النحاس Copper – الخواص الفيزيائية والكيميائية للنحاس

ما هو عنصر النحاس Copper؟

– النحاس Copper عنصر من عناصر الجدول الدوري: العدد الذري = 29 ، العدد الكتلي = 63

– يرمز لعنصر النحاس له بالرمز: ⁶³Cu₂₉

– التوزيع الإلكتروني له: Ar]₁₈ 4s¹ 3d¹⁰]

– النحاس عبارة عن فلز محمر اللون يتغير لونه وخصائصه عندما يتحد مع عناصر أخرى مشكلاً مركبات مختلفة.

– يتواجد في الطبيعة في عدة صور إما منفرداً أو متحداً على سبيل المثال أكاسيد النحـاس مادة لينة قابلة للطرق، تتفاعل كيميائياً أو فيزيائياً مع المصدر الخارجي (O₂) مكوناً الصدأ.

– كما يعد ناقلاً جيداً للكهرباء والحرارة.

– الجدول التالي يوضح الخواص العامة لعنصر النحاس كما يلي:

اكتشافه ووجوده في الطبيعة Discovery of Copper

– اكتشف في الشرق الأوسط منذ 3500 سنة قبل الميلاد.

– وفي سنة 3000 قبل الميلاد تم إضافة القصدير له للحصول على برونز أشد صلابة.

– اشتق اسمه من اللاتينية Cuprium، اسم جزيرة Chypre حيث وجد أول أثر لاستغلاله.

– يعتبر النحاس من المعادن المتوسطة الانتشار في الطبيعة، وهو يشكل 0,012% من وزن القشرة الأرضية.

– كما يوجد النحاس الطبيعي النقي بجانب البحيرات لكن أكثره يوجد في بعض المناجم.

– ومن أهم خاماته البيريت CuFeS₂ والتي تحتوي على 50% من النحـاس، والكالكوسيت Cu₂S والكوبريت Cu₂O_2.

طرق تحضير النحاس Preparation of Copper

– يحضر النحاس من أكاسيده باختزالها بواسطة الفحم.

– كما أنه يحضر بكمية أكبر من كبريتاته التي تحتوي على فلز الحديد.

– إذ يؤخذ حوالي 250 طناً تضاف السيليكا إلى النحـاس المركز، ثم تسخن في فرن تحت ضغط منخفض وبدرجة حرارة تصل إلى 1400م^o

– وعندما ينصهر FeS يتحول إلى الأكسيد بشكل أسرع من Cu₂S وهكذا.

– وبإضافة السليكا يتضوع بأسفلها كبريتيد النحـاس والحديد.

– يوضع السائل في محلول يحوي السليكا ويمرر تيار من الهواء خلال المخلوط فيعمل على تحويل المتبقي من FeS إلى FeO ثم إلى الفلز، بينما Cu₂S يتحول إلى Cu₂O ثم إلى فلز النحـاس وفق المعادلات الآتية كما يلي:

2FeS + 3O₂ → 2FeO + 2SO₂

2Cu₂S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2SO₂

– تتم تنقية النحاس بالطريقة الإلكترو كيميائية، ثم يفصل النحـاس من محلول التحليل الكهربائي المكون من CuSO₄ على هيئة شريحة نحـاس نقية وترسب الشوائب.

الخواص الكيميائية للنحاس Chemical properties of Copper

(1) التفاعل مع الأكسجين

– يتفاعل النحاس بالتسخين في جو من الأكسجين ويتشكل أكسيد النحـاس كما يلي:

2Cu + O₂ → 2CuO 

– لكن النحاس يميل إلى تكوين الأكسيد (Cu₂O) عند تسخينه إلى 1000م^o حسب التفاعل الأتي كما يلي:

4Cu + O₂ → 2Cu₂O 

(2) التفاعل مع الكبريت

– يتفاعل النحاس مع الكبريت ليشكل كبريتيد النحـاس حسب التفاعل الآتي كما يلي:

Cu + S → CuS 

– وعند التسخين يتشكل:

2Cu + S → Cu₂S 

(3) التفاعل مع الأحماض

– يتفاعل النحاس مع الأحماض المركزة مثل:  HNO₃, H₂SO₄ مع انطلاق غاز الهيدروجين كما بالمعادلة الآتية:

Cu + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂

– يتفاعل النحـاس كذلك مع حمض H₂SO₄ المخفف في وجود الأكسجين كما بالمعادلة الآتية:

2Cu + 2H₂SO₄  + 2O₂ → 2CuSO₄ + 2H₂O

(4) التفاعل مع الهالوجينات

– يتفاعل النحاس مع الهالوجينات فتتشكل مركبات الهاليدات حسب التفاعل العام كما بالمعادلة الآتية:

Cu + X₂ → CuX₂

استخدامات النحاس Uses of Copper

يعتبر النحـاس مصدر مهم في حد ذاته ولذلك تعددت استعمالاته كما يلي:

(1) صناعة الكهرباء

– يستخدم في الصناعة الكهربائية لأنه ليس باهظ الثمن مثل صناعة المولدات الكهربائية وكابلات توصيل الكهرباء.

– بما أنه شديد المقاومة للمحاليل الكيميائية والتوصيل الحراري والكهربائي استعمل في المباني والمنشآت الكيميائية وأنابيب التدفئة والمنازل.

(2) اللحام

– تستعمل في الآلات الموسيقية النحاسية مثل الأجهزة والأبواق التي يتم لحامها بالزنك والنحـاس.

– كما تستعمل أيضاً في صناعة المجوهرات والأسلحة وفي الحرف اليدوي.

(3) الغذاء

– وجد أن غذاء الإنسان العادي يحتوي ما بين (2-5) مجم من النحـاس يومياً.

– يستخدم في الاختبارات التحليلية لصناعة السكر.

(4) السبائك

– يخلط النحاس مع عدد كبير من المعادن الأخرى لإنتاج أكثر من 1000 سبيكة مختلفة لكل منها صفات صناعية تختلف باختلاف المعادن ومن أهم هذه السبائك كما يلي:

(أ) سبيكة البرونز

– وهي من أهم السبائك، تتميز بالشدة والصلابة والمقاومة العلية للاحتكاك والاحتفاظ بجودته لمدة طويلة.

– كما تستخدم في صناعة الأسلحة مثل السيوف والرماح

– وعندما يضاف إلى السبيكة نسبة من الرصاص تزيد أغراض استعماله.

(2) سبيكة النحاس والنيكل والزنك

– تستخدم كأساس لتغطية آنية الطعام مثل الطباق والملاعق والسكاكين بطبقة فضية اللون وفي طلاء المجوهرات.

(3) سبيكة البرونز والنحاس والألمنيوم

– تتميز هذه السبيكة بالمقاومة الشديدة للتفاعلات وتستخدم في المصافي ومعامل تكرير الملح.

تأثير النحاس على جسم الإنسان

– يدخل في تركيب الكثير من الإنزيمات، وبذلك يحافظ على نشاط وصحة القلب والعظام والأعصاب والدماغ والكريات الحمراء.

– يساعد على استخراج الطاقة من الطعام، وينتج مواد مشابهة للهرمونات تساعد على تنظيم ضغط الدم ونبضات القلب وعلى سرعة التئام الجروح.

– كما يساعد الجسم في مقاومة الأمراض المزمنة كالسرطان وأمراض الشيخوخة.

– عنصر ضروري يدخل في تكوين المفاصل والأعصاب وهو المسؤول عن حاسة التذوق.

– من المعروف أن الخلايا البيضاء تقاوم العدوى وبذلك إن نقص النحاس يعطل الخلايا البالغة في مقاومتها للمرض.

المراجع:

•  دراسة كيميائية تحليلية مفصلة لعناصر الجدول الدوري / الأستاذ الدكتور حسن بوزيّان أستاذ بقسم الكيمياء بالمدرسة العليا للأساتذة / الجزء الأول / أبريل 2017 / الجزائر.
• العناصر الانتقالية – كتاب الصف الثالث الثانوي – جمهورية مصر العربية 2021