Sejarah tembaga, sifat, struktur, kegunaan, kertas biologi

Dia Tembaga Ia adalah logam peralihan yang dimiliki oleh kumpulan 11 jadual berkala dan diwakili oleh simbol kimia CU. Ia dicirikan dan dibezakan dengan menjadi logam merah-oren, sangat mulur dan mudah dibentuk, juga merupakan konduktor elektrik dan panas yang hebat.

Dalam bentuk logamnya, ia dijumpai sebagai mineral utama di batuan basaltik. Sementara itu, berkarat dalam sebatian sulfur (mereka yang mempunyai eksploitasi perlombongan tertinggi), arseniuros, klorida dan karbonat; iaitu, kategori mineral yang luas.

Jam penggera yang diperbuat daripada tembaga. Sumber: Pixabay.

Antara mineral yang mengandungi ia boleh disebutkan Calcocite, Chalcopyrite, Curam, Couprita, Malachite dan Azure. Tembaga juga terdapat dalam abu alga, karang laut dan arthropod.

Logam ini mempunyai banyak 80 ppm di kerak bumi, dan kepekatan purata dalam air laut 2.5 ∙ 10^-4 mg/l. Secara semula jadi ia dibentangkan sebagai dua isotop semulajadi: ⁶³Cu, dengan banyaknya 69.15 %, dan ⁶⁵Cu, dengan banyaknya 30.85%.

Terdapat bukti bahawa tembaga dilemparkan pada 8000 hingga. C. Dan aloi dengan timah untuk membentuk gangsa, pada 4000 hingga. C. Ia dianggap bahawa hanya besi meteorik dan emas, mereka mendahuluinya sebagai logam pertama yang digunakan oleh manusia. Oleh itu, sinonim dengan kecerahan kuno dan oren pada masa yang sama.

Tembaga terutamanya digunakan dalam penjelasan kabel untuk memandu elektrik dalam motor elektrik. Kabel, kecil atau besar, membuat jentera atau peranti industri dan dalam kehidupan seharian.

Tembaga campur tangan dalam rantaian pengangkutan elektronik yang membolehkan sintesis ATP; sebatian tenaga utama makhluk hidup. Ia adalah pengasas dysmutase overoxide: enzim yang merendahkan ke ion superoxide, sebatian yang sangat toksik untuk makhluk hidup.

Di samping itu, tembaga mematuhi hemocyanin peranan dalam pengangkutan oksigen di beberapa arachnid, krustasea dan moluska, yang serupa dengan yang dibuat oleh besi dalam hemoglobin.

Walaupun semua tindakannya yang bermanfaat untuk manusia, tembaga ketika dia berkumpul di dalam tubuh manusia, seperti halnya penyakit Wilson, dapat menyebabkan sirosis hati, gangguan otak dan kerosakan ocular, antara perubahan lain.

[TOC]

Sejarah

Umur tembaga

Tembaga asli digunakan untuk penjelasan artifak sebagai pengganti batu di Neolitik, mungkin antara tahun 9000 dan 8000 hingga. C. Tembaga adalah salah satu logam pertama yang digunakan oleh manusia, selepas besi hadir di meteorit dan emas.

Terdapat bukti penggunaan perlombongan dalam mendapatkan tembaga dalam 5000 hingga. C. Sudah menjadi tarikh sebelumnya, artikel tembaga telah dibina; Demikianlah kes cerun yang dibuat di Iraq secara dirangsang pada tahun 8700 hingga. C.

Sebaliknya, dipercayai bahawa metalurgi dilahirkan di Mesopotamia (Iraq semasa) pada 4000 hingga. C., Apabila logam mineral dikurangkan dengan menggunakan api dan arang batu. Kemudian, tembaga sengaja dipadamkan dengan timah untuk menghasilkan gangsa (4000 hingga. C.).

Beberapa ahli sejarah menunjukkan usia tembaga, yang akan terletak secara kronologi antara Neolitik dan Zaman Gangsa. Seterusnya, Zaman Besi menggantikan gangsa antara 2000 dan 1000 hingga. C.

Zaman Gangsa

Zaman Gangsa bermula 4000 tahun selepas tembaga mungkin mencairkan. Artikel gangsa tarikh kebudayaan Vinca dari 4500 hingga. C.; Semasa berada di Sumeria dan Mesir terdapat objek gangsa yang dijelaskan 3000 tahun. C.

Penggunaan karbon radioaktif telah membolehkan mewujudkan kewujudan perlombongan tembaga di Alderley Edge, Cheshire dan United Kingdom, antara tahun 2280 dan 1890. C.

Dapat diperhatikan bahawa Ötzi, "lelaki ais" dengan anggaran tarikh antara 3300 dan 3200 hingga. C., Saya mempunyai kapak dengan kepala tembaga tulen.

Orang Rom dari abad ketujuh hingga. C. Mereka menggunakan kepingan tembaga seperti mata wang. Julio Cesar menggunakan duit syiling tembaga, aloi tembaga dan zink. Di samping itu, duit syiling Octavio dibuat dengan aloi tembaga, plumbum dan timah.

Pengeluaran dan nama

Pengeluaran tembaga di Empayar Rom mencapai 150.000 tan setahun, hanya digambarkan semasa revolusi perindustrian. Orang Roma membawa tembaga Cyprus, mengetahui ia sebagai Aes Cyprium ("Chipre Metal").

Kemudian, istilah yang merosot di Cuprum: nama yang digunakan untuk menetapkan tembaga sehingga 1530, ketika istilah akar Inggeris 'tembaga' diperkenalkan, untuk menetapkan logam.

Gunung Tembaga Besar di Sweden yang bekerja dari abad ke -10 hingga 1992, meliputi 60% daripada penggunaan Eropah pada abad ketujuh belas. Loji Affinerie Norddeutsche di Hamburg (1876), adalah tumbuhan galvanoplasti moden yang pertama yang menggunakan tembaga.

Boleh melayani anda: asid succinic: struktur, sifat, mendapatkan, menggunakan

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan

Tembaga adalah logam merah oren berkilau, sementara kebanyakan logam asli kelabu atau perak.

Nombor atom (z)

29

Berat atom

63,546 u

Takat lebur

1.084.62 ºC

Gas biasa seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida dan sulfur dioksida larut dalam tembaga cair dan mempengaruhi sifat mekanikal dan elektrik logam apabila menguatkan.

Takat didih

2.562 ºC

Ketumpatan

- 8.96 g/ml pada suhu bilik.

- 8.02 g/ml di titik lebur (cecair).

Perhatikan bahawa tidak ada penurunan ketumpatan antara fasa pepejal dan cecair; Kedua -duanya mewakili bahan yang sangat padat.

Haba Fusion

13.26 kJ/mol.

Haba pengewapan

300 kJ/mol.

Kapasiti kalori molar

24.44 j/(mol ∙ k).

Pengembangan haba

16.5 μm/(m ∙ k) pada 25 ° C.

Kekonduksian terma

401 w/(m ∙ k).

Resistiviti elektrik

16.78 Ω ∙ m hingga 20 ºC.

Kekonduksian elektrik

59.6 ∙ 10⁶ Ye.

Tembaga menyajikan pengaliran elektrik yang sangat tinggi, hanya dilepasi oleh La Plata.

Kekerasan mohs

3.0.

Oleh itu, ia adalah logam yang lembut dan cukup mulur. Rintangan dan kekerasan meningkat melalui kerja sejuk kerana pembentukan kristal memanjang struktur padu yang sama berpusat pada wajah yang ada dalam tembaga.

Tindak balas kimia

Percubaan api tembaga, yang dikenal pasti dengan warna api hijau kebiruan. Sumber: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fail: flametest-co-cu.SWN.Jpg)

Tembaga tidak bertindak balas dengan air, tetapi dengan oksigen atmosfera, meliputi lapisan oksida hitam yang memberikan perlindungan kakisan kepada lapisan asas logam:

2cu (s) + o₂(g) → 2cuo

Tembaga tidak larut dalam asid yang dicairkan, namun ia bertindak balas dengan asid sulfurik dan nitrik pekat dan pekat. Ia juga larut dalam ammonia dalam larutan akueus dan dalam kalium sianida.

Anda boleh menahan tindakan udara atmosfera dan air laut. Walau bagaimanapun, pameran yang berpanjangannya menghasilkan pembentukan lapisan pelindung hijau yang halus (skate).

Lapisan anterior adalah campuran tembaga karbonat dan sulfat, diperhatikan di bangunan lama atau patung, seperti patung kebebasan New York.

Tembaga bertindak balas pemanasan merah dengan oksigen untuk memberikan oksida cuprik (CUO) dan pada suhu yang lebih tinggi membentuk cuprous oksida (CU₂Sama ada). Ia juga bertindak balas dengan sulfur untuk menyebabkan sulfida tembaga; Oleh itu, ia terancam apabila ia terdedah kepada beberapa sebatian sulfur.

Tembaga saya terbakar dengan api biru dalam ujian api; Sementara tembaga II memancarkan api hijau.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Kristal tembaga mengkristal dalam struktur padu yang berpusat pada muka (FCC) Muka Cenred Cubic). Dalam kristal FCC ini, atom bersatu terima kasih kepada ikatan logam, yang agak lemah daripada logam peralihan lain; dibuat dalam kemuluran yang hebat dan titik lebur yang rendah (1084 ºC).

Menurut konfigurasi elektronik:

[AR] 3D¹⁰ 4s¹

Semua orbital 3D penuh dengan elektron, sementara terdapat kekosongan dalam orbital 4s. Ini bermaksud bahawa orbital 3D tidak bekerjasama dalam pautan logam seperti yang ditambah dengan logam lain. Oleh itu, atom Cu di sepanjang kaca bertindih orbital 4s mereka untuk membuat band, mempengaruhi kekuatan yang agak lemah dalam interaksi mereka.

Malah, perbezaan energik yang dihasilkan antara elektron orbital 3D (penuh) dan 4s (biji) bertanggungjawab untuk kristal tembaga menyerap foton spektrum yang kelihatan, mencerminkan warna oren tersendiri mereka.

Kristal FCC tembaga boleh mempunyai saiz yang berbeza, yang, lebih kecil, akan menjadi lebih kuat sekeping logam. Apabila mereka sangat kecil, terdapat ceramah nanopartikel, sensitif terhadap pengoksidaan dan dikhaskan untuk aplikasi selektif.

Nombor pengoksidaan

Nombor pertama atau status pengoksidaan yang boleh dijangkakan dari tembaga adalah +1, berikutan kehilangan elektron orbital 4Snya. Dengan memilikinya dalam sebatian, kewujudan kation diandaikan⁺ (Biasanya dipanggil cuproso).

Ini dan nombor pengoksidaan +2 (CU²⁺) adalah yang paling terkenal dan banyak untuk tembaga; Mereka biasanya satu -satunya yang diajar di sekolah menengah. Walau bagaimanapun, terdapat juga nombor pengoksidaan +3 (CU³⁺) dan +4 (cu⁴⁺), yang tidak jarang anda fikirkan pada pandangan pertama.

Sebagai contoh, garam anion cuprato, CUO₂^-, Mereka mewakili sebatian tembaga (iii) atau +3; Begitulah kes couprato kalium, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺Sama ada₂^2-).

Tembaga juga, walaupun pada tahap yang lebih rendah dan pada masa -masa yang sangat jarang berlaku, boleh mempunyai nombor pengoksidaan negatif: -2 (CU^2-).

Boleh melayani anda: etil asetat

Bagaimana ia diperoleh

Bahan mentah

Mineral yang paling banyak digunakan untuk pengekstrakan tembaga adalah sulfida logam, terutamanya chalcopyrite (cawan₂) Dan Bornita (CU₅Fes₄). Galian ini menyumbang 50% daripada jumlah tembaga yang diekstrak. Mereka juga digunakan untuk mendapatkan tembaga Calellita (CUS) dan Calcocita (CU₂S).

Menghancurkan dan mengisar

Pada mulanya batuan dihancurkan sehingga mereka memperoleh serpihan batu 1.2 cm. Kemudian teruskan dengan pengisaran serpihan batu, sehingga memperoleh zarah 0.18 mm. Air dan reagen ditambah untuk mendapatkan pasta, yang kemudiannya dijalankan untuk mendapatkan tumpuan tembaga.

Floatation

Pada tahap ini gelembung terbentuk yang menangkap tembaga dan mineral sulfur yang terdapat di dalam pulpa. Beberapa proses pengumpulan busa dijalankan, mengeringkannya untuk mendapatkan pekat yang meneruskan penyuciannya.

Pembersihan

Untuk memisahkan tembaga dari logam dan kekotoran lain, pekat kering tertakluk kepada suhu tinggi dalam ketuhar khas. Tembaga Tembaga Kebakaran (RAF) dibentuk pada plat berat kira -kira 225 kg yang akan membentuk anod.

Elektrolisis

Elektrolisis digunakan dalam penapisan tembaga. Anod dari faundri dibawa ke sel elektrolisis untuk penapisan. Tembaga bergerak ke sedimen katod dan kekotoran di bahagian bawah sel. Dalam proses ini, katod tembaga diperoleh dengan kesucian 99.99%.

Aloi tembaga

Gangsa

Gangsa adalah aloi tembaga dan timah, yang membentuk tembaga antara 80 dan 97% yang sama. Ia digunakan dalam pembuatan senjata dan perkakas. Ia kini digunakan dalam penjelasan bahagian -bahagian mekanikal yang tahan terhadap menggosok dan kakisan.

Di samping itu, ia digunakan dalam pembinaan alat muzik, seperti loceng, gong, hidangan, saksofon dan tali harps, gitar dan piano.

Tembaga

Tembaga adalah aloi tembaga dan zink. Dalam Bras Perindustrian, peratusan zink kurang dari 50%. Ia digunakan dalam penjelasan bekas logam dan struktur.

Monel

Aloi Monel adalah aloi nikel-kobre, dengan nisbah 2: 1 antara nikel dan tembaga. Ia tahan kakisan dan digunakan dalam penukar haba, batang dan gerbang kanta.

Constatan

Pengesahan adalah aloi yang terdiri daripada 55% tembaga dan 45% nikel. Ia digunakan untuk membuat duit syiling dan dicirikan oleh rintangan berterusan. Juga aloi cuproníquel digunakan untuk salutan luar duit syiling denominasi rendah.

Becu

Aloi Tembaga-Berilio mempunyai peratusan beryl 2%. Aloi ini menggabungkan kekuatan, kekerasan, kekonduksian elektrik dan rintangan kakisan. Aloi biasanya digunakan dalam penyambung elektrik, produk telekomunikasi, komponen komputer kecil dan mata air.

Alat seperti kunci, pemutar skru dan palu yang digunakan pada lombong minyak dan arang batu, mempunyai inisial Becec sebagai jaminan bahawa mereka tidak menghasilkan percikan api.

Yang lain

90% aloi perak dan tembaga 10% digunakan dalam mata wang, sehingga tahun 1965 apabila penggunaan perak dihapuskan dalam semua mata wang, kecuali mata wang setengah dolar.

Aloi aluminium tembaga dan 7% adalah warna emas dan digunakan dalam hiasan. Sementara itu, Shakudo adalah aloi hiasan Jepun tembaga dan emas, dalam peratusan yang rendah (4 hingga 10%).

Aplikasi

Pendawaian dan enjin elektrik

Pendawaian elektrik tembaga. Sumber: Scott Ehardt [domain awam]

Tembaga kerana kos elektrik dan rendah yang tinggi adalah logam pilihan untuk digunakan dalam pendawaian elektrik. Kabel tembaga digunakan dalam pelbagai peringkat elektrik, seperti penjanaan elektrik, penghantaran, pengedaran, dll.

50% tembaga yang dihasilkan di dunia digunakan dalam penjelasan kabel dan wayar elektrik, disebabkan oleh kekonduksian elektrik yang tinggi, kemudahan dawai (kemuluran), penentangan terhadap ubah bentuk dan kakisan.

Tembaga juga digunakan dalam penjelasan litar bersepadu dan plat litar bercetak. Logam digunakan dalam pemanasan dan penukar haba kerana pengaliran haba yang tinggi, yang memudahkan pelesapan haba.

Tembaga digunakan dalam elektromagnet, tiub vakum, katod dan magnetron tiub relau gelombang mikro.

Begitu juga, ia digunakan dalam pembinaan enjin elektrik dan sistem yang meletakkan enjin, mewakili barang -barang ini sekitar 40% penggunaan elektrik dunia.

Pembinaan

Tembaga, disebabkan oleh perlawanan terhadap kakisan dan tindakan udara atmosfera, telah digunakan untuk masa yang lama di atas bumbung rumah, doping, kubah, pintu, tingkap, dll.

Ia kini digunakan dalam lapisan dinding dan barangan hiasan, seperti aksesori bilik mandi, pintu dan lampu. Di samping itu, ia digunakan dalam produk antimikrob.

Boleh melayani anda: kalsium klorida (CaCl2)

Tindakan bioestatik

Tembaga menghalang pelbagai bentuk kehidupan tidak dapat tumbuh padanya. Ia digunakan dalam lembaran yang diletakkan di bahagian bawah kapal kapal untuk mencegah pertumbuhan moluska, seperti kerang, serta perclabes.

Lukisan berasaskan tembaga kini digunakan untuk perlindungan kapal yang disebutkan di atas. Tembaga logam dapat meneutralkan banyak bakteria dengan sentuhan.

Mekanisme tindakannya berdasarkan sifat ionik, menghakis dan fizikalnya telah dikaji. Kesimpulannya adalah bahawa tingkah laku pengoksidaan tembaga, bersama -sama dengan sifat kelarutan oksida adalah faktor yang menyebabkan tembaga logam menjadi antibakteria.

Tembaga logam bertindak pada beberapa strain Dan. coli, S. Aureus dan Clostridium difficile, Kumpulan Virus, Adenovirus dan Kulat. Oleh itu, ia telah dijangka menggunakan aloi tembaga yang bersentuhan dengan tangan penumpang dengan cara pengangkutan yang berbeza.

Nanopartikel

Tindakan antimikrob tembaga diperkuat lagi apabila nanopartikel mereka digunakan, yang terbukti berguna untuk rawatan endodontik.

Begitu juga, nanopartikel tembaga adalah penyerap yang sangat baik, dan kerana ia adalah oren, perubahan warna di dalamnya mewakili kaedah warna laten; Sebagai contoh, dibangunkan untuk mengesan racun perosak Ditiocarbamates.

Kertas Biologi

Di rantai pengangkutan elektronik

Tembaga adalah elemen penting untuk hidup. Campur tangan dalam rantai pengangkutan elektronik, menjadi sebahagian daripada kompleks IV. Di kompleks ini langkah terakhir rantaian pengangkutan elektronik dilakukan: pengurangan molekul oksigen untuk membentuk air.

Kompleks IV terdiri daripada dua kumpulan, cytochrome A, cytochrome ke₃, serta dua pusat CEN; yang dipanggil CUA dan Cub yang lain. Cytochrome a₃ dan Cub membentuk pusat binuklear, di mana pengurangan oksigen ke air berlaku.

Pada peringkat ini, Cu berlalu dari keadaan pengoksidaannya +1 hingga +2, memberikan elektron kepada molekul oksigen. Rantaian Pengangkutan Elektronik menggunakan NADH dan FADH₂, dari kitaran Krebs, sebagai penderma elektron, dengan siapa ia mencipta kecerunan hidrogen elektrokimia.

Kecerunan ini berfungsi sebagai sumber tenaga untuk penjanaan ATP, dalam proses yang dikenali sebagai fosforilasi oksidatif. Jadi, dan pada akhirnya, kehadiran tembaga diperlukan untuk pengeluaran ATP dalam sel eukariotik.

Dalam enzim superoxide dismutase

Tembaga adalah sebahagian daripada enzim superoxide dismutase, enzim yang memangkinkan penguraian ion superoxide (atau₂^-), Sebatian toksik untuk makhluk hidup.

Supmutasa Supplias memangkinkan penguraian ion superoxide untuk menjadikannya oksigen dan/atau hidrogen peroksida.

Superoxide dismutase boleh menggunakan pengurangan tembaga untuk mengoksidakan oksigen superoxide, atau boleh menyebabkan pengoksidaan tembaga membentuk hidrogen peroksida dari superoxide.

Dalam hemocyanin

Hemocyanine adalah protein yang terdapat dalam darah beberapa arachnid, krustasea dan moluska. Ia memenuhi fungsi yang serupa dengan hemoglobin dalam haiwan ini, tetapi bukannya mempunyai besi di tapak pengangkutan oksigen, ia mempunyai tembaga.

Hemocyanin mempunyai dua atom tembaga di tempat yang aktif. Atas sebab ini, warna hemocyanin berwarna biru kehijauan. Pusat logam tembaga tidak bersentuhan langsung, tetapi mereka mempunyai lokasi yang berdekatan. Molekul oksigen diselingi antara dua atom tembaga.

Kepekatan dalam tubuh manusia

Tubuh manusia mengandungi antara 1.4 dan 2.1 mg cu/kg berat badan. Tembaga diserap dalam usus kecil dan kemudian dibawa ke hati yang melekat pada albumin. Dari sana, tembaga diangkut ke seluruh tubuh manusia yang dilampirkan pada ceruloplasmin protein plasma.

Tembaga berlebihan dikeluarkan melalui hempedu. Dalam sesetengah kes, bagaimanapun, seperti yang berlaku dalam penyakit Wilson, tembaga berkumpul di dalam badan, menunjukkan kesan toksik logam yang mempengaruhi sistem saraf, buah pinggang dan mata.

Rujukan

1. Ghoto, s.Ke., Khuhawar, m.Dan., Jahangir, t.M. et al. (2019). Aplikasi nanopartikel tembaga untuk pengesanan kolorimetrik diticides dithiocarbamate. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela, & Bello-Toledo, Helia. (2016). Nanopartikel tembaga sebagai agen potensi antimikrob dalam kanal akar yang tidak disengajakan: Kajian sistematik. Jurnal Antarabangsa Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.doi.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Tembaga. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Terence Bell. (19 September 2018). Sifat fizikal tembaga berilium. Pulih dari: theBalance.com
5. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (3 Julai 2019). Fakta Tembaga: Sifat Kimia dan Fizikal. Pulih dari: Thoughtco.com
6. Editor enyclopaedia Britannica. (26 Julai 2019). Tembaga: Elemen Kimia. Britannica Encyclopaedia. Pulih dari: Britannica.com
7. Editor. (10 November 2018). Calcopyrite. Pulih dari: linea perlombongan.com
8. Lentech b.V. (2019). Jadual Tempoh: Tembaga. Pulih dari: lentech.com