فلز مس

اطلاعات اولیه
مس (Cu) از فلزات واسطه در جدول تناوبی به حساب می آید. مس در ترکیبات خود ، دارای عدد اکسایش ۱+ است. افزون بر این ، اتم مس تحت شرایط مناسبی با از دست دادن الکترونهای خود ، عددهای اکسایش ۲+ و ۳+ هم بدست آورد. در هر حال ، مس در مهمترین ترکیبهای خود ، عدد اکسایش ۲+ دارد.
شیمی مس
مس فلزی است نسبتا نرم و قرمز رنگ. و می توان آنرا به صورت ورق و مفتول در آورد. رسانایی الکتریکی و گرمایی آن زیاد است و از نظر رسانایی الکتریکی ، بعد از نقره قرار دارد. (رسانایی الکتریکی نقره از تمام فلزها بیشتراست). سطح مس در هوای مرطوب از یک لایه کربنات بازی سبز رنگ پوشیده می شود.
لایه کربنات بازی سبز ۲Cu+O2+Co2+H2O = Cu(OH)2.CuCo3
اثر اسیدها بر روی مس
محلولهای رقیق «اسید هیدرو کلریک» و «اسید سولفوریک» بر مس که در سری الکتروشیمیایی در زیر هیدروژن قرار دارد ، اثر نمی کنند ، اما مس در «اسید نیتریک» رقیق و غلیظ و همچنین «اسید سولفوریک» غلیظ به واسطه اثر اکسید کنندگی آنها حل می شود. یک نکته جالب توجه این است که مس می تواند از «اسید هیدرو سیانیک» غلیظ ، HCN ، هیدروژن آزاد می کند و احتمالا عامل انجام این واکنش ، تمایل زیاد مس (I) برای تشکیل کمپلکس با یون سیانید است.
آلیاژهای مس
مس به سهولت با پاره ای از فلزهای دیگر ، آلیاژ تشکیل می دهد. مس در ظروف پخت و پز ، وسایل الکتریکی ، ماشین آلات صنعتی و سکه به کار می رود ، آلیاژهای مس عبارتند از:
• برنج: مس ، روی ، قلع ، سرب و منگنز.
• برنز: مس ، روی ، قلع ، سرب و فسفر
• مفرغ: مس و قلع.
• نقره آلمانی: مس ، روی و نیکل.
• سکه نیکلی: مس و نیکل.
• نقره استرلینگ: مس و نقره.
• طلا (۱۴ و ۱۸ عیار): مس ، طلا و نقره.
وجود در طبیعت
مس در طبیعت به حالت آزاد و به صورت سولفید ، اکسید و کربنات یافت می شود. کانیهای اصلی آن عبارتند از:
• «پیریت مس» یا «کالکو پیریت» CuFeS2 که ۵۰ درصد ذخایر طبیعی مس را تشکیل می دهد.
• «کالکوسیت» Cu2S
• «کوپریت» Cu2O
• «مالاخیت» Cu(OH)3.CuCO3
مس از نظر فراوانی ، لبیت و پنجمین عنصر پوسته زمین است.
استخراج مس
کانیهای سولفید را پس از تغلیظ به روشهای فیزیکی تا دمای زیاد در جریان هوا حرارت می دهند. در این عمل قسمتی از سولفید به اکسید تبدیل می شود:
اکسید مس (I) با سولفید مس(I) ترکیب و فلز مس آزاد می شود:

سولفید آهن موجود در کانی نیز به اکسید تبدیل می شود که بلافاصله با دی اکسید سیلیسیوم که همراه کانی است ، سیلیکات آهن ( ) تشکیل می دهد که سبکتر است و در بالای مس مذاب قرار می گیرد.

مضرات گاز دی اکسید گوگرد حاصل از استخراج مس:
چنانچه دی اکسید گوگرد تولید شده در فضا رها شود (و معمولا چنین است) ، علاوه بر بوی نامطبوعی که دارد ، تنفس آن هم برای سلامت انسان مضر است و چنانچه غلظت آن زیاد باشد ، گیاهان اطراف محل کارخانه را تا شعاع چند کیلومتر خشک می کند. دی اکسید گوگرد همچنین در هوا به کندی به «تری اکسید گوگرد» SO3 تبدیل می شود که به نوبه خود با رطوبت هوا ترکیب شده ، اسید سولفوریک تولید می کند. گاز دی اکسید گوگرد را می توان به کمک کاتالیزگر (از طریق SO3) به اسید سولفوریک تبدیل کرد یا اینکه آن را به وسیله کربن گداخته کاهش داد و به گوگرد تبدیل نمود و به این ترتیب به حفظ محیط زیست ، کمک کرد.
تصفیه مس
مس حاصل از کانی سولفید ، کاملا ناخالص است و ناخالصیهای عمده آن ، نقره ، طلا ، آهن ، روی ، سرب ، ارسنیک ، گوگرد ، اکسید مس (I) و تکه هایی از سیلیکات آهن ( ) است. از آنجا که حتی مقادیر کم این ناخالصیها ، رسانایی الکتریکی مس را به میزان قابل توجهی کم می کند ، لازم است که مس تصفیه شود. برای این منظور فلز مذاب را در جریان هوا حرارت می دهند. «ارسنیک» و «گوگرد» به اکسیدهای گوگرد فرار تبدیل شده ، از فلز مذاب خارج می شوند. ناخالصیهای دیگر را از راه تصفیه الکتروشیمایی جدا می سازند. تیغه های مس خالص به عنوان کاتد به کار برده می شوند و به عنوان الکترولیت هم از مخلوط «اسید سولفوریک» رقیق ، «کلرید مس» و «سولفات مس ( ) استفاده می کنند.
لجن آندی و شمش کاتدی
به وسیله تنظیم دقیق ولتاژ در تصفیه مس ، در سول الکترولیز فقط مس و ناخالصیهای فلزی الکتروپوزیتویته (مثل آهن ، روی و سرب) در آند به یون تبدیل می شوند و ناخالصیهای فلزی (مثل نقره و طلا ) که الکتروپوزیتوی آنها از مس کمتر است ، تغییر نکرده ، با خورده شدن تدریجی آند به ته ظرف الکترولیز سقوط می کنند و «لجن آندی» را تشکیل می دهند. برای جدا کردن فلزهای پرارزش ، این لجن آندی بعدا مورد استفاده قرار می گیرد. تنظیم ولتاژ طوری است که در کاتد ، فقط یون مس ( ) به صورت مس فلزی کاسته شده ، بر روی کاتد خالص می نشیند. درجه خلوص مس حاصل ، از ۹/۹۹ درصد بیشتر است که «شمش کاتدی» نامیده می شود.

دیگر اطلاعات درباره مس
• خصوصیات قابل توجه
• کاربردها
• تاریخچه
• نقش بیولوژیکی
• پیدایش
• ترکیبات
• ایزوتوپها
• هشدارها
• شناخت محیط رشد:مس
• منبع
• اتصال خارجی

Nickel – Copper – Zinc
Cu
Ag

جدول کامل

عمومی
نام, علامت اختصاری, شماره Copper, Cu, 29
گروه شیمیایی فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک ۱۱ , ۴ , d
جرم حجمی, سختی ۸۹۲۰ kg/m3, 3.0
رنگ
مس, فلزی

خواص اتمی
وزن اتمی ۶۳٫۵۳۶ amu
شعاع اتمی (calc.)
135 (145) pm
شعاع کووالانسی ۱۳۸ pm
شعاع وندروالس ۱۴۰ pm
ساختار الکترونی Ar]3d104s1]
-e بازای هر سطح انرژی
۲, ۸, ۱۸, ۱
درجه اکسیداسیون «اکسید) ۲,۱ (باز ملایم)
ساختار کریستالی مکعبی, face-centered
خواص فیزیکی
حالت ماده
جامد __)
نقطه ذوب ۱۳۵۷٫۶ K (1984.3 °F)
نقطه جوش ۲۸۴۰ K (4653 °F)
حجم مولی ۷٫۱۱ ש»۱۰-۶ ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر
۳۰۰٫۳ kJ/mol
گرمای هم جوشی ۱۳٫۰۵ kJ/mol
فشار بخار
۰٫۰۵۰۵ Pa at 1358 K
سرعت صوت ۳۵۷۰ m/s at 293.15 K
متفرقه
الکترونگاتیویته
۱٫۹ «درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه ۳۸۰ J/«kg*K)
رسانائی الکتریکی ۵۹٫۶ ۱۰۶/m اهم
رسانائی گرمایی ۴۰۱ W/«m*K)
1st پتانسیل یونیزاسیون
۷۴۵٫۵ kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون ۱۹۵۷٫۹ kJ/mol
3rd پتانسیل یونیزاسیون ۳۵۵۵ kJ/mol
4th پتانسیل یونیزاسیون ۵۵۳۶ kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها
ایزو
وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP
63Cu 69.17% Cu با ۳۴ نوترون پایدار است
۶۴Cu {syn.} 12.7 h ε
۱٫۶۷۵ ۶۴Ni
64Cu {syn.} 12.7 h β- ۰٫۵۷۹ ۶۴Zn
65Cu 30.83% Cu با ۳۶ نوترون پایدار است

واحدهای SI& STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

خصوصیات قابل توجه

مس فلز نسبتا” قرمز رنگی است که از خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزات خالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکی نقره در حرارت اطاق از مس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال ۸۷۰۰ قبل از میلاد برمی گردد، احتمالا” این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد.مس علاوه بر اینکه در سنگهای معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزی نیز یافت می شود.( مثلا” مس خالص در بعضی مناطق).
این فلز را یونانیان تحت عنوان Chalkos می شناختند. چون مقدار بسیار زیادی از این فلز در قبرس استخراج می شد رومیان آنرا aes Cyprium می نامیدند. بعدها این کلمه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهایت انگلیسی شده و به لغت Copper تبدیل شد.

کاربردها

مس فلزی قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهای زیادی در موار زیر دارد:
• سیمهای مسی
• لوله های مسی
• دستگیره های درب و سایر وسایل منزل
• مجسمه سازی. مثلا” مجسمه آزادی شامل ۱۷۹۰۰۰ پوند مس می باشد.
• آهنرباهای الکتریکی.
• موتورها، بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.
• موتور بخار وات.
• کلیدها و تقویت کننده های الکتریکی.
• لامپهای خلاء ، لامپهای پرتوی کاتدی ومگنترونهای اجاقهای مایکرو ویو.
• هدایت کننده موج برای تشعشع مایکروویو.
• به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در IC ها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.
• بعنوان جزئی از سکه ها.
• در وسایل آشپزی، از جمله ماهی تابه .
• بیشتر سرویسهای قاشق چنگال ( flatware) قاشقها،چنگالها و چاقوها دارای مقادیری مس هستند(نقره نیکلی).
• اگر نقره استرلینگ در ظروف غذاخوری بکار رفته باشد ،حتما”باید دارای درصد کمی مس باشد.
• بعنوان بخشی از لعاب سرامیکی و در رنگ آمیزی شیشه .
• وسایل موسیقی ،بخصوص سازهای بادی.
• بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستانها وپوشاندن قسمتهای مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها.
• ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.
• سولفات مس که بعنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد.
تاریخچه

مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده ، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به ۱۰۰۰۰ سال پیش می رسد. یک آویزه مسی ، متعلق به سال ۸۷۰۰ قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد.نشانه هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال ۵۰۰۰ قبل از میلاد وجود دارد.در عوض اولین نشانه های استفاده از طلا تقریبا” به ۴۰۰ سال قبل از میلاد بر می گردد.

مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریبا” متعلق به ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد هستند.در یکی از اهرام یک سیستم لوله کشی با مس پیدا شده که مربوط به۵۰۰۰ سال پیش است.مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع ، قالب گیری مس را آسان تر می کند لذا آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می شوند تقریبا” قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد در این کشوربرنز مرغوب ساخته می شده است.در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می شود ، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائیها قرار می گیرد.در اروپا مرد یخیOetzi ،مردی که به دقت نگهداری می شود و متعلق به۳۲۰۰ سال قبل از میلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن ۷/۹۹% می باشد.مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می باشد.
استفاده ار برونز در مرحله ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می نامند.
برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت.
به خاطر زیبایی درخشانش- بطوریکه در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می شد -ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطوره شناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه های آفرودیت و ونوس پیوند دارد.در کیمیا گری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سیاره زهره(ونوس) نیز بود.

نقش بیولوژیکی

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می باشد. مس در آنزیمهای متنوعی ،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزیم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم ۹/۰ میلی گرم در روز می باشد.
مس در جریان خون عمدتا” روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می کند. اگرچه مس اول در روده جذب می شود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می شود.
یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود.این بیماری در صورت عدم درمان می تواند منجر به آسیبهای کبدی و مغزی شود.

پیدایش

مس معمولا” به شکل معدنی یافت می شود.کانیهایی مثل آزوریت ، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت ( CuFeS2) ،کوولین ( CuS)،کالکوزین ( Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.