ما هو النحاس
النحاس: هو عنصر من العناصر الكيميائيّة، كثير الانتشار والاستخدام، يقع ضمن عناصر المجموعة الحادية عشر من الجدول الدوري وفي الدورة الرابعة، يتبع في تصنيفه إلى الفلزات الانتقاليّة، يتم إضافة كميّات قليلة منه إلى الذهب؛ كونه يعمل على زيادة سماكة وصلابة المعدن الذي يُضاف إليه.
يتواجد النحاس في الطبيعة منذ ملايين السنين بعدَّة أشكال وأحجام حيث أنّه قد يكون على شكل قطع حمراء تختلط في العديد من الصخور، أو قد يكون على شكل فقاعات هوائيّة غير صالحة للاستعمال أو الاستخدام.
يتم صهر النحاس عن طريق صبِّ الفلز المصهور ووضعه في قوالب قد تتكوّن أو تُصنع من الحجارة، حيث اعتبرت عمليّة الصَّهر هذه فن من الفنون التشكيلية الجميلة، كما أنّ هذه العمليّة ساعدت على صنع وتشكيل العديد من الأدوات المعدنيّة.
يُعتبر عنصر النحاس من أهمِّ المعادن التي اكتشفها الإنسان وقام باستخراجها، حيث يأخذ المرتبة الأولى من ناحية استخدامه من قبل الإنسان مقارنةً بباقي العناصر، كما أنّه يأتي في المرتبة الثانية بعد الحديد من ناحية تعدُّد الفوائد والمنافع حيث يعود اكتشافه إلى أكثر من عشرة آلاف سنة.
هذا وقد تم تعريف النحاس على أنّه مادة لونها أحمر، قد يتغير لونه وخصائصه عند اتحاده مع مجموعة من العناصر المُختلفة مُكوناً العديد من المركبات المُختلفة؛ ممّا يعني أنّ تواجده في الطبيعة يكون مُتحداً إضافةً إلى كونه قد يتواجد بشكلٍ مُنفرد.
يمتاز النحاس بقدرته على إحداث العديد من التفاعلات الكيميائيّة أو الفيزيائيّة مع مصادر مُختلفة أهمها الجو ونتيجةً لهذه التفاعلات يتم تكوين وتشكيل الصدأ والذي يعرف باسم أكسيد النحاس حيث يمتاز هذا الاكسيد بلونه الأخضر إضافةً لكونه مادة سامة.
ينتشر النحاس في مختلف مناطق ودول العالم، حيث تعتبر كل من تشيلي والولايات المتحدة الأمريكية من أكبر الدول التي تقوم بإنتاج النحاس، كما أنَّه يزدهر في كل من أندونيسيا والصين واليابان وأستراليا، في حين تعد كل من ألمانيا وكوريا وإيطاليا من أهم وأكثر الدول التي تقوم بتصفية وتنقية النحاس.
استخدامات النحاس
- يدخل النحاس في تركيب العديد من السبائك كسبيكة النحاس مع الزِّنك والتي تسمّى البراص أو النحاس الأصفر.
- يتم استخدامه منذ العصور القديمة في صناعة الدروع الحربية إلى جانب استخدامه في صناعة الأدوات والأسلحة العسكرية.
- يدخل النحاس في صناعة أنواع مُتعدِّدة من الأجهزة والمعدات والآلات الموسيقية.
- يُستخدم في صناعة الأجهزة الإلكترونية إلى جانب استخدامه في صناعة الأسلاك والكابلات الكهربائية.
- يدخل بشكل كبير في مواد البناء كبناء القباب وتزيين الأبراج، إضافةً إلى استخدامه في تزيين وزخرفة الأبوبا والأقفال وأدوات الإضاءة إلى جانب الحنفيّات؛ وذلك نظراً لقدرته على مقاومة التآكل.
- يتم استخدامه في صناعة العملات المعدنيّة النقديّة والمجوهرات.
- تم استخدامه في صناعة أنابيب مياه الشرب لتوصيل المياه إلى المنازل إلى جانب استخدامه في صناعة الأنابيب التي تعمل على تمرير القاذورات والفضلات.
- دخل بشكل كبير ومنذ القدم في صناعة أدوات الطعام والأواني المنزلية.
- يتم استخدامه بشكل كبير في صناعة ونحت التماثيل.
- تم استغلال النحاس واستخدامه في عمليات اللحام خاصةً لحام معدن الحديد.
- دخل في طلاء السفن الخشبيّة؛ وذلك للحفاظ على السفن من التلف.
- يتم استخدامه في عمليات التسخين والتبريد، حيث يُعتبر النحاس مصدر مهم يساهم في نقل الحرارة؛ وذلك نظراً لامتلاكه حرارة نوعية عالية جداً.
خصائص النحاس
- يمتاز النحاس بليونته وخفته.
- قابل للسحب والطرق.
- يتفاعل بشكل بطيء مع الأحماض المخفَّفة.
- له بنية بلورية مكعبة الشكل.
- يمتاز بمغناطيسيته المعاكسة.
- تتراوح قيمة صلابته حسب مقياس موس مابين 2.5-3.
- كثافته النوعية عالية.
- موصل جيد للحرارة والكهرباء.
- يتأثر بالهواء بشكل ملحوظ.
- يمتاز بسطحه المغطَّى باللون الأخضر.
- يُعتبر النحاس من أشدِّ المعادن توصيلاً للكهرباء حيث أنّه يأتي في المرتبة الثانية من بعد الفضَّة.
أهمية النحاس
- يحافظ على نشاط وصحَّة كل من العقل والقلب والعظام.
- قادر على إنتاج هرمونات ومواد جديدة لها القدرة على تنظيم نبضات القلب.
- يمتاز النحاس بقدرته على علاج العديد من الأمراض والآلام.
- يُعتبر النحاس من العناصر القوية التي تحافظ على قوَّة العظام وجعلها أكثر صلابة.
- يدخل النحاس في تكوين المفاصل والأعصاب.
- يُعدّ من العناصر المسؤولة عن تركيب الشعر والجلد.
أشهر السبائك التي يدخل النحاس في تكوينها
- سبيكة النحاس الأصفر: تحتوي هذه السبيكة على كميات كبيرة من النحاس، يتم استخدامها لتغطية مواني وأطباق الطعام كالصّواني والملاعق.
- سبيكة البرونز: تُعتبر هذه السبيكة أهم وأشهر السبائك، تمتاز بشدتها وقوتها وصلابتها، يتم استخدامها لصناعة الأسلحة والدروع.
- سبيكة الفسفور والقصدير إضافةً إلى البرونز: يتم إضافة كل من الفسفور والقصدير بنسب مًتفاوتة وقليلة نسبياً، تمتاز هذه السبيكة ب مرونتها وثباتها إضافةً إلى سهولة تكيُّفها وثباتها؛ الأمر الذي يجعلها تدخل في صناعة الزنبرك.
- سبيكة البرونز والسيليكون: يتم استخدام هذه السبيكة في صناعة الحُليّ والمُجوهرات إضافةً إلى استخدامها في إنتاج المُعدات اللازمة للبدء بعمليات المُنشآت الكيميائية ، تمتاز هذه السبيكة بقوتها وشدَّة مقاومتها للصلابة.
- سبيكة الفضة والنيكل: تزداد نسبة النحاس في هذه السبيكة بشكل كبير جداً، ولكنَّه وعلى عكس اسمه لا يحتوي على الفضة أنّما يحتوي على عنصر يتشابه في مظهره مع الفضَّة، يتم استخدام هذه السبيكة بشكل رئيسيّ في صناعة الآلات الموسيقيّة.
كيفية الحصول على خام النحاس
إنّ مُعظم اقتصاديات خام النحاس تعتمد بشكل رئيسيّ على نسبة العنصر الأساسية المُتواجدة في الرواسب إضافةً إلى اعتمادها على كمية المخزون وطبيعة الموقع الذي يحتوي على خامات النحاس بشكلٍ خاص.
يتم نقل خامات النحاس من مناجمها من خلال استخدام عدة طرق منها استخدام شاحنات أو جرافات، أونقلها عن طريق السكك الحديديّة، لتصل في النهاية إلى المطاحن المُخصَّصة لنقل وتصفية وصهر النحاس.
هذا وقد يتم فصل النحاس واستخلاصه بأساليب وطرق مختلفة، حيث تؤدِّي هذه العملية إلى عزل المواد التي تدخل في تكوين المعادن والعناصر عن خاماتها.
أمّا عن كيفيّة الحصول على خام النحاس فقد تتم هذه العملية عن طريق إرسال العنصر أو الخام إلى المطاحن لتبدأ عملية التفتيت والتنقية وإزالة النفايات والقطع العالقة في الخام، ليتم بعد ذلك إرسال المواد التي نتجت إلى المصهر(المكان الذي يتم فيه صهر النحاس) حتى يتم فصل النحاس وتنقيته والحصول على خاماته.
طرق استخلاص النحاس
- معالجة المعادن: يتم في هذه العملية تحرير النحاس وذلك عن طريق استخدام مجموعة من المواد المُحدَّدة كالحجر الجيري أو السيليكا أو البيريت.
- الصهر والترشيح: تبدأ عملية تصفية وتنقية النحاس من خلال إزالة جميع الشوائب العالقة غير المرغوب فيها كالحديد.
- التكرير: تنتهي في هذه الخطوة عملية تنقية النحاس حيث يتم التأكد من أنّه لم يتبقى أي شوائب أو عناصر غير مرغوب فيها، ليتم في النهاية إنتاج النحاس بصورة نقية تماماً.
مصادر النحاس
- النحاس الخام: يمتاز هذا النوع بوجوده بشكلٍ مُنفرد في الطبيعة، ممّا يعني أنّه غير قابل للاختلاط والدمج مع العناصر الأخرى.
- النحاس البورفيري: يُعتبر هذا النوع من النحاس من أكثر الأنواع انتشاراً وتواجداً على سطح الأرض، يمكن الحصول عليه في الصخور المُتنوعة وذلك على شكل رواسب من الأكاسيد التي تنتج بفعل حدوث تفاعل بين كل من الأكسجين والنحاس.
- رواسب النحاس الضخمة: يتشابه هذا النوع من النحاس مع النحاس البورفيري من ناحية التكوين مع ضرورة التأكد أنّ هناك فرق في تركيز النحاس والذي يكون هنا أعلى من البورفيري.
- النحاس المُختلط بمجموعة من العناصر الأخرى: حيث أنّه قد يختلط بشكل رئيسيّ مع النيكل أو الزنك أو الرصاص، حيث يتم فصل هذه العناصر عن بعضها البعض عند الانتهاء من عملية استخراجهما من باطن الأرض.
مركبات النحاس
- الأكاسيد: والتي تُشير إلى مواد بلوريّة ذات اللون الأحمر، يتم استخدامها بشكل رئيسيّ في تلوين الزجاج وفي الدِّهانات التي تمنع حدوث التّعفن.
- الهاليدات: من الامثلة عليها كلوريد النحاس الأوليّ يتم استخدامه في تحليل الغازات، إضافةً إلى الكلوريد الثنائيّ والذي يتم استخدامه في صناعة الأصباغ.
- الكبريتات: يشتمل هذا النوع من المركبات على كبريتات النحاس الثنائيّة تمتاز بلونها الأزرق، يتم استخدامها في صناعة الأصباغ.
- الكربونات: والتي تضم كربونات النحاس بشكل عام، قد تظهر باللون الأخضر أو الأزرق، إضافةً إلى كونها تُستخدم في صناعة الأصباغ.
أضرار النحاس
- يمكن أن يكون سامًا بكميات كبيرة.
- يمكن أن يتفاعل مع بعض المواد الكيميائية لإنتاج مواد سامة.
