Kuparihistoria, ominaisuudet, rakenne, käyttö, biologinen paperi

Hän kupari Se on siirtymämetalli, joka kuuluu jaksollisen taulukon ryhmään 11 ​​ja jota edustaa kemiallinen symboli Cu. Sille on ominaista ja erotettu olevan punaisen oranssi metalli, erittäin taipuisa ja muokattava, ja se on myös suuri sähkö- ja lämmön johdin.

Metallisessa muodossaan sitä löytyy primaarisena mineraalina basalttisissa kivissä. Samaan aikaan ruosteinen rikkiyhdisteissä (ne, joilla on suurin kaivostoiminnan hyödyntäminen), arseniuros, kloridit ja karbonaatit; eli laaja mineraaliluokka.

Herätyskello, joka on valmistettu kuparista. Lähde: Pixabay.

Sitä sisältävien mineraalien joukossa voidaan mainita kalkkosiite, kalkopyriitti, jyrkkä, kummitus, malakiitti ja taivaansininen. Kuparia esiintyy myös levätuhkalla, merikoralleilla ja niveljalkaisilla.

Tämän metallin runsaasti on 80 ppm maankuoressa ja keskimääräinen pitoisuus merivedessä 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. Luonnossa se esitetään kahtena luonnollisena isotooppina: ⁶³Cu, runsaasti 69,15 %ja ⁶⁵Cu, runsaasti 30,85%.

On todisteita siitä, että kuparia valettiin 8000: een. C. Ja seosta tinalla pronssin muodostamiseksi, vuonna 4000. C. Katsottaan, että vain meteorinen rauta ja kulta, ne edeltävät sitä ensimmäisinä metallina, joita ihminen käyttää. Siksi se on synonyymi arkaaiselle ja oranssille kirkkaudelle samanaikaisesti.

Kuparia käytetään pääasiassa kaapeleiden kehittämisessä sähkömoottoreissa sähkömoottoreissa. Tällaiset kaapelit, pienet tai suuret, muodostavat koneet tai teollisuuslaitteet ja jokapäiväisessä elämässä.

Kupari puuttuu elektroniseen kuljetusketjuun, joka mahdollistaa ATP -synteesin; Elävien olentojen pääenergiayhdiste. Se on ylioksididysmutaasin perustaja: entsyymi, joka hajoaa superoksidi -ioniin, erittäin myrkyllinen yhdiste eläville olentoille.

Lisäksi kupari noudattaa hemosyaniinia roolia hapen kuljetuksessa joissain arachnideissa, äyriäisissä ja nilviäisissä, mikä on samanlainen kuin raudan tekemä hemoglobiinissa.

Kaikista ihmisille hyödyllisistä toimista huolimatta, kupari, kun hän kerääntyy ihmiskehoon, kuten Wilsonin tauti voi aiheuttaa maksakirroosia, aivohäiriöitä ja silmävaurioita, muun muassa muutoksia, muun muassa muutoksia.

[TOC]

Historia

Kuparikausi

Alkuperäistä kuparia käytettiin esineiden kehittämiseen neoliittisen kiven korvikkeena, todennäköisesti vuosien 9000 - 8000 välillä. C. Kupari on yksi ensimmäisistä ihmisen käyttämistä metalleista, kun rauta on läsnä meteoriiteissa ja kullassa.

Kaivostoiminnan käytöstä kuparin saamisessa 5000 - on todisteita. C. Jo edellisen päivämäärän ajan kupariartikkeleita rakennettiin; Näin on Irakissa tehdyn kaltevuuden tapauksessa 8700. C.

Mesopotamiassa (nykyinen Irak) syntyi 4000: een uskotaan, että metallurgia on syntynyt Mesopotamiassa. C., Kun mineraalien metalli väheni käyttämällä tulta ja hiiltä. Sitten kupari, joka on tarkoituksella seosta tinalla pronssin tuottamiseksi (4000 -. C.-A.

Jotkut historioitsijat huomauttavat kuparikauden, joka sijaitsee aikajärjestyksessä neoliittisen ja pronssikauden välillä. Myöhemmin rautakausi korvasi pronssin välillä vuosina 2000 - 1000 -. C.

Pronssikausi

Pronssikausi alkoi 4000 vuotta sen jälkeen, kun kupari oli mahdollista sulattaa. Vinca -kulttuurin pronssiartikkeleet ovat peräisin 4500: sta. C.; Sumeriassa ja Egyptissä on kehitettyjä pronssiobjekteja 3000 vuotta. C.

Radioaktiivisen hiilen käyttö on mahdollistanut kuparin louhinnan olemassaolon perustamisen Alderley Edgessä, Cheshiressä ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa vuosien 2280 ja 1890 välillä. C.

Voidaan huomata, että Ötzi, "jäämies", jonka arvioitu päivämäärä on välillä 3300 - 3200. C., Minulla oli kirves puhtaalla kuparilla.

Roomalaiset seitsemännestä vuosisadalta. C. He käyttivät kuparipaloja, kuten valuuttaa. Julio Cesar käytti messinkilamaat, kupariseos ja sinkki. Lisäksi Octavion kolikot valmistettiin kuparin, lyijyn ja tinan seoksella.

Tuotanto ja nimi

Kuparituotanto Rooman valtakunnassa saavutti 150.000 tonnia vuodessa, luku vain teollisuuden vallankumouksen aikana. Roomalaiset toivat Kyproksen kuparin tietäen sen AES Cyprium ("Chipre Metal").

Sitten termi rappeutui Cuprumissa: Nimi, jota käytettiin kuparin nimeämiseen vuoteen 1530 saakka, jolloin englanninkielisen juuren "kuparin" termi nimeäisi metallin.

Ruotsin Suuri Copper Mountain, joka työskenteli 1000 -luvulta vuoteen 1992, kattoi 60% Euroopan kulutuksesta 1700 -luvulla. Norddeutsche Affinerie -kasvi Hampurissa (1876) oli ensimmäinen moderni galvanoplastiakasvi, joka käytti kuparia.

Voi palvella sinua: sucniinihappo: rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Ulkomuoto

Kupari on kiiltävä oranssi punainen metalli, kun taas suurin osa natiivi metalleista on harmaata tai hopeaa.

Atominumero (z)

29

Atomipaino

63 546 u

Sulamispiste

1.084.62 ºC

Yleiset kaasut, kuten happi, typpi, hiilidioksidi ja rikkidioksidi, ovat liukoisia sulaan kupariin ja vaikuttavat metallin mekaanisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin, kun kiinteytetty.

Kiehumispiste

2.562 ºC

Tiheys

- 8,96 g/ml huoneenlämpötilassa.

- 8,02 g/ml sulamispisteessä (neste).

Huomaa, että kiinteän ja nestemäisen faasin välillä ei ole huomattavaa laskua; Molemmat edustavat erittäin tiheitä materiaaleja.

Sulamislämpö

13,26 kJ/mol.

Höyrystyslämpö

300 kJ/mol.

Molaarinen kalorikapasiteetti

24.44 J/(Mol ∙ K).

Lämpölaajeneminen

16,5 um/(m ∙ k) 25 ° C: ssa.

Lämmönjohtokyky

401 w/(m ∙ k).

Sähkövastus

16,78 ω ∙ m - 20 ºC.

Sähkönjohtavuus

59,6 ∙ 10⁶ Tei.

Kupari on erittäin korkea sähköjohto, joka on vain yli La Plata.

Mohsin kovuus

3.0.

Siksi se on pehmeä ja myös melko taipuisa metalli. Resistanssi ja kovuus lisääntyvät kylmän työn kautta, koska saman kuutiometrin rakenteen pitkänomaiset kiteet keskittyvät kuparissa läsnä olevaan kasvoihin.

Kemialliset reaktiot

Kuparin liekki -kokeilu, joka tunnistetaan sen sinertävän vihreän liekin värillä. Lähde: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/tiedosto: flametest-co-cu.Swn.Jpg)

Kupari ei reagoi veden kanssa, vaan ilmakehän happea, peittäen mustan graattisen oksidin kerroksen, joka tarjoaa korroosiosuojauksen metallin alla oleville kerroksille:

2CU (S) + O₂(g) → 2Cuo

Kupari ei liukene laimennettuihin happoihin, mutta se reagoi kuumien ja konsentroituneiden rikki- ja typpihappojen kanssa. Se liukenee myös ammoniakkiin vesiliuoksessa ja kaliumsyanidissa.

Voit vastustaa ilmakehän ilmatoimintaa ja merivettä. Sen pitkäaikainen näyttely johtaa kuitenkin hienon vihreän suojelukerroksen (luistelu) muodostumiseen.

Etukerros on kuparikarbonaatin ja sulfaatin seos, jota havaitaan vanhoissa rakennuksissa tai veistoksissa, kuten New Yorkin vapauspatsas.

Kupari reagoi punaista kuumentamista hapen kanssa, jotta saadaan kupric -oksidi (CuO) ja korkeammissa lämpötiloissa muotoilla kuproksinen oksidi (Cu₂JOMPIKUMPI). Se reagoi myös kuumana rikin kanssa aiheuttamaan kuparisulfidia; Siksi se on pilaantunut, kun se altistetaan joillekin rikkiyhdisteille.

Kupari poltan sinisellä liekillä liekin testissä; Kun taas Copper II emittoi vihreän liekin.

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Kuparikiteitä kiteytyy kuutiometriä, joka on keskittynyt kasvoihin (FCC) Kasvot Cenred Cubic-A. Tässä FCC -kristallissa atomit ovat yhtenäisiä metallisen sidoksen ansiosta, joka on suhteellisen heikompi kuin muut siirtymämetallit; Valmistettu suuressa uteliaisuudessaan ja matalassa sulamispisteessä (1084 ºC).

Elektronisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D¹⁰ 4S¹

Kaikki 3D -kiertorata ovat täynnä elektroneja, kun taas 4S -kiertoradalla on avoin työpaikka. Tämä tarkoittaa, että 3D -orbitaalit eivät tee yhteistyötä metallisessa linkissä yhdessä muiden metallien kanssa. Siten Cu -atomit lasia pitkin on päällekkäin 4s -kiertoradalla bändien luomiseksi, vaikuttaen heidän vuorovaikutuksensa suhteellisen heikkaan voimaan.

Itse asiassa tuloksena oleva energinen ero 3D -kiertoradan (täyden) ja 4S: n (siemen) elektronien välillä on vastuussa kuparikiteistä, jotka absorboivat näkyvän spektrin fotoneja, heijastaen niiden erottuvaa oranssia väriä.

Kupari FCC -kiteillä voi olla erikokoisia, jotka, pienempi, on vahvempi metallikappale. Kun ne ovat hyvin pieniä, puhuu nanohiukkasista, herkkä hapettumiselle ja varattu selektiivisiin sovelluksiin.

Hapetusluvut

Ensimmäinen numero tai hapettumistila, jota voidaan odottaa kuparista, on +1 sen 4S -kiertoradan elektronin menetyksen jälkeen. Jos se on yhdisteessä, kationin olemassaolo oletetaan⁺ (Yleisesti kutsutaan cuprosoksi).

Tämä ja hapettumisnumero +2 (Cu²⁺) ovat tunnetuimpia ja runsaasti kuparia; Ne ovat yleensä ainoat lukiossa opetetut. On kuitenkin myös hapettumisnumeroita +3 (Cu³⁺) ja +4 (Cu⁴⁺), jotka eivät ole niin harvinaisia ​​kuin voit ajatella ensi silmäyksellä.

Esimerkiksi Cuprato -anionin suolat, cuo₂^-, Ne edustavat kupariyhdisteitä (III) tai +3; Näin on kalium couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺JOMPIKUMPI₂^2--A.

Kupari, vaikkakin vähemmässä määrin ja hyvin harvinaisissa tilanteissa, voi olla negatiivinen hapettumisnumero: -2 (Cu^2--A.

Voi palvella sinua: etyyliasetaatti

Kuinka se saadaan

Raaka materiaali

Eniten käytettyjä mineraaleja kuparin uuttamiseen ovat metallisulfidit, pääasiassa kalkopyriitti (kupit₂) Ja Bornita (Cu₅Fes₄-A. Näiden mineraalien osuus on 50% poistetusta kuparista. Niitä käytetään myös kuparin saamiseen Calellita (CUS) ja Calcocita (Cu₂S).

Murskaus ja hionta

Alun perin kivet murskataan, kunnes ne saavat 1,2 cm: n kivifragmentteja. Jatka sitten kivifragmenttien jauhamisella, kunnes hiukkaset ovat 0,18 mm. Vettä ja reagensseja lisätään tahnan saamiseksi, joka sitten suoritetaan kuparikonsentraatin saamiseksi.

Kelluvuus

Tässä vaiheessa muodostuu kuplia, jotka saavat kuparia ja rikkiä koskevia mineraaleja, joita on massassa. Suoritetaan useita vaahtokeräysprosesseja, kuivaamalla sen puhdistuksen jatkuvan konsentraatin saamiseksi.

Puhdistus

Kuparin erottamiseksi muista metalleista ja epäpuhtauksista, kuivakonsentraatti altistetaan korkeissa lämpötiloissa erityisissä uuneissa. Palo puhdistettu kupari (RAF) on valettu levyillä likimääräinen paino 225 kg, joka muodostaa anodit.

Elektrolyysi

Elektrolyysiä käytetään kuparin puhdistamisessa. Valimoiden anodit viedään elektrolyyttisiin soluihin puhdistamista varten. Kupari siirtyy katodiin ja epäpuhtauksien sedimenttiin solujen pohjassa. Tässä prosessissa kuparikatodit saadaan 99,99%: n puhtaudella.

Kupariseokset

Pronssi

Pronssi on kuparin ja tinan seos, joka muodostaa kuparin välillä 80–97% samasta. Sitä käytettiin aseiden ja välineiden valmistuksessa. Sitä käytetään tällä hetkellä hankaamiseen ja korroosioon kestävien mekaanisten osien kehittämiseen.

Lisäksi sitä käytetään soittimien, kuten kellot, gongit, ruokia, saksofonit ja harppujen, kitaran ja pianon, rakentamiseen.

Messinki

Brass on kuparin ja sinkkiseos. Teollisuuden rintaliivissä sinkkiprosentti on alle 50%. Sitä käytetään metalliastioiden ja rakenteiden kehittämisessä.

Moneli

Moneliseos on nikkeliseos, jolla on suhteet 2: 1 nikkelin ja kuparin välillä. Se on korroosiokestävä ja sitä käytetään lämmönvaihtimissa, sauvoissa ja linssikaarissa.

Constattan

Varmennus on seos, joka koostuu 55% kuparista ja 45% nikkeliä. Sitä käytetään kolikoiden valmistukseen, ja sille on ominaista jatkuva vastus. Myös Cuproníquel -seosta käytetään alhaisen nimelliskolikoiden ulompaan päällysteeseen.

Beti

Copper-Berilio-seoksella on 2% beryyliprosentti. Tämä seos yhdistää lujuuden, kovuuden, sähkönjohtavuuden ja korroosionkestävyyden. Seosta käytetään yleisesti sähköliittimissä, televiestintätuotteissa, pienten tietokoneiden ja jousien komponenteissa.

Öljy- ja hiilikaivoksissa käytettyjen näppäimien, ruuvimeisselien ja vasarien, kuten BECEC -nimikirjaimien, takuut, että ne eivät tuota kipinöitä.

Toiset

Valuutoissa käytettiin 90% hopeaseosta ja 10% kuparia vuoteen 1965 saakka, jolloin hopean käyttö eliminoitiin kaikissa valuutoissa, lukuun ottamatta puoli dollarin valuuttaa.

Kupari ja 7% alumiiniseos on kultainen väri ja sitä käytetään sisustuksessa. Samaan aikaan Shakudo on japanilainen koristeellinen kupari- ja kullan seos, alhaisella prosentilla (4-10%).

Sovellukset

Sähköjohdot ja moottorit

Kuparin sähköjohdotus. Lähde: Scott Ehardt [julkinen alue]

Kupari korkeasta sähköisestä ja alhaisesta kustannuksestaan ​​on edullinen metalli käytettäväksi sähköjohdotuksessa. Kuparikaapelia käytetään erilaisissa sähkön vaiheissa, kuten sähkön muodostuminen, voimansiirto, jakelu jne.

50% maailmassa tuotetusta kuparista käytetään sähkökaapeleiden ja johtojen kehittämisessä niiden korkean sähkönjohtavuuden, langan helppouden (taipuisuus), muodonmuutosvastuksen ja korroosiokestävyyden vuoksi.

Kuparia käytetään myös integroidujen piirien ja painettujen piirilevyjen kehittämisessä. Metallia käytetään lämmön ja lämmönvaihtimissa sen korkean lämmönjohtavuuden vuoksi, mikä helpottaa lämmön häviämistä.

Kuparia käytetään sähkömagneetteissa, tyhjiöputkissa, katodissa ja magnetroneissa, jotka ovat mikroaaltouunien putkia.

Samoin sitä käytetään moottorien asettavien sähkömoottorien ja järjestelmien rakentamiseen, jotka edustavat näitä esineitä noin 40% maailman sähkönkulutuksesta.

Rakennus

Kuparia on käytetty pitkään korroosio- ja ilmakehän ilmatoimenpiteitään talon katolla, dopingilla, kupolilla, ovilla, ikkunoilla jne.

Sitä käytetään tällä hetkellä seinien ja koriste -esineiden, kuten kylpyhuoneen tarvikkeiden, ovien ja lamppujen vuorauksessa. Lisäksi sitä käytetään antimikrobisissa tuotteissa.

Voi palvella sinua: kalsiumkloridi (CACL2)

Bioestattinen toiminta

Kupari estää lukuisia elämänmuotoja ei voi kasvaa hänelle. Sitä käytettiin arkeissa, jotka asetettiin alusten veneiden alaosaan, jotta nilviäisten, kuten simpukoiden, samoin kuin Perclabes, kasvun estämiseksi.

Kuparipohjaisia ​​maalauksia käytetään tällä hetkellä alusten edellä mainittuun suojaamiseen. Metallinen kupari voi neutraloida lukuisia bakteereja kosketuksella.

Sen toimintamekanismi, joka perustuu sen ioniseen, syövyttäviin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin, on tutkittu. Johtopäätös oli, että kuparin hapettumiskäyttäytyminen yhdessä sen oksidien liukoisuusominaisuuksien kanssa ovat tekijöitä, jotka aiheuttavat metallisen kuparin antibakteeriset.

Metallinen kupari toimii joihinkin kantoihin JA. koli, S. aureus ja Clostridium difficile, Ryhmän A virus, adenovirus ja sienet. Siksi on ennustettu käyttävän kupariseoksia, jotka ovat kosketuksissa matkustajien käsiin eri kuljetusvälineissä.

Nanohiukkaset

Kuparin antimikrobinen vaikutus vahvistetaan edelleen, kun niiden nanohiukkasia käytetään, jotka ovat osoittautuneet hyödyllisiksi endodontisissa hoidoissa.

Samoin kuparinanohiukkaset ovat erinomaisia ​​adsorbentteja, ja koska ne ovat oransseja, niiden värinmuutos edustaa piilevää kolorimetristä menetelmää; Esimerkiksi kehitetty ditiokarbamaattien torjunta -aineiden havaitsemiseksi.

Biologinen paperi

Elektronisessa kuljetusketjussa

Kupari on olennainen osa elämää. Puuttuu elektroniseen kuljetusketjuun, joka on osa IV -kompleksia. Tässä kompleksissa suoritetaan elektronisen kuljetusketjun viimeinen vaihe: happimolekyylin pelkistys veden muodostamiseksi.

IV -kompleksi koostuu kahdesta ryhmästä, sytokromi a, sytokromi₃, samoin kuin kaksi CEN -keskuksia; yksi nimeltään CUA ja toinen pentu. Sytokromi a₃ ja Cub muodostavat binukleaarisen keskuksen, jossa hapen vähentäminen veteen tapahtuu.

Tässä vaiheessa Cu kulkee hapetustilasta +1 - +2, jolloin elektronit saavat happimolekyyliä. Elektroninen kuljetusketju käyttää NADH: ta ja Fadhia₂, Krebs -syklistä elektronien luovuttajina, joiden kanssa se luo sähkökemiallisen vetygradientin.

Tämä gradientti toimii energialähteenä ATP: n muodostumiselle, prosessissa, jota kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi. Joten ja viime kädessä kuparin läsnäolo on välttämätön ATP: n tuottamiseksi eukaryoottisoluissa.

Entsyymissä superoksididysmutaasi

Kupari on osa entsyymin superoksididysmutaasia, entsyymiä, joka katalysoi superoksidi -ionin hajoamista (tai₂^-), Myrkyllinen yhdiste eläville olentoille.

Supmutasa -tarvikkeet katalysoivat superoksidi -ionin hajoamisen muuttamaan siitä happea ja/tai vetyperoksidia.

Dysmutaasin superoksidi voi käyttää kuparin pelkistämistä hapen superoksidin hapettamiseen tai voi aiheuttaa kuparin hapettumisen muodostaa vetyperoksidin superoksidista.

Hemosyaniinissa

Hemosyaniini on proteiini, joka on läsnä joidenkin arachnidien, äyriäisten ja nilviäisten veressä. Se täyttää näissä eläimissä samanlaisen funktion kuin hemoglobiini, mutta sen sijaan, että sillä olisi rautaa hapen kuljetuspaikassa, siinä on kupari.

Hemosyaniinilla on kaksi kupariatomia aktiivisessa paikassa. Tästä syystä hemosyaniinin väri on vihertävän sinistä. Kuparimetallikeskukset eivät ole suorassa kosketuksessa, mutta niillä on läheinen sijainti. Happimolekyyli on välissä kahden kupariatomin välillä.

Pitoisuus ihmiskehossa

Ihmiskeho sisältää 1,4 - 2,1 mg Cu/kg kehon painoa. Kupari imeytyy ohutsuoleen ja viedään sitten albumiiniin kiinnitettyyn maksaan. Sieltä kupari kuljetetaan muuhun ihmiskehoon, joka on kiinnittynyt plasmaproteiiniin ceruloplasmiiniin.

Ylimääräinen kupari erittyy sapen kautta. Joissakin tapauksissa, kuten Wilsonin taudissa, kupari kertyy kehoon, mikä ilmenee metallin myrkyllisistä vaikutuksista, jotka vaikuttavat hermostoon, munuaisiin ja silmiin.

Viitteet

1. Ghoto, s.-Lla., Khuhawar, M.JA., Jahangir, t.M. et al. (2019). Kuparinanohiukkasten sovellukset ditiokarbamaattipesisidien kolorimetriseen havaitsemiseen. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela ja Bello-Toledo, Helia. (2016). Kupari -nanohiukkaset antimikrobisena potentiaalisena aineena juurikanavien leviämisessä: systemaattinen katsaus. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.doi.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Kupari. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. Terence Bell. (19. syyskuuta 2018). Beryllium -kuparin fysikaaliset ominaisuudet. Toipunut: Tasapaino.com
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D -d. (3. heinäkuuta 2019). Kuparitiedot: kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Toipunut: Admingco.com
6. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (26. heinäkuuta 2019). Kupari: kemiallinen elementti. Britannica Encyclopaedia. Toipunut: Britannica.com
7. Toimittaja. (10. marraskuuta 2018). Kalkkyriitti. Toipunut: kaivoslinea.com
8. Lentech b.V. (2019). Aikataulukko: Kupari. Toipunut: lentech.com