يعتبر النحاس أحد العناصر المعدنية الأساسية التي تهتم بالكيمياء، حيث يقع في العدد الذري 29، وتبلغ كتلته الذرية 63.546 جرامًا لكل مول. يستخدم النحاس في مجموعة واسعة من الصناعات، من تصنيع الأجهزة الكهربائية إلى الأسلاك.
بالإضافة إلى ذلك، يحتل النحاس مكانة مهمة في النظام الغذائي للإنسان، ولذلك يسعى الكثيرون للتعرف على خصائصه ومميزاته. وفي هذا المقال سنستعرض معلومات شاملة عن عنصر النحاس وعدده الذري وخصائصه.
تعريف عنصر النحاس
- النحاس هو عنصر كيميائي معروف أنه يستخدم في تكوين العديد من السبائك، بما في ذلك المعادن الثمينة، حيث يتم إضافته بكميات صغيرة إلى الذهب لزيادة صلابته.
- كما يستخدم النحاس في صناعة سبيكة تعرف بالنحاس (النحاس الأصفر) والتي تتكون من الزنك، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة الدروع العسكرية خلال العصور الوسطى.
- ونظرًا لخصائصه كموصل جيد للكهرباء، يُستخدم النحاس في صناعة العناصر الموسيقية والعديد من الأجهزة الكهربائية.
- حالياً، يعتبر النحاس عنصراً هاماً في صناعة كابلات الأسلاك الكهربائية ومواد البناء، نظراً لقدرته على مقاومة التآكل.
- ويستخدم النحاس أيضًا في صناعة المجوهرات والعملات المعدنية.
الخصائص العامة للنحاس
ويتميز عنصر النحاس بعدد من الخصائص العامة، والتي سنستعرضها فيما يلي:
- العدد الذري: 29.
- الرمز الكيميائي: Cu.
- التصنيف: معادن انتقالية.
- المجموعة: 11.
- الدورة: 4.
- المستوى: د.
- الكتلة الذرية: 63.546 جرام لكل مول.
- التوزيع الإلكتروني: [Ar]: 3d10 4s1.
- توزيع الإلكترونات في قذائف التكافؤ: 1،18،8،2.
الخصائص الفيزيائية للنحاس
يتمتع النحاس بعدد من الخصائص الفيزيائية، والتي نوضحها فيما يلي:
- الحالة: صلبة.
- الكثافة عند درجة حرارة الغرفة: 8.94 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- الكثافة عند الانصهار: 8.02 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- نقطة الانصهار: 1357.77 كلفن، 1084.62 درجة مئوية، و1984.32 درجة فهرنهايت.
- نقطة الغليان: 2835 كلفن، 2562 درجة مئوية، 4643 درجة فهرنهايت.
- حرارة التبخر: 300.4 كيلوجول لكل مول.
- حرارة الانصهار: 13.26 كيلوجول لكل مول.
- السعة الحرارية عند 25 درجة مئوية: 24440 جول لكل مول كلفن.
الخصائص الذرية للنحاس
تمتد خصائص النحاس إلى الجوانب الذرية التالية:
- أرقام الأكسدة: +1، +2، +3، +4، وتكون الأكاسيد الناتجة قاعدية ضعيفة.
- طاقات التأين:
- التأين الأول: 745.5 كيلوجول لكل مول.
- التأين الثاني: 1957.9 كيلوجول لكل مول.
- التأين الثالث: 3555 كيلوجول لكل مول.
- نصف القطر الذري: 128 بيكومتر.
- نصف القطر التساهمي: 132 ± 4 بيكومتر.
- نصف قطر فان دير فال: 140 بيكومتر.
خصائص أخرى للنحاس
هناك عدد من الخصائص الأخرى المرتبطة بعنصر النحاس، والتي تشمل:
- البنية البلورية: مكعبة مركزية الوجه.
- المغناطيسية: ضد المغناطيسية.
- المقاومة الكهربائية: 16.78 نانو أوم لكل متر عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.
- الموصلية الحرارية: 401 وات/م ك عند 300 ك.
- التمدد الحراري: 16.5 ميكرومتر لكل متر كلفن عند 25 درجة مئوية.
- سرعة الصوت في سلك رفيع: 3810 متر في الثانية.
- معامل يونج: 110-128 جيجا باسكال.
- عامل النقص: 48 جيجا باسكال.
- معامل الحجم: 140 جيجا باسكال.
- نسبة بواسون: 0.34.
- صلابة موس: 3.
- صلابة فيكرز: 369 ميجا باسكال.
- صلابة برينل: 874 ميجا باسكال.
- رقم CAS: 7440-50-8.
معلومات إضافية عن عنصر النحاس
- يعد النحاس من بين المعادن الأولى التي اكتشفها الإنسان واستخدمها.
- يحتل النحاس المرتبة الثانية من حيث الاستخدام والفوائد بعد الحديد.
- يعود تاريخ اكتشاف النحاس إلى حوالي 10 آلاف سنة قبل الميلاد.
- وللنحاس لون أحمر، وعندما يتفاعل مع عناصر أخرى تتغير خصائصه ولونه مكوناً مركباً جديداً.
- اسم “النحاس” مشتق من الاسم اللاتيني لجزيرة قبرص.
- يوجد النحاس في الطبيعة بأشكال عديدة، إما بالاشتراك مع عناصر أخرى أو بمفرده.
- يمكن الحصول على النحاس النقي من خلال التحليل الكهربائي أو العملية الكهروكيميائية.
- النحاس مادة ناعمة قابلة للطرق، وتتفاعل كيميائياً مع العوامل البيئية لتكوين الصدأ المعروف بغسل النحاس، وهو أخضر اللون.
- وقد أشار القرآن الكريم إلى النحاس في سورة الكهف، الآية 96.
الأهمية الغذائية للنحاس
ويدخل النحاس في العديد من العمليات الحيوية، وله أهمية غذائية كبيرة، ومنها:
- يعد النحاس مكونًا حيويًا للعديد من الإنزيمات، ويدعم صحة القلب والعظام والدماغ والأعصاب وخلايا الدم الحمراء.
- يساهم النحاس في تقليل وعلاج الألم، ويحمي الخلايا من الأكسدة، مما يساعد الجسم على مقاومة الأمراض المزمنة مثل السرطان والشيخوخة وأمراض القلب.
- يعزز النحاس قوة العظام ويمنع هشاشة العظام ويعمل على الحفاظ على صحة العظام.