النحاس

نحاس

Copper - Cuivre

النحاس

النحاس copper معدن ذو لون أصفر ضارب إلى الحمرة، رمزه الكيمياوي Cu، وهو يقع في الفصيلة IB (أو الفصيلة 11) في الجدول الدوري. وتشمل هذه الفصيلة معدني الفضة[ر] والذهب[ر] إضافة إلى النحاس[ر: الجدول الدوري]؛ تحوي ذرته في طبقتها الإلكترونية الخارجية إلكتروناً S واحداً مع إشباع المدارات d في الطبقة الداخلية، فيكون أحادي التكافؤ، مثل عناصر الفصيلة IA إلا أن إلكتروناً من الطبقة d ما قبل الأخيرة يصبح إلكترون تكافؤ لتقارب سويات طاقة الإلكترونات d والإلكترونات الخارجية S، فيأخذ النحاس إضافة إلى درجة الأكسدة +1 درجة الأكسدة +2 وهي درجة الأكسدة الأثبت، وتصبح عندئذ الطبقة الداخلية فيه غير مكتملة، ويدخل في عداد المعادن الانتقالية[ر: المعدن].

استُحصِل النحاس منذ عصور ما قبل التاريخ، ومن المحتمل أن يكون من بين أول العناصر التي استخدمها الإنسان، ويعود ذلك لعدّة أسباب:

ـ وجوده حراً ونقياً في الطبيعة.

ـ الألوان البراقة والمميزة لفلزات النحاس التي لا يمكن تجاهلها، ويسهل تعرّفها.

ـ سهولة إرجاع فلزاته إلى معدن النحاس.

ـ وجوده في بقاع كثيرة من الأرض.

ـ ليّن يمكن بسهولة تشكيله لأغراض منزلية أو لصناعة الحلي.

ـ استعمل الإنسان القديم البرونز bronze وهو سبيكة (خليطة) قصدير ونحاس.

جاء العصر البرونزي بعد العصر الحجري. واستخدم المصريون القدماء مركّبات النحاس لتلوين الزجاج منذ 15000 عام قبل الميلاد، ومن المعتقد أنهم أول من استخلص النحاس منذ خمسة آلاف سنة على الأقل. فقد وجد بالتحليل أن الآنية القديمة التي صنعوها كانت من النحاس الخالص، وليس من سبائكه. وفي عام 400 ق.م انتقلت هذه المعلومات إلى أوربا وخاصة في منطقة سوانزي جنوب مقاطعة ويلز بالمملكة المتحدة.

وجوده في الطبيعة واستحصاله

يعدّ النحاس من المعادن متوسطة الانتشار في الطبيعة إذ لا تتجاوز نسبته في القشرة الأرضية 0.012% وزناً. ولخموله الكيمياوي يصادف في الطبيعة أحياناً بالحالة الحرة، ويصادف بصورة رئيسية على شكل مركّبات كبريتية، مثل CuS والشالكوسيت Cu₂S والشالكوبريت CuFeS₂ ومركّبات أكسجينية، مثل الكوبريت Cu₂O وCuO والمالاكيت CuCO₃Cu(OH)₂، وCuSiO₃.2H₂O، وCu₄(OH)₆SO₄. ويحصل على النحاس من مركّباته الأكسجينية بإرجاعه بالكربون. ولاستحصاله من مركّباته الحديدية الكبريتيه تحرق هذه المركّبات جزئياً، فيتأكسد الحديد بتمامه متحولاً إلى FeO ويفصل بشكل سيليكات الحديد بتفاعله مع أكسيد السيليكون SiO₂، ويتحول جزء من Cu₂S إلى Cu₂O الذي يتفاعل مع Cu₂S المتبقّي، فينفصل النحاس، وينطلق غاز ثنائي أكسيد الكبريت:

تبلغ نقاوة النحاس المحضر بهذه الطريقة 98%، وللحصول عليه نقياً جداً تستخدم إحدى الطريقتين الآتيتين:

1- الأكسدة بالهواء الساخن: تتم أكسدة جزء من النحاس (بنقاوة 98%) بأكسجين الهواء متحولاً إلى Cu₂O الذي ينحل في النحاس المصهور الذي لم يتأكسد بعد. يتخلى Cu₂O عن أكسجينه في هذا المزيج للمعادن المرافقة للنحاس على شكل شوائب سهلة الأكسدة، ويختزل ما تبقى من الأكسيد Cu₂O بالفحم. تبلغ نقاوة النحاس الناتج بهذه الطريقة 99.5%.

2- التحليل الكهربائي: تجري هذه العملية في خلية كهربائية[ر: التحليل الكهركيمياوي] يكون فيها الأنود من النحاس المشوب (98%)؛ والكاتود من النحاس النقي. يغمس الإلكترودان في محلول حمضي (مثل H₂SO₄) لكبريتات النحاس CuSO₄، فينتقل النحاس في أثناء هذه العملية من الأنود إلى الكاتود. أما الشوائب فمنها ما يبقى عالقاً بالأنود (خاصة الحديد)، ومنها ما يترسب على شكل كبريتات عديمة الانحلال. تبلغ نقاوة النحاس المحضّر بهذه الطريقة 99.99%.

خواصه الفيزيائية واستعمالاته

النحاس معدن ذو لون أصفر، عدده الذري 29، وزنه الذري 63.54، درجة انصهاره 1083.4 ْ، ودرجة غليانه 2595 ْس، القساوة (للألماس = 10) تساوي 3.0، نصف قطر ذرته 1.28 أنغستروم، المقاومة الحجمية الكهربائية (أي مقاومة مكعب من النحاس طول ضلعه 1سم) هي 1.6730 × 10^-6 أوم. سم عند درجة حرارة 20 ْس، وتزداد مقاومة النحاس بارتفاع درجة الحرارة. له نظيران موجودان في الطبيعة هما ⁶³Cu (نواته تحوي 29 بروتوناً و34 نتروناً)، و⁶⁵Cu (نواته تحوي 29 بروتوناً و36 نتروناً). وله تسعة نظائر مشعة لها الأعداد الكتلية : 58، 59، 60، 61، 62، 64، 66، 67، 68.

كمون نصف التفاعل (Cu²⁺/Cu) يساوي 0.34 فولت؛ أي إنه يقع فوق الهدروجين بالترتيب الكهرحركي.

وللحرارة. ويبيّن الجدول (1) الناقلية الكهربائية والحرارية النسبية لعدد من المعادن النقية مقارنة بالنحاس عند درجة الحرارة20 ْس.

وتقلّل الشوائب الموجودة في معدن النحاس كثيراً من ناقليته الكهربائية. والكبريت أشد العناصر ضرراً بالنحاس. وفي الواقع اشتق اسم الكبريت من الكلمة اليونانية Sulvari؛ ومعناها «عدو النحاس».

للنحاس النقي استعمالات كثيرة لما يتميّزبه من ناقلية عالية للحرارة والكهرباء، ومقاومته للتآكل، وقابليته للسحب والطرق، وألوانه الجميلة، ويمكن التحكم بخواصه بالتلدين، وتوصيله ولحامه سهلان. ويستعمل النحاس وبعض مركّباته في تفاعلات الوساطة خاصة تفاعلات الأكسدة. وتدخل بعض مركّباته في تركيب كثير من الأصبغة المعدنية ومبيدات الحشرات والآفات الزراعية. ويأتي النحاس بعد الحديد والألمنيوم في الأهمية الصناعية.

يستعمل منه في التطبيقات الكهربائية 55% من الناتج الكلي و15% في البناء، و12% في صناعة السيارات و9% في صنع «المكنات» والمعدات الصناعية. وتستعمل سبائكه في مختلف الصناعات والانشاءات الهندسية. يراوح عدد سبائكه ما بين 150 و200. وهي ذات استعمالات واسعة، منها البرونز (90% نحاس + 10% قصدير)، والشبه (النحاس الأصفر) brass  ت(60% نحاس +40% زنك)، والمنغانين (85% نحاس +12% منغنيز+3% نيكل)، والكونستانتان (59% نحاس +40% نيكل +1% منغنيز).

خواصه الكيمياوية

للنحاس البنية الإلكترونية: s1s²s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d^10d؛ أي إنه يحوي إلكتروناً واحداً في المدار الخارجي s، مثل المعادن القلوية[ر: القلويات]. فالبوتاسيوم ذو العدد الذري 19 والذي يقع في الدور نفسه الذي يوجد به النحاس له البنية الإلكترونية s1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s^1s. لكن الفرق شاسع بين نشاط البوتاسيوم والنحاس؛ فالنحاس لا يستطيع إزاحة الهدروجين من الحموض، وهو لا يتأثر بأكسجين الهواء.

يتأكسد أيون النحاس الأحادي بسهولة إلى أيون نحاس +2. ويمكن تثبيت النحاس +1 بتكوين مركّبات قليلة الانحلال، مثل CuCl أو مركّبات معقدة[ر: المعقّد] مثل NaCuCl₂.

أيون النحاس Cu²⁺ اللامائي لا لون له، ولكن الأيون المميّه أزرق. يترسب Cu(OH)₂ بإضافة هدروكسيد الأمونيوم NH₄OH إلى محلول Cu²⁺، ويعود هذا الراسب فينحل لتشكل معقد نشادري:

لا ينحل هدروكسيد النحاس بزيادة من أساس قوي لأنه ليس أمفوتيرياً (مذبذباً).

أهم أملاح النحاس كبريتات النحاس خماسية الماء CuSO₄.5H₂O التي تسمى الزاج الأزرق، وبتسخينها عند الدرجة 100 ْس تتحول إلى CuSO₄.H₂O ويخسر ماءه جميعه عند الدرجة 250 ْس. وهي تستعمل كثيراً مبيداً للحشرات والفطور لأن أيون النحاس سام لهذه الأحياء.

هيام بيرقدار

الذهب ـ الفضة ـ المعدن.

ـ موفق شخاشيرو، الكيمياء العامة واللاعضوية (المطبعة الجديدة، دمشق 1981-1982).

ـ محمد عز الدهشان، الفلزات غير الحديدية وسبائكها (جامعة الملك سعود، النشر العلمي والمطابع، الرياض، المملكة العربية السعودية 1418هـ/1990م).

- F.A.COTTON et al, Advanced Inorganic Chemistry 6th edition (John Wiley &Sons 1999).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد العشرون

رقم الصفحة ضمن المجلد : 498

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية