ما هو النحاس طب 21 الشاملة

ما هو النحاس طب 21 الشاملة

النحاس

يُعتبر النحاس (بالإنجليزية: Copper) أحد أكثر العناصر الكيميائية وفرةً في الطبيعة، حيث يأتي في المرتبة الخامسة والعشرين من بين أكثر العناصر توافراً.[1] يتواجد النحاس في الطبيعة باللون الأحمر الذهبي أو قد يكون قزحي الألوان؛ أيّ أنّه يعكس ألواناً كألوان الطيف عند سقوط الضوء عليه،[2] لذلك فهو يتميّز عن غيره من المعادن -إلى جانب معدن الذهب- بأنّه لا يتواجد باللون الفضيّ أو الرماديّ عند وجوده في الطبيعة كباقي المعادن.[3]

يتميز عنصر النحاس بالعديد من الخصائص؛ أهمّها قدرته العالية على توصيل الحرارة والتوصيل الكهربائي، إضافةً إلى أنّه معدن لدن وقابل للطرق يسهل تشكيله دون أن ينكسر، ممّا جعله أحد المعادن الأساسية التي استفاد منها الإنسان منذ آلاف السنين،[2] فهو يعد من أوائل المعادن التي تمّ اكتشافها واستخراجها، ولا يزال له دور كبير في تطوّر المجتمعات.[4]

تاريخ النحاس

يُعتبر النحاس من أكثر المعادن استخراجاً واستخداماً منذ اكتشافه، فقد كان المعدن الوحيد المعروف عند الإنسان لمدّة 5000 عام، وتعود بداية اكتشافه واستخدامه إلى عام 8700 ق.م أيّ قبل حوالي 10000 عام، حيث تمّ استخدام النحاس لصنع الأسلحة في تلك الفترة. تُعتبر مصر من أوائل الدول التي اكتشفت مقاومة النحاس للتآكل، فاستفاد المصريون من هذه الخاصية في صناعة أشرطة ومسامير نحاسية يُستفاد منها في بناء السفن وصنع أنابيب لنقل المياه، وقُدِّر إجمالي إنتاج مصر للنحاس بـ 10,000 طن على مدار 1500 عام، وما زالت الكثير من الصناعات المصرية النحاسية القديمة موجودة حتّى الوقت الحالي وبحالة جيدة.[1]

شهد العصر البرونزي استخداماً كبيراً للنحاس، حيث تمّ اكتشاف سبائك مكونة من النحاس والقصدير أُطلق عليها اسم البرونز، واكتشاف سبائك مكونة من النحاس والزنك أُطلق عليها اسم النحاس الأصفر، واستُخدمت تلك السبائك في صناعة عدّة أشياء، مثل: الأواني المنزلية، والأثاث، والأسلحة، إضافةً إلى استخدام النحاس في سكّ العملات، فقد اكتُشفت أقدم عملة نحاسية رومانية تعود إلى الفترة ما بين عام 27 ق.م حتّى 14م، ومن الجدير بالذكر أنه تمّ اكتشاف مُركّبات نحاسية أُخرى قبل عام 4000 ق.م مثل مُركب كبريتات النحاس الذي استخدمه المصريون القدماء في الصباغة، ولاحقاً أصبح للنحاس دور مهم في نقل الكهرباء استمرّ حتّى الوقت الحالي.[1]

خصائص النحاس

الخصائص الكيميائية

من أهم الخصائص الكيميائية التي يتميّز بها النحاس الذي يحمل الرمز الكيميائي Cu أنّ عدده الذري هو 29، ووزنه الذري 63.55،[3] بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية الأُخرى الآتية:[5]

بناءً على خصائص النحاس الكيميائية فإنّ النحاس يفقد إلكترونات عند تفاعله مع الهواء أو الماء ويُسمّى هذا التفاعل بتفاعل الأكسدة، وينتج عنه أكسيد النحاس، فيتغيّر لون النحاس الأصلي ليُصبح أخضر باهتاً،[3] أما في غياب الهواء عن النحاس فإنّه لا يتأثّر بأيّ نوع من الأحماض غير المؤكسدة أو الأحماض غير المركبة المُخففة.[6]

في حال وجود النحاس في الهواء فإنّه يتفاعل بسهولة في حمض النيتريك وحمض الكبريتيك ممّا يتسبّب في ذوبانه، كما أنّه يذوب في كلّ من سيانيد البوتاسيوم ومحلول الأمونيا المائي في حال وجود الأكسجين، أمّا إذا تفاعل النحاس مع الأكسجين بوجود الحرارة فينتج أكسيد النحاس الثنائي CuO، وفي حال كانت درجة الحرارة عاليةً فينتج أكسيد النحاس الأحادي ذو الرمز الكيميائي Cu2O، وإذا تفاعل النحاس مع الكبريت بوجود حرارة -عن طريق التسخين- يكون الناتج كبريتيد النحاس ذي الرمز الكيميائي Cu2S.[6]

الخصائص الفيزيائية

أهم الخصائص الفيزيائية التي يتميّز بها النحاس هي كالآتي:[5]

مصادر النحاس في الطبيعة

تتواجد خامات النحاس في الطبيعة في عِدّة أشكال، وهي كالآتي:[7]

أماكن تواجد النحاس

يتوزّع النحاس في معظم أنحاء العالم ووتنوّع مصادره، إلا أن وكالة المسح الجيولوجي الأمريكية قدرّت أنّ 50% من إجمالي النحاس مجهول المصدر يتواجد في كلّ من جنوب آسيا الوسطى، وأمريكا الجنوبية، وأمريكا الشمالية، وشبه الجزيرة الهندية الصينية، وهي موزعة بالتفصيل كالآتي:[4]

استخراج النحاس ومعالجته

تبدأ أولى خطوات تعدين النحاس بتحديد مكان تواجده، فقد يتواجد بالقرب من سطح الأرض أو في أعماقها، ففي حالة وجوده بالقرب من سطح الأرض فإنّ طريقة التعدين السطحي (بالإنجليزية: Open-Pit method) هي الأنسب لاستخراج النحاس بكميات كبيرة، بحيث تقوم آليات كبيرة بعمل حفرة وتفجير الخام، ثمّ نقل الخامات المكسورة الناتجة عن التفجير إلى مصانع خاصة عبر شاحنات كبيرة جداً يصل وزن الحمولة الواحدة فيها إلى 150 طن من الخامات.[7]

أمّا في حال استخراج النحاس من أعماق سحيقة في الأرض، فيتمّ غرز قضبان عملاقة بشكل عمودي لأكثر من كيلومتر تحت سطح الأرض؛ وذلك لصنع أنفاق لتمرير المواد الخام من خلالها، إذ يتم حفر الأرض ورفع المواد الخام المُكسّرة عبر هذه الأنفاق إلى أعلى سطح الأرض، ثمّ نقلها إلى المصانع الخاصة لتتم معالجتها والاستفادة منها، أو قد يتمّ تفجير باطن الأرض ثمّ نقل المواد الخام مُكسّرةً للأعلى.[7]

عند الحصول على الخامات فإنه يتم استخراج النحاس منها بثلاث خطوات أساسية، وهي كالآتي:[7]

أنواع النحاس

يوجد ثلاثة أنواع للنحاس، وهي كالآتي:[8]

اسم السبيكة
الإضافات إلى النحاس
البرونز
قصدير
البرونز الفسفوري
قصدير وفسفور
برونز الألومنيوم
ألومنيوم
النحاس الأصفر
زنك
النحاس الأحمر أو الجونميتال
قصدير وزنك
النحاس النيكل
نيكل
الفضة النيكل
نيكل وزنك

وقد تشمل أنواع السبائك السابقة عناصر أُخرى بنسبٍ قليلة، مثل: الزرنيخ، والسيليكون، والألومنيوم، والفضة، والكادميوم، وغيرها من العناصر، بحيث تتمّ إضافتها لها بنسبٍ معيّنة حتّى تكتسب السبيكة خصائص محدّدة للاستفادة منها في العديد من الأغراض، وقد استُفيد من إضافة العناصر للسبائك منذ القِدم، ومع مرور الوقت تطوّر علم المعادن، وتم إدخال عناصر جديدة إلى السبائك، وإنتاج سبائك جديدة تصلُح في صناعة الإلكترونيات.

يوجد أنواع من السبائك شائعة الاستخدام أكثر من غيرها، ومن أشهرها ما يأتي:[9]

استخدامات النحاس

بيّنت نتائج وكالة المسح الجيولوجي الأمريكي أنّ معدن النحاس هو ثالث معدن يتم استهلاكه والاستفادة منه في العالم بعد كلٍّ من الحديد والألومنيوم، وثلاثة أرباع النحاس المستهلَك يُستفاد منه في صناعة كلّ من كابيلات الاتصالات والإلكترونيات، وصناعة الأسلاك الكهربائية،[3] ويُقدّر استهلاك الإنتاج العالمي للنحاس في كلّ قطاع كالآتي:[10]

الكهرباء

يُستخدم النحاس في صناعة الأسلاك الكهربائية بسبب موصليته العالية للكهرباء، كما أنّه يدخل في صناعة العديد من الأجهزة والأدوات الكهربائية والإلكترونية، مثل: المحولات، ومولدات الطاقة، والتلفاز، والهواتف المحمولة، وغيرها من الأجهزة، ومن أهم استخدامات النحاس في قطاع الكهرباء استخدامه في الاتصالات السلكية، حيث يتمّ صنع أسلاك دقيقة خاصة لخطوط الإنترنت المتعلقة بالشبكات المحلية، بالإضافة إلى الاستفادة من النحاس في مجال الطاقة المتجددة، تحديداً في تصنيع توربينات الرياح، والخلايا الكهروضوئية، وغيرها من الأجهزة المرتبطة بتكنولوجيا الطاقة المتجددة.[10]

أعمال البناء

دخل النحاس منذ القدم في مجال البناء من خلال استخدامه في بناء القباب وتزيين الأبراج، وقد استفاد المهندسون المعماريون منه في زخرفة أدوات البناء؛ حيث تمّ استخدامه في صناعة مقابض الأبواب، والأقفال، وأدوات الإضاءة، والحنفيات، كما أنّه يُستخدم في التصميم الداخلي للمستشفيات بسبب خاصيته في تثبيط نمو البكتيريا والجراثيم، ممّا يُقلّل من احتمالية انتشار الأمراض.[10]

أصبح النحاس يُستخدم في أنظمة الشرب والتدفئة في معظم البلدان، وصناعة أنابيب نقل المياه بسبب مقاومته للصدأ، ومن أهم تطبيقات النحاس في هذا مجال: أنظمة الري، وخطوط تغذية مياه البحر، وصناعة الأنابيب في المصانع الكيميائية، وغيرها من التطبيقات.[10]

المواصلات

يُستفاد من النحاس في المواصلات بسبب كفاءته في التوصيل الحراري والكهربائي، حيث يتمّ استخدامه في صنع المكونات الأساسية لجميع المواصلات التي تضم السيارات، والطائرات، والسفن، والقوارب، والقطارات، ففي السيارات يتمّ استخدام النحاس في صناعة الخطوط الهيدروليكية، والأسلاك النحاسية المتعلقة بضبط النوافذ والمرايا، وغيرها من الأدوات، كما أنّ السيارات الحديثة الهجينة تعتمد على معدن النحاس في صناعتها؛ فهي تحتوي على 25 كغ من النحاس.[10]

كما يتمّ استخدام النحاس في صناعة سكك القطارات، فكلّ 1 كم في المسار يحتوي على أكثر من 10 أمتار من النحاس، أمّا في الطائرات فيكون 2% من وزن الطائرة من النحاس، وفي السفن والقوارب يتمّ استخدام سبائك النحاس المختلفة في صناعة المضخات، والصمامات، والأنابيب، إضافةً إلى استخدام النحاس في صب مراوح السفن الثقيلة؛ بسبب قدرته على مقاومة التآكل في المياه المالحة.[10]

استخدامات أُخرى للنحاس

من الاستخدامات الأُخرى الشائعة للنحاس ما يأتي:[10]

إعادة تدوير النحاس

يُعتبر النحاس معدناً ذا قيمة عالية يُمكن إعادة تدويره، إذ يعتمد اقتصاد صناعة النحاس والسبائك بشكل كبير على إعادة تدوير المنتجات النحاسية، وتمرّ إعادة تدويره بالمراحل الآتية:[8]

مركبات النحاس

من المركبات التي تشتمل على معدن النحاس ما يأتي:[7]

معلومات عامة عن النحاس

من المعلومات الأُخرى المتعلقة بعنصر النحاس ما يأتي:[9]

المراجع

  1. ^ أ ب ت Robert J. Lancashire (27-10-2015), "Copper Chemistry"، wwwchem.uwimona.edu.jm, Retrieved 12-10-2019. Edited.
  2. ^ أ ب TERENCE BELL (26-3-2018), "Learn About Copper"، www.thebalance.com, Retrieved 12-10-2019. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث ج ح خ Stephanie Pappas (12-9-2018), "Facts About Copper"، www.livescience.com, Retrieved 12-10-2019. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث "Facts About Copper", geology.com/usgs, Retrieved 12-10-2019. Edited.
  5. ^ أ ب Anne Marie Helmenstine (3-7-2019), "Copper Facts: Chemical and Physical Properties"، www.thoughtco.com, Retrieved 12-9-2019. Edited.
  6. ^ أ ب "Copper", www.britannica.com,6-9-2019، Retrieved 12-10-2019. Edited.
  7. ^ أ ب ت ث ج Albert Wilbur Schlechten, Allison Butts, John Campbell Taylor, "Copper processing"، www.britannica.com, Retrieved 13-10-2019. Edited.
  8. ^ أ ب Vin Calcutt (8-2001), "Types of Copper"، www.copper.org, Retrieved 13-10-2019. Edited.
  9. ^ أ ب RYAN WOJES (17-1-2019), "A Basic Primer on Copper, the Red Metal"، www.thebalance.com, Retrieved 12-10-2019. Edited.
  10. ^ أ ب ت ث ج ح خ TERENCE BELL (25-6-2019), "Copper and Its Common Uses"، www.thebalance.com, Retrieved 13-10-2019. Edited.