با فلز مس، قدیمی‌ترین فلز مورد استفاده انسان آشنا شوید

زمان مطالعه: 7 دقیقه

بسیاری از افراد، فلز مس را از رنگ و ظاهر آن می‌شناسند. مس به عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات مورد استفاده صنعت، قرمر زنگ است و قابلیت رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارد. این عنصر در جدول تناوبی با نماد شیمیایی Cu (برگرفته از واژه لاتین cuprum) است. این ماده، عنصری جامد و غیرقابل احتراق است. در این مطلب قرار است به طور کامل در مورد فلز مس، تاریخچه آن، انواع و آلیاژهای آن صحبت کنیم.

فایل صوتی

تاریخچه فلز مس

فلز مس یکی از قدیمی ترین عناصر شناخته شده توسط بشر است و قدمت آن، به حدود 10 هزار سال قبل باز می گردد. در مصر باستان، مس به عنوان فلز فرعون و سایر حاکمان شناخته می شد. آن ها معتقد بودند که استفاده از مس موجب جاودانگی پادشاهان خواهد شد.

همچنین رومیان باستان اولین بار فلز مس را از معادن و مخازن آن در قبرس استخراج کردند و مورد استفاده قرار دادند. ایرانیان نیز از هزاران سال پیش از مس و انواع آلیاژهای آن برای ساخت ظروف، ابزار و محصولات تزیینی مختلف استفاده می کردند. نمونه هایی از این محصولات را در مناطقی چون شهر سوخته، سیلک و … کشف کرده‌اند. این ظروف و ابزارآلات به دلیل عمر مس در زیر خاک، اکثرا به شکل سالم یافت شده اند.

به دلیل ویژگی های مثبت این فلز و آلیاژهای آن همچون برنز و برنج، استفاده از آن در قرون وسطی و پس از آن هم ادامه یافت؛ تا جایی که در انقلاب صنعتی، مس نقش موثری در پیشرفت صنایع مختلف ایفا کرد.

تاریخچه فلز مس

فرمول شیمیایی مس

در جدول تناوبی فلزات، بخشی در میان آن قرار گرفته که با عنوان فلزات واسطه شناخته می شوند. فلز مس با نماد (Cu) که از نام لاتین آن cuprum گرفته شده است، در این قسمت جدول دیده می شود. عدد اتمی این عنصر 29 بوده که با از دست دادن الکترون، می تواند یون های مس را با بار 1+ تا 3+ ایجاد کند.

این فلز که با رنگ قرمز معروف خود شناخته می شود، ساختار نسبتا نرمی دارد و از خاصیت شکل پذیری بالایی برخوردار است. نکته دیگری که برای شناسایی مس کاربرد زیادی دارد، رنگ شعله آن است. رنگ شعله فلز مس یا ترکیبات مس دار به رنگ سبز مایل به آبی است. از دیگر خواص فلز مس می توان به رسانایی گرمایی و الکتریکی بالای آن اشاره کرد؛ تا جایی که پس از نقره، بیشترین رسانایی الکتریکی را دارد.

حالات مختلف عنصر مس در طبیعت

فلزات به شکل های مختلفی در طبیعت وجود دارند و به دلیل خاصیت اکسیدشوندگی بالایی که اکثر آن ها دارند، معمولا به صورت خالص یافت نمی شوند. فلز مس نیز در طبیعت معمولا به صورت سنگ های اکسیده، کربناتی یا سولفوره قرار دارد.

این فلز، پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین بوده که بیشتر به صورت پیریت مس یا کالکوپیریت (CuFeS2) در معادن وجود دارد. ایران یکی از بزرگ ترین دارندگان ذخایر مس جهان است.

استخراج فلز مس از معدن

برای استخراج مس از کانی های سولفیدی آن، از فرایند تغلیظ استفاده می شود. در این شیوه، کانی های سولفیدی را تا دمای زیاد حرارت می دهند تا بخشی از آن ها به اکسید تبدیل شود. ترکیب اکسید و سولفید مس، موجب آزاد شدن فلز مس خواهد شد. در فرایند تغلیظ مس فلزات و عناصر دیگری نیز به دست می آیند؛ برای مثال، می توان به سیلیکات آهن اشاره کرد که به دلیل وزن سبک، روی مس مذاب قرار می گیرد.

یکی دیگر از موادی که در این روند به وجود می آید، گاز دی اکسید گوگرد است که دارای خاصیت سمی بوده و برای سلامت افراد مضر است.

مضرات گاز دی اکسید گوگرد حاصل از استخراج مس

معمولا یکی از دغدغه های فعالان محیط زیست بابت احداث معادن، آسیب ناشی از دی اکسید گوگرد رها شده در طبیعت است. این گاز بوی نامطبوعی دارد و می تواند به سلامتی افراد آسیب بزند. همچنین اگر غلظت گاز آزاد شده بیشتر شود، موجب خشک شدن گیاهان اطراف معدن تا شعاع چند کیلومتر خواهد شد.

نکته بعد، ایجاد باران های اسیدی ناشی از گاز دی اکسید گوگرد است. این گاز در هوا به SO3 تبدیل می شود. به دلیل میل زیاد این گاز به ترکیب با رطوبت هوا، اسید سولفوریک تولید می شود که در نهایت، موجب بارش باران های اسیدی خواهد شد.

به همین دلیل، برای مهار و خنثی کردن گاز SO2 اقدامات مختلفی صورت می گیرد. از جمله آن ها می توان به استفاده از کربن گداخته برای تبدیل این گاز به گوگرد اشاره کرد.

معدن مس

تصفیه مس

همان طور که گفته شد، در فرایند تغلیظ مس عناصر مختلفی استخراج می شوند. از جمله آن ها می توان به نقره، طلا، آهن، روی، سرب، آرسنیک، گوگرد، اکسید مس و سیلیکات آهن اشاره کرد. با وجود این همه ناخالصی، فلز مس نمی تواند خواص فیزیکی خود را در بالاترین سطح نشان دهد. بنابراین باید مس را خالص کرد.

در این راستا، ابتدا مس مذاب را در جریان هوا قرار می دهند تا آرسنیک و گوگرد آن خارج شود. برای حذف سایر ناخالصی ها، از فرایند تصفیه الکتروشیمیایی استفاده می شود. در این روش، تیغه های مس خالص به عنوان کاتد استفاده می شوند. همچنین مخلوط اسید سولفوریک رقیق، کلرید مس و سولفات مس به عنوان الکترولیت به کار می روند.

لجن آندی و شمش کاتدی

تصفیه مس در فرایند الکتروشیمیایی با استفاده از خاصیت الکتروپوزیتیویته فلزات صورت می گیرد. منظور از الکتروپوزیتیویته، تمایل عنصر فلزی نسبت به از دست دادن الکترون و ایجاد یون با بار مثبت است. هر چه میزان الکتروپوزیتیویته بیشتر باشد، خاصیت فلزی آن بیشتر خواهد بود.

بر همین اساس، فلزاتی همچون آهن، روی و سرب که خاصیت الکتروپوزیتیویته بالاتری دارند، در آند به یون تبدیل می شوند. سایر عناصر همانند نقره و طلا در کف ظرف ته نشین می شوند و «لجن آندی» را ایجاد می کنند. ضمنا منظور از شمش کاتدی، مس خالصی است که بر سطح کاتد شکل می گیرد. خلوص فلز مس ایجاد شده چیزی حدود 99/9 درصد است

انواع فلز مس و آلیاژ های مختلف آن

فلز مس خالص حاصل از فرایند تصفیه خلوصی بالای 99 درصد دارد؛ حتی کارخانه مس سرچشمه توانایی تولید فلز مس با خلوص 99/9 درصد را دارد. همچنین درصد خلوص برخی از آلیاژهای مس چیزی حدود 96 تا 99 درصد است. در این آلیاژها معمولا از فلزاتی همچون نقره استفاده می شود.
یکی دیگر از معروف ترین آلیاژهای مس، فلز برنج است که از ترکیب مس و روی ایجاد می شود و رنگی زرد و درخشان دارد. همچنین ممکن است از عناصری چون آهن، آلومینیوم، نیکل و سیلیسیوم برای بهبود خواص آلیاژ استفاده شود.

افزودنی‌های فلز برنج

به واسطه عناصری که به مس اضافه می شود تا ترکیب آلیاژ برنج ایجاد شود، خاصیت های خوبی به این محصول اضافه می شود. از جمله آن ها، می توان به بهبود خاصیت ماشین کاری و کاهش سایش محصولات تولیدی اشاره کرد. به عنوان مثال، سرب موجود در این ترکیب، قابلیت ماشین کاری را افزایش می دهد. آلومینیوم، آهن، منگنز و سیلیسیوم نیز استحکام و مقاومت کالای تولیدی را بهبود می دهند.

برنز چیست و چه آلیاژ هایی دارد؟

شاید از خود بپرسید چرا از فلز به ظاهر کم ارزشی چون برنز در مدال های مسابقات ورزشی استفاده می شود؟ در پاسخ باید گفت که برنز از گذشته به عنوان یکی از فلزات باارزش شناخته می شد. به همین دلیل در مسابقات بسیار قدیمی همچون المپیک، از این فلز به عنوان جایزه استفاده می شد.

در ساختار برنز از مس و قلع استفاده شده است. قلع نسبت به روی موجود در آلیاژ برنج گران تر است؛ موضوعی که موجب ارزش بیشتر این فلز می شود. البته تفاوت های مس، برنج و برنز به همین موارد ختم نمی شود. برنز رنگی قهوه ای مایل به قرمز دارد و برای تولید محصولات تزیینی مختلف کارایی دارد.

البته خود برنز نیز دارای ترکیبات مختلفی است که عبارتند از:

  • برنز فسفر با ترکیب شیمیایی Cu-Sn-P
  • برنز فسفر سرب دار با ترکیب CU-Sn-Pb-P
  • برنز آلومینیوم دار با ساختار Cu-Al
  • برنز سیلیسیوم یا CU-Si
محصولات برنزی

اثر اسیدها بر روی فلز مس

تاثیر اسیدهای مختلفی بر فلز مس مورد آزمایش قرار گرفته است. یکی از این موارد، اسید هیدروکلریک رقیق بود که تاثیر خاصی بر این فلز نداشت. در آزمایشی دیگر، اسید سولفوریک در دو غلظت رقیق و غلیظ روی مس مورد امتحان قرار گرفت. غلظت رقیق این اسید تاثیر خاصی بر مس نداشت؛ اما با افزایش غلظت آن و به دلیل خاصیت اکسیدکنندگی، مس در اسید سولفوریک غلیظ حل می شود؛ دقیقا مشابه اتفاقی که اسید نیتریک بر سر مس می آورد. آزمایش بعد، با استفاده از اسید هیدرو سیانیک بود که موجب آزاد شدن هیدروژن می شود.

برخی از کاربردهای مس و آلیاژهای آن

با توجه به ویژگی های متعدد فلز مس، از آن در صنایع مختلف و برای تولید محصولات گوناگون استفاده می شود. نمونه هایی از موارد مصرف مس عبارتند از:

  • تولید انواع سیم و لوله های مسی
  • ساخت تجهیزات و تزیینات مربوط به خانه همچون دستگیره های درب، انواع مجسمه، ظروف آشپزخانه، قاشق و چنگال و …
  • تولید سازهای موسیقی
  • استفاده گسترده در صنایع لامپ سازی
  • آهنرباهای الکتریکی
  • تولید موتورها (بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی)
  • تقویت کننده های الکتریکی
  • تولید اجزا مربوط به مایکروویو

مصارف برقی فلز مس

صنعت برق یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان مس است؛ زیرا مس خاصیت رسانایی مناسبی دارد و در ضمن، قیمت بهتری نسبت به سایر فلزات همچون نقره دارد. نکته بعد، خاصیت فرم پذیری بالای مس است که به تولید سیم ها و مفتول های مختلف کمک می کند. در نهایت این نکته را در نظر داشته باشید که مس می تواند به صورت عایق بندی شده یا نشده برای انتقال برق در ولتاژهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

در مجموع مس یکی از قدیمی ترین فلزاتی است که بشر از آن برای تولید محصولات و ابزارهای مختلف استفاده می کند. این فلز به صورت خالص یا در ترکیب با سایر عناصر استفاده بالایی در صنایع دارد. برنز و برنج نمونه هایی از ترکیبات مس هستند که در جهت بهبود خواص و کارایی مس به کار می روند. امیدواریم با مطالعه این مطلب از دانشنامه اصفهان آهن، اطلاعات مفیدی راجع به مس و کاربردهای آن، همچنین نحوه استخراج و فرآوری این فلز کسب کرده باشید.

مس در طبیعت به چه صورت وجود دارد؟

فلز مس همانند بسیاری از عناصر، در طبیعت معمولا به صورت سنگ های اکسیده، کربناتی یا سولفوره قرار دارد.

تصفیه مس به کمک چه فرایندی صورت می گیرد؟

این کار با استفاده از خاصیت الکتروپوزیتیویته فلزات انجام می شود.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.