Kobberhistorie, egenskaper, struktur, bruk, biologisk papir

Han kobber Det er et overgangsmetall som tilhører gruppe 11 i det periodiske tabellen og er representert av det kjemiske symbolet Cu. Det karakteriseres og kjennetegnes ved å være et rødt oransje metall, veldig duktilt og formbart, og er også en stor leder av strøm og varme.

I sin metalliske form finnes det som primært mineral i basaltiske bergarter. I mellomtiden, rusten i svovelholdige forbindelser (de med høyest gruvedrift utnyttelse), arseniuros, klorider og karbonater; det vil si en enorm kategori av mineraler.

Vekkerklokke laget av kobber. Kilde: Pixabay.

Blant mineralene som inneholder det, kan det nevnes kalsokitt, chalcopyrite, bratt, couprita, malakitt og azurblå. Kobber er også til stede i alger aske, marine koraller og leddyr.

Dette metallet har en overflod på 80 ppm i jordskorpen, og en gjennomsnittlig konsentrasjon i sjøvann på 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. I naturen presenteres det som to naturlige isotoper: ⁶³Cu, med en overflod på 69,15 %, og ⁶⁵Cu, med en overflod på 30,85%.

Det er bevis på at kobber ble støpt i 8000 til. C. Og legering med tinn for å danne bronsen, i 4000 til. C. Det anses at bare meteorisk jern og gull, de går foran det som de første metallene som brukes av mennesket. Det er derfor synonymt med arkaisk og oransje lysstyrke samtidig.

Kobber brukes hovedsakelig til utdyping av kabler for strømkjøring i elektriske motorer. Slike kabler, små eller store, sminke maskiner eller bransjeenheter og i hverdagen.

Kobber griper inn i den elektroniske transportkjeden som tillater ATP -syntese; Hovedenergiforbindelse av levende vesener. Det er en medfunder av overoksyddysmutase: enzym som degraderer til superoksydionet, svært giftig forbindelse for levende vesener.

I tillegg oppfyller kobber med hemocyanin en rolle i transport av oksygen i noen arachnider, krepsdyr og bløtdyr, som ligner det som er laget av jern i hemoglobin.

Til tross for alle hans gunstige handlinger for mennesket, kan kobber når han samler seg i menneskekroppen, slik at tilfelle av Wilsons sykdom, kan forårsake levercirrhose, hjerneforstyrrelser og okulær skade, blant andre endringer.

[TOC]

Historie

Kobberalder

Det innfødte kobberet ble brukt til utdyping av gjenstander som erstatning for steinen i det neolitiske, sannsynligvis mellom årene 9000 og 8000 til. C. Kobber er en av de første metallene som brukes av mennesket, etter jern til stede i meteoritter og gull.

Det er bevis på bruk av gruvedrift for å skaffe kobber i 5000 til. C. Allerede for en tidligere dato ble kobberartikler bygget; Slik er tilfellet med en skråning laget i Irak stimelig i 8700 til. C.

På sin side antas det at metallurgi ble født i Mesopotamia (nåværende Irak) i 4000 til. C., Når mineralsmetallet ble redusert ved å bruke brann og kull. Da, kobber med vilje legert med tinn for å produsere bronse (4000 til. C.).

Noen historikere påpeker en kobberalder, som ville være kronologisk lokalisert mellom den neolitiske og bronsealderen. Deretter erstattet jernalderen bronse mellom 2000 og 1000 til. C.

Bronsealderen

Bronsealderen begynte 4000 år etter at kobberet var mulig å smelte. Bronsartikler i Vinca -kulturen dateres fra 4500 til. C.; Mens det i Sumeria og Egypt er det utdypet bronseobjekter 3000 år. C.

Bruken av radioaktivt karbon har tillatt å etablere eksistensen av kobbergruvedrift i Alderley Edge, Cheshire og Storbritannia, mellom årene 2280 og 1890. C.

Det kan bemerkes at Ötzi, "ismannen" med en estimert dato mellom 3300 og 3200 til. C., Jeg hadde en øks med et rent kobberhode.

Romerne fra det syvende århundre til. C. De brukte kobberstykker som valuta. Julio Cesar brukte messingmynter, kobberlegering og sink. I tillegg ble Octavios mynter laget med en legering av kobber, bly og tinn.

Produksjon og navn

Kobberproduksjon i Romerriket nådde 150.000 tonn per år, bare figur under den industrielle revolusjonen. Romerne brakte Kypros kobber, og kjente det som AES Cyprium ("Chipre Metal").

Deretter degenerert i Cuprum: Navn brukt til å utpeke kobber til 1530, da begrepet engelsk rot 'kobber' ble introdusert, for å utpeke metallet.

Great Copper Mountain i Sverige som fungerte fra det 10. århundre til 1992, dekket 60% av forbruket av Europa på det syttende århundre. Norddeutsche Affinerie -anlegget i Hamburg (1876), var den første moderne galvanoplastikkanlegget som brukte kobber.

Kan tjene deg: Succinic Acid: Struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Fysiske og kjemiske egenskaper

Utseende

Kobber er et skinnende oransje rødt metall, mens de fleste innfødte metaller er grå eller sølv.

Atomnummer (z)

29

Atomvekt

63.546 u

Smeltepunkt

1.084.62 ºC

Vanlige gasser som oksygen, nitrogen, karbondioksid og svoveldioksid er oppløselige i smeltet kobber og påvirker de mekaniske og elektriske egenskapene til metall når de størkes.

Kokepunkt

2.562 ºC

Tetthet

- 8,96 g/ml ved romtemperatur.

- 8,02 g/ml ved smeltepunktet (væske).

Merk at det ikke er noen betydelig reduksjon i tetthet mellom den faste og væskefasen; Begge representerer veldig tette materialer.

Fusjonsvarme

13,26 kJ/mol.

Fordampningsvarme

300 kJ/mol.

Molar kalorikapasitet

24.44 J/(mol ∙ k).

Termisk ekspansjon

16,5 um/(m ∙ k) ved 25 ° C.

Termisk ledningsevne

401 w/(m ∙ k).

Elektrisk resistivitet

16,78 Ω ∙ m til 20 ºC.

Elektrisk konduktivitet

59,6 ∙ 10⁶ Dere.

Kobber presenterer en veldig høy elektrisk ledning, bare overgått av La Plata.

Mohs hardhet

3.0.

Det er derfor et mykt og også ganske duktilt metall. Motstand og hardhet øker gjennom kaldt arbeid på grunn av dannelsen av langstrakte krystaller av den samme kubiske strukturen sentrert i ansiktet til stede i kobber.

Kjemiske reaksjoner

Kobberflammeforsøk, som er identifisert av fargen på dens blålige grønne flamme. Kilde: SWN (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/fil: flametest-co-cu.SWN.Jpg)

Kobber reagerer ikke med vann, men med atmosfærisk oksygen, som dekker et lag med svart-slipeoksid som gir korrosjonsbeskyttelse til de underliggende lagene i metallet:

2CU (S) + O₂(g) → 2cuo

Kobber er ikke oppløselig i fortynnede syrer, men det reagerer med varme og konsentrerte svovelsyrer og salpetersyrer. Det er også løselig i ammoniakk i vandig oppløsning og i kaliumcyanid.

Du kan motstå atmosfærisk lufthandling og sjøvann. Imidlertid resulterer den langvarige utstillingen i dannelsen av et fint grønt beskytterlag (skate).

Det fremre laget er en blanding av kobberkarbonat og sulfat, observert i gamle bygninger eller skulpturer, for eksempel New York Freedom -statuen.

Kobber reagerer rød oppvarming med oksygen for å gi kuprisk oksyd (CUO) og ved høyere temperaturer form Cuprous Oxide (Cu₂ENTEN). Den reagerer også varmt med svovel for å forårsake kobbersulfid; Derfor er det plettet når det blir utsatt for noen svovelforbindelser.

Kobber jeg brenner med en blå flamme i en flammestest; Mens Copper II avgir en grønn flamme.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Kobberkrystaller krystalliserer i kubikkstrukturen sentrert på ansiktene (FCC) Face Cenred Cubic). I denne FCC -krystallen er atomer samlet takket være den metalliske bindingen, som er relativt svakere enn andre overgangsmetaller; laget i sin store duktilitet og lave smeltepunkt (1084 ºC).

I henhold til elektronisk konfigurasjon:

[AR] 3D¹⁰ 4s¹

Alle 3D -orbitaler er fulle av elektroner, mens det er ledig stilling i 4S -orbitalen. Dette betyr at 3D -orbitaler ikke samarbeider i den metalliske koblingen som kombinert med andre metaller. Dermed overlapper Cu -atomer langs glasset sine 4s orbitaler for å lage bånd, og påvirker den relativt svake kraften i interaksjonene deres.

Faktisk er den resulterende energiske forskjellen mellom elektronene til 3D -orbital (full) og 4S (frø) ansvarlig for kobberkrystaller som absorberer fotoner i det synlige spekteret, noe som gjenspeiler deres særegne oransje farge.

Kobber FCC -krystaller kan ha forskjellige størrelser, som, desto mindre, vil være sterkere metallstykket. Når de er veldig små, er det snakk om nanopartikler, følsomme for oksidasjon og reservert for selektive applikasjoner.

Oksidasjonstall

Det første antallet eller oksidasjonsstatusen som kan forventes fra kobber er +1, etter tapet av elektronet på 4S -bane. Ved å ha det i en forbindelse antas eksistensen av kationen⁺ (Ofte kalt cuproso).

Dette og oksidasjonsnummeret +2 (Cu²⁺) er de mest kjente og rikelig for kobber; De er generelt de eneste som underviste på videregående skole. Imidlertid er det også oksidasjonstall +3 (Cu³⁺) og +4 (Cu⁴⁺), som ikke er så sjeldne som du kan tenke ved første øyekast.

For eksempel salter fra cuprato -anionen, CUO₂^-, De representerer kobberforbindelser (III) eller +3; Slik er tilfellet med kalium couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺ENTEN₂^2-).

Kobber^2-).

Kan tjene deg: etylacetat

Hvordan oppnås det

Råmateriale

De mest brukte mineralene for kobberekstraksjon er metallsulfider, hovedsakelig chalcopyrite (kopper₂) Og Bornita (Cu₅Fes₄). Disse mineralene bidrar med 50% av den totale kobberen ekstrahert. De brukes også til å få kobber Calellita (CUS) og Calcocita (Cu₂S).

Knusing og sliping

Opprinnelig knuses bergartene til de får 1,2 cm bergfragmenter. Fortsett deretter med en sliping av bergfragmentene, til du oppnår partikler på 0,18 mm. Vann og reagenser tilsettes for å oppnå en pasta, som deretter utføres for å oppnå et kobberkonsentrat.

Flytning

På dette stadiet dannes bobler som fanger kobber- og svoveliserte mineraler som er til stede i massen. Flere skuminnsamlingsprosesser blir utført, og tørker det for å oppnå konsentratet som fortsetter sin rensing.

Rensing

For å skille kobber fra andre metaller og urenheter, blir det tørre konsentratet utsatt for høye temperaturer i spesielle ovner. Brannraffinert kobber (RAF) er støpt på plater en omtrentlig vekt på 225 kg som vil utgjøre anoder.

Elektrolyse

Elektrolyse brukes i kobber raffinering. Anodene fra støperiet blir ført til elektrolytiske celler for raffinering. Kobberen beveger seg til katoden og urenheter sediment i bunnen av cellene. I denne prosessen oppnås kobberkatoder med 99,99% renhet.

Kobberlegeringer

Bronse

Bronse er en legering av kobber og tinn, og utgjør kobber mellom 80 og 97% av det samme. Den ble brukt i fremstilling av våpen og redskaper. Det brukes for tiden i utdyping av mekaniske deler som er motstandsdyktige mot gni og korrosjon.

I tillegg brukes det i konstruksjonen av musikkinstrumenter, som bjeller, gonger, retter, saksofoner og strenger av harper, gitarer og piano.

Messing

Messing er en kobber- og sinklegering. I industrielle bh er sinkprosenten mindre enn 50%. Det brukes til utdyping av metallbeholdere og strukturer.

Monel

Monellegering er en legering av nikkel-cobre, med et forhold på 2: 1 mellom nikkel og kobber. Det er korrosjonsbestandig og brukes i varmevekslere, stenger og linsebuer.

Constatan

Bekreftelsen er en legering bestående av 55% kobber og 45% nikkel. Den brukes til å lage mynter og er preget av konstant motstand. Også Cuproníquel -legeringen brukes til ytre belegg av mynter med lavt kirkesamfunn.

Becu

Kobber-Berilio-legering har en 2% berylprosent. Denne legeringen kombinerer styrke, hardhet, elektrisk ledningsevne og korrosjonsmotstand. Legeringen brukes ofte i elektriske kontakter, telekommunikasjonsprodukter, komponenter i små datamaskiner og fjærer.

Verktøyene som nøkler, skrutrekkere og hammere som brukes på olje- og kullgruver, har BECEC -initialene som en garanti for at de ikke produserer gnister.

Andre

90% sølvlegering og 10% kobber ble brukt i valutaer, frem til 1965 da bruk av sølv ble eliminert i alle valutaer, med unntak av halv dollar valuta.

Kobber og 7% aluminiumslegering er gylden farge og brukes i dekorasjon. I mellomtiden er Shakudo en japansk dekorativ legering av kobber og gull, i lav prosentandel (4 til 10%).

applikasjoner

Elektriske ledninger og motorer

Kobberelektriske ledninger. Kilde: Scott Ehardt [Public Domain]

Kobber på grunn av den høye elektriske og lave kostnaden er det foretrukne metallet for bruk i elektriske ledninger. Kobberkabelen brukes i de varierte trinnene i strøm, for eksempel generering av strøm, overføring, distribusjon, etc.

50% av kobber produsert i verden brukes til utdyping av elektriske kabler og ledninger, på grunn av deres høye elektriske ledningsevne, enkel ledning (duktilitet), motstand mot deformasjon og korrosjon.

Kobber brukes også til utdyping av integrerte kretsløp og trykte kretsplater. Metallet brukes i varme og varmevekslere på grunn av dens høye termiske ledning, noe som letter varmeavledning.

Kobber brukes i elektromagneter, vakuumrør, katode og magnetrons rør med mikrobølgeovner.

På samme måte brukes den i konstruksjonen av elektriske motorer og systemer som setter motorene, og representerer disse varene rundt 40% av verdens strømforbruk.

Konstruksjon

Kobber, på grunn av sin motstand mot korrosjon og atmosfærisk lufthandling, har blitt brukt i lang tid på taket i huset, doping, kupler, dører, vinduer osv.

Det brukes for tiden i slimhinnen på veggene og dekorative varer, for eksempel baderomstilbehør, dører og lamper. I tillegg brukes det i antimikrobielle produkter.

Kan tjene deg: kalsiumklorid (CaCl2)

Bioestatisk handling

Kobber forhindrer mange livsformer kan ikke vokse på ham. Den ble brukt i ark som ble plassert i den nedre delen av båtene til skipene for å forhindre vekst av bløtdyr, for eksempel blåskjell, samt perclabes.

Kobberbaserte malerier brukes for tiden til nevnte beskyttelse av skip. Metallisk kobber kan nøytralisere mange bakterier ved kontakt.

Handlingsmekanismen basert på dens ioniske, etsende og fysiske egenskaper er blitt studert. Konklusjonen var at oksidasjonsatferden til kobber, sammen med løselighetsegenskapene til oksydene er faktorene som forårsaker at metallkobber er antibakteriell.

Metalliske kobber virker på noen stammer av OG. coli, S. aureus og Clostridium difficile, Gruppe A -virus, adenovirus og sopp. Derfor har det blitt anslått å bruke kobberlegeringer som er i kontakt med hendene på passasjerer på forskjellige transportmidler.

Nanopartikler

Den antimikrobielle virkningen av kobber forsterkes ytterligere når nanopartiklene deres brukes, noe som har vist seg nyttige for endodontiske behandlinger.

På samme måte er kobber -nanopartikler utmerkede adsorbenter, og fordi de er oransje, representerer en fargeendring i dem en latent kolorimetrisk metode; For eksempel utviklet for å oppdage ditiokarbamater plantevernmidler.

Biologisk papir

I den elektroniske transportkjeden

Kobber er et essensielt element for livet. Griper inn i den elektroniske transportkjeden, og er en del av IV -komplekset. I dette komplekset utføres det siste trinnet i den elektroniske transportkjeden: Reduksjon av oksygenmolekylet for å danne vann.

IV -komplekset består av to grupper, en cytokrom a, en cytokrom til₃, så vel som to CEN -sentre; den ene som heter Cua og den andre ungen. Cytokrom a₃ og CUB danner et binuclear senter, der oksygenreduksjon til vann oppstår.

På dette stadiet passerer Cu fra oksidasjonstilstanden +1 til +2, og gir elektroner til oksygenmolekylet. Den elektroniske transportkjeden bruker NADH og FADH₂, fra Krebs -syklusen, som elektrongivere, som den skaper en elektrokjemisk hydrogengradient.

Denne gradienten fungerer som en energikilde for generering av ATP, i en prosess kjent som oksidativ fosforylering. Så, og til slutt, er tilstedeværelsen av kobber nødvendig for produksjon av ATP i eukaryote celler.

I enzymet superoksyddysmutase

Kobber er en del av enzymet superoksyddysmutase, enzym som katalyserer nedbrytningen av superoksydionet (eller₂^-), Giftig forbindelse for levende vesener.

Supmutasa Supplias katalyserer nedbrytningen av superoksydionet for å gjøre det til oksygen og/eller hydrogenperoksyd.

Dysmutase -superoksyd kan bruke kobberreduksjon for å oksidere oksygen superoksyd, eller kan forårsake kobberoksidasjon for å danne hydrogenperoksyd fra superoksyd.

I hemocyanin

Hemocyanin er et protein som er til stede i blodet til noen arachnider, krepsdyr og bløtdyr. Den oppfyller en funksjon som ligner på hemoglobin hos disse dyrene, men i stedet for å ha jern på oksygentransportstedet, har den kobber.

Hemocyanin har to kobberatomer på sitt aktive sted. Av denne grunn er fargen på hemocyanin grønnaktig blå. Kobbermetallsentre er ikke i direkte kontakt, men de har en nærliggende beliggenhet. Oksygenmolekylet er ispedd mellom de to kobberatomene.

Konsentrasjon i menneskekroppen

Menneskekroppen inneholder mellom 1,4 og 2,1 mg Cu/kg kroppsvekt. Kobberen blir absorbert i tynntarmen og blir deretter ført til leveren festet til albuminet. Derfra transporteres kobber til resten av menneskekroppen festet til plasmaproteinet ceruloplasmin.

Overskytende kobber skilles ut gjennom galle. I noen tilfeller, som tilfellet er i Wilsons sykdom, akkumuleres kobber i kroppen, og manifesterer giftige effekter av metall som påvirker nervesystemet, nyrene og øynene.

Referanser

1. Ghoto, s.TIL., Khuhawar, m.OG., Jahangir, t.M. et al. (2019). Bruksområder av kobber nanopartikler for kolorimetrisk deteksjon av dithiocarbamate pesicider. J Nanostruct Chem 9: 77. gjør jeg.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela, & Bello-Toledo, Helia. (2016). Kobber -nanopartikler som antimikrobielt potensielt middel i å spredt rotkanaler: en systematisk gjennomgang. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.gjør jeg.org/10.4067/S0718-381x2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Kobber. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Terence Bell. (19. september 2018). Fysiske egenskaper til berylliumkobber. Gjenopprettet fra: TheBalance.com
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3. juli 2019). Kobberfakta: Kjemiske og fysiske egenskaper. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
6. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (26. juli 2019). Kobber: kjemisk element. Britannica Encyclopaedia. Gjenopprettet fra: Britannica.com
7. Redaktør. (10. november 2018). Kalsopyritt. Gjenopprettet fra: gruve linea.com
8. Lentech b.V. (2019). Periodebord: kobber. Gjenopprettet fra: Lentech.com