من المعرفة

النحاس يرمز له (نح) فلزCopper يرمز له بـ (Cu) عدده الذري 29, ووزنه الذري 63,54 ، كثافته 8,95 ، ونقطة أنصهاره 1083 درجة مئوية, ونقطة غليانه 2310 درجة مئوية, وتكافؤه 1و2.

يوجد في الطبيعة بصورة منفردة او متحدة على شكل أكاسيد, ينقى بالتحليل الكهربائي, والنحاس مادة لينة القوام قابلة للطرق تتفاعل مع الجو مكونة نوع من الصدأ يعرف بأوكسيد النحاس لونها أخضر وهي مادة سامة, والنحاس عموما بطئ التفاعل مع الحوامض المخففة.

يعتبر النحاس من اقدم المعادن التي اكتشفها الانسان القديم و طوعا لاستخداماته المختلفة.

النحاس مادة جيدة للتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي, لذا تصنع منه المبادلات الحرارية والاسلاك والتوصيلات الكهربائية, كذلك يستخدم النحاس في صنع البطاريات والعدات الكهربائية والصناعية وأوعية الطهي.

يدخل النحاس في تركيب العديد من السبائك حيث يضاف مثلا للذهب بكميات قليلة لاعطاء الذهب الصلادة الكافية في تصنيع المخشلات, وتصنع منه العملات المعدنية كعملة نحاسية أو يدخل ضمن السبائك, يدخل في صناعة البرونز (سبيكة), وكذلك قي صناعة الأعتدة الحربية, وبعض الأجهزة والمعدات الموسيقية.

تاريخ إستعمال النحاس

كان النحاس أول معدن يلين لإستخدام الإنسان فيما نعلم ؛ فنجده في مسكن من مساكن البحيرة عند روبتهاوزن في سويسره ، ويرجع ذلك إلى سنة 6000 ق.م تقريباً. ونجده أيضاً في أرض الجزيرة بين دجلة والفرات من عهد ما قبل التاريخ ، ويرجع إلى سنة 4500 ق.م تقريبا ؛ ثم نجده في مقابر البداري في مصر ، ويرجع عهده إلى ما يقرب من سنة 4000 ق.م ، ونجده كذلك في آثار أور التي ترجع إلى سنة 3100 قبل الميلاد تقريباً ، وفي آثار بناة الجبال في أمريكا الشمالية ، التي ترجع إلى عصر لا نستطيع تحديده. وليست تقع بداية عصر المعادن عند تأريخ إكتشافها بل يبدأ ذلك العصر بتحوير المعادن بواسطة النار والطَّرق بحيث تلائم غايات الإنسان ؛ ويعتقد علماء المعادن أن أول إستعدان للنحاس من مناجمه الحجرية جاء بفعل المصادفة حين أذابت نارُ أوقدها الناس ليستدفئوا، نحاساً كان لاصقا بالأحجار التي أحاطوا بها النار ؛ ولقد لوحظت أمثال هذه المصادفة مراراً في اجتماعات البدائيين حول نارهم في عصرنا هذا؛ ومن الجائز أن تكون هذه الحادثة العابرة هي التي أدت بالإنسان الأول في نهاية الأمر- بعد تكرارها مرات كثيرة- ذلك الإنسان الذي لبث أمداً طويلا لا يساوره القلق في إستعمال الحجر الأصم الصليب ، أن يجعل من هذه المادة المرنة عنصراً يتخذ منه آلاته وأسلحته ، لأنها أيسر من الحجر صياغة وأدوم بقاء ؛ والأغلب أن يكون المعدن قد أستعمل بادئ ذي بدء بالصورة التي قدمته عليها يد الطبيعة ، وإنها لَيَدٌ فيها سخاء وبها إهمال في آن واحد؛ فكان نقيا حينا، مشوبا في معظم الأحيان ثم حدث بعد ذلك بزمن طويل- وربما كان ذلك حول سنة 3500 ق.م- في المنطقة التي تحيط بالطرف الشرقي من البحر الأبيض المتوسط ، أن وقع الناس على فن صهر المعادن وإستخراجها من مناجمها؛ ثم بدءوا في صبهّا نحو سنة 1500 ق.م "كما تدل على ذلك النقوش البارزة في مقبرة رخ- مارا في مصر)؛ فكانوا يصبّون النحاس المصهور في إناء من الطين أو الرمل ، ثم يتركونه يبرد على صورة يريدونها ، مثل رأس الرمح أو الفأس ؛ فلما أن كشف الإنسان عن هذه العملية في النحاس ، استخدمها في مجموعة منوَّعة من المعادن الأخرى ؛ وبهذا توفر للإنسان من العناصر القوية ما إستطاع به أن يبني أعظم ما يعرف من ضروب الصناعة ، وتهيأ له الطريق إلى غزو الأرض والبحر والهواء؛ ومن الجائز أن تكون كثرة النحاس في شرقي البحر الأبيض المتوسط هي التي سبَّبَت قيام ثقافات جديدة قوية في الألف الرابع من السنين قبل الميلاد ، في عيلام وما بين النهرين ومصر ، ثم إمتدت من هاتيك الأصقاع إلى سائر أجزاء المعمورة فبدّلتها حالا بعد حال. غير أن النحاس وحده ليّن ، فهو على الرغم من شدة صلاحيته للتشكيل مما ينفع في تحقيق طائفة من أغراضنا "ماذا كان يصنع عصرنا الكهربائي بغير نحاس؟" إلا أنه أضعف من أن يحتمل مهام السلم والحرب التي تتطلب معدنا أقوى ؛ لهذا كان لابد من عنصر آخر يضاف إلى النحاس ليشدّ من صلابته ؛ ورغم أن الطبيعة قد أشارت إلى الإنسان بما عسى أن يضيفه إلى النحاس لهذه الغاية من مواد كثيرة الأنواع ، بل إن الطبيعة كثيراً ما قدمت له نحاسا تم بالفعل خلطه وإشتدت صلابته بما فيه من قصدير وزنك ، مكونّةً بذلك برونزاً طبيعيا أو نحاسا أصفر ، على رغم هذه المعونة من الطبيعة ، فقد لبث الإنسان- فيما نظن- قرونا قبل أن يخطو الخطوة الثانية في هذا الصدد ؛ وأعني بها خلط معدن بمعدن خلطا مدبرَّا مقصودا للحصول على مركبات أصلح لأغراضه.

الأهمية الغذائية للنحاس

يحتوي الجسم على كمية من النحاس لا تقل عن 100 ملجم؛ تساعد في الوقاية من فقر الدم المعروف بالأنيميا ، كما يدخل في تركيب بعض الأنزيمات ، ونقصه يؤدي إلى اضطراب النمو ، وفقر الدم ويمكن الحصول عليه من اللحوم وصفار البيض والفواكه والخضار.

الاستخدامات الصناعية للنحاس ومركباته

من استخدامات النحاس المهمة صناعة أسلاك الكهرباء إذ يستهلك حوالي 40% من النحاس المنتج في العالم سنوياً في هذا المجال ، ونظراً لارتفاع الحرارة النوعية للنحاس فإنه يستعمل كوسيط لنقل الحرارة في عمليات التسخين والتبريد.

سبائك النحاس

الصفر (النحاس الأصفر)

يدخل النحاس في صناعة أنواع متعددة جداً من السبائك منها ما يلي:

النحاس الأصفر (Brass): وهو سبيكة من النحاس والخارصين أو يسمى الزنك ، والنحاس الأصفر مقاوم للعوامل الجوية والمواد الكميائية ويمكن صبه وتلميعه، كما أن له ألواناً تتراوح من الأحمر إلى الأصفر إلى الأبيض حسب نسبة الخارصين فيه ، ويستخدم في التوصيلات الكهربائية وفي صنع السخانات والغلايات.
البرونز ( Bronze ): وهو سبيكة من النحاس والقصدير ، ويتميز بأنه مقاوم للمواد الكميائية وشديد الصلابة، وتتكون بإضافة القصدير بنسبة 40% مما يجعلها تتصف بالمرونة.

هناك سبائك نحاسية كثيرة يختلف تركيبها باختلاف الوظائف التي تصنع لتأديتها والتي تختلف خصائصها حسب العناصر المكونة للسبيكة.

الانتاج

Chuquicamata (Chile). The largest open pit copper mines in the world.

Copper output in 2005

World production trend

Evolution of the historical copper price
source : minerals.usgs.gov (XLS)

Copper Prices 2003 - 2008 in USD

يتم تنقيب 10 ملايين طن متري من النحاس تقريبًا كّل عام في كل أنحاء العالم. وفي كل قارة مناجم (ترسبات) نحاس. وأغلب النحاس العالمي يأتي من سلسلة الجبال الممتدة من ألاسكا إلى طرف أمريكا الجنوبية. وفي بعض الأماكن، يستخرج عمال المناجم خام النحاس من مناجم بعيدة عن سطح الأرض، وفي أماكن أخرى، يزيحونه من حفر كبيرة مكشوفة على السطح. وفي التعدين المكشوف تزيح الجرافات الضخمة أو آلات أخرى الخام من "درجات" واسعة، ترتفع إلى 12 أو 21 مترًا. وتعدُّ تشيلي أكبر دولة منتجة للنحاس في العالم، حيث المناجم الضخمة بالقرب من سانتياجو وفي صحراء أتاكاما، تمثل المصدر لأغلب الناتج الوطني الإجمالي. وتنتج تشيلي نحو ربع إنتاج العالم من النحاس. وتأتي الولايات المتحدة في المرتبة الثانية حيث تنتج نحو خمس إنتاج العالم من النحاس. ويأتي ثلثا الناتج للولايات المتحدة من أريزونا. وتستورد الولايات المتحدة النحاس إذ إنها تستهلك من النحاس أكثر مما تنتجه. وتأتي كندا في المرتبة الثالثة من حيث الإنتاج، حيث تنتج أقل من عُشْر إنتاج العالم من النحاس. ويأتي أغلب نحاسها من كولومبيا البريطانية، وأونتاريو.

وتعتبر بيرو وبولندا وزامبيا من أهم منتجي النحاس. وتوجد ترسبات هائلة من خام النحاس في أستراليا والصين والمكسيك والكونغو الديمقراطية (زائير سابقًا).

للمزيد من المعلومات: Peak copper

In 2005, Chile was the top mine producer of copper with at least one-third world share followed by the USA, Indonesia and Peru, reports the British Geological Survey.

الحصول على النحاس من الخام

كيف ينتج فلز النحاس

في موقع المنجم، تحمل الجرافات خام النحاس غالبا في شكل صخور جلمودية كبيرة في الشاحنات، وعربات السكة الحديدية. وتحمل هذه الناقلات الخام إلى المطاحن، أو المصاهر. ولايعامل كل الخام بالطرق نفسها؛ فهناك اختلافات تعتمد على نوعية الخام. وعلى كل حال، فإن طرق استخلاص النحاس قد صممت لفصل مواد المعادن النفيسة من الخام، ونفايات الصخور، ولاستخلاص النحاس، وأي فلزات أخرى قد توجد في الخليط الناتج، وكذلك لتنقية الفلزات المنتجة. والطريقة المتبعة أن يرسل الخام إلى المطحنة، حيث تفتت وتزال النفايات الصخرية، وترسل المواد الناتجة إلى المصهر، حيث يفصل النحاس الفلزي الذي قد يحتوي على فلزات أخرى، مثل الذهب، والفضة والنيكل التي يجب أن تزال بالتنقية.

الطحن

يـبدأ الطحن في الكسارة حيث يجرش الخام إلى قطع صغيرة، ثم يضاف الماء إلى الخام المجروش ليكون خليطاً شبيهاً بالحساء يسمى رزغة. وتمرر الرزغة في مطاحن الكرات وهي أسطوانات في شكل براميل دوارة ممتلئة إلى نصف سعتها بكرات حديدية. وأثناء دوران الأسطوانات، فإن الكرات تجرش الخام إلى جسيمات بحجم صغير كاف لتمريرها من خلال غربال به 1,600 فتحة لكل سم². وتعرض الرزغة بعد ذلك لعملية التعويم التي تقوم بتركيز الجسيمات الحاملة للمادة المعدنية. وتمر الرزغة أولاً في حاويات تسمى خلايا التعويم وهناك تضاف الكيميائيات والزيت ويحرك الخليط كله بوساطة مجاديف أو بالهواء المنبثق من خراطيم ضيقة لتجعله مثيراً للفقاقيع. وأحد الكيميائيات يثبت الفقاقيع، بينما تغطي مادة كيميائية أخرى جسيمات المعدن، بحيث تمكنها من الالتصاق بالفقاقيع. وتطفو الفقاقيع مع جسيمات المعدن إلى سطح الخلية مكونة رغوة. ثم تقشط هذه الرغوة، وتجفف ويسمى الناتج بركازة النحاس، وربما تحتوي ما بين 15 و33% من وزنها نحاسًا. أما النفايات، وتسمى بقايا، فلا تلتصق بالفقاقيع وتفرغ من الجزء الأسفل للخلية.

الصهر

يزيل الصهر أغلب الشوائب المتبقية بعيداً عن النحاس. في عملية الصهر، تذهب ركازة النحاس (في وجود الهواء والأكسجين النقي) أولاً خلال فرن عاكس. وهذا النوع من الأفران قد يعالج ما مقداره 2700 طن متري من خلاصة النحاس في اليوم. وتسلط حجرة وقود في طرف الفرن اللهب على الخلاصة لتحولها إلى كتلة تغلي. وتساعد الحرارة في التخلص من بعض الشوائب في شكل غاز ثاني أكسيد الكبريت وتترسب المادة المنصهرة في قاع الفرن. أما الشوائب الأخرى فترتفع إلى أعلى هذه الكتلة المنصهرة، مكونة خبثاً يتألف أساساً من أكسيد الحديد والسليكا ثم يقشط الخبث ويتخلص منه. أما الخليط الجديد المسمى المت فيحتوي على 50 إلى 75% نحاسًا. ويظل محتوياً على شوائب في شكل كبريتيد الحديد وفلزات أخرى.

ويؤخذ المت في المرحلة الثانية إلى محول، حيث تعمل مضخات على ضغط الهواء خلال المت المنصهر، وتضاف السليكا التي تأتلف مع الشوائب لتكوّن خبثاً. هذا الخبث يقشط من الطبقة العليا، ويسمى الخليط الجديد نحاسًا منفطًا، وذلك بسبب أن سطح النحاس يتنفط أثناء تبريده. ويحتوي هذا النحاس على 97 إلى 99,5% من النحاس النقي.

وتتم تنقية النحاس المنفط في فرن تنقية. وهذا الفرن يزيل أغلب الشوائب المتبقية وخاصة الأكسجين. وفي العملية المسماة بالتنقية بالصُّعد أو الإرجاع، فإن غازات طبيعية تدفع إلى داخل الفرن المحتوي على النحاس المنصهر. وعندما تحترق الغازات الطبيعية ينزع الأكسجين والغازات الأخرى من النحاس الناتج عن هذه العملية فيكون بنقاوة 99,9%.

الاستخلاص بالإذابة (النض أو التصويل)

تستخدم هذه الطريقة لاستخلاص الفلز من خامه بوساطة مذيب كيميائي. فيتم استخلاص النحاس من الخامات التي لا تتفاعل مع الكيميائيات المستخدمة في عملية الطفو. وفي عملية الاستخلاص بالإذابة هذه، فإن الماء المحتوي على حمض الكبريتيك، أو الكيميائيات الأخرى، ينتشر خلال الخام، ويذيب النحاس. يُمزج المحلول بمذيب من الكيروسين يحتوي بعض المواد الكيميائية التي تستخلص النحاس. ينفصل المزيج ويسيل النحاس مع المواد الكيميائية في محلول حمض الكبريتيك. يتم وضع المحلول في صهريج لإجراء عملية الاستخلاص الكهروكيميائي التي تشبه عملية التنقية الكهربائية. النحاس الناتج من هذه العملية يكون بنقاوة 99,9%.

التنقية الكهربائية

يجب أن يُنقى النحاس المستخدم في الموصلات الكهربائيه إلى درجة نقاء أعلى من 99,9%. ومن أجل ذلك، يصب ويسبك النحاس النفطة في قوالب بمساحة 90سم² وسمك 8سم لقطع كعكية، وتؤدي هذه القطع دور المصعد (القطب الموجب) في العملية الإلكتروليتية. ولمزيد من القواعد الكيميائية الداخلة في هذه العملية،

للمزيد من المعلومات: التحليل الكهربائي

توضع الأقطاب الموجبة داخل أحواض محتوية على محلول كبريتات النحاس، وحمض الكبريتيك، وتفصل تبادلياً بأقطاب سالبة (مهابط)، وهي ألواح رفيعة من النحاس النقي تسمى الألواح البادئة. وعندما يمر التيار الكهربائي من خلال الحوض تذوب المصاعد تدريجياً، مرسبة نحاساً بنقاوة 99,9% على المهابط. وأغلب الشوائب المتبقية في الأقطاب الموجبة تستقر في قاع الحوض مكونة راسباً طينياً. ويستخدم العاملون في تعدين النحاس طرقاً عدة لاستخلاص كميات ضئيلة من الذهب والفضة والبلاتين وفلزات أخرى من الراسب الطيني. وبعد عملية التحليل الكهربائي، تصهر المهابط النحاسية في فرن كهربائي، وتسبك في أشكال وأحجام متعددة مثل، القضبان، والكعكات والقطع والكتل.

الطرق

للمزيد من المعلومات: Copper extraction techniques

تصنيع المنتجات النحاسية

تنتج المنشآت الصناعية، مثل مصانع النحاس الأصفر (الصفر) والأسلاك، أشكالاً نصف مصنعة منها الألواح والأنابيب، والأسلاك، والقضبان. وتصنع هذه الأشكال من القضبان والكعكات، والكتل والقطع النحاسية، ويشتريها مصنعو منتجات النحاس.

ألواح النحاس

تصنع من كعكات النحاس ذات المقاسات 64 سم عرضًا و20 سم سمكًا و183 سم طولاً. وتسخن هذه الكعكات في فرن عند درجة حرارة 926°م ثم تلف على آلة دوارة على درجة عالية من الحرارة في شكل ألواح بسمك 13ملم، وتقوم آلات بتسوية الألواح للسمك المطلوب. ثم تقطع الألواح قطعًا بالأحجام المطلوبة لصنع منتجات مثل ألواح السقف وأواني الطبخ، وألواح الحفر الضوئي (حفر الكليشيهات). انظر: الحفر.

أواني المطبخ المصنوعة من النحاس تستخدم على نطاق واسع، فالنحاس موصل جيد للحرارة، ويتحمل درجات حرارة عالية.

أنابيب النحاس

تصنع من كتل النحاس التي تتفاوت في نصف قطرها من ثمانية إلى 23سم، أما طولها فقد يبلغ 132سم. يسخن العمال الكتل في فرن ويثقبونها لتعطي أنبوباً خشناً، وتضغط هياكل الأنابيب خلال قوالب وأجهزة أخرى لصنع أنابيب الحجم المطلوب. وتستخدم هذه الأنابيب لصنع أنابيب الصرف الصحي، وخطوط الغاز بالمنازل والقنوات والأنابيب الكهربائية.

الأسلاك النحاسية

تصنع بعد صب المهابط النحاسية المنصهرة على هيئة قضبان عرضها 10سم وسمكها 7,5سم، تسوى القضبان في آلة دوارة لتكون بسمك 6ملم وتسحب بعد ذلك من خلال قوالب آلات سحب الأسلاك، وتشكل هذه القوالب القضبان إلى الأحجام المطلوبة. وتستخدم أغلب الأسلاك النحاسية لأغراض نقل التيار الكهربائي.

النحاس المنكبس

يكبس (ينبثق) النحاس أحياناً من خلال فتحة في قالب ليكون أشكالاً معينة، ويمكن أن ينبثق أيضاً في شكل قضبان وأنابيب، وأشكال أخرى خاصة، ويصنع منها المفصلات ومقابض الأبواب وأدوات معدنية أخرى.

الدور الحيوي

المصادر الغنية بالنحاس تتضمن المحار، كبد البقر والماعز، Brazil nuts، والمولاس، جوز الهند، والفلفل الأسود. المصادر الجيدة تتضمن السلطعون والمكسرات زبذور عباد الشمس، الزيتون الأخضر، والأڤوكادو ونخالة القمح.

Reference ranges for blood tests, comparing blood content of copper (shown in light blue in middle) with other constituents.

السمية

Overview, showing main symptoms of copper poisoning.^[1]

المقال الرئيسي: تسمم النحاس

مخاطر مختلفة

The metal, when powdered, is a fire hazard. At concentrations higher than 1 mg/L, copper can stain clothes and items washed in water.

انظر أيضاً

المصادر

ول ديورانت; أرييل ديورانت. قصة الحضارة, ترجمة بقيادة زكي نجيب محمود.

وصلات خارجية

هنالك المزيد من الملفات في ويكيميديا كومونز حول :

نحاس

National Pollutant Inventory - Copper and compounds fact sheet
Copper Resource Page. Includes 12 PDF files detailing the material properties of various kinds of copper, as well as various guides and tools for the copper industry.
The Copper Development Association has an extensive site of properties and uses of copper; it also maintains a web site dedicated to brass, a copper alloy.
The Third Millennium Online page on Copper
The WebElements page on Copper

هذا الصندوق: عرض • نقاش • تحرير الجدول الدوري

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Alkali metals

Alkaline earth metals

Other metals

Other nonmetals

ع • ن • ت مركبات النحاس

CuBr • CuBr₂ • CuCN • CuCO₃ • CuCl • CuCl₂ • CuF • CuF₂ • CuI • Cu(NO₃)₂ • CuN₆ • CuO • Cu(OH)₂ • CuS • CuSO₄ • Cu₂O • Cu₂S • Cu₃(AsO₄)₂ • Cu₃P • Cu₅Si

ع • ن • ت مواد المجوهرات

فلزات نفيسة:	ذهب · پلاديوم · پلاتين · روديوم · فضة

سبائك الفلزات النفيسة:	Electrum · ذهب وردي · فضة استرلينية · ذهب أبيض

فلزات/سبائك قاعدية:	نحاس أصفر · برونز · نحاس · صلب لا يصدأ

أحجار كريمة معدنية:	Aventurine · عقيق Agate · Alexandrite · جشب Amethyst · زبرجد أزرق · Carnelian · Citrine · ألماس Diamond · زمرد Emerald · Garnet · يشم Jade · يشب Jasper · Malachite · لازورد Lapis lazuli · Moonstone · مرمر Onyx · Opal · Peridot · مرو Quartz · ياقوت Ruby · صفير Sapphire · Sodalite · Sunstone · تنزانيت · Tiger's Eye · زبرجد Topaz

أحجار كريمة عضوية:	كهرمان · كوپال · مرجان · Jet · لؤلؤ

تمّ الاسترجاع من "http://www.marefa.org/index.php/%D9%86%D8%AD%D8%A7%D8%B3"