Kopparhistoria, egenskaper, struktur, användningsområden, biologiskt papper

han koppar Det är en övergångsmetall som tillhör grupp 11 i den periodiska tabellen och representeras av den kemiska symbolen CU. Det kännetecknas och kännetecknas av att vara en rödorange metall, mycket duktil och formbar, är också en stor ledare av el och värme.

I sin metalliska form finns det som primärt mineral i basaltiska bergarter. Samtidigt rostiga i svavelföreningar (de med högsta gruvutnyttjande), arseniuros, klorider och karbonater; det vill säga en enorm kategori av mineraler.

Väckarklocka gjord av koppar. Källa: Pixabay.

Bland mineralerna som innehåller det kan nämnas calcocite, chalcopyrite, brant, couprita, malachit och azurblå. Koppar finns också i alger aska, marina koraller och leddjur.

Denna metall har ett överflöd på 80 ppm i jordskorpan och en genomsnittlig koncentration i havsvatten på 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. I naturen presenteras det som två naturliga isotoper: ⁶³Cu, med ett överflöd på 69,15 %, och ⁶⁵CU, med ett överflöd på 30,85%.

Det finns bevis för att koppar kastades 8000 till. C. Och legering med tenn för att bilda bronsen, i 4000 till. C. Det anses att endast meteoriskt järn och guld, de föregår det som de första metallerna som används av människan. Det är därför synonymt med arkaisk och orange ljusstyrka samtidigt.

Koppar används främst i utarbetandet av kablar för elkörning i elmotorer. Sådana kablar, små eller stora, sminkmaskiner eller branschenheter och i vardagen.

Koppar ingriper i den elektroniska transportkedjan som möjliggör ATP -syntes; Huvudsakliga energiförening av levande varelser. Det är en co -founder av overoxiddysmutaset: enzym som bryts ned till superoxidjonen, mycket giftig förening för levande varelser.

Dessutom följer koppar hemocyanin en roll i transport av syre i vissa araknider, kräftdjur och blötdjur, vilket liknar det som gjorts av järn i hemoglobin.

Trots alla hans gynnsamma åtgärder för människan kan koppar när han samlas i människokroppen, så är fallet med Wilsons sjukdom, kan orsaka levercirrhos, hjärnstörningar och okulära skador, bland andra förändringar.

[TOC]

Historia

Kopparålder

Den infödda koppar användes för utarbetande av artefakter som en ersättning för stenen i den neolitiska, troligen mellan åren 9000 och 8000 till. C. Koppar är en av de första metallerna som används av människan, efter järn närvarande i meteoriter och guld.

Det finns bevis på att man använder gruvdrift för att få koppar i 5000 till. C. Redan för ett tidigare datum byggdes kopparartiklar; Sådan är fallet med en lutning gjord i Irak stimulerat 8700 till. C.

I sin tur tros det att metallurgi föddes i Mesopotamia (nuvarande Irak) i 4000 till. C., När mineralens metall reducerades med hjälp av eld och kol. Sedan legerade koppar avsiktligt med tenn för att producera brons (4000 till. C.).

Vissa historiker påpekar en kopparålder, som skulle vara kronologiskt belägen mellan den neolitiska och bronsåldern. Därefter ersatte järnåldern den av brons mellan 2000 och 1000 till. C.

Bronsåldern

Bronsåldern började 4000 år efter att koppar var möjlig att smälta. Bronsartiklar från Vinca -kulturen är från 4500 till. C.; I Sumeria och Egypten finns det utarbetade bronsobjekt 3000 år. C.

Användningen av radioaktivt kol har gjort det möjligt att fastställa förekomsten av kopparbrytning i Alderley Edge, Cheshire och Storbritannien, mellan åren 2280 och 1890. C.

Det kan noteras att Ötzi, "Ice Man" med ett uppskattat datum mellan 3300 och 3200 till. C., Jag hade en yxa med ett rent kopparhuvud.

Romarna från sjunde århundradet till. C. De använde kopparstycken som valuta. Julio Cesar använde mässingsmynt, kopparlegering och zink. Dessutom gjordes Octavios mynt med en legering av koppar, bly och tenn.

Produktion och namn

Kopparproduktion i det romerska imperiet nådde 150.000 ton per år, siffra endast under den industriella revolutionen. Romarna förde Cyperns koppar och visste det som AES Cyprium ("Chipre Metal").

Sedan degenererade termen i cuprum: namn som användes för att beteckna koppar fram till 1530, då termen för den engelska roten "koppar" introducerades för att beteckna metallen.

Det stora kopparberget i Sverige som arbetade från 10 -talet till 1992, täckte 60% av konsumtionen av Europa under sjuttonhundratalet. Norddeutsche Affinerie -anläggningen i Hamburg (1876), var den första moderna galvanoplastikan som använde koppar.

Kan tjäna dig: Succinic Acid: Struktur, egenskaper, erhållning, användning

Fysiska och kemiska egenskaper

Utseende

Koppar är en lustös orange röd metall, medan de flesta infödda metaller är grå eller silver.

Atomantal (z)

29

Atomvikt

63,546 U

Smältpunkt

1.084.62 ºC

Vanliga gaser såsom syre, kväve, koldioxid och svaveldioxid är lösliga i smält koppar och påverkar metallens mekaniska och elektriska egenskaper vid stelnad.

Kokpunkt

2.562 ºC

Densitet

- 8,96 g/ml vid rumstemperatur.

- 8,02 g/ml vid smältpunkten (vätska).

Observera att det inte finns någon betydande minskning av densiteten mellan den fasta och flytande fasen; Båda representerar mycket täta material.

Fusionsvärme

13,26 kJ/mol.

Förångningsvärme

300 kJ/mol.

Molorisk kapacitet

24.44 J/(mol ∙ k).

Termisk expansion

16,5 um/(m ∙ K) vid 25 ° C.

Värmeledningsförmåga

401 w/(m ∙ k).

Elektrisk resistans

16,78 Ω ∙ m till 20 ºC.

Elektrisk konduktivitet

59.6 ∙ 10⁶ EDER.

Koppar presenterar en mycket hög elektrisk ledning, endast överträffad av La Plata.

Mohs hårdhet

3.0.

Det är därför en mjuk och också ganska duktil metall. Motstånd och hårdhet ökar genom kallt arbete på grund av bildandet av långsträckta kristaller av samma kubikstruktur centrerad i ansiktet som finns i koppar.

Kemiska reaktioner

Copper Flame Trial, som identifieras av färgen på dess blåaktiga gröna låga. Källa: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: Flametest-co-cu.Swn.Jpg)

Koppar reagerar inte med vatten, utan med atmosfäriskt syre, som täcker ett skikt av svartkärroxid som ger korrosionsskydd till de underliggande skikten av metallen:

2CU (S) + O₂(g) → 2Cuo

Koppar är inte löslig i utspädda syror, men det reagerar med heta och koncentrerade svavel- och salpetersyror. Det är också lösligt i ammoniak i vattenlösning och i kaliumcyanid.

Du kan motstå atmosfärisk luftåtgärd och havsvatten. Emellertid resulterar dess långvariga utställning i bildandet av ett fint grönt skyddsskikt (skridskor).

Det främre skiktet är en blandning av kopparkarbonat och sulfat, observerat i gamla byggnader eller skulpturer, såsom New York Freedom Statue.

Koppar reagerar röd uppvärmning med syre för att ge kopparoxid (CuO) och vid högre temperaturer formar kopparoxid (CU₂ANTINGEN). Det reagerar också varmt med svavel för att orsaka kopparsulfid; Därför är det plågat när det utsätts för vissa svavelföreningar.

Koppar I bränner med en blå låga i ett låga test; Medan koppar II avger en grön låga.

Elektronisk struktur och konfiguration

Kopparkristaller kristalliseras i den kubiska strukturen centrerad på ansikten (FCC) Möta Cenred Cubic). I denna FCC -kristall är atomer förenade tack vare den metalliska bindningen, som är relativt svagare än andra övergångsmetaller; gjord i sin stora duktilitet och låga smältpunkt (1084 ºC).

Enligt elektronisk konfiguration:

[AR] 3D¹⁰ 4S¹

Alla 3D -orbitaler är fulla av elektroner, medan det finns en ledig plats i 4S -omloppet. Detta innebär att 3D -orbitaler inte samarbetar i den metalliska länken som tillsammans med andra metaller. Således överlappar Cu -atomer längs glaset sina 4S -orbitaler för att skapa band, vilket påverkar den relativt svaga kraften i deras interaktioner.

I själva verket är den resulterande energiska skillnaden mellan elektronerna i 3D -orbital (full) och 4s (frön) ansvarig för kopparkristaller som absorberar fotoner i det synliga spektrumet, vilket återspeglar deras distinkta orange färg.

Koppar FCC -kristaller kan ha olika storlekar, som, desto mindre, kommer att vara starkare metallstycket. När de är väldigt små är det prat om nanopartiklar, känsliga för oxidation och reserverade för selektiva tillämpningar.

Oxidationsnummer

Det första numret eller oxidationsstatusen som kan förväntas från koppar är +1, efter förlusten av elektronen i dess 4S -orbital. Genom att ha det i en förening antas katjonens existens⁺ (Vanligtvis kallad cuproso).

Detta och oxidationsnumret +2 (CU²⁺) är de mest kända och rikliga för koppar; De är i allmänhet de enda som lärs ut på gymnasiet. Det finns emellertid också oxidationsnummer +3 (CU³⁺) och +4 (CU⁴⁺), som inte är så sällsynta som du kan tänka vid första anblicken.

Till exempel salterna från cupato -anjonen, cuo₂^-, De representerar kopparföreningar (iii) eller +3; Sådant är fallet med kalium couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺ANTINGEN₂^2-).

Kopparen, även om det i mindre utsträckning och vid mycket sällsynta tillfällen kan ha ett negativt oxidationsnummer: -2 (CU^2-).

Kan tjäna dig: etylacetat

Hur erhålls det

Råmaterial

De mest använda mineralerna för kopparekstraktion är metallsulfider, främst chalcopyrite (koppar₂) Och Bornita (CU₅Fes₄). Dessa mineraler bidrar med 50% av den totala extraherad kopparuttaget. De används också för att få koppar Calellita (Cus) och Calcocita (CU₂S).

Krossning och slipning

Ursprungligen krossas klipporna tills de får 1,2 cm stenfragment. Fortsätt sedan med en slipning av bergfragmenten, tills de får partiklar på 0,18 mm. Vatten och reagens tillsätts för att få en pasta, som sedan utförs för att få ett kopparkoncentrat.

Flotation

I detta skede bildas bubblor som fångar koppar och svaveliserade mineraler som finns i massan. Flera skumuppsamlingsprocesser utförs, torkar den för att erhålla koncentratet som fortsätter sin rening.

Rening

För att separera koppar från andra metaller och föroreningar utsätts torrkoncentratet för höga temperaturer i speciella ugnar. Eld förfinad koppar (RAF) är gjuten på plattor en ungefärlig vikt på 225 kg som kommer att utgöra anoder.

Elektrolys

Elektrolys används vid kopparförädling. Anoderna från gjuteriet tas till elektrolytiska celler för raffinering. Kopparen rör sig till katoden och föroreningar i botten av cellerna. I denna process erhålls kopparkatoder med 99,99% renhet.

Kopparlegeringar

Brons

Brons är en legering av koppar och tenn som utgör koppar mellan 80 och 97% av samma. Det användes vid tillverkning av vapen och redskap. Det används för närvarande vid utarbetande av mekaniska delar som är resistenta mot gnidning och korrosion.

Dessutom används det vid konstruktion av musikinstrument, såsom klockor, gonger, rätter, saxofoner och strängar av harps, gitarrer och piano.

Mässing

Mässing är en koppar- och zinklegering. I industriella behåar är zinkprocenten mindre än 50%. Det används i utarbetandet av metallbehållare och strukturer.

Monel

Monel Alloy är en legering av nickel-kobber, med ett förhållande på 2: 1 mellan nickel och koppar. Det är korrosionsbeständigt och används i värmeväxlare, stavar och linsbågar.

Konstatan

Verifieringen är en legering bestående av 55% koppar och 45% nickel. Det används för att tillverka mynt och kännetecknas av konstant motstånd. Även cuproníquel -legeringen används för den yttre beläggningen av låga valörsmynt.

Becu

Copper-Berilio Alloy har en 2% berylprocent. Denna legering kombinerar styrka, hårdhet, elektrisk konduktivitet och korrosionsmotstånd. Legeringen används ofta i elektriska kontakter, telekommunikationsprodukter, komponenter i små datorer och fjädrar.

Verktygen som nycklar, skruvmejslar och hammare som används på olje- och kolgruvor har BECEC -initialerna som en garanti för att de inte producerar gnistor.

Andra

90% silverlegering och 10% koppar användes i valutor, fram till 1965 när användningen av silver eliminerades i alla valutor, med undantag för halvdollar valuta.

Koppar- och 7% aluminiumlegering är gyllene färg och används i dekoration. Samtidigt är Shakudo en japansk dekorativ legering av koppar och guld, i låg procentandel (4 till 10%).

Ansökningar

Elektriska ledningar och motorer

Kopparelektriska ledningar. Källa: Scott Ehardt [Public Domain]

Koppar på grund av dess höga elektriska och låga kostnader är den föredragna metallen för användning i elektriska ledningar. Kopparkabeln används i de olika elektricitetsstadierna, såsom produktion av elektricitet, transmission, distribution etc.

50% av koppar som produceras i världen används i utarbetandet av elektriska kablar och ledningar, på grund av deras höga elektriska konduktivitet, enkel tråd (duktilitet), resistens mot deformation och korrosion.

Koppar används också i utarbetandet av integrerade kretsar och tryckta kretsplattor. Metallen används i värme och värmeväxlare på grund av dess höga termiska ledning, vilket underlättar värmeavledning.

Koppar används i elektromagneter, vakuumrör, katod och magnetronrör med mikrovågsugnar.

På samma sätt används det vid konstruktion av elmotorer och system som sätter motorerna och representerar dessa artiklar runt 40% av världens elförbrukning.

Konstruktion

Koppar, på grund av dess motstånd mot korrosion och atmosfärisk luftverkan, har använts länge på taken i huset, doping, kupoler, dörrar, fönster, etc.

Det används för närvarande i fodret på väggarna och dekorativa föremål, till exempel badrumstillbehör, dörrar och lampor. Dessutom används det i antimikrobiella produkter.

Kan tjäna dig: kalciumklorid (CaCl2)

Bioestatisk handling

Koppar förhindrar att många livsformer kan inte växa på honom. Det användes i ark som placerades i den nedre delen av båtarna på fartygen för att förhindra tillväxt av blötdjur, såsom musslor, såväl som perclabes.

Kopparbaserade målningar används för närvarande för det ovannämnda skyddet av fartyg. Metallisk koppar kan neutralisera många bakterier genom kontakt.

Dess verkningsmekanism baserat på dess joniska, frätande och fysiska egenskaper har studerats. Slutsatsen var att det oxiderande beteendet hos koppar, tillsammans med löslighetsegenskaperna hos dess oxider är de faktorer som orsakar metall koppar att vara antibakteriell.

Metalliska koppar verkar på vissa stammar av OCH. coli, S. aureus och Clostridium difficile, Grupp A -virus, adenovirus och svampar. Därför har det beräknats använda kopparlegeringar som är i kontakt med passagerarnas händer på olika transportmedel.

Nanopartiklar

Den antimikrobiella verkan av koppar förstärks ytterligare när deras nanopartiklar används, som har visat sig vara användbara för endodontiska behandlingar.

På samma sätt är koppar -nanopartiklar utmärkta adsorbenter, och eftersom de är orange representerar en färgförändring i dem en latent kolorimetrisk metod; Till exempel utvecklad för detektion av ditiokarbamater bekämpningsmedel.

Biologiskt papper

I den elektroniska transportkedjan

Koppar är ett väsentligt element för livet. Ingriper i den elektroniska transportkedjan och är en del av IV -komplexet. I detta komplex utförs det sista steget i den elektroniska transportkedjan: reduktionen av syremolekylen för att bilda vatten.

IV -komplexet består av två grupper, en cytokrom A, en cytokrom till₃, liksom två CEN -centra; en som heter Cua och den andra ungen. Cytokrom a₃ och ungen bildar ett binuclear centrum, där syrereduktion till vatten inträffar.

I detta skede passerar Cu från sitt oxidationstillstånd +1 till +2, vilket ger elektroner till syremolekylen. Den elektroniska transportkedjan använder NADH och FADH₂, Från Krebs -cykeln, som elektrondonatorer, med vilka den skapar en elektrokemisk vätegradient.

Denna lutning fungerar som en energikälla för generering av ATP, i en process som kallas oxidativ fosforylering. Så, och i slutändan är närvaron av koppar nödvändig för produktion av ATP i eukaryota celler.

I enzymsuperoxiddysmutaset

Koppar är en del av enzymets superoxiddysmutas, enzym som katalyserar nedbrytningen av superoxidjonen (eller₂^-), Giftig förening för levande varelser.

Supmutasa Supplias katalyserar nedbrytningen av superoxidjonen för att förvandla den till syre och/eller väteperoxid.

Dysmutas -superoxid kan använda kopparreduktion för att oxidera syresuperoxid, eller kan orsaka kopparoxidation för att bilda väteperoxid från superoxid.

I hemocyanin

Hemocyanin är ett protein närvarande i blodet från vissa araknider, kräftdjur och blötdjur. Det uppfyller en funktion som liknar hemoglobin hos dessa djur, men istället för att ha järn på syretransportplatsen har den koppar.

Hemocyanin har två kopparatomer på sin aktiva plats. Av denna anledning är färgen på hemocyanin grönt blå. Kopparmetallcentra är inte i direktkontakt, men de har en närliggande plats. Syremolekylen är isär mellan de två kopparatomerna.

Koncentration i människokroppen

Människokroppen innehåller mellan 1,4 och 2,1 mg Cu/kg kroppsvikt. Kopparen absorberas i tunntarmen och tas sedan till levern fäst vid albuminet. Därifrån transporteras koppar till resten av människokroppen fäst vid plasmaproteinceruloplasmin.

Överskott av koppar utsöndras genom gallan. I vissa fall samlas emellertid, som fallet vid Wilsons sjukdom, koppar i kroppen, vilket visar toxiska effekter av metall som påverkar nervsystemet, njurarna och ögonen.

Referenser

1. Ghoto, s.TILL., Khuhawar, m.OCH., Jahangir, T.M. et al. (2019). Tillämpningar av koppar -nanopartiklar för kolorimetrisk detektion av ditiokarbamat pesicider. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela, & Bello-Toledo, Helia. (2016). Koppar -nanopartiklar som antimikrobiellt potentialmedel vid spridning av rotkanaler: En systematisk översyn. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.doi.org/10.4067/S0718-381x2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Koppar. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Terence Bell. (19 september 2018). Fysiska egenskaper hos beryllium koppar. Återhämtat sig från: TheBalance.com
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 juli 2019). Kopparfakta: Kemiska och fysiska egenskaper. Återhämtat sig från: tankco.com
6. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (26 juli 2019). Koppar: kemiskt element. Britannica Encyclopaedia. Återhämtat sig från: Britannica.com
7. Redaktör. (10 november 2018). Kalcopyrit. Återhämtat från: Mining Linea.com
8. Lentech B.V. (2019). Period Tabell: Koppar. Återhämtat sig från: Lentech.com