دليلك الشامل عن النحاس

تتعدد العناصر الكيميائية التي من الممكن أن نتعامل معها في حياتنا اليومية، والنحاس ضمن المواد التي نكون على احتكاك معها طوال اليوم، وهو من المعادن المتميزة التي لها العديد من الخصائص، فهو يمتاز النحاس بشكله الصلب وذلك عندما يكون في وضعه الطبيعي وفي درجة حرارة الغرفة، بينما يكون لين وناعم القوام عندما يكون بحالته النقية، ويعتبر النحاس عنصراً كيميائياً، إذ يتم إدخاله في تركيب مجموعة واسعة من السبائك، وله العديد من الاستخدامات الأخرى.

 يحتوي المقال على العديد من الأفكار والنقاط الرئيسية، وهي كالتالي:

• ما هو النحاس؟
• معدن النحاس.
• مصادر النحاس.
• خصائص النحاس.
• أهمية النحاس.
• استخدامات النحاس.
• لون النحاس.
• أنواع النحاس.
• الاختلاف بين النحاس الأحمر والنحاس الأصفر.
• مميزات وعيوب النحاس.
• مراحل إعادة تدوير النحاس.
• أسعار النحاس.
• أسئلة متداولة.

ما هو النحاس؟

عنصر النحاس

يعتبر عنصر النحاس من فئة المعادن، وهو معدن كيميائي متوفر في الطبيعة بكثرة، ويحتل المرتبة الخامسة والعشرين من بين المعادن الأخرى حينما نتكلم عن الوفرة، ويتميز النحاس بلونه الأحمر الذهبي بشكل طبيعي، ويعطي هذا اللون بريقاً من ألوان الطيف عند تعرضه للضوء، وهذا ما يميزه عن غيره من المعادن، ويعتبر النحاس عنصراً كيميائياً، إذ يتم إدخاله في تركيب مجموعة واسعة من السبائك، على سبيل المثال، تتم إضافته إلى الذهب من أجل إكسابه مزيداً من الصلابة عند تكوينه، والنحاس هو من أول المعادن التي استخدمها الإنسان وثاني المعادن منفعة بعد الحديد، وينتمي عنصر النحاس إلى المجموعة الحادية عشرة، ومن خليط النحاس والزنك تتم صناعة سبيكة تسمّى بالبراص أو النحاس الأصفر، تم استخدامها في العصور الوسطى بهدف صناعة الدروع الحربية.

معدن النحاس

يمتاز النحاس بشكله الصلب وذلك عندما يكون في وضعه الطبيعي وفي درجة حرارة الغرفة، بينما يكون لين وناعم القوام عندما يكون بحالته النقية، إذ يعتبر النحاس من المعادن المطاوعة والتي من الممكن أن تتشكل دون أن تتعرض للكسر أو التفتت، ويعد معدن النحاس من المعادن المقاومة للتآكل.

يميل لون النحاس إلى الأحمر البرتقالي، الأمر الذي يكسبه بريقاً معدنياً لامعاً، وتصل درجة انصهار النحاس إلى حوالي 1083 درجة تقريباً، وكثافته النوعية تقدّر بحوالي 8.9 غرام/سم، كما أن رقمه الذري يساوي 29، ويأخذ الشكل البلوري، والرمز الخاص لعنصر النحاس الكيميائي هو cu.

اكتشف الإنسان معدن النحاس منذ قديم الزمان، وقد يظهر النحاس بأكثر من هيئة، فمن الممكن أن يظهر على شكل قطع حمراء اللون مختلطة بأنواع متعددة من الصخور، أو قد يكون بهيئة فقاعات هوائية حيث أنه من الممكن استخدام معدن النحاس في صناعة بعض الأدوات أو المواد.

مصادر النحاس

• الحمم البازلتية: يعتبر النحاس من المعادن الأولية والأساسية في تكوين الحمم.
• مركبات النحاس: من أهم تلك المركبات الكبريتيدات والكربونات إضافة إلى الكلوريدات.
• داخل جسم الإنسان: تحتوي معظم أجزاء الجسم على نسب متفاوتة من النحاس، إذ يساهم في تحفيز تكوين الهيموجلوبين، كما أنه يتركز بصورة كبيرة في كبد الإنسان.
• المعادن: يتم تركيب العديد من المعادن بوجود النحاس، ومن أشهر هذه المعادن الملاكيت والأزوريت.
• الحيوانات والنباتات: تحتوي الأعشاب البحرية على نسبة عالية من النحاس، وكذلك الشعاب المرجانية والرخويات والمفصليات، إذ يقوم النحاس بنقل الأوكسجين الموجود في الرخويات والقشريات خاصة ذوات اللون الأزرق.

خصائص النحاس

الخصائص الكيميائية للنحاس

من أهم الخصائص الكيميائية التي يتميز بها عنصر النحاس هي أن له عدد ذري يبلغ 29، ويبلغ وزنه الذري 63.55، كما يتمتع بالعديد من الخصائص الكيميائية الأخرى، وهي كالتالي:

• ينتمي النحاس إلى المجموعة الحادي عشر في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
• ينتمي النحاس إلى الدورة الرابعة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
• تم اعتماد عنصر النحاس على أنه معدن انتقالي.
• يوجد 28 نظيراً خاصاً بعنصر النحاس.

بناءً على الخصائص الكيميائية السابقة لعنصر النحاس، يفقد النحاس إلكترونات عديدة عند تفاعله مع الهواء أو الماء في عملية تفاعل تُسمّى تفاعل الأكسدة، وينتج عن عملية التفاعل تلك ما يُدعى أكسيد النحاس، وتؤدي تلك العملية إلى تغير في لون النحاس الأصلي بحيث يصبح أخضر باهت، ولا يتأثر النحاس بأي نوع من الأحماض غير المؤكسدة أو الأحماض غير المُركبة المخففة في حال غياب الهواء عنه.

في حال وجود النحاس في الهواء فإن الأول يتفاعل بسهولة في حمض النيتريك وحمض الكبريتيك مما يؤدي إلى ذوبانه، كما أنه يذوب في كل من سيانيد البوتاسيوم ومحلول الأمونيا المائي أيضاً في حالة تواجد غاز الأوكسجين، أما في حال تفاعل النحاس مع الأوكسجين بوجود الحرارة فإن أكسيد النحاس الثنائي CuO سيكون هو الناتج، وفي حال أن درجة الحرارة عالية فإن أوكسيد النحاس الأحادي ذو الرمز الكيميائي Cu2O سيكون هو الناتج، وإذا حصل تفاعل بين كل من النحاس والكبريت بوجود حرارة ناتجة عن التسخين فسيكون الناتج كبريتيد النحاس ذو الرمز الكيميائي Cu2S.

الخصائص الفيزيائية للنحاس

• إن درجة انصهار معدن النحاس هي 1083.45 درجة مئوية.
• إن درجة غليان النحاس هي 2567 درجة مئوية.
• إن لون النحاس هو لون بني مائل للاحمرار.
• يتميز النحاس بمظهر خارجي ليّن ومرن وقابل للسحب والطرق.
• إن نصف القطر الذري للنحاس هو 128 بيكومتر.
• إن الحجم الذري للنحاس هو 7.1سم مكعّب/مول.
• إن نصف القطر التساهمي للنحاس يبلغ 117 بيكومتر.
• إن كثافة النحاس تبلغ 8.96 غرام/سم مكعب.
• إن الحرارة النوعية للنحاس تبلغ 0.385 جول/(غرام . درجة مئوية).
• إن حرارة الانصهار للنحاس تبلغ 13.01 كيلوجول/مول.
• إن حرارة التبخر للنحاس تبلغ 304.6 كيلوجول/مول.
• درجة حرارة ديباي تبلغ 42 درجة مئوية.
• رقم باولنج السالب يبلغ 1.90.
• طاقة التأين الأولى تبلغ 745.0 كيلوجول/مول.
• حالات الأكسدة 2,1.
• البنية البلورية للنحاس هي مكعب مركزي الوجه.
• حالة النحاس في درجة حرارة الغرفة هي الحالة الصلبة.

أهمية النحاس

يعتبر النحاس عنصراً مهماً وأساسياً وحيوياً لصحة جميع الكائنات الحية، وعلى الرغم من أن كمية النحاس الموجودة في جسم الإنسان تعد صغيرة جداً إذ تبلغ 50-120 ملليغرام فقط، إلا أن هذه الكمية الصغيرة هي كمية مهم جداًُ ولها تأثيرها الحيوي في جسم الإنسان، وكشفت الأبحاث العلمية أن وجود النحاس يعتبر أمراً مهماً وحيوياً في جسم الإنسان، إلى جانب المغذيات الدقيقة المعدنية الأخرى مثل الحديد والكالسيوم والزنك.

تكمن أهمية النحاس في عدة أمور وهي كالتالي:

• تطور الدماغ أثناء نمو الجنين وما بعد الولادة أيضاُ، والحفاظ على صحة الدماغ طوال الحياة، بما في ذلك الدفاع الفعّال المضاد للأكسدة.
• التواصل الفعال بين الخلايا العصبية.
• الحفاظ على صحة الجلد والأنسجة الضّامة، كما أنه ينظّم إنتاج الميلانين.
• له دور فعّال في سرعة التئام الجروح.
• السلامة الصحية ووظيفة القلب والأوعية الدموية.
• نمو الأوعية الدموية الجديدة.
• البنية المناسبة ووظيفة تعميم خلايا الدم.
• تكوين خلايا جهاز المناعة (خلايا الدم البيضاء).
• الحفاظ على استجابة مناعية صحية وفعّالة.
• توليد وتخزين الطاقة في “محطات توليد الطاقة” من الخلايا، ومن أمثلتها: الميتاكوندريا.
• امتصاص الحديد والسكر.
• يقلل من مستويات الكولسترول في الدم.

استخدامات النحاس

• يتم استخدام النحاس في صناعة الأسلاك الكهربائية، حيث أنه يساعد على توصيل الكهرباء بشكل ممتاز، إضافة إلى كونه عازل ويسهل تشكيله لأنه مرن، لذا فإنه حل لمعظم مشاكل توصيل الكهرباء، كما يتم الاعتماد عليه في صناعة الكابلات الكهربائية.
• يتم استخدام النحاس في صناعة أواني الطعام، حيث أنه يعتبر موزّع جيد للحرارة.
• يدخل النحاس في صناعة المواسير لأن ثقبه أمر صعب.
• يدخل معدن النحاس في صناعة الصنابير.
• يدخل النحاس في صناعة الحلي مع الذهب.
• يدخل النحاس في الغذاء حيث أنه يتمكن من تحسين الأنزيمات الكبدية، كما أنه يفيد العظام بشكل كبير.
• يستخدم معدن النحاس في صناعة الأقفال.
• يدخل النحاس في صناعة الآلات الموسيقية مثل الأبواق.
• يتم استخدام النحاس في صناعة الأجراس.
• يدخل النحاس في تصنيع التطبيقات الزخرفية.

لون النحاس

يتواجد النحاس في الطبيعة باللون الأحمر الذهبي أو قد يكون قزحي الألوان، أي أنه يعكس ألواناً كألوان الطيف في حال تم إسقاط الضوء عليه، ولذلك فهو يتميز عن غيره من المعادن، إلى جانب معدن الذهب، بأنه لا يتواجد باللون الفضي أو اللون الرمادي عند وجوده في الطبيعة مثل باقي المعادن.

أنواع النحاس

النحاس ذو الموصلية العالية

يتميز هذا النوع بأنه يمتلك قدرة عالية على التوصيل الكهربائي سواء كان بحالة ساخنة أو باردة، ما يكسبه صلاحية للاستخدام في التطبيقات الكهربائية، مثل أن يدخل في صناعة الكابلات والأسلاك، وإضافةً إلى ذلك، فهو يتميز بدرجة عالية من المرونة، مما يجعل تشكيله على هيئة أسلاك رفيعة أمراً غاية في السهولة، ومن أشهر أنواعه نحاس ETP كما هو معروف في أمريكا الشمالية، أو النوع المعروف بالنحاس الكهربائي كما هو معروف في غيرها من الأماكن، إذ تصل درجة الموصلية فيه من 100% إلى 101.5% وذلك حسب معيار صلابة النحاس الدولية.

النحاس المختزل

يتم انتزاع الأوكسجين من النحاس في هذا النوع من خلال إضافة نسبة من الفوسفور المنصهر إليه، أو من خلال إضافة البورون في حالة السبائك، حيث ينتج مادة صلبة وقوية تقاوم التآكل في حالة ملامسة الهيدروجين لها، الأمر الذي يجعلها مناسبة للكثير من الاستعمالات، مثل إمدادات الغاز والمياه المنزلية وأنظمة التدفئة المركزية كذلك، إضافة إلى استخدامها في عملية تشييد المباني وورق التسقيف، كما توسعت استخداماته بالمباني في الوقت الحالي لتشمل الكسوة الخارجية، وألواح الجدران وغيرها.

سبائك النحاس

سبائك النحاس هي سبائك غير حديدية، أي أنها تخلو من الحديد، يتشكل فيها النحاس مع مجموعة واسعة من المعادن الأخرى، مثل: القصدير والزنك والألمنيوم والنيكل ويتم الحصول على سبائك متعددة من خلال إضافة بعض المواد إلى النحاس، ونذكر بعضها:

• سبيكة البرونز من خلال إضافة القصدير إلى النحاس.
• سبيكة البرونز الفوسفوري من خلال إضافة القصدير والفوسفور إلى النحاس.
• سبيكة برونز الألمنيوم من خلال إضافة الألمنيوم إلى النحاس.
• سبيكة النحاس الأصفر من خلال إضافة الزنك إلى النحاس.
• سبيكة النحاس الأحمر أو الجونميتال من خلال إضافة القصدير والزنك إلى النحاس.
• سبيكة النحاس النيكل من خلال إضافة النيكل إلى النحاس.
• سبيكة الفضة النيكل من خلال إضافة النيكل والزنك إلى النحاس.

قد تحتوي أنواع السبائك الأخرى على عناصر أخرى بنسب قليلة مثل الزرنيخ والسيليكون والألمنيوم والفضة والكادميوم وغيرها من العناصر، بحيث تتم إضافتها بنسب معينة حتى تكتسب السبيكة خصائص مطلوبة للاستفادة منها في العديد من الأغراض.

الاختلاف بين النحاس الأحمر والنحاس الأصفر

يتم إطلاق اسم الصُّفر على النحاس الأصفر، وهو عبارة عن سبائك تحتوي على خليط ما بين كل من معدن النحاس والزنك، ويتميز بلونه الأصفر اللامع ولذلك يتم استخدام النحاس الأصفر اللون في صناعة العديد من الزخارف والتحف أيضاً، ويتميز بأنه يعاد تشكيله بسهولة، وأحياناً يتوه الناس ما بين النحاس الأصفر والبرونز، ويكمن الاختلاف الذي يفضح الفرق ما بين النحاس الأصفر والبرونز هو أن النحاس الأصفر عبارة عن خليط من النحاس والزنك، بينما البرونز هو خليط ما بين النحاس والقصدير.

طريقة تنظيف النحاس الأصفر والنحاس الأحمر

• وضع كمية من الملح على نصف ليمونة وفرك النحاس به من أجل التخلص من البقع الصعبة، حيث يتم عصر نصف الليمونة مع كمية بسيطة من الملح ونخلط هذه المكونات مع بعضها البعض إلى أن تتكون عجينة متماسكة يتم وضعها على أماكن البقع وتركها لنصف ساعة.
• استخدام الخل والملح من خلال وضع ملعقتين من الملح مع كوب من الخل الأبيض في وعاء ويتم وضع النحاس فيه ويتم غليه بشكل جيد، من ثم نرفع النحاس ونغسله جيداً ويتم استخدام الكاتشب من أجل التخلص من أماكن الأكسدة التي توجد به.

مميزات وعيوب النحاس

يتميز هذا المعدن باستحواذه على المرتبة الثانية بعد الفضة من حيث قوة الموصلية الكهربائية، كما يتميز بوفرته في الطبيعة وانخفاض كلفته، كما أنه معدن يحمل خصائص مضادة للميكروبات، وهو ما يقلل نسبة الجراثيم على سطحه، كل تلك المزايا تجعله من المعادن الأكثر استخداماً في حياتنا اليومية، ولكن ما يعيبه هو أكسدته التي تتسبب في تحويل لونه إلى الأخضر عند تعرضه للماء أو الهواء ما يؤثر على جودة مظهره.

مراحل إعادة تدوير النحاس

يعتبر النحاس من المعادن ذات القيمة العالية والتي يمكن إعادة تدويرها، إذ يعتمد اقتصاد صناعة النحاس والسبائك على إعادة تدوير المنتجات النحاسية، وتمر تلك العملية بالعديد من المراحل، وهي كالتالي:

• الفرز: يتم فرز النحاس فور الحصول عليه، إذ قد يكون النحاس خاماً، وقد يكون مطلياً أو ملحوماً، أو قد يتواجد بشكل خليط مع معادن أخرى ينبغي التخلص منها، وفي حال كانت نسبة الملوثات كبيرة فيتم إعادة تدوير النحاس إلى سبائك يتم الاستفادة منها، أما في حال كانت نسبة الملوثات قليلة فيتم تدويره إلى نحاس عالي الموصلية.
• الصهر: بعد فرزه يتم وضع النحاس في أفران خاصة ذات حرارة عالية لصهره.
• الصب وإعادة التشكيل: يتم تشكيل النحاس بعد أن انصهر، إما كسبائك أو كنحاس عالي الموصلية، وفي هذه المرحلة يمكن صب النحاس على شكل أنود قطب سالب أو مهبط والاستفادة منه كهربائياً مع التخلص من الشوائب كي يكون ذو كفاءة عالية.

أسعار النحاس

سعر النحاس الأحمر

تختلف الأسعار من مكان لآخر ومن تاجر لآخر، وتقريباً يبلغ سعر كيلو النحاس الأحمر الخردة حوالي 70 جنيه للكيلو الواحد حسب جودة النحاس، وهو ما يعادل حوالي 70000 جنيه للطن الواحد من النحاس.

أسئلة متداولة

فيديو عن النحاس