วันอาทิตย์ที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2555

ธาตุทองแดง


ทองแดงเป็นโลหะสีน้ำตาลแดงค่อนข้างอ่อนสามารถตีแผ่เป็นแผ่นบาง ๆ หรือดึงเป็นเส้นได้ นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีรองจากทองคำและเงิน ทองแดงเป็นโลหะที่พบในแร่ต่าง ๆ เช่น

แร่คาลโคไพโรต์(CuFeS2) คิวไพรต์(Cu2O)มาลาโคต์ (Cu2CO3(OH)2) คาลโคไซต์ (Cu2S)

การเตรียม โลหะทองแดงสามารถเตรียมได้โยวิธีการถลุง การถลุงทองแดงทำได้โดยการเผาแต่คาลโคไพไรต์ในอากาศ จะได้คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ (Cu2S) ไอร์ออน (II) ออกไซด์ (FeO) และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ดังสมการ

2CuFeS2 + 4O2 ----> Cu2S + 2FeO + 3SO2

แยกก๊าซ SO2 ออก จากนั้นนำผลิตภัณฑ์ที่เหลือนำไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิคอนในเตาถลุง FeO จะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของซิลิคอน (SiO2) ได้กากตะกอน(Slag) ลอยอยู่บน Cu2S ซึ่งไขแยกออกมาได้ เมื่อนำCu2S ไปเผารวมกับอากาศจะได้ คอปเปอร์ (I) ออกไซด์ (Cu2O) ดังสมการ

2Cu2S + 3O2 -----> 2Cu2O + 2SO2

Cu2O จะผสมกับCu2S ที่เหลือ เมื่อเผาอย่างแรงในที่ไม่มีอากาศจะได้โลหะทองแดง และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ดังสมการ

2Cu2O + Cu2S -----> 6Cu + SO2

ทองแดงที่ได้ยังไม่บริสุทธิ์เนื่องจากมีโลหะอื่นปนอยู่ เช่น เหล็ก เงิน แพลทินัม ซึ่งสามารถทำให้บริสุทธิ์โดยการแยกด้วยกระแสไฟฟ้า

ประโยชน์ ส่วนใหญ่ใช้ประโยชน์ในงานด้านไฟฟ้า เช่น ทำสายไฟฟ้า ไดนาโม มอเตอร์ อุปกรณ์ และเครื่องมือไฟฟ้าต่าง ๆ เนื่องจากทองแดงทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีจึงใช้ทำหม้อน้ำรถยนต์ ผงทองแดงใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ทองแดงยังใช้ทำโลหะผสมต่าง ๆ เช่น ทองเหลือง (ทองแดง+สังกะสี) ทองสัมฤทธิ์ (ทองแดง+ดีบุก) ทองเหลืองใช้ทำกลอนประตู ภาชนะหุงต้ม ปลอกกระสุนปืน กุญแจ ใบพัดเป็นต้น ทองสัมฤทธิ์ใช้ทำลานนาฬิกา ปืนใหญ่ ระฆัง เป็นต้นสารประกอบคอปเปอร์ (II) ออกไซด์ใช้ทำยาฆ่าแมลงหรือฆ่าเชื้อราสารประกอบเชิงซ้อนของทองแดง (Cu) ซึ่งเรียกว่าฮีโมไชยานินเป็นส่วนประกอบในเลือดของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด เช่นปลาหมึก ปูหอยโข่ง แมงป่อง ฮีโมไชยานินทำหน้าที่ขนส่งออกซิเจนแทนฮีโมโกบินนอกจากนั้นทองแดงยังเป็นส่วนประกอบของโปรตีนซึ่งมีความสำคัญในกระบวนการสร้างฮีโมโก-บินถ้าร่างกายขาดทองแดงจะเป็นโรคโลหิตจางกระดูกไม่สมประกอบประสาทเสื่อมและหลอดเลือดหัวใจพิการนอกจากนั้นทองแดงยังมีธาตุจำเป็นสำหรับพืชด้วยเช่นจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์คลอโรฟีลล์และเอนไซม์ของพืช


แร่อะซูไรต์( Azurite) หรือ (Chessylite)
ชื่อแร่ มาจากภาษาอาหรับตั้งชื่อตามลักษณะสีของแร่ที่มีสีน้ำเงินเข้ม คำว่า Azure แปลว่า Blue คือสีน้ำเงิน azure blueในภาษาอังกฤษแปลว่าสีน้ำเงินเข้ม ชาวอียิปโบราณนำแร่ชนิดนี้มาทำเป็น Make up ตา ทำสีย้อมผาและสีทาบ้านมาช้านาน
คุณสมบัติทางฟิสิกส์ –รูปผลึก (Crystal Systems) ระบบโมโนคลินิก(Monoclinic ) มักพบเป็นแท่งหรือเป็นรูปผลึกแบบปริซึม (prismatic crystals ) ผลึกมักจะซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้ อาจเกิดเป็นครึ่งวงกลมเกาะเป็นกลุ่ม เนื้อเป็นเส้น สีน้ำเงินเข้มจนถึงสีน้ำเงินอ่อน มีความแข็งตามมาตรวัดของมอร์ ( Moh's scale) เท่ากับ 3.5 - 4.0 ถ.พ. 3.8 - 3.9 ความวาว คล้ายแก้วหรือด้านคล้ายดิน ผงละเอียดสีน้ำเงินอ่อน รอยแตก แบบก้นหอย
แร่อะซูไรต์( azurite)
คุณสมบัติทางเคมี -Copper Carbonate Hydroxide Cu3(CO3)2(OH)2 มี CuO 69.2 % CO2 25.6 % มี น้ำ (H2O) 5.2 % มีธาตุทองแดง Cu 55.3 % เท่ากับแร่มาลาไคต์ แร่อะซูไรต์เป็นมักรูปผลึกจำลอง (pseudomorphed) ของแร่มาลาไคต์ และมักเกิดร่วมกันเสมอ
ลักษณะเด่นและวิธีการตรวจ –ดูสีน้ำเงินเข้มทำปฏิกิริยากับกรดเป็นฟองฟู่ ความแข็งและความถ่วงจำเพาะ สังเกตแร่ที่ร่วมอยู่ด้วยเช่นทองแดงธรรมชาติ
แร่อะซูไรต์
การกำเนิด – เป็นแร่ทุติยภูมิ (Secondary deposit) ของแร่ทองแดงมักเกิดร่วมกับแร่ Malachite (Cu2(CO3)(OH)2 ) limonite calcite cerussite, quartz chalcopyrite Chalcocite native copper cuprite chrysocolla aurichalcite shattuckite liroconite connellite Clinotyrolite pyrite
แหล่ง ประเทศไทย พบที่จังหวัดตาก เลย อุตรดิตถ์ สงขลา และแหล่งแร่ทองแดงทั่วไปแต่ไม่มากพอที่จะพัฒนาขึ้นมาเป็นแร่เศรษฐกิจได้
ต่างประเทศ พบที่รัฐ Arizona Utah Nevada และ New Mexico ประเทศสหรัฐอเมริกาประเทศ Mexico นามีเบีย อาเจนตินา ชิลี จีน คองโก มอร็อกโค ออสเตรเลีย ฝรั่งเศส เยอรมัน กรีก อีตาลี และ อีกหลายประเทศในทวีปยุโรป
ผลึกแร่อะซูไรต์
ประโยชน์ เป็นแหล่งแร่ทองแดง ที่มีความสำคัญเป็นอันดับรอง นอกจากนี้ได้มีการนำมาทำเป็นรัตนชาติ ราคาไม่แพง



ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอมทองแดง, Cu, 29
อนุกรมเคมีโลหะทรานซิชัน
หมู่, คาบ, บล็อก11, 4, d
ลักษณะcopper, metallic
NatCopper.jpg
มวลอะตอม63.546(3) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน[Ar] 3d10 4s1
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน2, 8, 18, 1
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)8.96 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.8.02 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว1357.77 K
(1084.62 °C)
จุดเดือด2835 K(2562 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว13.26 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ300.4 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ(25 °C) 24.440 J/(mol·K)
ความดันไอ
P/Pa1101001 k10 k100 k
ที่ T K150916611850208924042836
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึกสี่เหลี่ยมลูกบาศก์
สถานะออกซิเดชัน2, 1
(ออกไซด์เป็นเบสปานกลาง)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี1.90 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน
(เพิ่มเติม)		ระดับที่ 1: 745.5 กิโลจูล/โมล
ระดับที่ 2: 1957.9 กิโลจูล/โมล
ระดับที่ 3: 3555 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม135 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)145 pm
รัศมีโควาเลนต์138 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์140 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็กdiamagnetic
ความต้านทานไฟฟ้า(20 °C) 16.78 nΩ·m
การนำความร้อน(300 K) 401 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน(25 °C) 16.5 µm/(m·K)
ความเร็วเสียง (thin rod)(r.t.) (annealed)
3810 m/s
โมดูลัสของยังก์130 GPa
โมดูลัสของแรงเฉือน48 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด140 GPa
อัตราส่วนปัวซอง0.34
ความแข็งโมห์ส3.0
ความแข็งวิกเกอร์ส369 MPa
ความแข็งบริเนล874 MPa
เลขทะเบียน CAS7440-50-8
ไอโซโทปที่น่าสนใจ
บทความหลัก: ไอโซโทปของทองแดง
isoNAครึ่งชีวิตDMDE (MeV)DP
63Cu69.17%Cu เสถียร โดยมี 34 นิวตรอน
65Cu30.83%Cu เสถียร โดยมี 36 นิวตรอน
แหล่งอ้างอิง
ทองแดง (อังกฤษ: Copper) คือธาตุที่มีเลขอะตอม 29 และสัญลักษณ์คือ Cu ทองแดงอยู่ในตารางธาตุหมู่ 29 เป็นที่ทราบกันว่ามนุษย์ใช้ประโยชน์จากทองแดงมาไม่น้อยกว่า 10,000 ปี พบหลักฐานว่ามนุษย์สามารถหลอมสกัดทองแดงให้บริสุทธิ์ได้เมื่อประมาณ 5000 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเป็นช่วงก่อนที่มนุษย์จะรู้จักกับทองคำ โดยมนุษย์รู้จักทองคำ เมื่อประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล

เนื้อหา

[ซ่อน]

[แก้] การถลุงทองแดง

ทองแดง
การถลุงทองแดงจากแร่ ขั้นแรกคือการแยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปนหรือ กากแร่ อาจใช้วิธีการลอยตัว โดยนำแร่ที่บดละเอียดแล้วผสมเข้ากับน้ำ น้ำมันและสารซักล้างในถึงผสม จากนั้นกวนและผ่านอากาศเข้าไปในของเหลวที่อยู่ในถึงผสมตลอดเวลา เพื่อทำให้มีฟองเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลให้ฟองอากาศ และน้ำมันไปเกาะอยู่กับอนุภาคของแร่และลอยตัวอยู่ด้านบน ส่วนกากแร่จะจมลงอยู่ด้านล่าง เมื่อตักฟองที่ลอยอยู่ด้านบนออกและทำให้แห้ง จะได้ผลแร่ที่มีปริมาณทองแดงเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 15 โดยมวล ขั้นต่อไปน้ำแร่มาเผาในอากาศ เรียกกระบวนการนี้ว่า การย่างแร่ ไอร์ออน(II)ซึลเฟด์บางส่วนจะถูกออกซิไดส์เป็นไอร์ออน(II)ออกไซด์ ดังสมการ
2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2CuS(s)+ 2FeO(s) + 2SO2(g)
กำจัดไอร์ออน(II)ออกไซด์ออกไป โดยนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิคอนในเตาถลุงอุณหภูมิประมาณ 1100 ํc ไอร์ออน(II)ออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของซิลิคอนได้กากตะกอนเหลวซึ่งแยกออกมาได้ ดังสมการ
FeO(s) + SiO2(s) → FeSiO3(l)
ส่วนคอบเปอร์(II) ซัลไฟด์เมื่ออยู่ในที่มีอุณหภูมิสูงจะสลายตัวได้เป็นคอบเปอร์(I)ซัลไฟด์ในสถานะของเหลวซึ่งสามารถแยกออกได้
ในขั้นตอนสุดท้ายเมื่อแยกคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์ในอากาศ บางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคอปเปอร์(I)ออกไซด์ดังสมการ
2Cu2S(s) + 3O2(g) → 2Cu2O(s) + 2SO2(g)
และคอปเปอร์(I)ออกไซด์กับคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากันโดยมีซัลไฟด์ไอออนทำหน้าที่เป็ตัวรีดิวซ์ ได้โลหะทองแดงและแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ดังสมการ
น:: 2Cu2O(s) + Cu2S(s) → 6Cu(l) + SO2(g)
ทองแดงที่ถลุงได้ในขั้นนี้ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ก่อน การทำทองแดงให้บริสุทธิ์โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า

[แก้] การประยุกต์

ทองแดงสามารถดัดได้ง่าย จึงใช้แพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น

[แก้] อ้างอิง
เขียนโดย ที่

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: ส่งความคิดเห็น (Atom)