נחושת: הגדרה, הרכב, סוגים, מאפיינים ויישומים

נחושת היא יסוד כימי שהוא גם מתכת. תכונות המפתח שלו הן שיש לו מוליכות חשמלית מעולה, מוליכות תרמית גבוהה ועמידות בפני קורוזיה טובה. הוא גם רקיע ובעל צבע חום-אדמדם מעניין. השילוב של תכונות אלו מוביל ליישום נרחב של נחושת לשימושים הנדסיים ואסתטיים.

מה זה נחושת?

נחושת היא יסוד כימי, מספר 29 בטבלה המחזורית של היסודות. סמל יסוד הנחושת הוא Cu, מלטינית "cuprum". זוהי מתכת רקיעה בעלת צבע חום אדמדם. היא מיושמת באופן נרחב בשל מוליכותה התרמית והחשמלית הגבוהה.

מהי ההיסטוריה של נחושת?

ההיסטוריה של הנחושת מתחילה בשנת 8,700 לפני הספירה. תליון נחושת שהתגלה בצפון עיראק תוארך בערך לתאריך זה ונחשב כיום לחפץ העתיק ביותר העשוי מנחושת. נחושת הייתה מתכת מכרעת בתרבויות עתיקות רבות, אך מוסכם על כך שהמסופוטמים (בצפון עיראק) גילו נחושת. למעשה, תקופה בפרהיסטוריה היא עידן הנחושת בין 5,500 לפנה"ס ל-4,000 לפנה"ס, המכונה בדרך כלל התקופה הכלקוליתית מהמילים היווניות לנחושת (chalkos) וסלע (lithos).

נחושת היא אחת המתכות הבודדות שיכולות להתרחש באופן טבעי בצורתה המתכתית המקורית. זה שונה מרוב המתכות שצריך להפיק באמצעות מתכות מעפרה. במקומות שבהם מתרחשת נחושת מקומית, טכנולוגיית המטלורגיה לא הייתה נחוצה כדי שהציביליזציות הללו יתחילו לעבוד עם נחושת ליצירת נשק וקישוטים.

מהו המונח האחר לנחושת?

המונח השני לנחושת הוא המילה הלטיניתcuprum, המעניק לנחושת את סמלה Cu בטבלה המחזורית של היסודות. השם הלטיני לנחושת היה במקור מהאי קפריסין, שכן האי היה המקור העיקרי לנחושת בימי קדם. קופרום הייתה "המתכת של קפריסין".

ממה עשויה נחושת?

נחושת היא יסוד כימי. הוא עשוי רק מסוג יחיד של אטום - לא ניתן לפרק אותו לחומרים פשוטים יותר. לאטום הנחושת יש מספר אטומי של 29, מה שאומר שגרעין האטום שלו מכיל 29 פרוטונים.

נחושת מופקת מעפרות טבעיות - או עפרת נחושת גופרתית (כגון כלקופיריט) או עפרת תחמוצת נחושת. עפרות אלה נכרות, כותשות ומעובדות להכנת נחושת. עפרות נחושת אלו מצויות בחלקים של צפון ודרום אמריקה (מדינות כמו צ'ילה ופרו), וכן באזורים כמו הרי אורל ברוסיה, ובזמביה וברפובליקה הדמוקרטית של קונגו באפריקה.

מהם התהליכים השונים לייצור נחושת?

התהליכים השונים לייצור נחושת מתוארים להלן:

1. כרייה

כריית עפרות נחושת נעשית בדרך כלל במכרות בורות פתוחים גדולים. אלה הם חורים פתוחים, מדורגים באדמה, שנחפרים בהדרגה עמוק יותר. חומרי נפץ משמשים לפיצוץ הסלע, והסלעים שנוצרו מועברים לריסוק לחתיכות קטנות יותר לעיבוד.

2. מיצוי

על פי שני הסוגים הנפוצים של עפרות נחושת, ישנם שני תהליכי טיהור עיקריים. תהליך הידרומטלורגי משמש עבור עפרות תחמוצת. העפרה הכתושה נערמה ותמיסת שטיפת חומצה מחלחלת דרך הערימה. זה יוצר פתרון שטיפה בהריון. תהליך פירומטלורגי משמש עבור עפרות סולפיד. מיצוי העפר נעשה על ידי הנפת קצף ועיבוי לפי צפיפות החלקיקים.

3. טיהור

עבור עפרות תחמוצת, hydrometallurgy משמש. המשמעות היא שתמיסת השטיפה ההריונית נשלחת לתהליך מיצוי ממס כדי לרכז את הנחושת בתמיסה. פתרון זה נשלח לאחר מכן ל-elektrowinning, שם נעשה שימוש בחשמל להפקדת הנחושת המוצקה. עבור עפרות סולפיד, משתמשים בפירומטלורגיה, מה שאומר שמשתמש בהתכה ליצירת הנחושת הגולמית. לאחר מכן זה מטוהר עוד יותר על ידי זיקוק אלקטרוני.

4. סגסוגת

סגסוגות נחושת מיוצרות על ידי המסת חומר הסגסוגת, ולאחר מכן המסת הנחושת כדי להוסיף לו. לאחר מכן יוצקים את התערובת המותכת ומאפשרים לה להתקרר ולהתמצק.

5. זיקוק אלקטרו

זיקוק אלקטרו של נחושת כרוך בהמסה אלקטרוליטית של חומר נחושת לא טהור לתמיסה. נחושת טהורה מופקדת אלקטרוכימית על אלקטרודה על ידי הפעלת זרם חשמלי דרך התמיסה. זה מסיר זיהומים מהנחושת כדי להשיג טוהר גבוה יותר. עם זאת, התהליך יקר ויש לו ביקוש חשמלי גבוה מאוד.

מהם המאפיינים של נחושת?

למתכת נחושת יש את המאפיינים העיקריים של מוליך חשמלי ותרמי מעולה. הוא גם גמיש וגמיש, מה שאומר שניתן לכופף אותו בקלות יחסית. זה מקל על העבודה איתו, למשל, כשהכבלים הם גמישים. מאפיין מרכזי נוסף של מתכת נחושת הוא עמידותה בפני קורוזיה, במיוחד בסביבות מים ומי ים. לבסוף, לנחושת יש יתרון שהיא מושכת מבחינה אסתטית, שכן יש לה צבע חום אדמדם וניתן להבריק.

מהו צבע הנחושת?

נחושת היא בדרך כלל צבע חום אדמדם. עם זאת, נחושת טהורה לפני חמצון היא למעשה צבע ורוד, אבל היווצרות תחמוצת נחושת חומה מתרחשת כל כך מהר שכל נחושת זמינה תהיה בצבע חום-אדמדם נפוץ. לנחושת יכולה להיות גם הכתמה ירוקה (כגון בפסל החירות) - זהו קרבונט נחושת.

איך נחושת נראית?

נחושת נראית כמו מתכת מבריקה בצבע חום אדמדם. ניתן לעבד נחושת לצורות מעשיות רבות ושונות, כגון החוטים המוצגים באיור 1 להלן, כמו גם צינורות אינסטלציה ואלקטרוניקה:

מהם סוגי הנחושת השונים?

נחושת זמינה בסוגים שונים עבור יישומים שונים. המאפיינים והיישומים של כל כיתה של נחושת תלויים בטוהר הנחושת ובאילו יסודות סגסוגת (אם בכלל) הכלולים. להלן מופיעים סוגי הנחושת השונים:

1. חוט נחושת

חוט נחושת מנצל את המוליכות החשמלית המצוינת של המתכת. זהו המוליך הנפוץ ביותר עבור רוב יישומי החשמל. הוא משמש עבור זרמים גדולים בתעשייה, וגם לשימוש ביתי, עד לחיווט בתוך הבית שלך עבור שקעים ואורות.

2. צינורות נחושת

צינורות נחושת היו בשימוש נרחב עבור מערכות מי שתייה ביתיות בשל עמידותם בפני קורוזיה ולכן אורך חייו. במהלך העשורים האחרונים, זה היה הסטנדרט ברוב העולם להשתמש בצינורות נחושת לצנרת ביתית. הצינורות זמינים בקטרים ​​ובמדים שונים (עובי דופן). העלות הגבוהה של נחושת והופעתם של חומרי צינורות פלסטיק משופרים פירושם שנחושת נהיית פחות תדירותית.

3. סגסוגות נחושת

שתי סגסוגות הנחושת הנפוצות ביותר הן פליז (מסגסוגת אבץ) וברונזה (מסגגת פח). פליז מיושם בדרך כלל באופן נרחב יותר. הוא משמש עבור אביזרי אינסטלציה, כלי נגינה ופריטים דקורטיביים. תוספת אבץ מעניקה לסגסוגת חוזק וגמישות גבוהים יותר. לברונזה מאפיינים דומים מאוד לנחושת, כגון: מוליכות תרמית גבוהה, משיכות מעולה ועמידות בפני קורוזיה של מי מלח. ברונזה משמשת אפוא למיסבים ותותבים, כמו גם לאימפלרים של ספינות.

4. Pure Coppers

נחושת טהורה מוכנה במיוחד כדי להבטיח מינימום של זיהומים, למקסם את התכונות התרמיות והחשמליות של הנחושת. נחושת טהורה נוטה להיות רכה יותר ופחות קשיחה מנחושת עם תוספים או חומרי סגסוג קלים. הוא משמש באופן אידיאלי ברכיבים חשמליים מדויקים, שעבורם המוליכות החשמלית וההתפשטות התרמית הנמוכה שלו הם אידיאליים.

5. ננו-חלקיקי נחושת

ננו-חלקיקי נחושת הם חלקיקים קטנים מאוד של נחושת, או חומרים מבוססי נחושת, שנמצאים בטווח הגדלים של 1-100 ננומטר. נמצא כי לננו-חלקיקים התנהגויות שונות מאלה של חומרים בתפזורת. במקרה של ננו-חלקיקי נחושת, הם מראים פעילות קטליטית גבוהה מאוד עבור תגובות כימיות תעשייתיות, ככל הנראה בגלל היחס הגדול שלהם בין שטח הפנים לנפח. יתר על כן, חלקיקי נחושת הראו השפעות אנטי-מיקרוביאליות מצוינות.

6. Coppers בעיבוד חופשי

לנחושת בעיבוד חופשי יש כמויות קטנות (<1%) of other alloying elements added to improve the machinability of the copper. Free-machining copper can then be more easily machined into items such as welding nozzles and soldering iron tips.

7. יריעות וצלחות נחושת

יריעות נחושת הן יריעות דקות של נחושת (כ-2 מ"מ או פחות), בעוד שהצלחות עבות יותר (עובי של עד 12 מ"מ). בדרך כלל, אלה זמינים בדרגות נחושת שונות. היריעות ניתנות לגיבוש גבוה וניתן ליצור אותן למרכיבים שונים.

8. נחושת נטולת חמצן

נחושת נטולת חמצן מומסת תחת אמבט גרפיט מגורען כדי למנוע חמצן. הם הנחושת הטהורה ביותר שיש, עם מינימום זיהומים בשל התנאים שאינם מחמצנים. מוליכותו החשמלית הגבוהה והזיהומים הנדיפים הנמוכים הופכים אותו למתאים לשימוש באלקטרוניקה בוואקום גבוה.

9. נחושת אלקטרוליטית

נחושת אלקטרוליטית מזוקקת על ידי אלקטרוליזה בתוך תמיסה להסרת זיהומים. דרגת הטוהר הגבוהה הזו של נחושת היא בעלת מוליכות חשמלית גבוהה ולכן היא משמשת ברכיבים חשמליים שונים כגון פסים ופיתולים.

מהן התכונות של נחושת?

התכונות של סוגים שונים של נחושת מוצגות בטבלה 1:

טבלה 1: מאפייני נחושת

המאפיינים של כל כיתה דומים, אך ההבדלים ביניהם מביאים למגוון יישומים.

מהן המאפיינים הפיזיים של נחושת?

התכונות הפיזיקליות של סוגי הנחושת השונים מוצגות בטבלה 2 להלן:

טבלה 2: תכונות פיזיקליות של נחושת

קרדיט שולחן: https://www.lenntech.com/

התכונות הפיזיקליות תלויות באחוז הנחושת בחומר וכן באלמנטים המתגזרים

מהן התכונות הכימיות של נחושת?

התכונות הכימיות של נחושת תלויות בעיקר במצב החמצון שלה. שני מצבי החמצון הקיימים בדרך כלל הם Cu+ ו-Cu2+. טבלה 3 להלן מציגה כמה מהתכונות הכימיות של תרכובות ותנאים נפוצים לנחושת:

טבלה 3: מאפיינים כימיים של נחושת

תכונות אלו עשויות להשתנות עבור כל תרכובת נחושת ספציפית (כגון אוקסלטים, סולפיטים וסולפטים.

מהם היישומים של נחושת?

יישומי הנחושת נמצאים בכל החברה היומיומית. להלן מספר דוגמאות נפוצות:

1. אלקטרוניקה

נחושת נמצאת בשימוש נרחב באלקטרוניקה מכיוון שיש לה מוליכות חשמלית מצוינת. הוא מאפשר להעביר זרמים על חתכים קטנים יותר של נחושת בהשוואה לאלומיניום, מה שמאפשר שימוש בכמות קטנה יותר, ורכיבים קטנים יותר.

2. אדריכלות

נחושת משמשת באדריכלות למראה בולט מבחינה אסתטית. הוא שימש לקירוי וחיפוי קירות, כמו גם למרזבים ולמפלי מי גשמים.

3. אינסטלציה

צינורות נחושת נמצאים בשימוש נרחב עבור צנרת מים ביתית במשקי בית, בשל עמידותם בפני קורוזיה טובה מאוד.

4. תחבורה

נחושת נמצאת בשימוש נרחב בכלי רכב מודרניים בשל כמות הכבלים החשמליים המשמשים לאלקטרוניקה מורכבת. ככל שרכבים חשמליים גדלים בנתח השוק, כמויות הולכות וגדלות של נחושת משמשות לאלמנטים כגון מנועים חשמליים. זה נובע מהמוליכות החשמלית המצוינת של הנחושת, שניה רק ​​לכסף.

5. אנרגיה מתחדשת

נחושת משמשת בשוק האנרגיה המתחדשת במספר דרכים. לדוגמה, טורבינות רוח משתמשות בנחושת בתוך הטורבינות המייצרות. פאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים דורשים גם נחושת עבור חיבורים וכבלים.

6. ציוד רפואי

נחושת משמשת כציפוי על ציוד רפואי בשל תכונותיה האנטיבקטריאליות. בדרך זו, זה מפחית את הסיכון לזיהום בחולים.

7. חיווט חשמלי

נחושת נמצאת בשימוש נרחב עבור חיווט חשמלי בשל המוליכות החשמלית המצוינת שלה. חתך הנחושת הנדרש לשאת זרם מסוים ביעילות קטן מחומרים אחרים הזמינים באופן סביר כגון אלומיניום.

8. מטבעות

נחושת שימשה בעבר במטבעות ממספר סיבות: היא ניתנת לגיבוש ולכן מוטבעת בקלות, אך עדיין עמידה מספיק כדי לשרוד במחזור. יש לו גם תכונות אנטי-מיקרוביאליות ועמידות בפני קורוזיה.

9. מכונות תעשייתיות

נחושת משמשת במגוון דרכים בציוד תעשייתי, עם שירותים כמו יציקת נחושת. מלבד יישומים חשמליים כמו מנועים וכבלים, הוא משמש גם במחלפי חום כמו מעבים לקירור. זה יכול להיות מיושם גם עבור עמידות כימית מסוימת.

מהם היתרונות של נחושת?

לנחושת יש מספר יתרונות ברורים המפורטים להלן:

בעל מוליכות חשמלית מעולה, שנייה רק ​​לכסף, מה שהופך אותו למוליך הנפוץ ביותר עבור רכיבים חשמליים ואלקטרוניים בעולם.

בעל מוליכות תרמית טובה מאוד, ולכן משמש במחלפי חום, כמו מעבים ביחידות קירור ומיזוג אוויר.

עמיד בפני קורוזיה, במיוחד ביישומי מים ומי ים, מה שהוביל לשימוש נרחב בצנרת אינסטלציה למערכות מים.

הוא רקיע וניתן לכיפוף בקלות יחסית. קל לעבוד איתו במערכות אינסטלציה וגם בכבלים.

הוא אנטי מיקרוביאלי, שיכול להיות שימושי מאוד בהובלת מים, כמו גם ביישומים רפואיים כדי להגן על בריאות החולים.

מהם היתרונות הבריאותיים של נחושת?

נחושת היא מינרל קורט החיוני לבריאות האדם בכמויות קטנות מאוד. לנחושת יש חלק בגוף על ידי קידום ספיגת הברזל, השתתפות בייצור תאי דם אדומים וכן בייצור קולגן. זה מובן כמשפר את תפקוד המערכת החיסונית.

יש צורך במחקר נוסף, אבל יש כמה אינדיקציות לכך שנחושת יכולה לשפר אוסטאופורוזיס (צפיפות עצם נמוכה), ויש תיאוריות לא מוכחות לפיהן ניתן להשתמש בצמידי נחושת כדי להקל על כאבים במפרקים כתוצאה מדלקת פרקים.

קבוצות מזון המכילות נחושת כוללות עלים ירוקים, דגנים מלאים, אגוזים וזרעים. פריטי מזון ספציפיים שעשירים בנחושת הם צדפות, פטריות שיטאקי, בטטה ושוקולד מריר.

מהן המגבלות של נחושת?

לנחושת יש מספר מגבלות, חלקן מפורטות להלן:

הוא יקר יחסית לחומרים חלופיים פוטנציאליים כגון: אלומיניום (כבלים חשמליים) או פלסטיק (צנרת מים).

הוא כבד יחסית לחומרים כגון אלומיניום, ולכן עבור חוטים עיליים, זה אולי לא מעשי.

מתחמצן, במיוחד בטמפרטורות גבוהות, ולכן יש לו אורך חיים מוגבל אם הוא נחשף לאוויר.

מהווה סיכון הלם בהשוואה לטכנולוגיית שידור האותות האלטרנטיבית של סיבים אופטיים.

הוא רעיל בכמויות גדולות, ולכן לא ניתן ליישם אותו במקום בו עלולה להתרחש בליעה קבועה של נחושת, כגון בכלים.

האם נחושת מחלידה בקלות?

נחושת אינה מחלידה מבחינה טכנית, שכן חלודה היא תחמוצת ברזל ואין ברזל בנחושת. עם זאת, נחושת אכן חווה קורוזיה מוגבלת של פני השטח. נחושת נחשבת בדרך כלל עמידה בפני קורוזיה. באופן טבעי יש לו צבע חום-אדמדם, הנובע מהיווצרות סרט פסיבית תחמוצת נחושת על פני המתכת. עם הזמן, נוצר פחמן נחושת ירוק על פני השטח כאשר תחמוצת הנחושת מגיבה עם מים ופחמן דו חמצני באוויר.

האם נחושת רעילה לבני אדם?

כן, נחושת עלולה להיות רעילה לבני אדם בריכוזים משמעותיים. נחושת היא מינרל קורט חיוני לבריאות האדם, אך אם קיים עודף של נחושת, מתעוררים מספר סיבוכים. ריכוז גבוה של נחושת בדם קשור למחלת אלצהיימר ולסוגים מסוימים של סרטן כגון סרטן השד והריאות. הרעלת נחושת חריפה היא נדירה מאוד אך יכולה להתרחש אם כמויות גדולות נספגות. זה יכול להיות קטלני מכיוון שמתחיל להתרחש כשל באיברים כמו הכבד והכליות.

האם נחושת היא מתכת?

כן, נחושת היא מתכת. עוד היא נחשבת למתכת כבדה בשל צפיפותה הגבוהה יחסית. למידע נוסף, עיין במדריך שלנו על מטאלואידים.

מה ההבדל בין נחושת למתכת?

נחושת היא אחת מיותר מ-90 מתכות יסודיות. נחושת היא מתכת, אך מתכות רבות שונות מאוד מנחושת. מתכות אחרות שונות בצבען; רוב המתכות הן לבנות או אפורות, אבל הנחושת היא חומה-אדמדמת. מתכות אחרות יכולות להיות שונות בתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהן - קשות יותר ושבירות יותר מנחושת, והן בדרך כלל אינן מוליכות חום או חשמל באותה קלות.

מה ההבדל בין נחושת לאלומיניום?

נחושת ואלומיניום הן שתי מתכות שונות בעלות תכונות שונות. ההבדל החזותי הברור ביותר הוא הצבע: נחושת היא חום-אדמדם ואילו האלומיניום הוא אפור כסוף עמום. לנחושת חוזק מתיחה גבוה יותר מאלומיניום ומוליכות חשמלית ותרמית טובה יותר.

מה ההבדל בין נחושת לפליז?

פליז הוא סגסוגת של בעיקר נחושת ואבץ. פליז שונה אפוא מנחושת מכיוון שהוא כולל מתכות אחרות. פליז יכול לכלול מתכות נוספות כמו פח, עופרת, אלומיניום או מנגן בכמויות קטנות יותר כדי להשיג תכונות ספציפיות.

סיכום

מאמר זה הציג נחושת, הסביר מהי ודן ביישומים השונים של נחושת. למידע נוסף על נחושת, צור קשר עם נציג Xometry.

Xometry מספקת מגוון רחב של יכולות ייצור ושירותי ערך מוסף אחרים עבור כל צרכי האב-טיפוס והייצור שלך. בקר באתר האינטרנט שלנו למידע נוסף או לבקשת הצעת מחיר חינם וללא התחייבות.

כתב ויתור

התוכן המופיע בדף אינטרנט זה מיועד למטרות מידע בלבד. Xometry אינה נותנת מצג או אחריות מכל סוג שהוא, בין אם זה מפורש או משתמע, לגבי דיוק, שלמות או תקפות המידע. אין להסיק מכל פרמטר ביצועים, סובלנות גיאומטרית, תכונות עיצוב ספציפיות, איכות וסוגי חומרים או תהליכים כמייצגים את מה שיסופק על ידי ספקים או יצרנים של צד שלישי דרך הרשת של Xometry. קונים המבקשים הצעות מחיר עבור חלקים אחראים להגדרת הדרישות הספציפיות עבור חלקים אלה. אנא עיין בתנאים וההגבלות שלנו למידע נוסף.