مس

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نیکلمسروی
-

Cu

Ag
ظاهر
red-orange metallic luster

Native copper (~4 cm in size)
ویژگی‌های کلی
نام, نماد, عدد مس, Cu, 29
تلفظ به انگلیسی /ˈkɒpər/ KOP-ər
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات واسطه
گروه، تناوب، بلوک ۱۱۴, d
جرم اتمی استاندارد 63.546 g·mol−۱
آرایش الکترونی [Ar] 3d10 4s1
الکترون به لایه 2, 8, 18, 1 (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به r.t.) 8.94 g·cm−۳
چگالی مایع در m.p. 8.02 g·cm−۳
نقطه ذوب 1357.77 K, 1084.62 °C, 1984.32 °F
نقطه جوش 2835 K, 2562 °C, 4643 °F
گرمای هم‌جوشی 13.26 kJ·mol−1
گرمای تبخیر 300.4 kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی 24.440 J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 1509 1661 1850 2089 2404 2834
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن +1, +2, +3, +4
(mildly basic oxide)
الکترونگاتیوی 1.90 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونیزه شدن
(more)
1st: 745.5 kJ·mol−1
2nd: 1957.9 kJ·mol−1
3rd: 3555 kJ·mol−1
شعاع اتمی 128 pm
شعاع کووالانسی 132±4 pm
شعاع واندروالانسی 140 pm
متفرقه
ساختار کریستالی face-centered cubic
مغناطیس diamagnetic
مقاومت الکتریکی (20 °C) 16.78 nΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 401 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (25 °C) 16.5 µm·m−1·K−1
سرعت صوت (سیم نازک) (r.t.) (annealed)
3810 m·s−1
مدول یانگ 110–128 GPa
مدول شیر 48 GPa
مدول باک 140 GPa
نسبت پواسون 0.34
سختی موس 3.0
سختی ویکر 369 MPa
سختی برینل 874 MPa
عدد کاس 7440-50-8
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های مس
iso NA نیمه عمر DM DE (MeV) DP
63Cu 69.15% 63Cu ایزوتوپ پایدار است که 34 نوترون داردs
65Cu 30.85% 65Cu ایزوتوپ پایدار است که 36 نوترون داردs

مس نام یک عنصر جدول تناوبی با نماد شیمیایی Cu (برگرفته از واژهٔ لاتین cuprum) است عدد اتمی آن ۲۹ و عنصری فلزی با ویژگی‌های شکل‌پذیری و رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا است. مس خالص، نرم و چکش خوار است بخشی از آن که در برابر هوای آزاد قرار دارد به رنگ قرمز مایل به نارنجی است.

هزاران سال است که از مس و آلیاژهایش استفاده می‌شود. در دوران روم باستان، از معدن‌های مس در قبرس بهره‌برداری می‌شد ریشهٔ نام لاتین مس از واژهٔ сyprium به معنی فلز قبرس (metal of Cyprus) گرفته شده است که بعدها کوتاه شده و به شکل cuprum در آمده است. ترکیب‌های مس معمولاً به شکل نمک‌های مس (II) دیده می‌شوند، رنگ آبی و یا سبز کانی‌هایی مانند آزوریت و فیروزه که از گذشته به عنوان گوهر دانسته می‌شدند ناشی از همین فلز است. از مس در معماری ساختمانی و هنرهای تزئینی هم بهره برده می‌شود.

مس یک مادهٔ معدنی ضروری برای اندام‌های زنده است چون سهمی کلیدی در ساخت آنزیم تنفسی سیتوکروم اکسیداز سی دارد. خون نرم‌تنان و سخت‌پوستان از ماده‌ای به نام هموسیانین ساخته شده است. مادهٔ اصلی هموسیانین، مس است درحالی که خون ماهی‌ها و مهره‌داران دارای هموگلوبین است و مادهٔ اصلی سازندهٔ آن، آهن می‌باشد. اندام‌های اصلی بدن انسان که در آن مس یافت می‌شود عبارتند از: کبد، ماهیچه و استخوان‌ها.[۱]

از ترکیب‌های مس به عنوان مهارگر باکتری، قارچ کش و نگهدارندهٔ چوب استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها[ویرایش]

فیزیکی[ویرایش]

یک قرص ساخته شده از مس با درجهٔ پالودگی ۹۹٫۵ درصد. برای نشان دادن کریستالیت‌ها از قالبگیری پیوسته و فرایند سونش بهره برده شده است.

مس، نقره و طلا همگی در گروه یازدهم جدول تناوبی جای دارند از این رو برخی رفتارهای مشترک را از خود نشان می‌دهند. همهٔ این عنصرها پس از یک لایه الکترونی d دارای یک الکترون در اوربیتال s اند. ویژگی مشترک همهٔ این عنصرها، چکش خواری و رسانایی الکتریکی بالا است. لایهٔ الکترونی d که پر از الکترون است چندان در واکنش‌های میان اتمی وارد نمی‌شود بلکه پیوند فلزی از طریق الکترون اوربیتال s صورت می‌گیرد. برخلاف فلزهایی که دارای لایهٔ d نیمه پر دارند، پیوند فلزی در مس دارای ویژگی‌های پیوند کووالانسی نیست و نسبتاً ضعیف است. این مطلب دلیل سختی پایین و شکل‌پذیری بالای یک تک بلور مس است.[۲] در نگاه ماکروسکوپیک به شبکهٔ بلوری مس، در می‌یابیم که سختی آن زیر اثر یک تنش معلوم افزایش می‌یابد. از این رو مس معمولاً در قالب چندبلوری ریز که مقاومت بالاتری دارد قرار می‌گیرد تا در قالب تک‌بلوری.[۳]

نرمی مس تا حدی رسانایی الکتریکی بالا (۵۹٫۶×106 زیمنس بر متر) و در نتیجه رسانایی گرمایی بالای آن را توضیح می‌دهد. مس در مقایسه با دیگر فلزهای خالص دومین رسانای گرمایی بالا در دمای اتاق را دارد.[۴] این پدیده به این دلیل است که مقاومت در برابر جابحایی الکترون در فلزها در دمای اتاق بیشتر از پراکندگی الکترون‌ها در لرزش گرمایی شبکه سرچشمه می‌گیرد که البته این لرزش برای یک فلز نرم نسبتاً ضعیف است.[۲] بیشینهٔ چگالی جریان مجاز برای مس در هوای آزاد، نزدیک به ۳٫۱×106 A/m2 در سطح مقطع آن است. اگر جریان از این مقدار بیشتر شود، مس انرژی گرمایی بیش از اندازه‌ای را پدید می‌آورد.[۵] مانند دیگر فلزها اگر مس در برابر فلزی دیگر قرار گیرد خوردگی گالوانیک روی می‌دهد.[۶]

مس یکی از چهار فلزی است رنگ طبیعی آن خاکستری یا نقره‌ای نیست. دیگر فلزهای رنگین عبارتند از: سزیم و طلا به رنگ زرد و اسمیم به رنگ آبی.[۷]

شیمی[ویرایش]

کاربردها[ویرایش]

مس فلزی قابل انعطاف و چکشخوار است که کاربردهای زیادی مانند موارد زیر دارد:

  • سیمهای مسی
  • لولههای مسی
  • دستگیره‌های درب و سایر وسایل منزل
  • مجسمه‌سازی. مثلاً" مجسمه آزادی شامل ۱۷۹۰۰۰ پوند مس می‌باشد.[۸]
  • آهنرباهای الکتریکی.
  • موتورها، مخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.
  • لامپ‌های خلاء ،  لامپ‌های پرتوی کاتدی ومگنترون های اجاق‌های مایکرو ویو.
  • در وسایل آشپزی، از جمله ماهی تابه .
  • وسایل موسیقی ، بخصوص سازهای بادی.
  • بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستان‌ها و پوشاندن قسمتهای مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکل ها و ماسل‌ها.
  • ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.

به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در ICها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.

تاریخچه[ویرایش]

«در حدود پنج هزار سال پیش از میلاد مردم غارنشین فلات ایران بر اثر تغییراتی که از لحاظ آب و هوا و تشکیل مزارع و چمنزارها به وجود آمد به دشت‌ها روی آوردند و زندگی تازه‌ای را آغاز کردند و در تمدن آن‌ها نسبت به دوران‌های پیشین پیشرفت بیشتری دیده شد. مردمی که در فلات ایران زندگی میکردن گه گاه به سفالگری و ساختن اشیاع با گل میپرداختن و با پختن آن‌ها از آن‌ها اثاری زیبا پدید می‌آوردند. آن‌ها در برخی اقات مشاهده میکردن که بضی از ظروف سفالینشان در اثر ضربه نمی‌شکند و همینطور در برخی اوقات از ظروفی که در آتش می‌نهادند ماده‌ای خارج می‌شد که پس از سرد شدن سخت می‌گشت. آنها نام این ماده را مس گذاشتند و در ساخت ظروف و ابزار کشاورزی و جنگ از آن استفاده‌های بسیار کردند. در پایان عهد حجر پسین مردم این منطقه آلات و ابزار خود را با مس می‌ساختند و کم‌کم این‌گونه ادوات جای ابزار سنگی را که تا آن زمان متداول بود گرفت . ..... در هزاره چهارم پیش از میلاد مردم دشت‌نشین فلات ایران در کار زندگی پیشرفت بیشتری کردند ... با آن‌که سنگ در ساختن آلات و ادوات در این عهد به کار می‌رفت فلز نیز بیش از دوره پیش وارد صنعت گردید، مس را با چکش صاف می‌کردند، اما طرز ذوب کردن فلزات را نمی‌دانستند و با مس سنجاق و ظروف ظریف می‌ساختند. ..... در این دوره ذوب مس نیز متداول شد و آلات و ادوات را به شیوه ریخته‌گری ساختند. در سکونت‌گاه‌های دوره مزبور چاقوها و دشنه‌هایی با تیغه مسین به دست آمده است. همچنین در حفریات سیلک کاشان مقداری آئینه مسی جهت آرایش به دست آمده است. از ویژگی‌های این دوره وجود گوشواره‌هایی از طلا و لاجورد است.»[۹]

مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به ۱۰،۰۰۰ سال پیش می‌رسد. یک آویزه مسی، متعلق به ۸۷۰۰ سال قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد. نشانه‌هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال ۵۰۰۰ قبل از میلاد وجود دارد. در عوض اولین نشانه‌های استفاده از طلا تقریباً به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد بر می‌گردد.

مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریباً متعلق به ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سامانه لوله‌کشی با مس پیدا شده که مربوط به۵۰۰۰ سال پیش است. مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع، قالب گیری مس را آسان تر می‌کند بنابراین آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می‌شوند تقریباً قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد در این کشور برنز مرغوب ساخته می‌شده‌است. در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می‌شود، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائی‌ها قرار می‌گیرد. در اروپا مرد یخیOetzi، مردی که به دقت نگهداری می‌شود و متعلق به۳۲۰۰ سال قبل از میلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن ۷/۹۹٪ می‌باشد. مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می‌باشد.

استفاده ار برنز در مرحله‌ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می‌نامند. برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت. به خاطر زیبایی درخشانش- بطوری که در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می‌شد -ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود، در اسطوره‌شناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه‌های آفرودیت و ونوس پیوند دارد. در کیمیاگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند، علامت سیاره ناهید نیز بود.

پیدایش[ویرایش]

مس معمولاً به شکل معدنی یافت می‌شود. کانی‌هایی مثل آزوریت، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت (CuFeS2)، کوولین (CuS)، کالکوزین (Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.

ترکیبات[ویرایش]

آلیاژهای بسیاری از مس وجود دارد برنج آلیاژ مس و روی است و برنز آلیاژ مس و قلع است. متداول‌ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک طرفیتی cuprous، 1+Cu و حالت cupric،2+Cu می‌باشد.

کربنات مس به رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهر منحصر به فرد بام‌ها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمان‌ها ساخته می‌شوند.

اکسیدهای مس (مانند:اکسید مس ایتریم و باریم ۷δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه‌های بسیاری از ابر رساناهای غیر معمول را تشکیل می‌دهند.

ترکیبات دیگر: سولفید مس

نقش در بیولوژی[ویرایش]

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می‌باشد. مس در آنزیم‌های متنوعی، از جمله در سیتوکروم اکسیداز سی و آنزیم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم ۹/۰ میلی گرم در روز می‌باشد.   مس در جریان خون عمدتاً" روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می‌کند. اگرچه مس اول در روده جذب می‌شود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می‌شود.   یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می‌شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود. این بیماری در صورت عدم درمان می‌تواند منجر به آسیب‌های کبدی و مغزی شود.[۱۰]

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات‌ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم‌ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگ‌ها کوچک مانده و سرشاخه‌های جوان را دچار برگ سوختگی می‌کند. هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام محلول بردو) استفاده می‌شود که البته بازده آن در خاک‌های ایران بسیار کم است.[۱۰]

دستبند مسی[ویرایش]

دستبند مسی از غلیظ شدن خون جلوگیری می‌کند و باعث افزایش گردش خون در بدن می‌شود. کسانی که از درد مفاصل رنج می‌برند، توصیه می‌شود که یک دست‌بند مسی داشته باشند. دلیل این امر را هم کمبود یون‌های مس در خون ذکر است که با تماس دست‌بندهای مسی با پوست بخشی از این کمبود جبران شده و از درد مفاصل کاسته می‌شود. خوراک موقع پخت در درون قابلمه مسی، از یون آزاد شده این ظرف استفاده می‌کند و در بدن انسان ایجاد احساس شادابی و انرژی کرده و از خستگی جلوگیری می‌کند.[۱۱]

ایزوتوپها[ویرایش]

علاوه بر تعداد زیادی رادوایزوتوپ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-۶۳ و Cu-۶۵ موجود است. تعداد بسیار زیادی از این رادیوازوتوپ‌ها دارای نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند، طولانی‌ترین نیمه یعمر متعلق به Cu-۶۴ است که مدت آن ۷/۱۲ ساعت، با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می‌شود.

کارایی مس[ویرایش]

مس خالص را می‌توان به کمک باز پخت به صورت نورد گرم چکش کاری و خروج از قالب شکل داد؛ که قابل استفاده در محوطه سازی و کارهای فضای باز را پیدا می‌کند. همچنین برای سختی بیشتر در حرارت بیشتری تا حد سرخی آن را نگه داشته و سپس داخل آب می‌کنند.

مصارف مس در ساختمان[ویرایش]

مس برای لوله کشی آب سرد وگرم، مخازن آب گرم، پوشش بام، آب بندی و همچنین به عنوان هادی الکتریسیته کاربرد دارد. مقدار اندکی از مس به فلزات دیگر برای اهداف مختلف مثل افزایش مقاومت در برابر پوسیدگی در فولاد سازه‌ای، سهولت کار با چدن و افزایش مقاومت در آلومینیم، اضافه می‌شود. ورقه نازکی از مس یا آلیاژهای آن به صورت آبکاری روی فلزات مختلف و یا پلاستیک کشیده می‌شود و سطوح آنها را هادی می‌نماید که در صنعت کاربرد زیادی دارد. از مس برای تهیه رنگ‌های شیشه و سرامیک نیز استفاده می‌شود. همچنین از نمک‌های مس برای محافظت چوب‌ها بهره می‌برند.

هشدارها[ویرایش]

با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گویی سمی هستند (مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودری خطر آتش زایی دارد.۳۰ گرم سولفات مس برای انسان کشنده‌است. مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از ۱ میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می‌گردد. مقدار بی خطر مس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین ۵/۱ تا ۲ میلی گرم در هر لیتر می‌باشد.

منابع[ویرایش]

  1. Johnson, MD PhD, Larry E., ed. (2008). "Copper". Merck Manual Home Health Handbook. Merck Sharp & Dohme Corp. , a subsidiary of Merck & Co. , Inc. Retrieved 2013-04-07. 
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ George L. Trigg; Edmund H. Immergut (1 November 1992). Encyclopedia of applied physics. 4: Combustion to Diamagnetism. VCH Publishers. pp. 267–272. ISBN 978-3-527-28126-8. Retrieved 2 May 2011. 
  3. Smith, William F. and Hashemi, Javad (2003). Foundations of Materials Science and Engineering. McGraw-Hill Professional. p. 223. ISBN 0-07-292194-3. 
  4. Hammond, C. R. (2004). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press. ISBN 0-8493-0485-7. 
  5. Resistance Welding Manufacturing Alliance (2003). Resistance Welding Manual (4th ed.). Resistance Welding Manufacturing Alliance. pp. 18–12. ISBN 0-9624382-0-0. 
  6. "Galvanic Corrosion". Corrosion Doctors. Retrieved 2011-04-29. 
  7. Chambers, William; Chambers, Robert (1884). Chambers's Information for the People L (5th ed.). W. & R. Chambers. p. 312. ISBN 0-665-46912-8. 
  8. http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=مس&SSOReturnPage=Check&Rand=0
  9. تاریخ سرزمین ایران، عباس پرویز، انتشارات نگاه، 1390، صفحات 25 و 26 و 27 و 29.
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=مس&SSOReturnPage=Check&Rand=0
  11. حقایقی درباره دستبندهای مسی بر بدن خبرگزاری انتخاب
جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ مس موجود است.