يعد النحاس أحد هذه المواد التي نستخدمها طوال اليوم بكل أنواع الطرق دون أن نلاحظها أو نفكر فيها، في كل مرة تقوم فيها بتشغيل شيء كهربائي مثل المكنسة الكهربائية أو الغسالة، وفي كل مرة تشاهد فيها التلفزيون، وفي كل مرة تقوم فيها بإجراء مكالمة هاتفية، وفي معظم الأوقات عندما تأخذ عملة معدنية من جيبك لشراء شيء ما، ويستخدم هذا المعدن متعدد الإستخدامات في بعض الأدوات والآلات عالية التقنية كل شيء من المجاهر الإلكترونية إلى الهواتف المحمولة، ولكن النحاس أيضا يبطن قاع مقلاة الطهي ويحمي تمثال الحرية، والنحاس واحد من أقدم المعادن الشائعة الإستخدام، ويعود تاريخه إلى ما يقرب من 10000 عام، والآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما يجعله مميز للغاية.

ما هو النحاس ؟

يعد النحاس معدنا ناعما مائل إلى الإحمرار يوصل الحرارة والكهرباء جيدا، والنحاس العنصر الكيميائي الخامس والعشرون الأكثر وفرة في القشرة الأرضية ويوجد في جميع أنحاء العالم، من جبال الأنديز في تشيلي (المنتج الرئيسي الذي ينتج أقل بقليل من ثلث النحاس في العالم) إلى ساحل الكورنيش في إنجلترا، وتعد الولايات المتحدة وكندا وبولندا وبيرو وزامبيا وأستراليا من الدول المهمة المنتجة للنحاس، وعلى عكس المعادن مثل الألومنيوم والتيتانيوم، يوجد النحاس في بعض الأحيان في شكله الخام، ومتخلط في صخور مع معادن أخرى مثل الذهب والفضة والرصاص بالإضافة إلى المعادن المحتوية على النحاس مثل الكالكوسيت والكالكوبايرايت والبورنيت، وعلى الرغم من أن الكثير من النحاس الذي نستخدمه مستخرج من الأرض، فإن كميات متزايدة يتم إنتاجها من مواد معاد تدويرها مثل المعدات الكهربائية القديمة.

كيف يتم إنتاج النحاس ؟

إذا كنت تدير منجما للنحاس، فإن معظم الخام الذي تبدأ به (المادة التي تستخرجها من الأرض) ليس سوى النحاس، وعادة، تحتوي خامات النحاس على 4 % فقط من النحاس، وبالتالي فإن الغالبية العظمى من النفايات، ويمكنك استخدام مجموعة متنوعة من العمليات المختلفة لفصل النحاس عن النفايات، وتعتمد الطبيعة الدقيقة لعملية التكرير على المعادن والمواد الأخرى التي يخلط بها النحاس ومدى احتياجك للنحاس النهائي، وتستغرق العملية عادة عدة مراحل مختلفة، وفي كل مرحلة، تتم إزالة المزيد من الشوائب بحيث يصبح النحاس أكثر تركيزا ونقيا.

عادة، تبدأ العملية بسحق الخام إلى قطع صغيرة جدا ويختلط بالماء لصنع الملاط، ويتم ضخ الملاط في خزانات ويخلط بمواد كيميائية هوائية وزيتية تساعد على فصل جزيئات النحاس عن المعادن الأخرى التي قد تكون موجودة، ثم يتم تسخين الخام الباقي في فرن ضخم يسمى المصهر، والذي يحرق بعض الشوائب المتبقية ويترك مادة تسمى النحاس غير اللامع، والتي لا تقل عن 50% من النحاس، وتتبع عملية التسخين الثانية التي يتم فيها تسخين خليط النحاس المتبلد بالسيليكا والهواء لإزالة المزيد من النفايات، تاركا مادة مكررة جدا تسمى النحاس المنفث والتي يمكن أن تكون نقية بنسبة 97٪، ويمكن إجراء شكل أنقى من النحاس عن طريق عملية تسمى التحليل الكهربائي حيث يتم تمرير الكهرباء من خلال محلول يحتوي على النحاس، وصناعة النحاس بهذه الطريقة تكون نقية بنسبة 99.9% ويجب أن يكون كذلك، لأن كميات قليلة من الشوائب تقلل من قدرة النحاس على توصيل الكهرباء.

خصائص النحاس :
يحتوي النحاس الذي ينتهي به الأمر بعد إكتمال عملية التكرير على مجموعة مفيدة من الخواص الفيزيائية والخواص الكيميائية.

الخصائص الفيزيائية :
النحاس يوصل الحرارة والكهرباء بشكل جيد للغاية (وبمعنى آخر، يسمح لهم بالتدفق عبره بسرعة وسهولة)، وهو ناعم نسبيا وسهل التشكيل، ولا يصدأ (رغم أن سطحه يتحول تدريجيا إلى اللون الأزرق المميز) الأخضر عندما يتأكسد في الهواء)، ويمكن جعله أكثر صلابة من خلال معالجته، لأن ذلك يشجع بلورات أطول للتشكيل بداخله، مما يضيف قوة إلى هيكله العام يشبه إلى حد ما حديد التسليح (قضبان التسليح) في الخرسانة المسلحة.

مركبات النحاس :
على الرغم من أن النحاس غير نشط إلى حد ما، فإنه يمكن أن يصنع مجموعة واسعة من المركبات المفيدة (عندما تجمع ذرات النحاس وتربط كيميائيا بذرات العناصر الأخرى) والسبائك (عندما تختلط ذرات النحاس مع ذرات المعادن وغيرها من المواد)، وعندما ينضم إلى ذرات أخرى يتصرف النحاس بطريقة كيميائية بطريقتين مختلفتين تماما لتشكيل مركبات موصوفة إما بالنحاس (I)، المعروف أيضا بإسم الكبروز، أو النحاس (II)، والمعروف أيضا باسم كبريك، والمركبات كبريك هي أكثر استقرارا، والكبروز عموما يتحول إلى كبريك، وأهم مركبين من النحاس هما كبريتات النحاس (II) ، والتي هي زرقاء ساطعة وتستخدم في الزراعة والطب، وكلوريد النحاس (II)، والذي يستخدم كحافظة للأخشاب وفي صناعات الطباعة والصباغة.

سبائك النحاس :

تصنع سبائك النحاس عن طريق خلط النحاس مع واحد أو أكثر من المعادن الأخرى لإنتاج مادة جديدة تجمع بين بعض من أفضل خصائصها، وسبائك النحاس الأكثر شهرة هي البرونز والنحاس الأصفر، والبرونز عبارة عن سبيكة تحتوي في الغالب على النحاس والقصدير، وأحيانا مع إضافة الزنك أو الرصاص، وهي أصعب وأقوى وأكثر مقاومة للتآكل من النحاس النقي، وأنواع مختلفة من البرونز لها نسب مختلفة من هذه المكونات، على سبيل المثال، والبرونز الصلب المستخدم في صناعة التماثيل هو عادة 78.5 في المائة من النحاس، و 17.2 في المائة من الزنك، و 2.9 في المائة من القصدير، و 1.4 في المائة من الرصاص، والنحاس الأصفر هو سبيكة من النحاس وعادة ما يتراوح بين 10 إلى 50 في المائة من الزنك، وهذا يتوقف على كيفية استخدامه.

ما هي إستخدامات النحاس ؟

تعتمد الأشياء التي يمكننا إستخدامها للمواد على الخواص الفيزيائية والكيميائية الموجودة لديها، وهذا هو جوهر ما نسميه علم المواد، وفي حالة النحاس هو ناعم، ومرن (سهل التشكيل)، وقابل للسحب والطرق (سهل السحب في الأسلاك الرقيقة)، وهو يوصل الكهرباء والحرارة، ويجذب النظر إليه، وهذا هو السبب في إثنين من الإستخدامات الرئيسية في بناء المباني والمعدات الكهربائية والإلكترونية، وفي الواقع، من غير المحتمل أن تجد جهازا كهربائيا أو إلكترونيا دون وجود بعض النحاس على الأقل في مكان ما، ونظرا لأن النحاس يوصل الحرارة بشكل جيد، فإنه يستخدم أيضا بشكل شائع في أواني الطهي مثل المقالي، ولأن النحاس لا يصدأ بسهولة، كان يستخدم لتبطين قيعان السفن، وتمثال الحرية مطلي أيضا بالنحاس، فقط تخيل شكله عندما كان النحاس لامعا وذهبيًا وجديدا.