص النحاس المضادة للميكروبات منه معدنًا شائعًا في المجال الطبي. جربت العديد من المستشفيات تغطية الأسطح التي يتم لمسها بشكل متكرر ، مثل قضبان السرير وأزرار الاتصال ، بالنحاس أو سبائك النحاس في محاولة لإبطاء انتشار العدوى المكتسبة من المستشفيات. قالت كاساندرا سالغادو ، أستاذة الأمراض المعدية وعالمة الأوبئة في جامعة كارولينا الجنوبية الطبية ، إن النحاس يقتل الميكروبات عن طريق التدخل في الشحنة الكهربائية لأغشية خلايا الكائنات الحية.

في عام 2013 ، قام فريق من الباحثين بقيادة Salgado باختبار الأسطح في وحدات العناية المركزة (ICUs) في ثلاثة مستشفيات ، حيث قارنوا الغرف المعدلة بأسطح نحاسية متصلة بستة أشياء شائعة تتعرض للعديد من الأيدي إلى غرف غير معدلة بالنحاس. اكتشف العلماء أنه في غرف المستشفى التقليدية (تلك التي لا تحتوي على أسطح نحاسية) ، أصيب 12.3٪ من المرضى بعدوى مقاومة للمضادات الحيوية مثل المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) و المكورات المعوية المقاومة للفانكومايسين (VRE). بالمقارنة ، في الغرف المعدلة بالنحاس ، أصيب 7.1 ٪ فقط من المرضى بواحدة من هذه العدوى التي يحتمل أن تكون مدمرة.

قال سالغادو لـ Live Science:"نحن نعلم أنك إذا وضعت النحاس في غرفة المريض ، فسوف تقلل العبء الميكروبي". "أعتقد أن هذا شيء تم عرضه مرارًا وتكرارًا. كانت دراستنا أول من أثبت أنه يمكن أن يكون هناك فائدة سريرية لذلك."

لم يغير الباحثون أي شيء آخر فيما يتعلق بظروف العناية المركزة بخلاف النحاس ؛ لا يزال الأطباء والممرضات يغسلون أيديهم ، واستمر التنظيف كالمعتاد. نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في عام 2013 في مجلة مكافحة العدوى وعلم الأوبئة في المستشفيات (يفتح في علامة تبويب جديدة). اختبرت سالغادو وفريقها أيضًا البطانة النحاسية على سماعة الطبيب ، وفقًا لمقال نُشر عام 2017 في American Journal of Infection Control (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، حيث وجد الباحثون أن هناك عددًا أقل بكثير من البكتيريا على السماعات المطلية بالنحاس. في الواقع ، كانت 66٪ من السماعات خالية تمامًا من البكتيريا. يستمر البحث الإضافي لاختبار فكرة طلاء النحاس في الأجنحة الطبية الأخرى ، لا سيما في المناطق التي يكون فيها المرضى أكثر قدرة على الحركة مقارنة بوحدة العناية المركزة. قال سالداجو إن هناك أيضًا حاجة إلى تحليل التكلفة والعائد يوازن بين تكلفة تركيب النحاس مقابل المدخرات المكتسبة من خلال منع العدوى المكلفة.

في عام 2020 ، وجدت تجربة معشاة ذات شواهد مزدوجة التعمية أن تضميد جروح العملية القيصرية بضمادات غنية بالنحاس يمكن أن يقلل من خطر الإصابة بالعدوى داخل تجويف البطن بنسبة 80٪ مقارنة بالضمادات التقليدية. تم نشر النتائج في European Journal of Obstetrics، Gynecology، and Reproduction Biology (يفتح في علامة تبويب جديدة).

يلعب النحاس أيضًا دورًا كبيرًا في الإلكترونيات ، وبسبب وفرته وسعره المنخفض ، يعمل الباحثون على دمج المعدن في عدد متزايد من الأجهزة المتطورة.

في الواقع ، قد يساعد النحاس في إنتاج الورق الإلكتروني المستقبلي ، وأجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء وغيرها من الإلكترونيات "اللينة" ، كما قال وينلونج تشينج ، أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة موناش في أستراليا. استخدم تشينج وزملاؤه أسلاكًا نحاسية متناهية الصغر لإنشاء "كتلة هوائية متراصة" ، وهي مادة شديدة المسامية وخفيفة جدًا وقوية بما يكفي لتقف بمفردها ، على غرار إسفنجة المطبخ الجافة. في الماضي ، كانت هذه الأحجار المتراصة مصنوعة من الذهب أو الفضة ، لكن النحاس يعد خيارًا أكثر اقتصادا.

من خلال مزج الأسلاك النحاسية بكميات صغيرة من كحول البولي ينيل ، ابتكر الباحثون أحجارًا متجانسة هوائية يمكن أن تتحول إلى نوع من المطاط القابل للتقطيع والتشكيل الذي يوصل الكهرباء. أبلغ الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في عام 2014 في مجلة ACS Nano (يفتح في علامة تبويب جديدة). قد تكون النتيجة النهائية روبوتًا رقيقًا ، أو مستشعرًا طبيًا يندمج تمامًا مع الجلد المنحني ، كما قال تشينج لـ Live Science. يعمل هو وفريقه حاليًا على إنشاء مستشعرات لضغط الدم ودرجة حرارة الجسم من مادة الهلام النحاسية المتجانسة - وهي طريقة أخرى يمكن أن يساعد بها النحاس في مراقبة صحة الإنسان.

قام الفيزيائيون أيضًا بتجربة النحاس. في تجربة عام 2014 ، أصبحت قطعة من النحاس أبرد متر مكعب (35.3 قدمًا مكعبًا) على الأرض عندما قام الباحثون بتبريدها إلى 6 مللي كلفن ، أو ستة آلاف من الدرجة فوق الصفر المطلق (0 كلفن). هذه هي أقرب مادة من هذه الكتلة والحجم إلى الصفر المطلق .

وضع الباحثون في المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء النووية وزن 880 رطل. (400 كيلوجرام) مكعب نحاسي داخل وعاء يسمى ناظم البرد مصمم خصيصًا للحفاظ على العناصر شديدة البرودة. هذا هو أول جهاز ناظم لحفظ الأشياء في درجات حرارة منخفضة ، وهو قادر على إبقاء المواد قريبة جدًا من الصفر المطلق. كانت تجربة النحاس الجليدي جزءًا من مشروع بحثي للتحقيق في الجسيمات دون الذرية المسماة بالنيوترينوات ولماذا توجد مادة أكثر بكثير من المادة المضادة في الكون.

النحاس هو أيضا موضع اهتمام علماء الزراعة. باحثون في جامعة كورنيل (يفتح في علامة تبويب جديدة) تم دراسة آثار نقص النحاس في المحاصيل ، وخاصة القمح. يعد القمح أحد أهم المواد الغذائية الأساسية في العالم ، ويمكن أن يؤدي نقص النحاس إلى انخفاض غلة المحاصيل وانخفاض خصوبة المحاصيل.

عكف الباحثون على دراسة كيفية امتصاص النباتات للنحاس ومعالجتها. لقد وجدوا بروتينين داخل القمح ، AtCITF1 و AtSPL7 ، ضروريان لامتصاص وتسليم النحاس إلى الأعضاء التناسلية للقمح ، وفقًا لـ الولايات المتحدة. وزارة الزراعة (يفتح في علامة تبويب جديدة).

أظهرت الاختبارات المبكرة أنه عندما يتم إثراء النحاس والمغذيات الأخرى في التربة ثم يمتصها القمح ، تزداد غلة المحاصيل بنسبة تصل إلى سبعة أضعاف. بينما من المعروف أن المعرفة بالنحاس والمعادن الأخرى مفيدة لصحة المحاصيل وخصوبتها ، فإن كيف ولماذا الحقيقة غير مفهومة جيدًا. يمكن استخدام معرفة سبب فائدة النحاس وكيف يعمل ضمن نمو وتكاثر النبات في محاصيل مثل الأرز والشعير والشوفان ، ويمكن إدخال هذه المحاصيل بأسمدة غنية بالمعادن ، والتي تشمل النحاس ، إلى التربة التي كان غير مناسب للزراعة.

تم تحديث هذه المقالة في 9 مارس 2022 بواسطة ستيفاني باباس المساهمة في Live Science. تقرير إضافي بقلم راشيل روس المساهمة في Live Science.

مزيد من القراءة

• جمعية السرطان الأمريكية (يفتح في علامة تبويب جديدة) يفحص البحث حول النحاس ويدعي أنه قد يكون له دور في الوقاية من السرطان أو علاجه.
• وكالة حماية البيئة (يفتح في علامة تبويب جديدة) يوفر معلومات حول التعرض لمستويات عالية من النحاس وتأثيرات تآكل النحاس في الأنابيب المنزلية.
• منشأة Thomas Jefferson National Accelerator ( Jefferson Lab (يفتح في علامة تبويب جديدة)) يستكشف تاريخ النحاس واستخداماته.

ببليوغرافيا

" النحاس:معلومات العنصر وخصائصه واستخداماته. (يفتح في علامة تبويب جديدة) "الجمعية الملكية للكيمياء. تم الوصول إليه في 9 مارس 2022.

" الفوائد الصحية ومخاطر النحاس. (يفتح في علامة تبويب جديدة) "MedicalNewsToday. تم التحديث في أكتوبر 2017.

" نحاس (يفتح في علامة تبويب جديدة). "المكتبة الوطنية للطب. تم الوصول إليها في 9 مارس 2022.