Kopergeschiedenis, eigenschappen, structuur, gebruik, biologisch papier

Hij koper Het is een overgangsmetaal dat behoort tot groep 11 van de periodiek systeem en wordt weergegeven door de chemische symbool Cu. Het wordt gekenmerkt en onderscheiden door een rood-oranje metaal te zijn, zeer ductiel en kneedbaar, is ook een geweldige geleider van elektriciteit en warmte.

In zijn metalen vorm wordt het gevonden als primair mineraal in basaltrotsen. Ondertussen roesten roestig in zwavelachtige verbindingen (die met de hoogste exploitatie van mijnbouw), arseniuros, chloriden en carbonaten; dat wil zeggen een enorme categorie mineralen.

Wekker gemaakt van koper. Bron: Pixabay.

Onder de mineralen die het bevatten, kunnen calcociet, chalcopyriet, steile, couprita, malachiet en azuurblauw worden genoemd. Koper is ook aanwezig in algenas, mariene koralen en geleedpotigen.

Dit metaal heeft een overvloed aan 80 ppm in de aardkorst en een gemiddelde concentratie in zeewater van 2,5 ∙ 10^-4 mg/l. In de natuur wordt het gepresenteerd als twee natuurlijke isotopen: ⁶³Cu, met een overvloed van 69,15 %, en de ⁶⁵Cu, met een overvloed van 30,85%.

Er zijn aanwijzingen dat koper in 8000 is geworpen. C. En legering met tin om het brons te vormen, in 4000 tot. C. Er wordt aangenomen dat alleen meteorisch ijzer en goud het voorafgaan als de eerste metalen die door de mens worden gebruikt. Het is daarom tegelijkertijd synoniem met archaïsche en oranje helderheid.

Koper wordt voornamelijk gebruikt bij de uitwerking van kabels voor elektriciteitsaandrijving in elektrische motoren. Dergelijke kabels, klein of groot, make -up machines of industriële apparaten en in het dagelijks leven.

Koper komt tussenbeide in de elektronische transportketen die ATP -synthese mogelijk maakt; belangrijkste energieverbinding van levende wezens. Het is een co -stichter van de overoxidedysmutase: enzym dat afbreekt tot de superoxide -ion, zeer giftige verbinding voor levende wezens.

Bovendien voldoet koper aan hemocyanine een rol bij het transport van zuurstof bij sommige spinachtigen, schaaldieren en weekdieren, wat vergelijkbaar is met die van ijzer in hemoglobine.

Ondanks al zijn gunstige acties voor de mens, koper wanneer hij zich ophoopt in het menselijk lichaam, is dit het geval van de ziekte van Wilson, kan levercirrose, hersenaandoeningen en oculaire schade veroorzaken, naast andere wijzigingen.

[TOC]

Geschiedenis

Kopertijdperk

Het inheemse koper werd gebruikt voor de uitwerking van artefacten als vervanging voor de steen in het neolithicum, waarschijnlijk tussen de jaren 9000 en 8000 tot. C. Koper is een van de eerste metalen die door de mens worden gebruikt, na ijzer aanwezig in meteorieten en goud.

Er zijn aanwijzingen voor het gebruik van mijnbouw bij het verkrijgen van koper in 5000 tot. C. Al voor een eerdere datum werden koperartikelen gebouwd; Dat is het geval van een helling die in Irak in 8700 is gemaakt. C.

Op zijn beurt wordt aangenomen dat metallurgie werd geboren in Mesopotamië (huidige Irak) in 4000 tot. C., Toen het metaal van de mineralen werd verminderd met behulp van vuur en steenkool. Dan is koper opzettelijk gelegeerd met tin om brons te produceren (4000 tot. C.)).

Sommige historici wijzen op een koperen tijdperk, dat chronologisch zou zijn gelegen tussen het neolithische en de bronstijd. Vervolgens verving de ijzertijd die van brons tussen 2000 en 1000 tot. C.

Bronstijd

De bronstijd begon 4000 jaar nadat het koper mogelijk was om te smelten. Bronzen artikelen van de Vinca -cultuur dateren van 4500 tot. C.; Terwijl in Sumeria en Egypte 3000 jaar uitgewerkte bronzen objecten zijn. C.

Het gebruik van radioactieve koolstof heeft het mogelijk gemaakt het bestaan ​​van koperen mijnbouw in Alderley Edge, Cheshire en het Verenigd Koninkrijk, tussen de jaren 2280 en 1890, vast te stellen. C.

Opgemerkt kan worden dat Ötzi, de "ijsman" met een geschatte datum tussen 3300 en 3200 tot. C., Ik had een bijl met een puur koperen hoofd.

De Romeinen van de zevende eeuw tot. C. Ze gebruikten koperen stukken zoals valuta. Julio Cesar gebruikte koperen munten, koperlegering en zink. Bovendien werden de munten van Octavio gemaakt met een legering van koper, lood en tin.

Productie en naam

Koperproductie in het Romeinse rijk bereikte 150.000 ton per jaar, figuur alleen tijdens de industriële revolutie. De Romeinen brachten het koper van Cyprus mee, wetende het als AES Cyprium ("Chipre Metal").

Vervolgens degenereerde de term in cuprum: naam die wordt gebruikt om koper aan te duiden tot 1530, toen de term Engelse root 'koper' werd geïntroduceerd, om het metaal aan te duiden.

De grote koperen berg in Zweden die werkte van de 10e eeuw tot 1992, omvatte 60% van de consumptie van Europa in de zeventiende eeuw. De Norddeutsche Affinerie -fabriek in Hamburg (1876) was de eerste moderne galvanoplastische plant die koper gebruikte.

Kan u van dienst zijn: Sucidinezuur: structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Fysische en chemische eigenschappen

Verschijning

Koper is een glanzend oranje rood metaal, terwijl de meeste inheemse metalen grijs of zilver zijn.

Atoomnummer (z)

29

Atoomgewicht

63.546 u

Smeltpunt

1.084.62 ºC

Veelvoorkomende gassen zoals zuurstof, stikstof, koolstofdioxide en zwaveldioxide zijn oplosbaar in gesmolten koper en beïnvloeden de mechanische en elektrische eigenschappen van metaal wanneer het wordt gestold wanneer gestold.

Kookpunt

2.562 ºC

Dikte

- 8,96 g/ml bij kamertemperatuur.

- 8.02 g/ml op het smeltpunt (vloeistof).

Merk op dat er geen aanzienlijke afname van de dichtheid is tussen de vaste en vloeibare fase; Beide vertegenwoordigen zeer dichte materialen.

Fusiewarmte

13.26 kJ/mol.

Verdampingswarmte

300 kJ/mol.

Molaire caloriecapaciteit

24.44 J/(mol ∙ k).

Thermische expansie

16,5 µm/(m ∙ k) bij 25 ° C.

Warmtegeleiding

401 w/(m ∙ k).

Elektrische weerstand

16.78 Ω ∙ M tot 20 ºC.

Elektrische geleidbaarheid

59.6 ∙ 10⁶ GIJ.

Koper presenteert een zeer hoge elektrische geleiding, alleen overtroffen door die van La Plata.

Mohs hardheid

3.0.

Het is daarom een ​​zachte en ook behoorlijk ductiel metaal. Weerstand en hardheid nemen toe door koud werk vanwege de vorming van langwerpige kristallen van dezelfde kubieke structuur gecentreerd op het gezicht aanwezig in koper.

Chemische reacties

Koperen vlamproef, die wordt geïdentificeerd door de kleur van zijn blauwachtige groene vlam. Bron: SWN (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: flametest-co-cu.Swn.JPG)

Koper reageert niet met water, maar met atmosferische zuurstof, die een laag zwart-grindoxide bedekt dat corrosiebescherming biedt aan de onderliggende lagen van het metaal:

2cu (s) + o₂(g) → 2cuo

Koper is niet oplosbaar in verdunde zuren, maar het reageert met hete en geconcentreerde zwavel- en salpeterzuren. Het is ook oplosbaar in ammoniak in waterige oplossing en in kaliumcyanide.

U kunt de atmosferische luchtactie en zeewater weerstaan. De langdurige tentoonstelling resulteert echter in de vorming van een fijne groene beschermerlaag (skate).

De voorste laag is een mengsel van kopercarbonaat en sulfaat, waargenomen in oude gebouwen of sculpturen, zoals het standbeeld van de New York Freedom.

Koper reageert rode verwarming met zuurstof om cupricoxide (CuO) te geven en bij hogere temperaturen vormkruisoxide (Cu₂OF). Het reageert ook heet met zwavel om kopersulfide te veroorzaken; Daarom is het aangetast wanneer het wordt blootgesteld aan sommige zwavelverbindingen.

Koper I brandt met een blauwe vlam in een vlamtest; Terwijl koper II een groene vlam uitzendt.

Elektronische structuur en configuratie

Koperkristallen kristalliseren in de kubieke structuur gecentreerd op gezichten (FCC) Gezicht cenred kubiek)). In dit FCC -kristal zijn atomen verenigd dankzij de metalen binding, die relatief zwakker is dan andere overgangsmetalen; gemaakt in zijn grote ductiliteit en laag smeltpunt (1084 ºC).

Volgens elektronische configuratie:

[AR] 3D¹⁰ 4S¹

Alle 3D -orbitalen zitten vol met elektronen, terwijl er een vacature is in de 4s orbital. Dit betekent dat 3D -orbitalen niet samenwerken in de metalen link zoals in combinatie met andere metalen. Aldus overlappen Cu -atomen langs het glas hun 4S -orbitalen om banden te maken, waardoor de relatief zwakke kracht van hun interacties wordt beïnvloed.

In feite is het resulterende energetische verschil tussen de elektronen van het 3D -orbitaal (vol) en 4S (zaden) verantwoordelijk voor koperen kristallen die fotonen van het zichtbare spectrum absorberen, wat hun onderscheidende oranje kleur weerspiegelt.

Koper FCC -kristallen kunnen verschillende maten hebben, die, hoe kleiner, sterker het metalen stuk zal zijn. Als ze erg klein zijn, is er sprake van nanodeeltjes, gevoelig voor oxidatie en gereserveerd voor selectieve toepassingen.

Oxidatienummers

Het eerste aantal of oxidatiestatus dat van koper kan worden verwacht, is +1, na het verlies van het elektron van zijn 4s orbitaal. Door het in een compound te hebben, wordt het bestaan ​​van het kation verondersteld⁺ (Gewoonlijk Cuproso genoemd).

Dit en het oxidatienummer +2 (Cu²⁺) zijn de bekendste en overvloedig voor koper; Ze zijn over het algemeen de enige die op de middelbare school worden onderwezen. Er zijn echter ook oxidatienummers +3 (Cu³⁺) en +4 (Cu⁴⁺), die niet zo zeldzaam zijn als je op het eerste gezicht kunt denken.

Bijvoorbeeld de zouten van het Cuprato Anion, Cuo₂^-, Ze vertegenwoordigen koperen verbindingen (III) of +3; Dat is het geval van kalium couprato, kcuo₂ (K⁺Cu³⁺OF₂^2-)).

Het koper kan ook, hoewel in mindere mate en in zeer zeldzame gelegenheden een negatief oxidatienummer hebben: -2 (Cu^2-)).

Kan u van dienst zijn: ethylacetaat

Hoe wordt het verkregen

Grondstof

De meest gebruikte mineralen voor koperen extractie zijn metalen sulfiden, voornamelijk chalcopyriet (bekers₂) En de Bornita (Cu₅FES₄)). Deze mineralen dragen 50% bij van de totale geëxtraheerde koper. Ze worden ook gebruikt om koper de Calellita (CUS) en Calcocita (Cu te krijgen₂S).

Verpletterend en slijpen

Aanvankelijk worden de rotsen verpletterd totdat ze 1,2 cm rotsfragmenten verkrijgen. Ga dan verder met een slijpen van de rotsfragmenten, tot het verkrijgen van deeltjes van 0,18 mm. Water en reagentia worden toegevoegd om een ​​pasta te verkrijgen, die vervolgens wordt uitgevoerd om een ​​koperen concentraat te verkrijgen.

Dobber

In dit stadium worden bubbels gevormd die koper- en gesulfuriseerde mineralen vangen die aanwezig zijn in de pulp. Verschillende schuimverzamelingsprocessen worden uitgevoerd en drogen het om het concentraat te verkrijgen dat de zuivering ervan voortzet.

Zuivering

Om koper te scheiden van andere metalen en onzuiverheden, wordt het droge concentraat onderworpen aan hoge temperaturen in speciale ovens. Brandrefinieerd koper (RAF) is op platen gevormd een geschat gewicht van 225 kg dat anodes zal vormen.

Elektrolyse

Elektrolyse wordt gebruikt bij het raffineren van koperen. De anodes van de gieterij worden naar elektrolytische cellen gebracht om te raffineren. Het koper beweegt naar de kathode en onzuiverheden sediment aan de onderkant van de cellen. In dit proces worden koperen kathoden verkregen met 99,99% zuiverheid.

Koperlegeringen

Bronzen

Bronze is een legering van koper en tin, die koper tussen 80 en 97% van hetzelfde vormt. Het werd gebruikt bij de productie van wapens en gebruiksvoorwerpen. Het wordt momenteel gebruikt bij de uitwerking van mechanische onderdelen die resistent zijn tegen wrijven en corrosie.

Bovendien wordt het gebruikt bij de constructie van muziekinstrumenten, zoals bellen, gongs, gerechten, saxofoons en snaren van harpen, gitaren en piano.

Messing

Brass is een koper en zinklegering. In industriële beha's is het zinkpercentage minder dan 50%. Het wordt gebruikt bij de uitwerking van metalen containers en structuren.

Monel

Monel-legering is een legering van nikkel-cobre, met een verhouding van 2: 1 tussen nikkel en koper. Het is corrosiebestendig en wordt gebruikt in warmtewisselaars, staven en lensbogen.

Constatan

De verificatie is een legering bestaande uit 55% koper en 45% nikkel. Het wordt gebruikt om munten te maken en wordt gekenmerkt door constante weerstand. Ook wordt de Cuproníquel -legering gebruikt voor de buitenste coating van munten met lage denominatie.

Becu

Copper-Berilio-legering heeft een Beryl-percentage van 2%. Deze legering combineert sterkte, hardheid, elektrische geleidbaarheid en corrosieweerstand. De legering wordt vaak gebruikt in elektrische connectoren, telecommunicatieproducten, componenten van kleine computers en bronnen.

De gereedschappen zoals toetsen, schroevendraaiers en hamers die worden gebruikt op olie- en kolenmijnen, hebben de BECEC -initialen als een garantie dat ze geen vonken produceren.

Anderen

90% zilveren legering en 10% koper werden gebruikt in valuta's, tot 1965 toen het gebruik van zilver in alle valuta werd geëlimineerd, met uitzondering van de valuta van de halve dollar.

Koper en 7% aluminiumlegering is gouden kleur en wordt gebruikt in decoratie. Ondertussen is de Shakudo een Japanse decoratieve legering van koper en goud, in een laag percentage (4 tot 10%).

Toepassingen

Elektrische bedrading en motoren

Koper elektrische bedrading. Bron: Scott Ehardt [Public Domain]

Koper vanwege de hoge elektrische en lage kosten is het voorkeursmetaal voor gebruik in elektrische bedrading. De koperen kabel wordt gebruikt in de verschillende stadia van elektriciteit, zoals het genereren van elektriciteit, transmissie, distributie, enz.

50% van koper geproduceerd in de wereld wordt gebruikt bij de uitwerking van elektrische kabels en draden, vanwege hun hoge elektrische geleidbaarheid, draadvergrendeling (ductiliteit), weerstand tegen vervorming en corrosie.

Koper wordt ook gebruikt bij de uitwerking van geïntegreerde circuits en gedrukte circuitplaten. Het metaal wordt gebruikt in warmte- en warmtewisselaars vanwege de hoge thermische geleiding, die warmte -dissipatie vergemakkelijkt.

Koper wordt gebruikt in elektromagneten, vacuümbuizen, kathode- en magnetronsbuizen met magnetronovens.

Evenzo wordt het gebruikt bij de constructie van elektrische motoren en systemen die de motoren plaatsen, die deze items vertegenwoordigen ongeveer 40% van de wereld van de elektriciteitsverbruik.

Bouw

Koper, vanwege de weerstand tegen corrosie en atmosferische luchtactie, wordt al lang gebruikt op de daken van het huis, doping, koepels, deuren, ramen, enz.

Het wordt momenteel gebruikt bij de voering van de muren en decoratieve items, zoals badkameraccessoires, deuren en lampen. Bovendien wordt het gebruikt in antimicrobiële producten.

Kan u van dienst zijn: calciumchloride (CACL2)

Biestatische actie

Koper voorkomt dat talloze levensvormen niet op hem kunnen groeien. Het werd gebruikt in vellen die in het onderste deel van de boten van de schepen werden geplaatst om de groei van weekdieren, zoals mosselen, evenals de perclabes te voorkomen.

Op koper gebaseerde schilderijen worden momenteel gebruikt voor de bovengenoemde bescherming van schepen. Metallic koper kan talloze bacteriën neutraliseren door contact.

Het werkingsmechanisme op basis van zijn ionische, corrosieve en fysieke eigenschappen is bestudeerd. De conclusie was dat het oxiderende gedrag van koper, samen met de oplosbaarheidseigenschappen van zijn oxiden, de factoren zijn die ervoor zorgen dat metaalkoper antibacterieel is.

Metallic koper werkt op sommige stammen van EN. coli, S. aureus En Clostridium difficile, Groep A -virus, adenovirus en schimmels. Daarom is naar verwachting koperlegeringen die in contact komen met de handen van passagiers in verschillende vervoermiddelen gebruiken.

Nanodeeltjes

De antimicrobiële werking van koper wordt verder versterkt wanneer hun nanodeeltjes worden gebruikt, die nuttig zijn gebleken voor endodontische behandelingen.

Evenzo zijn koperen nanodeeltjes uitstekende adsorbentia, en omdat ze oranje zijn, vertegenwoordigt een kleurverandering erin een latente colorimetrische methode; Bijvoorbeeld ontwikkeld voor de detectie van ditiocarbamaten pesticiden.

Biologisch papier

In de elektronische transportketen

Koper is een essentieel element voor het leven. Grijpt in de elektronische transportketen, deel uit van het IV -complex. In dit complex wordt de laatste stap van de elektronische transportketen uitgevoerd: de vermindering van het zuurstofmolecuul om water te vormen.

Het IV -complex bestaat uit twee groepen, een cytochroom A, een cytochroom₃, evenals twee CEN -centra; een genaamd Cua en de andere welp. Het cytochroom a₃ en Cub vormen een binucleair centrum, waarin zuurstofreductie tot water optreedt.

In dit stadium gaat de Cu van zijn oxidatietoestand +1 naar +2, waardoor elektronen aan de zuurstofmolecuul worden gegeven. De elektronische transportketen maakt gebruik van NADH en FADH₂, Uit de Krebs -cyclus, als elektronendonoren, met wie het een elektrochemische waterstofgradiënt creëert.

Deze gradiënt dient als een energiebron voor het genereren van ATP, in een proces dat bekend staat als oxidatieve fosforylering. Dus, en uiteindelijk is de aanwezigheid van koper noodzakelijk voor de productie van ATP in eukaryotische cellen.

In het enzym -superoxide dysmutase

Koper maakt deel uit van het enzym -superoxidedysmutase, enzym dat de ontleding van het superoxide -ion katalyseert (of₂^-), Giftige verbinding voor levende wezens.

Suppermutasa -supplias katalyseert de ontleding van het superoxide -ion om het in zuurstof en/of waterstofperoxide te veranderen.

Dysmutase -superoxide kan koperreductie gebruiken om zuurstof -superoxide te oxideren, of kan koperoxidatie veroorzaken om waterstofperoxide uit superoxide te vormen.

In hemocyanine

Hemocyanine is een eiwit aanwezig in het bloed van sommige spinachtigen, schaaldieren en weekdieren. Het vervult een functie die vergelijkbaar is met hemoglobine bij deze dieren, maar in plaats van ijzer te hebben op de zuurstoftransportplaats, heeft het koper.

Hemocyanine heeft twee koperatomen op zijn actieve plek. Om deze reden is de kleur van hemocyanine groenachtig blauw. Koperen metalen centra hebben geen direct contact, maar ze hebben een locatie in de buurt. Het zuurstofmolecuul wordt afgewisseld tussen de twee koperatomen.

Concentratie in het menselijk lichaam

Het menselijk lichaam bevat tussen 1,4 en 2,1 mg Cu/kg lichaamsgewicht. Het koper wordt geabsorbeerd in de dunne darm en wordt vervolgens naar de lever aan het albumine gebracht. Van daaruit wordt koper getransporteerd naar de rest van het menselijk lichaam bevestigd aan het plasma -eiwitceruloplasmine.

Overtollig koper wordt uitgescheiden door gal. In sommige gevallen, zoals het geval is bij de ziekte van Wilson, accumuleert koper echter in het lichaam, wat toxische effecten van metaal vertoont die het zenuwstelsel, nieren en ogen beïnvloeden.

Referenties

1. Ghoto, s.NAAR., Khuhawar, m.EN., Jahangir, t.M. et al. (2019). Toepassingen van koperen nanodeeltjes voor colorimetrische detectie van dithiocarbamaatpesiciden. J Nanostruct Chem 9: 77. doen.org/10.1007/S40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela, & Bello-Toledo, Helia. (2016). Koper nanodeeltjes als antimicrobieel potentieel middel bij het dissinfecteren van wortelkanalen: een systematische review. International Journal of Oodontastomatology, 10 (3), 547-554. Dx.doen.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Koper. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
4. Terence Bell. (19 september 2018). Fysieke eigenschappen van beryllium koper. Hersteld van: Thalance.com
5. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (3 juli 2019). Koperfeiten: chemische en fysische eigenschappen. Hersteld van: Thoughtco.com
6. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (26 juli 2019). Koper: chemisch element. Britannica Encyclopaedia. Hersteld van: Britannica.com
7. Editor. (10 november 2018). Calcopyriet. Hersteld van: mijnbouw linea.com
8. Lentech B.V. (2019). Tabel van de periode: koper. Hersteld van: Lentech.com